СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА Российский патент 2007 года по МПК A62D1/00 

Данное изобретение относится к способу тушения пожаров и смесям, использующим высшие фторированные С₂ и С₃ насыщенные фтороуглеводороды.

Известны способы тушения пожара путем подачи в огонь огнетушащего состава, содержащего галоидоуглеводородное соединение.

Однако, кроме галоидоуглеводородного соединения, эти составы содержат протеин и/или продукты его распада и жидкие полигидроксисоединения [1] или терпены и ненасыщенные масла [2].

Задачей изобретения является создание способа тушения пожаров, при котором пламя гасится также быстро и эффективно, как и по используемой в настоящее время технологии с галоидоуглеводородными соединениями, который, однако, не разрушает озоновый слой земли, не создает парниковый эффект.

Суть изобретения.

Поставленную задачу можно реализовать при использовании насыщенных высших фторированных фтороуглеводородов и их смесей в качестве огнетушителей для использования в способах и устройствах для тушения пожаров. Способ изобретения включает введение в огонь насыщенного C₂ или С₃ высшего фторированного фтороуглеводорода в огнетушащей концентрации и поддержание такой концентрации до погашения огня. Насыщенные высшие фторированные фтороуглеводороды этого изобретения включают соединения по формуле C_xH_yF_z, где х - 2 или 3, y - 1 или 2, и z - 5, 6 или 7; где y - 1 и z - 5, если х - 2, и где z - 6 или 7, если х - 3. Специфические фтороуглеводороды, полезные для этого изобретения, включают гептафторпропан (CF₃CHFCF₃), 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан (CF₃СН₂CF₃), 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан (CF₃CHFCHF₂) и пентафторэтан (CF₃CHF₂). Эти фтороуглеводороды можно использовать отдельно, в смеси друг с другом или как смеси с другими огнетушащими агентами. Обычно огнетушащие агенты используются в концентрациях в пределах от 3 до 15% предпочтительно 5-10% объем на объем.

Т.к. такие фтороуглеводороды не содержат брома или хлора, их потенциал разрушения озона нулевой. Кроме того, поскольку соединения содержат атомы водорода, они подвержены распаду в нижней атмосфере, и, следовательно, не представляют собой угрозы, как газы парникового эффекта.

Эти соединения могут использоваться отдельно или в смеси друг с другом или в смесях с другими огнетушащими агентами.

Среди других агентов, с которыми можно соединить фтороуглеводороды этого изобретения, хлор- и/или бромсодержащие соединения, такие как CF₃Br, CF₂BrCF₂Br, CF₃CF₂Cl, CF₂BrCl и CF₃CHFBr. Смеси гептафторпропана и CF₂HBr особенно предпочтительны, поскольку соединения имеют одинаковое давление пара в большом диапазоне температур, и поэтому композиция смеси остается относительно постоянной во время выхода или другого применения.

Если фтороуглеводороды используются в смесях, то они составляют по меньшей мере около 10% вес. от смеси. В таких смесях желательно использовать углеводороды в большем количестве, чтобы свести к минимуму влияние хлор- и бромсодержащих агентов на окружающую среду.

Насыщенные высшие фторированные С₂ и С₃ фтороуглеводороды можно эффективно использовать в любых минимальных концентрациях, при которых тушится огонь, точный минимальный уровень зависит от определенного материала сгорания, конкретного фтороуглерода и условий горения. Однако лучшие результаты достигаются, если фтороуглеводороды или их смеси используются на уровне по меньшей мере около 3% (об./об.). При использовании только фтороуглеводородов наилучшие результаты достигаются при содержании агентов по меньшей мере около 5% (об./об.). Таким же образом, максимальное используемое количество будет регулироваться соображениями экономичности и потенциальной токсичности для живых организмов. Около 15% (об./об.) обеспечивает подходящую максимальную концентрацию для использования фтороуглеводородов и их смесей в населенных районах. Концентрации выше 15% (об./об.) могут использоваться в ненаселенных районах, причем концентрация определяется конкретным материалом горения, выбранным фтороуглеводородом (или смесью) и условиями горения. Предпочтительной концентрацией агентов фтороуглеводорода, их смесей и смесей с другими агентами в соответствии с этим изобретением является концентрация порядка 5-10% (об./об.).

Фтороуглеводороды могут применяться с использованием обычной техники применения и способов.

Таким образом, эти составы можно использовать в общей системе тушения пожаров струйным выбрасыванием, в которой агент вводится в закрытое пространство (например, комнату или другое помещение) и направлением на пламя в концентрации, достаточной для тушения огня. Согласно общей системе тушения устройство, оборудование или даже комнаты и помещения могут быть снабжены источником огнетушащего агента и соответствующими шлангами, вентилями и контрольными устройствами, которые позволяют автоматически и/или вручную оперировать ими в соответствующих концентрациях в случае возникновения пожара. Известно, что огнетушащие составы можно подвергать сжатию азотом или другим инертным газом до 600 атм при окружающих условиях.

