CC BY
61
УДК 662.13, 662.175
A. С. Уголькова, Н. Е. Тимофеев, И. А. Абдуллин, М. С. Резников, А.Ш. Мингазов, А. И. Сидоров,
B. В. Воробьёв, А. В. Лушнов, И. Х. Зарипов
ИНГИБИТОРЫ ГОРЕНИЯ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИХ ОГНЕТУШАЩИХ СОСТАВОВ
Ключевые слова: аэрозолеобразующие составы, ингибиторы горения, огнетушащий аэрозоль, пожаротушащая способность,
ультрадисперсные частицы.
Исследованы характеристики горения огнетушащей способности пиротехнических аэрозолеобразующих ог-нетушащих составов с ингибиторами горения. Показано, что наиболее эффективными ингибиторами горения являются йодид калия - KJ и карбонат калия - K2CO3, полученные в волне горения. Установлено, что эффективность пожаротушения зависит от природы и от размера частиц ингибитора, образующегося в волне горения
Keywords: aerosol-forming compounds, flame retardants, dry aerosol fire-extinguishing capability, ultra-fine particles.
The characteristics of a burning fire extinguishing aerosol fire-extinguishing ability of pyrotechnic compositions with flame retardants. It is shown that the most efficient flame retardants are potassium iodide - KJ and potassium carbonate - K2CO3, resulting in a combustion wave. The efficiency of fire suppression depends on the nature and the particle size of the inhibitor, resulting in a combustion wave
Проблема борьбы с пожарами, несмотря на предпринимаемые профилактические меры по по-жаробезопасности различных объектов, была и остаётся актуальной для любого государства.
Одним из направлений совершенствования средств борьбы с пожарами является использование пиротехнических аэрозолеобразующих огнетуша-щих составов (АОС) [1, 2]. При горении таких составов образуется аэрозоль, состоящий из инертных газов и ультрадисперсных частиц химически активных соединений с развитой поверхностью, обладающих высоким ингибирующим действием на процесс горения.
Из литературных источников [3, 4] известно, что ингибиторами горения являются соли щелочных металлов, в частности, соли калия, которые могут быть получены в волне горения пиротехнических составов - это йодид, хлорид, бромид, сульфат и карбонат калия и хлорид натрия.
Пожаротушащую способность порошкообразных ингибиторов горения определяли на лабораторной установке, представленной на рисунке 1
1 - кожух; 2 - зубчатая рейка; 3 - зубчатое колесо со штурвалом; 4 - подвижный диск; 5 - указатель; 6 - линейка; 7 - спиртовка; 8 - трубка; 9 - вентиляционная труба; 10 - груша
Рис. 1 - Установка для определения пожароту-шащей способности ингибиторов горения
Вдув порошка ингибитора массой 1 г осуществлялся с помощью резиновой груши. Имитацию очага пожара создавали установкой в нижней части горелки, состоящей из ветоши, смоченной спиртом.
Ингибиторы горения сушили, измельчали и рассеивали на фракции на стандартных, используемых в пиротехнике, лабораторных установках.
Эффективность пожаротушения (из 10 параллельных опытов) приведена на рисунке 2.
Исследования показали, что эффективность пожаротушения для всех изучаемых ингибиторов зависит от природы и дисперсности вещества: лучшими являются йодид и карбонат калия - чем меньше размер частиц, тем эффективность выше.
иодид калия карбонат калия сульфат калия бромид калия хлорид натрия хлорид калия
50
100 150
Размер частиц, мкм
200
Рис. 2 - Зависимость эффективности пожаротушения от природы и дисперсности ингибиторов горения
Была проведена сравнительная оценка характеристик штатного состава индекса 51-35-1 и опытного состава индекса ВФ-2.
Рецептуры составов приведены в таблице 1.
Расчётные характеристики исследованных составов определялись по стандартной методике «TERMO» при давлении в генераторе 0,1 МПа и приведены в таблице 2.
Расчёты показали, что в продуктах сгорания обоих составов содержится значительное количество целевого продукта: для штатного состава это
К2СО3 в конденсированном состоянии, для опытного - К2СО3 и Ю. При данной расчётной температуре горения большая часть Ки находится в газовой фазе.
Таблица 1 - Рецептуры огнетушащих составов
Индекс Компонент Содержание, % масс.
