СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ КОНТЕЙНЕРОВ С ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫМИ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
METHOD TO REDUCE FIRE AND EXPLOSION HAZARD OF GAS MEDIUM OF CONTAINERS WITH ENVIRONMENTALLY HAZARDOUS CHEMICALLY ACTIVE MATERIALS

Изобретение относится к области обеспечения пожаровзрывобезопасности газовых сред, в частности к методам снижения пожаровзрывоопасности газовых сред, образующихся при деструкции органических конструкционных материалов в герметичных объемах в условиях пожара.
Известен способ обеспечения пожаровзрывобезопасного состояния газовых сред внутри изолированных объемов посредством снижения содержания кислорода ниже минимального взрывоопасного значения (патент РФ №2147686, МПК 8 E21F 5/00, опубл. 20.04.2000 г., БИ №11/2000 г.). В известном способе применяется предварительное удаления воздуха из изолированного объема.
К недостаткам аналога относится накапливание в герметичном объеме горючих газов, что является фактором риска для возникновения аварийной ситуации.
В качестве наиболее близкого к заявляемому способу снижения пожаровзрывоопасности газовой среды является способ по патенту РФ №2134917, МПК 8 G21C 9/00, опубл. 20.08.1999 г., БИ №23/1999 г., включающий использование химических веществ, которые при достижении определенной температуры реагируют с горючим компонентом газовой среды, водородом, или разлагаются с выделением флегматизаторов.
К недостаткам прототипа относится отсутствие возможности повторного использования реагентов и возможность повышения давления в герметичном объеме при разложении реагентов, вследствие чего степень снижения пожаровзрывоопасности недостаточно высока.
Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка способа эффективного снижения пожаровзрывоопасности газовой среды, формирующейся в герметичных объемах при деструкции органических конструкционных материалов в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом, возможности повторного использования реагента.
Новый технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении эффективного уменьшения вероятности воспламенения или взрыва газовой среды, формирующейся в герметичном объеме в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом, что достигается за счет химического взаимодействия реагента с горючими компонентами, возможности регенерации и повторного использования реагента.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе снижения пожаровзрывоопасности газовых сред контейнеров с экологически опасными химически активными материалами, включающем загрузку в контейнер реагента, взаимодействующего с горючими компонентами газовой среды, появляющейся в объеме контейнера в условиях пожара, герметизацию контейнера, согласно изобретению в качестве реагента, который образует с горючими компонентами газовых сред контейнера продукты, являющиеся флегматизаторами, используют оксиды меди и/или оксиды металлов шестой группы Периодической системы, по окончании использования реагент выгружают и направляют на регенерацию.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.
При хранении и транспортировке контейнеров с экологически опасными химически активными материалами во внутреннем объеме в условиях пожара могут формироваться газовые среды с высоким содержанием горючих компонентов (таких как водород, оксид углерода (II) и метан), контакт которых с воздухом при разгерметизации может привести к воспламенению или взрыву, вследствие чего возникает риск возникновения аварийной ситуации в последующем.
В предлагаемом способе решается проблема снижения пожаровзрывоопасности газовых сред, формирующихся в объемах контейнеров с экологически опасными химически активными материалами в условиях пожара.
Первоначально осуществляют загрузку в контейнер с экологически опасными химически активными материалами реагента, взаимодействующего с горючими компонентами газовых сред, формирующихся в объеме контейнера в условиях пожара, затем проводят герметизацию контейнера.
Согласно предлагаемому изобретению в качестве реагентов, взаимодействующих с горючими компонентами газовой среды, используют оксиды меди (оксид меди (II)) и оксиды металлов шестой группы Периодической системы.
9
26
Возможность химического взаимодействия реагентов с горючими компонентами газовой среды (экспериментально показано, что это в основном водород, оксид углерода (II), метан (фиг.4)) исследована теоретически посредством термодинамического расчета изменения энергии Гиббса в интервале температур от 25°C до 800°C, а также экспериментально с привлечением методов электронографического анализа, газовой хроматографии и исследования показателей пожаровзрывоопасности. Результаты проведенного термодинамического расчета показали возможность химического взаимодействия реагентов с горючими компонентами газовой среды в диапазоне указанных выше температур. Данные, полученные по результатам электронографического анализа твердофазных продуктов взаимодействия предложенных реагентов с газовой средой, содержащей горючие компоненты, соответствуют результатам термодинамического расчета. На электронограммах, полученных при исследовании продуктов реакции, были зарегистрированы линии, характерные для оксида меди (I) и металлической меди (наличие последней выявлялось визуально), что свидетельствовало о протекании химического взаимодействия оксида меди (II) с горючими компонентами газовой среды. Также выявлено, что оксид молибдена (VI) при взаимодействия с горючими компонентами газовой среды восстанавливается до оксида молибдена (III) и соединения нестехиометрического состава MoO. Пожаровзрывоопасность газовых сред в лабораторных условиях исследовалась на установке, схема которой изображена на фиг.1. Установка, схема которой представлена на фиг.1, представляет собой реакционный сосуд из термостойкого стекла (3), закупоренный пробкой (2) со встроенным сбросным клапаном (7). Система зажигания установки состоит из нихромовой электрической спирали (5), расположенной в центре реакционного объема и соединенной с электродами (4). Напряжение на электроды (4) подается от блока питания (1), представляющего собой понижающий трансформатор мощностью 100 Вт.