Фтороуглеводородные агенты можно использовать посредством обычных портативных огнетушителей. В них давление увеличивается азотом или другими инертными газами с тем, чтобы агент полностью выпускался из огнетушителя. Системы, содержащие фторуглеводород, можно сжимать до любого нужного давления до 600 атм при условиях окружающей среды.

В практике настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для испытаний тушения статического пламени был сконструирован бокс объемом 28,3 куб.л (тушение поливом). Бокс был снабжен плексиглазовым смотровым окошком и входным отверстием в верхней части для введения агента, кроме того, входом для воздуха в нижней части. С целью испытания агента в центр бокса помещалось блюдо (стеклянное) размером 90×50 мм и заполнялось 10 г жидкости, используемой в зажигалках. Жидкость воспламенялась и горела в течение 15 секунд до введения агента. Во время горения в бокс через нижнее отверстие вводился воздух. После 15 секунд впускное отверстие воздуха закрывалось и в бокс вводился огнетушащий агент. Он подавался в количестве, достаточном для обеспечения концентрации агента 6,6% об./об. Измерялось время тушения, т.е. время после подачи агента и до гашения пламени. Среднее время гашения для агента с концентрацией 6,6% об./об. дано в таблице 1.

Пример 2.

Эксперимент проводили, как в примере 1 с использованием в качестве горючего гептана. Среднее время тушения для концентрации 6,6% об./об. тех же агентов также даются в таблице 1.

В таблице 1 показано время тушения пламени, необходимое для различных горючих веществ при использовании агента с концентрацией 6,6% об./об. При этой концентрации гептафторпропан также эффективен в тушении пламени н-гептана, как бромсодержащие агенты, и почти так же эффективны, как другие агенты в тушении пламени от жидкости для зажигалок.

В соответствии с изобретением для общего применения чистых фтороуглеводородов предпочитаются концентрации около 5-10%. Использование небольшого объема агента может не достичь цели и привести к образованию дыма и высвобождению HF из-за сгорания агента. Использование избыточных количеств неэкономично и может привести к разбавлению уровня кислорода в воздухе до концентраций вредных для живых организмов.

Пример 3.

Был повторен пример 1 с двумя белыми мышками, находящимися в боксе. После тушения пламени мыши оставались в боксе еще 10 минут и подвергались действию продуктов сгорания. После этой процедуры мыши не высказывали симптомов недомогания и поведение их было нормальным после удаления из бокса.

Пример 4.

Данные испытания динамического горения для гептафторпропана и 1,1,1,2,3,3-гексафторпропана были получены с использованием испытательной процедуры, в которой воздух и н-бутан непрерывно подавались к пламени в стеклянной чашеобразной горелке. Пар испытуемого агента смешивался с воздухом и подавался к пламени, причем концентрация агента постепенно возрастала до уровня, необходимого для тушения пламени. Данные были получены для гептафторпропана и 1,1,1,2,3,3-гексафторпропана и, с целью сравнения для других следующих галоновых агентов: CF₃Br, CF₂BrCl, CF₃CF₂Cl, CF₃CF₂Н и CF₄. Процент каждого вещества в воздухе (об./об.), требуемый для тушения пламени, дается в таблице 2.

Пример 5.

Гептафторпропан и CF₃Br, CF₂BrCl и CF₃CF₂Cl использовались для тушения н-гептанового диффузного пламени аналогично примеру 4. Данные испытания указаны в таблице 3.

Данные испытания динамического горения, указанные в таблицах 2 и 3, демонстрируют, что использование гептафторпропана и пентафторэтана значительно более эффективно, чем использование других известных небром- или хлорсодержащих составов. Более того, гептафторпропан можно сравнить по эффективности с CF₃CF₂Cl, хлорсодержащим хлорфтороуглеводородом. Их сравнение показано по отношению к н-гептану, а также н-бутану. Хотя бром- и хлорсодержащие агенты, такие как CF₃Br и CF₂BrCl, несколько более эффективны, чем фтороуглеводородные агенты в тесте с чашеобразной горелкой, использование данных агентов является достаточно эффективным и не имеет ограничений, связанных с отношением к окружающей среде.

Пример 6.

Данные тушения статического пламени в боксе были получены для 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана при объеме испытуемого бокса в 35,2 куб.л в соответствии с примером 1. Кроме 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана с целями сравнения испытывались также CF₃Br, CF₂BrCl и CF₃CF₂Cl. Все испытуемые агенты подавались в концентрации 5,5% (об./об.).

