Комбинированный газовый огнетушащий состав

Изобретение относится к комбинированным средствам газового пожаротушения. Описан комбинированный газовый огнетушащий состав, включающий газ-носитель с температурой кипения от -155 до +10°C, флегматизатор горения, ингибитор горения в соотношении мас.%: газ-носитель 3-50%, флегматизатор горения 30-70%, ингибитор горения 1-25%. Технический результат: получен комбинированный газовый огнетушащий состав с повышенной эффективностью при использовании в установках пожаротушения и сниженным показателем коррозионной активности и токсичности. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к комбинированным средствам газового пожаротушения и может применяться для объемного тушения пожаров класса А₂, В, С, Е, локализации пожаров класса А₁ и флегматизации взрывоопасных средств в замкнутом пространстве в составе автономных и автоматических устройств пожаротушения на основе термоактивируемых (микрокапсулированных) огнетушащих веществ.

Устройство пожаротушения с термоактивируемым микрокапсулированным газовыделяющим огнетушащим веществом (ТМГОТВ) содержит огнетушащий композит и средства крепления. Микрокапсулирование газового огнетушащего вещества обеспечивает его сохранность и минимальную утечку в климатических условиях эксплуатации в течение назначенного срока службы, а также разрушение оболочки микрокапсул и выпуск ОТВ при повышении температуры внутри защищаемого объема (ГОСТ 56459-2015).

Уровень техники

Известно множество индивидуальных газовых огнетушащих веществ ряда галогенуглеродов, например, хладоны 125хп, 227еа, 318с и т.д., широко применяемых в традиционном газовом пожаротушении на основе баллонной техники. Как правило, они обладают средней огнетушащей способностью (500-700 г/м³) и являются газами при атмосферном давлении. В сжиженом же виде эти вещества имеют давление от 5 до 10 Бар, что существенно усложняет потенциальный процесс их инкапсуляции в полимерную оболочку.

Известно использование в ТМГОТВ жидких ГОТВ.

Например, известно использование в составе устройств пожаротушения с ТМГОТВ эффективного огнетушащего агента: 1,2-дибром-1,1,2,2-тетрафторэтана (хладон 114 В2) (патент РФ на полезную модель №109668, опубл. 27.10.2011, патент РФ 2469761, опубл. 20.12.2012). Использование хладона 114 В2 в составе средств пожаротушения на основе микрокапсулированных ОТВ технически эффективно, но разрешено только для специального применения по причине своего озоноразрушающего действия.

Известно использование в составе устройств пожаротушения с ТМГОТВ бромированных углеводородов: бромзамещенного алкана, выбранного из группы, включающей соединения с формулой C_nH_2n+2-xBr_x, где n=1 или n=2, х=2 или х=3 (патент РФ 2389525, опубл. 20.05 2010) или дибромметана (тот же патент РФ №2389525). Бромалканы имеют хорошие огнетушащие свойства, однако по причине высокой температуры кипения (минимум 97°С для дибромметана) их применение в микрокапсулированном виде приводит к высоким температурам срабатывания (до 200°С) и, соответственно, длительным временам тушения.

Известно использование в составе устройств пожаротушения с ТМГОТВ перфторэтил-перфторизопропилкетона (фторкетон ФК-5-1-12, 3М Novec 1230) (патент РФ №2469761, опубл. 20.12.2012). Перфторкетон является озонобезопасным огнетушащим агентом, но при этом имеет достаточно высокую огнетушащую концентрацию (4,2%, 592 г/м³). По совокупности признаков данный состав выбран за ближайший аналог.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание озонобезопасного комбинированного огнетушащего состава, эффективного для использования в установках пожаротушения на основе микрокапсулированых ОТВ, имеющего относительно небольшое (0,3-4 атм) давление в условиях хранения ОТВ и высокое давление (не менее 10 атм) в условиях срабатывания микрокапсул, а также низкое значение огнетушащей концентрации, низкие значения коррозионной активности и токсичности.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного изобретения, является повышение эффективности заявляемого комбинированного огнетушащего состава при использовании в установках пожаротушения на основе микрокапсулированых ОТВ и снижение показателей коррозионной активности и токсичности.

Поставленная задача решается за счет того, что предложен комбинированный газовый огнетушащий состав, включающий газ-носитель с температурой кипения от -155 до +10°С, флегматизатор горения, ингибитор горения в соотношении мас. %: газ-носитель 3-50%, флегматизатор горения 30-70%, ингибитор горения 1-25%.

Особенность настоящего изобретения состоит в том, что огнетушащий состав может представлять собой азеотропную смесь.

