CC BY
7
УДК 662.352:662.311.11
Готфрид С.Д., Макринов Д.В., Михалёв Д.Б.
ВЛИЯНИЕ РЕЦЕПТУРНЫХ ФАКТОРОВ НА КОЭФФИЦИЕНТ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ И ОГНЕТУШАЩУЮ СПОСОБНОСТЬ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩЕГО ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО СОСТАВА
Готфрид Софья Дмитриевна, инженер кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений, email: sonyagotfrid@list.ru
Макринов Денис Викторович, выпускник кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений; Михалёв Дмитрий Борисович, старший преподаватель кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Изучено влияние рецептурных факторов на коэффициент дымообразования и огнетушащую способность аэрозолеобразующего пиротехнического состава, перерабатываемого методом проходного прессования. Исследована возможность регулирования баллистических характеристик аэрозолеобразующего состава за счет введения в него катализатора горения - салицилата меди. Показано, что замена перхлората калия на нитрат аммония в аэрозолеобразующем составе приводит к снижению коэффициента дымообразования и снижению температуры горения состава, также к незначительному ухудшению огнетушащей способности. Введение салицилата меди в состав, как катализатора горения, приводит к увеличению скорости горения и улучшению огнетушащей способности за счет более тонкого диспергирования аэрозоля в процессе горения. Ключевые слова: пиротехнические композиции, аэрозолеобразующие огнетушащие составы, коэффициент дымообразования, огнетушащая способность.
INFLUENCE OF RECIPE FACTORS ON THE SMOKE GENERATION COEFFICIENT AND FIRE EXTINGUISHING ABILITY OF AEROSOL FORMING PYROTECHNICAL COMPOSITION
Gotfrid S.D., Makrinov D.V., Mikhalev D.B.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of prescription factors on the smoke generation coefficient and fire-extinguishing ability of an aerosol-forming pyrotechnic composition processed by the continuous pressing method has been studied. The possibility of controlling the ballistic characteristics of an aerosol-forming composition by introducing into it a combustion catalyst, copper salicylate, has been studied. It is shown that the replacement of potassium perchlorate with ammonium nitrate in the aerosol-forming composition leads to a decrease in the smoke generation coefficient and a decrease in the combustion temperature of the composition, as well as to a slight deterioration in the fire extinguishing ability. The introduction of copper salicylate into the composition as a combustion catalyst leads to an increase in the combustion rate and an improvement in the fire extinguishing ability due to a finer dispersion of the aerosol during the combustion process. Keywords: pyrotechnic compositions, aerosol-forming fire-extinguishing compositions, smoke formation coefficient, fire-extinguishing ability.
Для применения аэрозольной системы пожаротушения существует целый ряд ограничений, в частности -задымлённость объектов, где применяется аэрозольное пожаротушение.
В основном аэрозольное пожаротушение применяется в складских помещениях и других объектах, где присутствует ограниченное количество людей [1]. Более широкое использование аэрозолеобразующих огнетушащих систем (АОС) препятствует тот факт, что при работе огнетушителя создается значительная задымленность помещения [2], которое способно вызвать дезориентацию человека в помещении, что может быть очень опасно, например, при экстренной эвакуации, поэтому одной из главных задач расширения сферы применения аэрозольных огнетушителей является снижение задымлённости помещения. В данной работе проведено определение эффективности аэрозолеобразующих составов в комплексе с оценкой коэффициента дымообразования. Целью данной работы является изучение влияния рецептурных параметров на огнетушащую способность
и коэффициент дымообразования аэрозолеобразующих составов; изучение возможности повышения огнетушащей способности АОС за счет введения в его состав катализатора горения - салицилата меди. Объектом исследования был выбран штатный аэрозолеобразующий огнетушащий состав СУ-33 [3]. Аэрозолеобразующий огнетушащий состав СУ-33 содержит: окислители - калиевая селитра и перхлорат калия (ПХК), связующее - идитол, пластифицированный дибутилфталатом (ДБФ), комплексный модификатор - фторопласт-4 (Ф-4) и технологические добавки.
Коэффициент дымообразования определяется на установке, схематично представленной на рисунке 1. Из исследуемого состава изготавливают образцы массой 1 массой 1 ± 0,01г каждый, а геометрические размеры образца (длина, ширина и высота) должны превышать размер его критического диаметра горения.
Рисунок 1 - Установка определения коэффициента дымообразования: 1- Дымовая камера; 2 - источник света; 3,4 - краны; 5 - высоковольтный преобразователь системы воспламенения; 6 - выключатель; 7- вентиялтов; 8 - пульт управления; 9 - кнопка включения источника света; 10 -кнопка включения вентилятора; 11- кнопка воспламенения; 12 - окошки; 13 - высоковольтные провода; 14 - электроды;
15 - держатель образца; 16 - образец; 17 - люксметр. Перед началом испытания производится замер начальной освещенности (То). После полного сгорания образца в камере включается вентилятор и непрерывно отслеживается показатель люксметра, записывается минимальное значение показателя (1шт). Рассчитывается коэффициент дымообразования по формуле:
О = —1п (И
1*ш \ I /
где V - объем камеры [м3]; V = 0,285 м3; L - длинна светового луча [мм]; L=749 мм; m - масса навески [г]; 10, I - начальное и конечное значение освещенности [лк].
