Газовый огнетушащий состав Российский патент 2023 года по МПК A62D1/08 

Изобретение относится к комбинированным средствам газового пожаротушения и может применяться для объемного и локального по площади тушения пожаров классов А2, В, С и Е и флегматизации взрывоопасных газовых сред в замкнутом объеме, а также для локализации пожаров класса А1.

В соответствии с современными экологическими требованиями, устанавливаемыми Монреальским протоколом ООН о веществах, разрушающих озоновый слой Земли, газовые огнетушащие вещества (ГОТВ) должны обладать нулевым значением озоноразрушающего потенциала (ozone depleting potential, ODP) и низким значением потенциала глобального потепления (global warming potential, GWP), достигаемым за счет короткого времени жизни вещества в атмосфере (менее 181 дня). После ратификации Российской Федерацией Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу 25 марта 2020 года должно быть поэтапно сокращено российское производство (на 85% к 2036 году) основных химически активных газовых огнетушащих веществ - фторированных алканов CF₃H, C₂F₅H и C₃F₇H, имеющих ODP=0, но являющихся долгоживущими парниковыми газами (время жизни в атмосфере от 29 до 270 лет, потенциал глобального потепления от 3220 до 14800). Настоящее изобретение направлено на уменьшение объемов использования парниковых газов в пожаротушении путем создания высокоэффективного газового огнетушащего состава, в котором парниковые и озоноразрушающие компоненты либо отсутствуют полностью, либо их содержание значительно снижено по сравнению с существующими огнетушащими веществами, менее токсичного, чем существующие аналоги, и не уступающего им по огнетушащей эффективности.

Прототипом заявляемого изобретения является патент RU 2310488 С2, опубл. 20.11.2007 Огнетушащий состав, МПК A62D1/06, в котором предлагается использовать в качестве газового огнетушащего вещества смесь, состоящую из бромистого этила 30-70 % масс. и йодсодержащего фторуглеводорода С₁ - С₃ с 1-2 атомами йода 70-30 % масс. Такая смесь обладает высокой огнетушащей эффективностью (от 3,0 до 4,8 % об. по отношению к горению n-гептана). Но, поскольку бромистый этил имеет время жизни в атмосфере 183 дня, он не является короткоживущим веществом, из-за наличия атома брома в молекуле обладает ненулевым ODP, и попадает под запрет производства в соответствии с Монреальским протоколом ООН о веществах, разрушающих озоновый слой Земли. C₂H₅Br является горючим веществом (концентрационные пределы распространения пламени в воздухе от 6,5 % об. до 9,5 % об.); известны случаи, когда негорючие смеси, содержащие бромистый этил, при определенных условиях загорались (Kopylov S.N., Kopylov P.S., Eltyshev I.P. Fire Safety of 1, 2 and 2l Refrigerants: Myths and Reality - IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 272 (2019), 8 p.). Кроме того, йодсодержащий фторуглеводород при заявленном соотношении компонентов, будучи подан в защищаемое помещение, окажется токсичным, так как его содержание в атмосфере помещения более чем в 2 раза превысит минимальный порог не наблюдаемого токсического воздействия (NOAEL, No Observable Adverse Effect Level, для иодированных фторуглеводородов составляет 0,4 % об. и менее), и применение огнетушащего состава нецелесообразно для помещений с присутствием людей.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в качестве газового огнетушащего вещества используется смесь дибромметана с фторированными алканами с общей формулой C_nF_2n+1H, где n=1,2,3 или содержащими двойную связь фторированными углеводородами с общей формулой C₆F₁₂O_n, где n = 0 или 1, при этом доля дибромметана в смеси составляет от 1 % масс. до 5 % масс.

Заявляемый состав обеспечивает значения огнетушащей концентрации на уровне прототипа (см. Табл. 1, 2). В отличие от бромистого этила, предложенного в патенте RU 2310488 С2, дибромметан - негорючий газ, время жизни в атмосфере которого составляет 16,5 дня, то есть он является короткоживущим в условиях атмосферы веществом, полностью удовлетворяющим современным экологическим требованиям и не подпадающим под ограничения Монреальского протокола. Также обеспечиваются существенно лучшие характеристики огнетушащего состава по токсичности по сравнению с принятыми за прототип огнетушащими составами: содержание CH₂Br₂ в огнетушащем составе подобрано так, чтобы его концентрация в условиях применения не превышала уровень NOAEL для этого вещества, равный 0,4 % об., а фторированные компоненты заявляемого состава обладают значениями NOAEL, превышающими уровень огнетушащей концентрации заявляемого состава (см. Табл. 2, 3), то есть он безопасен для человека при применении. Из-за отсутствия в заявляемом составе йодсодержащих веществ и низкого содержания бромированного компонента его коррозионная активность существенно ниже, чем у огнетушащего состава, принятого за прототип.