Другая особенность настоящего изобретения состоит в том, что в качестве газа-носителя может быть использован частично или полностью фторированный углеводород с длиной углеродной цепи C₁-C₃.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что в качестве газа-носителя может быть использован: 1-Н-гептафторпропан или 2-Н-гептафторпропан или пентафторэтан или 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан или их смеси.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что в качестве флегматизатора горения может быть использован иодтрифторметан или 1-иодгептафторпропан или 2-иодгептафторпропан или иодпентафторэтан или 2,2-дииод-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан или 1,2-дибромэтан или дибромметан их смеси.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что качестве ингибитора горения может быть использован дициклопентидиенил железо или циклопентадиенил-трикарбонилмарганец или метилцикло-пентадиенилтрикар-бонилмарганец или циклопентадиенилциклогептатриенил-ванадий или дибензолхром или их производные.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что в качестве ингибитора горения может быть использован коллоидный раствор или стабилизированная дисперсия с размером частиц 0,01-0,1 мкм.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что состав может дополнительно содержать по меньшей мере один высокомолекулярный стабилизатор, выбранный из олигомеров тетрафторэтилена или гексафторпропилена или тетрафторэтиленоксида со средним молекулярным весом 3000-100000.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что состав может дополнительно содержать антиоксидант.

Наконец, еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что состав может дополнительно содержать акцепторы галогенов и (или) галогеноводородов.

Подробное раскрытие изобретения

Поставленная техническая задача предъявляет требования к разрабатываемому огнетушащему составу, которые сложно реализовать в индивидуальном веществе, но которые могут быть выполнены в комбинированном составе.

Заявляемый газовый огнетушащий состав в общем случае включает три основных части: газ-носитель, флегматизатор горения и ингибитор горения, выполняющих различные функции.

Газ-носитель выполняет в основном транспортную функцию: выход газового огнетушащего вещества (ГОТВ) из микрокапсул и его доставку в область горения. Газ-носитель определяет эксплуатационные характеристики состава: давление насыщенных паров и температурный режим эксплуатации. В качестве газа-носителя эффективно использовать низшие частично или полностью фторированные углеводороды (длина углеродной цепи C₁-С₃), имеющие температуру кипения в интервале от -155°С для трифторметана (хладон R23) до -0,7°С для гексафторпропана (хладон 236fa). Путем выбора газа-носителя или их смеси и варьируя количество газа носителя можно создать огнетушащий состав с давлением насыщенных паров от 0,3 до 4 атм в нормальных условиях эксплуатации (например, от -40°С до +50°С), и резким скачком давления (10 атм и более) при температурах срабатывания 100-120°С. Это обеспечивает низкую нагрузку на стенки микрокапсулы в условиях хранения огнетушащего агента и резкий выброс при увеличении температуры до температур срабатывания. Использование газа-носителя в количествах менее 3% масс, а также более 50% не позволяет получить огнетушащий состав с требуемыми характеристиками по давлению.

Флегматизатор горения выполняет функцию основного огнетушащего вещества. В качестве флегаматизатора горения могут использоваться наиболее эффективные йод- и бром- содержащие фторуглероды: иодтрифторметан или 1-иодгептафторпропан или 2-иодгептафторпропан или иод-пентафторэтан или 2,2-дииод-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан или 1,2-дибромэтан или дибромметан их смеси. Известно (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов "Пожаротушение в химической промышленности", Химия, 1979), что по ингибирующей способности галогеносодержащие углеводороды располагаются в следующей уменьшающейся последовательности: RJ>RBr>RC1>RF (R - углеводородный радикал). Поскольку эксплуатационные характеристики огнетушащего состава определяются, в основном, используемым газом-носителем, параметры и агрегатное состояние флегматизатора не имеет особого значения: могут использоваться флегматизаторы в газообразном, жидком и твердом виде. Использование флегматизатора горения в количестве менее 30% существенно увеличивает минимальную огнетушащую концентрацию, а введение в флегматизатора в состав в количествах более 70% увеличивает температуру кипения и, соответственно, время тушения.

Ингибитор горения в огнетушащем составе по настоящему изобретению усиливает огнетушащее действие флегматизатора путем активного прерывания радикальной цепочки горения. В качестве ингибитора горения эффективно использование соединений металлов переменной валентности, например, соединения железа или хрома или марганца или ванадия или молибдена. Удобно использовать комплексные металлоценовые соединения (дициклопентидиенил железо, циклопентадиенилтрикарбонилмарганец, метилцикло-пентадиенилтрикарбонилмарганец, циклопентадиенил-циклогептатриенил-ванадий дибензолхром и их производные), которые являются растворимыми в фторуглеродах и тем самым, позволяют получить гомогенный огнетушащий состав. Состав может быть дополнительно стабилизирован высокомолекулярными соединениями, например, олигомерами тетрафторэтилена или гексафторпропилена.

