Газовый огнетушащий состав
GAS FIRE-EXTINGUISHING AGENT

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.
3
2
5
3
7
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 CFH, CFH и CFH, 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.
1
3
2
5
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 С - С 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. CHBr 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.
n
2n+1
6
12
n
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в качестве газового огнетушащего вещества используется смесь дибромметана с фторированными алканами с общей формулой CFH, где n=1,2,3 или содержащими двойную связь фторированными углеводородами с общей формулой CFO, где n = 0 или 1, при этом доля дибромметана в смеси составляет от 1 % масс. до 5 % масс.
2
2
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 CHBr 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.
C<sub>2</sub>H<sub> 5</sub>Br
C<sub>2</sub>F<sub> 4</sub>Br<sub>2</sub>
CF<sub> 3</sub>I
C<sub>2</sub>F<sub> 5</sub>I
C<sub>3</sub>F<sub> 7</sub>I
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.
CH<sub>2</sub>Br<sub>2</sub>
CF<sub>3</sub>H
C<sub>2</sub>F<sub>5</sub>H
C<sub>3</sub>F<sub>7</sub>H
(CF<sub>3</sub>)<sub>2</sub>C=CFCF<sub>2</sub>CF<sub>3</sub>
CF<sub>3</sub>CF=CFCF(CF<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
C<sub>6</sub>F<sub>12</sub>O
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
CH<sub>2</sub>Br<sub>2</sub>
CF<sub>3</sub>H
C<sub>2</sub>F<sub>5</sub>H
C<sub>3</sub>F<sub>7</sub>H
(CF<sub>3</sub>)<sub>2</sub>C=CFCF<sub>2</sub>CF<sub>3</sub>
CF<sub>3</sub>CF=CFCF(CF<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
C<sub>6</sub>F<sub>12</sub>O
NOAEL,% об.
0,4
50,0
7,5
9,0
9,0-10,0*
9,0-10,0*
10,0
6
12
*оценочная величина, по аналогии с CFO (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.
3
1
2
3
4
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 CFH 1.0 - 2.7 или 25,7 - 99,0 % об. с йодсодержащими алканами С - С 1,0 - 33,9 или 89,0 - 99,0 % об. и перфторалканами С - С); 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.