Таблица 1. Огнетушащая эффективность составов, принятых за прототип

№ п/п Содержание компонентов, % масс. Огнетушащая концентрация,
% об. C₂H ₅Br C₂F ₄Br₂ CF ₃I C₂F ₅I C₃F ₇I 1 2 3 4 5 6 7 1. 70 - 30 - - 4,6 2. 70 - - 30 - 4,7 3. 70 - - - 30 4,3 4. 50 - 50 - - 4,2

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 5. 50 - - 50 - 4,3 6. 50 - - - 50 3,6 7. 30 - 70 - - 3,8 8. 30 - - 70 - 3,7 9. 30 - - - 70 3,0

Таблица 2. Огнетушащая эффективность заявляемых составов

№ п/п Содержание компонентов, % масс. Огнетушащая концентрация,
% об. CH₂Br₂ CF₃H C₂F₅H C₃F₇H (CF₃)₂C=CFCF₂CF₃ CF₃CF=CFCF(CF₃)₂ C₆F₁₂O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1. 1 99 - - - - - 12,0 2. 5 95 - - - - - 8,5 3. 1 - 99 - - - - 9,0 4. 5 - 95 - - - - 5,2 5. 1 - - 99 - - - 6,5 6. 5 - - 95 - - - 3,3 7. 1 - - - 99 - - 3,1 8. 5 - - - 95 - - 2,9 9. 1 - - - - 99 - 3,2 10. 5 - - - - 95 - 3,0 11. 1 - - - - - 99 4,0 12. 5 - - - - - 95 3,3

Таблица 3. Токсичность компонентов заявляемых составов

CH₂Br₂ CF₃H C₂F₅H C₃F₇H (CF₃)₂C=CFCF₂CF₃ CF₃CF=CFCF(CF₃)₂ C₆F₁₂O NOAEL,
% об. 0,4 50,0 7,5 9,0 9,0-10,0* 9,0-10,0* 10,0

*оценочная величина, по аналогии с C₆F₁₂O (отсутствие растворимости в воде и жирах)

При определении соответствия отличительных признаков предполагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники для газовых огнетушащих составов. Известен газовый огнетушащий состав ТФМ-18И (СП 485.1311500.2020 Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования), представляющий собой газовую смесь, содержащую 90 % масс. трифторметана и 10 % масс. йодистого метила. Огнетушащая эффективность такого состава невелика из-за высокого содержания трифторметана в нем и составляет 9,5% об. для n-гептана. Другими недостатками ТФМ-18И являются его токсичность за счет присутствия йодсодержащего вещества в концентрациях, превышающих порог его токсического воздействия на человека в условиях применения, расслоение смеси при хранении под давлением из-за значительной разницы температур кипения компонентов, а также ненулевое значение ODP йодистого метила.

Ненулевой озоноразрушающий потенциал из-за наличия в газовом огнетушащем веществе углеводородов, содержащих атомы йода или брома, а также их высокая токсичность являются критическими недостатками ГОТВ в следующих известных патентах: Патент РФ №2286821, 10.11.2006 Газовый огнетушащий состав (смесь полностью или частично фторированного углеводорода (от 1 до 98%) с углеводородом, в котором атомы водорода полностью или частично замещены атомами йода и фтора (от 1 до 98%) и пропиленом (от 1 до 10%); Патент РФ №2180255, 10.03.2002 Пожаротушащая композиция (смесь CF₃H 1.0 - 2.7 или 25,7 - 99,0 % об. с йодсодержащими алканами С₁ - С₂ 1,0 - 33,9 или 89,0 - 99,0 % об. и перфторалканами С₃ - С₄); WO 94/20588, 15.09.1994 Fluoroiodocarbon blends as CFC and Halon replacements (смеси фторйодуглеродов - алканов).