Коррозионная активность и токсичность газовых составов на основе полигалогенированных углеводородов определяется во многом наличием в них следов свободных галогенов (бром, йод) и галогеноводородов (бромо-водород, иодоводород), которые образуются при воздействии на них влаги, кислорода воздуха, света, а также в области пламенного горения при тушении очага возгорания. Для улучшения токсикологических характеристик в огнетушащем составе по настоящему изобретению могут быть использованы акцепторы галогенов и галогеноводородов: ненуклеофильные алифатические и ароматические амины, например, 2,6-лутидин, триизопропиламин, дитретбутиламин, добавляемые в количестве 0,2-0,5 мас.%.

Образцы огнетушащего состава по настоящему изобретению изготавливали следующим образом.

Лабораторный реактор-автоклав из нержавеющей стали емкостью 5,0 дм³, снабженный перемешивающим устройством типа «фреза» (макс. 10 т. об/мин) вакуумируют, через шлюзовое устройство вводят раствор или суспензию ингибитора горения в жидком флегматизаторе и далее добавляют сжиженный газ-носитель. Смесь перемешивают на максимальных оборотах в течение 30 мин, полученную смесь сливают через нижний слив под давлением через проточный фильтр из пористого картона или стальную сетку №01 в стальные баллоны с запорным вентилем. Полученные таким образом образцы используют для испытаний на определение огнетушащей концентрации.

Минимальную огнетушащую концентрацию (МОК) определяют по ГОСТ 53280-2009 методом «чашечной горелки».

Содержание фтороводорода (ПДК м.р. - 0,5 мг/м³) в дымовых газах, образующихся в результате тушения огня, определяли флуориметрическим методом по МУК4.1.079-96.

Варианты исполнения огнетушащего состава по настоящему изобретению и результаты испытаний по определению МОК, параметров давления и содержания фтороводорода в дымовых газах в сравнении с ближайшим аналогом приведены в Таблице.

Как видно из этой Таблицы, образцы огнетушащего состава обеспечивают существенно меньшую минимальную огнетушащую концентрацию по сравнению с ближайшим аналогом. Видна зависимость давления состава от содержания газа-носителя, а также резкое уменьшение содержания токсичного фтороводорода в продуктах дымовых газов при использовании акцепторов галогенводородов.

Промышленная применимость

Огнетушащий состав по настоящему изобретению может быть изготовлен на стандартном химическом оборудовании: реакторы смешения с рабочим температурным диапазоном -10…+50°С и давлением до 1,0 МПа путем последовательного добавления и смешения реагентов и последующей фильтрации. Готовый состав хранится в стальных емкостях под давлением до 0,5 МПа до дальнейшего использования.

Огнетушащий состав по настоящему изобретению может быть использован в существующих и разрабатываемых автоматических и автономных установках пожаротушения на основе термоактивируемых огнетушащих веществ (Терма-ОТВ) или микрокапсулированных антипиренов для объемного тушения возгораний в корпусном электрооборудовании (распределительные щиты, блоки управления, силовое оборудование, серверные, розетки и распаечные коробки) и другом пожароопасном электрооборудовании.

1. Комбинированный газовый огнетушащий состав, включающий газ-носитель с температурой кипения от -155 до +10°C, флегматизатор горения, ингибитор горения в соотношении мас. %: газ-носитель 3-50%, флегматизатор горения 30-70%, ингибитор горения 1-25%.

2. Огнетушащий состав по п. 1, в котором огнетушащий состав представляет собой азеотропную смесь.

3. Огнетушащий состав по п. 1, в котором в качестве газа-носителя использован частично или полностью фторированный углеводород с длиной углеродной цепи С₁-С₃.

4. Огнетушащий состав по п. 1, в котором в качестве газа-носителя использован: 1-Н-гептафторпропан, или 2-Н-гептафторпропан, или пентафторэтан, или 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан, или их смеси.

5. Огнетушащий состав по п. 1, в котором в качестве флегматизатора горения использован иодтрифторметан, или 1-иодгептафторпропан, или 2-иодгептафторпропан, или иодпентафторэтан, или 2,2-дииод-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан, или 1,2-дибромэтан, или дибромметан их смеси.

6. Огнетушащий состав по п. 1, в котором в качестве ингибитора горения использован дициклопентидиенил железо, или циклопентадиенил-трикарбонилмарганец, или метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец, или циклопентадиенилциклогептатриенил-ванадий, или дибензолхром, или их производные.

7. Огнетушащий состав по п. 1, в котором в качестве ингибитора горения использован коллоидный раствор или стабилизированная дисперсия с размером частиц 0,01-0,1 мкм.

8. Огнетушащий состав по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один высокомолекулярный стабилизатор, выбранный из олигомеров тетрафторэтилена, или гексафторпропилена, или тетрафторэтиленоксида со средним молекулярным весом 3000-100000.

9. Огнетушащий состав по п. 1, дополнительно содержащий антиоксидант.

10. Огнетушащий состав по п. 1, дополнительно содержащий акцепторы галогенов и (или) галогеноводородов.