Температура накала спирали составляет 1000 - 1200°С, время выхода на рабочую температуру - не более 4 с. Расстояние между спиралью и дном реакционного сосуда ~ 20 мм. Создание в реакционном объеме установки газовой смеси с заданным соотношением (исследуемая газовая среда/воздух) осуществляется посредством трехходового крана (6), ртутного манометра (8) и ресивера (9). Данные, полученные по результатам исследования пожаровзрывоопасности, также соответствуют результатам термодинамического расчета. При отношении количества реагента оксида меди (II) (моль) к убыли массы органических конструкционных материалов контейнера 0,072 моль/г нижняя граница области воспламенения увеличилась ~ в 2,3 раза (фиг.2), а при отношении количества реагента оксида молибдена (VI) (моль) к убыли массы органических конструкционных материалов контейнера 0,020 моль/г ~ в 2,5 раза (фиг.3).
В целом снижение пожаровзрывоопасности газовой среды посредством предложенного способа реализуется как за счет взаимодействия реагентов с горючими компонентами, так и за счет флегматизации газовой среды негорючими продуктами взаимодействия (оксидом углерода (IV) и парами воды). Применение данного способа позволяет снизить пожаровзрывоопасность газовой среды.
По окончании эксплуатации указанного реагента его выгружают и направляют на регенерацию.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает эффективное снижение вероятности воспламенения или взрыва газовой среды, появляющейся в герметичном объеме контейнера с экологически опасными химически активными материалами в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом. Снижение вероятности воспламенения и взрыва газовой среды достигается за счет химического взаимодействия реагента с горючими компонентами газовой среды, продукты которого являются флегматизаторами.
Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.
Было проведено несколько экспериментов с использованием различных реагентов: оксидов меди (оксида меди (II)) и оксидов металлов шестой группы Периодической системы (оксида молибдена (VI)), данные по которым приведены в таблице.
Пример 1. Предлагаемый способ снижения пожаровзрывоопасности газовой среды исследован в лабораторных условиях с применением реагента оксида меди (II) (степень чистоты вещества - чистый для анализа, ТУ 6-09-4126-88, пористость сыпучей массы вещества ~ 55%). При проведении экспериментов использовали следующие конструкционные материалы: древесину, пропитанную антипиреном ББ-11 (технологическая инструкция №0556.25.101.00295), и пенопласт ЭТ-1 (АОТУ 193). В лабораторных условиях имитировали тепловое воздействие пожара на указанные материалы, в результате чего формировались газовые среды продуктов деструкции.
Затем проводили исследование образовавшихся газовых сред на пожаровзрывоопасность при контакте с воздухом. Исследования пожаровзрывоопасности выполняли на установке, схема которой представлена на фиг.1. Результаты экспериментов по отработке предлагаемого способа снижения пожаровзрывоопасности газовых сред в лабораторных условиях представлены в таблице.
Результаты экспериментов (таблица) показали, что в интервале значений отношения количества оксида меди (II) к убыли массы деструктирующего материала от 0,012 моль/г до 0,072 моль/г нижняя граница области воспламенения увеличилась от 1,5 до 2,3 раз, а при значении данного отношения 0,108 моль/г и более нижняя граница области воспламенения увеличилась как минимум в 2,7 раза. Посредством газохроматографического анализа также было показано, что взаимодействие реагента оксида меди (II) с газовой средой, формирующейся при деструкции органических конструкционных материалов в герметичном объеме контейнера в условиях пожара, приводит к снижению содержания горючих компонентов. Из данных, представленных на фиг.4, видно, что при отношении количества реагента оксида меди (II) (моль) к убыли массы органических конструкционных материалов контейнера 0,08 моль/г содержание водорода в газовой среде уменьшилось ~ 10 раз, оксида углерода (II) ~ в 3 раза, а метана ~ в 1,2 раза.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает достижение эффективного снижения вероятности воспламенения или взрыва газовой среды, формирующейся при деструкции органических конструкционных материалов в герметичном объеме контейнера в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом. Заявленный эффект достигается за счет химического взаимодействия горючих компонентов газовой среды с реагентом, протекающего с образованием флегматизаторов. Затем реагент направляется на регенерацию и повторное использование.
Пример 2. Предлагаемый способ снижения пожаровзрывоопасности газовой среды в лабораторных условиях исследован с применением оксида молибдена (VI). Оксид молибдена (VI) был получен в лабораторных условиях путем нагревания молибденовой кислоты в муфельной печи до температуры 790°C. Анализ и идентификация полученного продукта выполнены методом электронографии. Пористость сыпучей массы оксида молибдена (VI) составила ~ 88%. При проведении экспериментов использовали следующие конструкционные материалы: древесину, пропитанную антипиреном ББ-11 (технологическая инструкция №0556.25.101.00295), и пенопласт ЭТ-1 (АОТУ 193). В указанных условиях имитировали тепловое воздействие пожара на указанные материалы, в результате чего формировались газовые среды продуктов деструкции. Затем проводили исследование образовавшихся газовых сред на пожаровзрывоопасность при контакте с воздухом. Исследования пожаровзрывоопасности выполняли на установке, схема которой представлена на фиг.1. Результаты экспериментов по отработке предлагаемого способа снижения пожаровзрывоопасности газовых сред в лабораторных условиях показали, что в интервале значений отношения количества оксида молибдена (VI) к убыли массы деструктирующих материалов от 0,007 моль/г до 0,02 моль/г нижняя граница области воспламенения увеличилась от 1,2 до 2,5 раз. Затем реагент направляется на регенерацию и повторное использование.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает достижение эффективного снижения вероятности воспламенения или взрыва газовой среды, формирующейся при деструкции органических конструкционных материалов в герметичном объеме контейнера в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом. Заявленный эффект достигается за счет химического взаимодействия горючих компонентов газовой среды с реагентом, протекающего с образованием флегматизаторов.