Известен патент США №8858820, опубл. 14.10.2014 Bromofluorocarbon compositions. В этом патенте предлагается использовать в качестве ГОТВ 2-бром-3,3,3-трифторпропен. Бромтрифторпропен высокотоксичен в условиях применения (минимальный порог отсутствия токсического воздействия No Observed Adverse Effect Level, NOAEL = 0,5 % об. при минимальной огнетушащей концентрации для n-гептана 4,6 % об.). Недостатком этого ГОТВ является высокое значение минимальной огнетушащей концентрации, обусловленное тем, что атом Br компенсирует горючесть самого фторированного пропена (в частности, ближайшие аналоги 2-бром-3,3,3-трифторпропена - трифторпропен и тетрафторпропен - способны гореть).

Композиции частично фторированных алкенов и частично фторированных алкенов, содержащих атом хлора по патентам США №20120240477, опубл. 27.09.2012 Compositions comprising 2,3,3,3-tetrafluoropropene, 1,1,2,3-tetra-chloropropene, 2-chloro-3,3,3-trifluoropropene, or 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoropropane и №20130161554, опубл. 27.06.2013 Stabilized hydrochlorofluoroolefins and hydrofluoroolefins, хотя и заявлены для применения в качестве огнетушащих веществ, разрабатывались прежде всего как хладоносители, растворители и вспенивающие агенты (патенты не содержат данных об их эффективности как ГОТВ), и вряд ли могут быть применены в пожаротушении, так как представляют собой смеси горючих веществ. Помимо этого, их ODP не равен нулю из-за наличия хлорсодержащей компоненты смеси.

Известно газовое огнетушащее вещество перфторэтил-изопропилкетон (ISO 14520-5:2019 Системы газового пожаротушения. Физические свойства и проектирование систем. Часть 5. Огнетушащий состав FK-5-1-12). Это вещество полностью удовлетворяет современным экологическим требованиям (ODP=0, время жизни в атмосфере 5 дней, GWP меньше 1) и обладает низкой токсичностью (NOAEL=10 % об.), но его огнетушащая эффективность низка (минимальная огнетушащая концентрация для n-гептана 4,5 % об.).

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого изобретения являются новыми и отвечают критерию «новизна».

Заявляемый огнетушащий состав отвечает требованиям, предъявляемым к современным средствам газового пожаротушения, и может быть использован как в автоматических установках объемного пожаротушения, так и в качестве огнетушащего вещества для ручных огнетушителей.

Заявляемый огнетушащий состав получают путем смешения компонентов по массовому соотношению в жидкой фазе.

Заявляемый огнетушащий состав реализуется согласно процедуре, описанной в СП 485.1311500.2020 Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. Испытания огнетушащего состава на огнетушащую эффективность проводят в соответствии с ГОСТ Р 53280.3-2009 Установки пожаротушения автоматические. Огнетушащие вещества. Часть 3. Газовые огнетушащие вещества. Методы испытаний.

Изобретение относится к средствам газового пожаротушения и может применяться для тушения пожаров классов А2, В, С и Е, флегматизации взрывоопасных газовых сред, а также для локализации пожаров класса А1. Газовый огнетушащий состав содержит от 1% масс. до 5% мас. дибромметана и остальное - содержащий двойную связь фторированный углеводород с общей формулой C₆F₁₂O_n, где n=0 или 1, или смесь таких фторированных углеводородов, или фторированный алкан с общей формулой C_nF_2n+1H, где n=1, 2, 3. Изобретение обеспечивает огнетушащую эффективность на уровне бромсодержащих хладонов, существенно меньшую токсичность, чем существующие аналоги, не содержит горючих веществ, а его компоненты либо полностью удовлетворяют современным экологическим требованиям, то есть обладают нулевым озоноразрушающим потенциалом, коротким временем жизни в атмосфере и низким значением потенциала глобального потепления, либо обладают парниковым воздействием, но применяются в значительно меньшем объеме, чем в аналогичных газовых огнетушащих составах. 3 табл.

Газовый огнетушащий состав, содержащий от 1% масс. до 5% масс. дибромметана и остальное - содержащий двойную связь фторированный углеводород с общей формулой C₆F₁₂O_n, где n=0 или 1, или смесь таких фторированных углеводородов, или фторированный алкан с общей формулой C_nF_2n+1H, где n=1, 2, 3.