Оценка огнетушащей способности (ОТС) определяется на установке представленной на рисунке 2. В качестве имитатора очага пожара использовали «спиртовку» ^ = 3,2 мм). В закрытом шкафу сжигали образец пороха, затем усредняли аэрозоль в течение 20 секунд лопастным вентилятором диаметром 100 мм. После этого выключали вентиляторы, выводили столик с горелкой из шкафа, поджигали её, ждали несколько секунд, чтобы пламя разгорелось, и вводили обратно.
Рисунок 2 - Схема установки для определения ОТС композиций: 1 - металлический шкаф; 2 - дверь из органического стекла; 3 - образец пороха; 4 - система воспламенения образца; 5 - вентиляторы; 6 - видеокамера; 7 - горелка; 8 - створки для открывания и закрывания окна
для ввода горелки; 9 - направляющие створок; 10 -трансформатор; 11 - кнопки для системы воспламенения и вентиляторов.
Огнетушащую способность (ОТС) оценивали путем определения зави-симости времени погасания пламени горелки на изопропаноле от массы (m) сгоревшего аэрозольобразующего состава (АОС) в установке объёмом 0,3 м3. За характеристику ОТС (г/м3 принимали массу, при которой происходит характерный излом в нижней части на зависимости lnt = f(m), отнесенной к еди-нице защищаемого объёма. ОТС = m/Vm.
На первом этапе, с помочью программы REAL, было проведено термодинамическое проектирование. Было изучено возможность замены части окислителя (перхлората калия) на аммиачную селитру и влияние замены на термодинамические характеристики: содержание конденсированной фазы в продуктах горения (рис. 3), содержание солей калия в продуктах сгорания, коэффициент избытка окислителя (рис. 4), а также температура горения состава и содержание гидроокиси калия в равновесном составе (рис. 5). Также было изучено влияние ввода салицилат меди (СМ) в состав на вышеперечисленные параметры.
Рисунок 3 - Зависимость содержания к-фазы в продуктах сгорания от содержания аммиачной селитры с различным содержанием салицилата меди
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента избытка окислителя от содержания аммиачной селитры для составов с различным содержанием салицилата меди
т„к
Тсмпсрлггура героиня
1700 1600 1660 1640 1620 1600 1680 1660 1540 1620 1500
\
к
ч 1
""1
1 1 _
• -- -
к
_
0 10 15 20
Рисунок 5 - Зависимость температуры горения от содержания аммиачной селитры для составов с различным содержанием салицилата меди
Рисунок 6 - Зависимость ОТС от содержания аммиачной селитры для составов с различным содержанием салицилата меди
м!/кг
Коэффициент дымообра довапня
600
---
ч ч.
\ 1 —
А
( _ X >
а 5 10 15 20
Рисунок 8 - Зависимость коэффициента дымообразования от содеражния аммиачной селитры для составов с различным содержанием салицилата меди
Введение в состав катализатора горения (салицилата меди) более 2% позволяет обеспечить устойчивость горения даже при содержании 20% аммиачной селитры в составе (рис. 7). При этом наблюдается некоторое ухудшение ОТС с 8 до 12 г/м3 (рис. 6), но коэффициент дымообразования снижается в 1,5 раза (рис. 8). Дальнейшее увеличение салицилата меди в составе способствует увеличению скорости горения и улучшению ОТС. Так при содержании в составе аммиачной селитры 20% и салицилата меди 6%
Замещение ПХК на нитрат аммония приводит к незначительному повышению массовой доли к-фазы в продуктах (рис. 3) и снижению коэффициента избытка окислителя на 10% (рис. 4). Температура горения снижается на 100 К (рис. 5).
На следующем этапе исследования были изготовлены образцы с использованием процесса вальцевания, и определена их огнетушащая способность (рис. 6), скорость горения (рис. 7) и коэффициента дымообразования (рис. 8).
Замена ПХК на нитрат аммония, в исходном составе, приводит к ухудшению огнетушащей способности АОС и снижению скорости горения вплоть до полного прекращения горения при атмосферном давлении при содержании аммиачной селитры более 5% (рис. 6).
и, мм с
Скорость горения
к
■
к
1
■ 0%каг
• 2%СМ
* 6° оСМ
Рисунок 7 - Зависимость скорости горения от содержания аммиачной селитры для составов с различным содержанием салицилата меди наблюдается значительное снижения коэффициента дымообразования с 1400 до 800 м2/кг., а эффективная огнетушащея способность состава остается на уровне исходного состава. Данный факт можно объяснить за счет улучшения диспергирования аэрозоля газообразными продуктами, отходящими от поверхности горения с высокой скоростью.
Таким образом, при сохранении тактико-технических характеристик исходного состава (скорость горения - 4 мм/с, ОТС - 12 г/м3), замена перхлората калия на аммиачную селитру в количестве 20% совместно с вводом 6% салицилата меди позволяет снизить коэффициент дымообразования в 1,75 раза, при снижении расчетной температуры горения на 100 К и кроме того в продуктах горения отсутствуют токсичные хлорсодержащие соединения, что повышает экологичность состава.
Список литературы
1. Шидловский А. А. Основы пиротехники / А. А. Шидловский - Москва: «Машиностроение», 1973. -280 с.
2. Дудырева А.С. Разработка пиротехнических составов / А. С. Дудырева - Москва - 50 с.
3. Мельников В. Э. Современная пиротехника / В. Э. Мельников - Москва . 2014. - 480 с.