Данные таблицы 4 демонстрируют, что 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан является высокоэффективным огнетушителем. Он почти также эффективен, как CF₃CF₂Cl, хлорфтороуглеводород, и достаточно эффективен по сравнению с бромсодержащими галонами, такими как CF₃Br и CF₂BrCl, и предпочтителен по причине отсутствия свойств разрушать озон и других вредных воздействий, которыми обладают хлор- и бромсодержащие галоны.

Кроме свойства высокоэффективного агента для тушения пожаров 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан является токсикологически безопасным.

Следующие примеры демонстрируют эффективное использование фтороуглеводородных агентов в смесях или составах, включающих бромсодержащие галоновые огнетушители.

Пример 7.

Данные испытания в динамике с использованием процедуры с чашеобразной горелкой по примеру 4 были получены для различных смесей гептафторпропана и CF₂HBr. Воздух и смесь агентов непрерывно подавались к н-гептановому диффузному пламени в чашеобразной горелке. Для данного потока гептафторпропана поток CF₂HBr медленно увеличивался до тех пор, пока пламя не погасло. Эксперимент повторялся при различных скоростях потока гептафторпропана и результаты показаны в Таблице 6.

В таблице 6 указано фактический процент объема воздуха. Там показан также рассчитанный вес гептафторпропана в смеси. Кроме того, таблица 6 указывает потенциал разрушения озона для каждого агента ("ПРО"). Данные ПРО рассчитывались следующим образом: ПРО для чистых соединений рассчитывались по следующей формуле:

ПРО=АЕР[/#Cl/^B+С/#Br/]D^(#C-1)

В этом выражении Р - фактор фотолиза. Р=1,0, если нет особых структурных признаков, которые делают молекулу подверженной тропосферическому фотолизу. В других случаях, Р F, G или Н, как указано в Таблице констант (Таблица 5).

ПРО для смесей были получены умножением вес. агента на ПРО чистого агента.

Эти данные демонстрируют, что эффективного тушения пламени можно достичь смесями гептафторпропана и CF₂HBr и что ПРО CF₂HBr можно существенно снизить добавлением к нему гептафторпропана.

Примеры 8-11.

В таблицах 7, 8, 9 и 10 показаны данные тушения диффузного пламени, полученные по Примеру 7 для следующих смесей агентов:

Таблица 7 - гептафторпропан и CF₂BrCl.

Таблица 8 - гептафторпропан и CF₃Br.

Таблица 9 - пентафторэтан и CF₂HBr.

Таблица 10 - 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан и CF₂HBr.

Эти таблицы содержат также данные ПРО для чистых CF₂BrCl и CF₃Br (литературные данные) и ПРО для CF₂HBr (рассчитанные). ПРО для смесей были получены умножением вес. агента на ПРО чистого агента.

Данные таблиц 7-10 демонстрируют, что различные смеси фтороуглеводородов в соответствии с этим изобретением с хлор- и бромсодержащими веществами являются эффективными огнетушительными агентами и что в соответствии с данным изобретением можно достичь существенного снижения ПРО хлор- и бромсодержащих материалов их смесью с фтороуглеводородами. Насыщенные высшие фторированные C₂ и С₃ фтороуглеводороды, такие как гептафторпропан, 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан, 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан и пентафторэтан, как используемые в настоящее время хлор- и бромсодержащие вещества, не являются разрушительными агентами и особенно полезны там, где очистка среды представляет проблему. Другие применения фтороуглеводородов этого изобретения тушение пожаров, вызванных воспламенением жидких и газообразных горючих веществ, дерева, бумаги, текстиля, твердых горючих веществ, защита электрооборудования, ЭВМ, устройств обработки данных и диспетчерских помещений.

Таблица 1
Время тушения (секунды) для 6,6% об./об. составаАгентГорючее:Жидкость для зажигалокн-ГептанCF₃CHFCF₃1,61,6CF₃Br0,81,4CF₂BrCl1,31,7CF₃CHFBr1,01,7

Таблица 2
Тушение н-бутанового диффузного пламениОгнетушащий воздушный агент, %Поток воздуха, см³/минПоток огнетушащего агента, см³/минКоличество агента в воздухе, об/обCF₃Br16,2003962.4CF₂BrCl16,2004372.7CF₃CF₂Cl16,2009635.9CF₃CHFCF₃16,2009766.0CF₃CHFCHF₂16,20013128,1CF₃CF₂H16,20014098,7CF₄16,200229114,1

Таблица 3
Тушение н-гептанового диффузного пламениОгнетушащий воздушный агент, %Поток воздуха, см³/минПоток огнетушащего агента, см³/минКоличество агента в воздухе, об/обCF₃Br16,2005103,1CF₂BrCl16,2005463,4CF₃CF₂Cl16,2001,0066,2CF₃CHFCF₃16,2001,0336.4CF₃CF₂H16,2001,5069.3