51-35-1 (штатный) нитрат калия 70
дициандиамид 19
идитол 11
ВФ-2 (опытный) нитрат калия 46,5
йодат калия 28,0
идитол 9,2
уротропин 16,3
2,0 -1,5 -1,0 -0,5 -по -
п
л ■
я я я в а. в
Интервалы размеров частиц. iii.ii
□ ЛАС-П ВОЭАС
Рис. 4 - Распределение частиц по размерам в аэрозоле состава ВФ-2
Таблица 2 - Характеристики исследованных составов
Состав Температура горения, К Доля к-фазы Объём газовой фазы, дм3/кг Содержание, моль/кг
K2CO3 KJ
51-351 1442 0,38 632 0,0012 (газ) 0
2,7888 (конд)
ВФ-2 1245 0,32 592 0,0000 4 (газ) 0,935 (газ)
2,2555 (конд.) 0,0807 (конд.)
По данным эксперимента массовая доля йо-дида калия ~ в 3 раза больше, чем карбоната калия.
Представляло интерес определить дисперсный состав аэрозольных частиц, образованных в волне горения АОС (рис. 3 и 4).
Анализ полученных результатов показал, что дисперсность аэрозольных частиц штатного состава составляет от 0,2 до 0,5 мкм, опытного состава ВФ-2 - от 0,15 до 0,30 мкм.
Проведённые эксперименты позволяют с уверенностью утверждать, что огнетушащая способность состава типа ВФ-2 будет выше, чем штатного.
Литература
1 Мониторинг. Наука и безопасность, 3, 65-74 (2012).
2 Л.Н. Максимов, А.В. Мельников, В сб. Современные проблемы технической химии: материалы докладов Всероссийской научно-технической методической конференции. Казан. гос. технол. ун-т, Казань, 2009. С. 401404.
3 Н.Е. Тимофеев, И.А. Абдуллин, М.С. Резников, Н.О. Плауде, В.Л. Гинзбург, А.В. Лушнов, Вестник Казан. технол. ун-та, 14, 21, 46-51 (2011).
4 Г.Г. Богатеев, О.В. Долгов, В.В. Воробьёв, И.А, Абдуллин, Н.Е. Тимофеев, М.С. Резников, А.И. Сидоров, Н.А. Моисеева, Вестник Казан. технол. ун-та, 2, 1, 169-172 (2012).
—
-- --
П Г1
0,15- 0,20- 0,25- 0,30- 0,40- 0,50- 0,70 1,0- 1,5- 2,0- 3,0- 5,0- 7,0- >10 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50 0,70 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5 7,0 10,0 Интерваты размеров частиц I n il
□ ЛАС-П «ОЭАС
Рис. 3 - Распределение частиц по размерам в аэрозоле состава 51-35-1
© А. С. Уголькова - канд. техн. наук, доц. каф. ТИПКМ; Н. Е. Тимофеев - д-р техн. наук, проф. каф. ТИПКМ КНИТУ, spektr@kstu.ru; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ТИПКМ КНИТУ, ilnur@kstu.ru; М. С. Резников - канд. техн. наук, ген. директор ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева», rti@chtts.ru; А. Ш. Мингазов - техн. директор ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева»; А. И. Сидоров - д-р техн. наук, проф. каф. ТИПКМ КНИТУ, spektr@kstu.ru; В. В. Воробьёв - асп. каф. ТИПКМ КНИТУ; А. В. Лушнов - асп. каф. ТИПКМ КНИТУ; И. Х. Зарипов - студ. каф. ТИПКМ КНИТУ.
© A. S. Ugolkova - Ph.D. in Engineering Science of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU; N. Е. Timofeev - Doctor of Engineering Science, professor of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU, spektr@kstu.ru; I. А. ЛМнИш - Doctor of Engineering Science, holder of chair «Technology of products from pirotechnik and composite materials» KNRTU, ilnur@kstu.ru; М. S. Reznicov - Ph.D. in Engineering Science, chief director of joint stock company «ChPA association named after V.I. Chapaev», rti@chtts.ru; А. Sh. Mingasov - Chief Technology Officer of joint stock company «ChPA association named after V.I. Chapaev»; А. I. Sidorov - Doctor of Engineering Science, professor of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU, spektr@kstu.ru; V. V. Vorobiev - postgraduate of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU; А. V. Lushnov - postgraduate of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU; I. H. Zaripov - student of chair «Technology of products from pyrotechnics and composite materials» KNRTU.