Таблица 4
Время тушения (сек) для агента с концентрацией 5,5%АгентВремя тушения (сек)CF₃Br1,02CF₂BrCl1,76CF₃CF₂Cl2,15CF₃СН₂CF₃2,98

Таблица 5КонстантаНаименованиеВеличинаFФактор фотолиза для сдвоенных Br-С-Cl0,180GФактор фотолиза для сдвоенных Br-С-Br0,015HФактор фотолиза для соседних Br-С-С-Br0,370AНормализующая константа0,446ВЭкспонент для члена хлора0,740СМножитель для члена брома32,000DКонстанта для члена углерода1,120ЕФактор водорода = 1,0 для отсутствия Н.625

Таблица 6
Тушение н-гептанового диффузного пламени смеси CF₃CHFCF₃/CF₂HBrОбъем потока при тушении, см³/мин% объем. в воздухеОбщий объем, %Вес.% CF₃CHFCF₃ПРОCF₃CHFCF₃CF₂HBrCF₃CHFCF₃CF₂HBr0138004,04,000,891644891,03.04,030,10,623533572,22,24.456.50,395332163,31.34.676,60,217051224,30,85,187,40,11869395,40,25,697.20,02104206.406,4100,00,00

Таблица 7
Тушение н-гептанового диффузного пламени CF₃CHFCF₃/CF₂BrCl смесиПоток, обеспечивающий тушение см³/минОбъем. % в воздухеОбщий объем, %Вес. % CF₃CHFCF₃ПРОCF₃CHFCF₃CF₂BrClCF₃CHFCF₃CF₂BrCl054603,43,402,641644371.02,73,727,51,912623781,62,33,941,71,543533282,22,04,253,11,245332103,31,34,672,50,737051094,30,75,086,30,36869445,40.25,694,90,18104206,406,4100,00,00

Таблица 8
Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF₃CHFCF₃/CF₃Поток, обеспечивающий тушениеОбщий % в воздухеОбщий объем, %Вес. % CF₃CHFCF₃ПРОCF₃CHFCF₃CF₃BrCF₃CHFCF₃CF₃Br051003,13,1014,281644221,02,63,630,49,932623341,62,13,746,47,653533172,21,94,157,16,135332463,31,54,871,64,06705984,30,64,989,21,54869515,40,35,795,40,66943245,80,16,098,50,21104206,406,4100,00,00

Таблица 9
Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF₃CF₂Н/CF₂/HBrПоток, обеспечивающий тушениеОбщий % в воздухеОбщий объем, %Вес. % CF₃CF₂HПРОCF₃CF₂HCF₂HBrCF₃CF₂HCF₂HBr0138004,04,000,891965261,23,24,425,60,663144701,92,94,837,50,564214232,62,65,247,70,466373383,92,16,063,00,3310391096,40,77,189,40,09150909,309,3100,00,00

Таблица 10
Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF₃CHFCF₂H/CF₂/HBrПоток, обеспечивающий тушениеОбщий % в воздухеОбщий объем, %Вес. % CF₃CHFCF₂HПРОCF₃CHFCF₂CF₂BrCF₃CHFCF₂HCH₂HBr0138004,04,000,891965081,23,14,330,80,624214232,62,65,253,70,416373673,92,36,266,30,308432075,21,36,582,10,16

Способ тушения пожара относится к огнегасительным средствам, включающим использование химических веществ для тушения пожаров. Способ включает подачу в огонь огнетушащего галоидуглеводородного соединения с поддержанием его концентрации до момента тушения пожара. Причем в качестве галоидуглеводородного соединения используют смесь, состоящую из гептафторпропана и одного или более хлор- и/или бромуглеводородных соединений, выбранных из ряда: CF₃Br, CF₂BrCl, CF₂BRCF₂Br, CF₂HBr, CF₃CHFBr. Концентрация гептафторпропана составляет, по меньшей мере, около 10% от массы смеси. Смесь подают в огонь в виде сплошного потока, с поддержанием концентрации смеси при тушении на уровне от 3 до 15% об./об. Изобретение позволяет уменьшить нежелательное влияние на окружающую среду. 10 табл.

Способ тушения пожара, включающий подачу в огонь огнетушащего галоидуглеводородного соединения с поддержанием его концентрации до момента тушения пожара, отличающийся тем, что в качестве галоидуглеводородного соединения используют смесь, состоящую из гептафторпропана и одного или более хлор- и/или бромуглеводородных соединений, выбранных из ряда CF₃Br, CF₂BrCl, CF₂BrCF₂Br, CF₂HBr, CF₃CHFBr, с концентрацией гептафторпропана по меньшей мере около 10% от массы смеси, причем смесь подают в огонь в виде сплошного потока с поддержанием ее концентрации при тушении на уровне от 3 до 15% об./об.