Способ тушения пожара
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.
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 CxHyFz, 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. состава | ||
Агент | Горючее: | |
Жидкость для зажигалок | н-Гептан | |
CF3CHFCF3 | 1,6 | 1,6 |
CF3Br | 0,8 | 1,4 |
CF2BrCl | 1,3 | 1,7 |
CF3CHFBr | 1,0 | 1,7 |
Таблица 2 Тушение н-бутанового диффузного пламени | |||
Огнетушащий воздушный агент, % | Поток воздуха, см3/мин | Поток огнетушащего агента, см3/мин | Количество агента в воздухе, об/об |
CF3Br | 16,200 | 396 | 2.4 |
CF2BrCl | 16,200 | 437 | 2.7 |
CF3CF2Cl | 16,200 | 963 | 5.9 |
CF3CHFCF3 | 16,200 | 976 | 6.0 |
CF3CHFCHF2 | 16,200 | 1312 | 8,1 |
CF3CF2H | 16,200 | 1409 | 8,7 |
CF4 | 16,200 | 2291 | 14,1 |
Таблица 3 Тушение н-гептанового диффузного пламени | |||
Огнетушащий воздушный агент, % | Поток воздуха, см3/мин | Поток огнетушащего агента, см3/мин | Количество агента в воздухе, об/об |
CF3Br | 16,200 | 510 | 3,1 |
CF2BrCl | 16,200 | 546 | 3,4 |
CF3CF2Cl | 16,200 | 1,006 | 6,2 |
CF3CHFCF3 | 16,200 | 1,033 | 6.4 |
CF3CF2H | 16,200 | 1,506 | 9.3 |
Таблица 4 Время тушения (сек) для агента с концентрацией 5,5% | |
Агент | Время тушения (сек) |
CF3Br | 1,02 |
CF2BrCl | 1,76 |
CF3CF2Cl | 2,15 |
CF3СН2CF3 | 2,98 |
Таблица 5 | ||
Константа | Наименование | Величина |
F | Фактор фотолиза для сдвоенных Br-С-Cl | 0,180 |
G | Фактор фотолиза для сдвоенных Br-С-Br | 0,015 |
H | Фактор фотолиза для соседних Br-С-С-Br | 0,370 |
A | Нормализующая константа | 0,446 |
В | Экспонент для члена хлора | 0,740 |
С | Множитель для члена брома | 32,000 |
D | Константа для члена углерода | 1,120 |
Е | Фактор водорода = 1,0 для отсутствия Н | .625 |
Таблица 6 Тушение н-гептанового диффузного пламени смеси CF3CHFCF3/CF2HBr | ||||||
Объем потока при тушении, см3/мин | % объем. в воздухе | Общий объем, % | Вес.% CF3CHFCF3 | ПРО | ||
CF3CHFCF3 | CF2HBr | CF3CHFCF3 | CF2HBr | |||
0 | 1380 | 0 | 4,0 | 4,0 | 0 | 0,89 |
164 | 489 | 1,0 | 3.0 | 4,0 | 30,1 | 0,62 |
353 | 357 | 2,2 | 2,2 | 4.4 | 56.5 | 0,39 |
533 | 216 | 3,3 | 1.3 | 4.6 | 76,6 | 0,21 |
705 | 122 | 4,3 | 0,8 | 5,1 | 87,4 | 0,11 |
869 | 39 | 5,4 | 0,2 | 5,6 | 97.2 | 0,02 |
1042 | 0 | 6.4 | 0 | 6,4 | 100,0 | 0,00 |
Таблица 7 Тушение н-гептанового диффузного пламени CF3CHFCF3/CF2BrCl смеси | ||||||
Поток, обеспечивающий тушение см3/мин | Объем. % в воздухе | Общий объем, % | Вес. % CF3CHFCF3 | ПРО | ||
CF3CHFCF3 | CF2BrCl | CF3CHFCF3 | CF2BrCl | |||
0 | 546 | 0 | 3,4 | 3,4 | 0 | 2,64 |
164 | 437 | 1.0 | 2,7 | 3,7 | 27,5 | 1,91 |
262 | 378 | 1,6 | 2,3 | 3,9 | 41,7 | 1,54 |
353 | 328 | 2,2 | 2,0 | 4,2 | 53,1 | 1,24 |
533 | 210 | 3,3 | 1,3 | 4,6 | 72,5 | 0,73 |
705 | 109 | 4,3 | 0,7 | 5,0 | 86,3 | 0,36 |
869 | 44 | 5,4 | 0.2 | 5,6 | 94,9 | 0,18 |
1042 | 0 | 6,4 | 0 | 6,4 | 100,0 | 0,00 |
Таблица 8 Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF3CHFCF3/CF3 | ||||||
Поток, обеспечивающий тушение | Общий % в воздухе | Общий объем, % | Вес. % CF3CHFCF3 | ПРО | ||
CF3CHFCF3 | CF3Br | CF3CHFCF3 | CF3Br | |||
0 | 510 | 0 | 3,1 | 3,1 | 0 | 14,28 |
164 | 422 | 1,0 | 2,6 | 3,6 | 30,4 | 9,93 |
262 | 334 | 1,6 | 2,1 | 3,7 | 46,4 | 7,65 |
353 | 317 | 2,2 | 1,9 | 4,1 | 57,1 | 6,13 |
533 | 246 | 3,3 | 1,5 | 4,8 | 71,6 | 4,06 |
705 | 98 | 4,3 | 0,6 | 4,9 | 89,2 | 1,54 |
869 | 51 | 5,4 | 0,3 | 5,7 | 95,4 | 0,66 |
943 | 24 | 5,8 | 0,1 | 6,0 | 98,5 | 0,21 |
1042 | 0 | 6,4 | 0 | 6,4 | 100,0 | 0,00 |
Таблица 9 Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF3CF2Н/CF2/HBr | ||||||
Поток, обеспечивающий тушение | Общий % в воздухе | Общий объем, % | Вес. % CF3CF2H | ПРО | ||
CF3CF2H | CF2HBr | CF3CF2H | CF2HBr | |||
0 | 1380 | 0 | 4,0 | 4,0 | 0 | 0,89 |
196 | 526 | 1,2 | 3,2 | 4,4 | 25,6 | 0,66 |
314 | 470 | 1,9 | 2,9 | 4,8 | 37,5 | 0,56 |
421 | 423 | 2,6 | 2,6 | 5,2 | 47,7 | 0,46 |
637 | 338 | 3,9 | 2,1 | 6,0 | 63,0 | 0,33 |
1039 | 109 | 6,4 | 0,7 | 7,1 | 89,4 | 0,09 |
1509 | 0 | 9,3 | 0 | 9,3 | 100,0 | 0,00 |
Таблица 10 Тушение н-гептанового диффузного пламени смесью CF3CHFCF2H/CF2/HBr | ||||||
Поток, обеспечивающий тушение | Общий % в воздухе | Общий объем, % | Вес. % CF3CHFCF2H | ПРО | ||
CF3CHFCF2 | CF2Br | CF3CHFCF2H | CH2HBr | |||
0 | 1380 | 0 | 4,0 | 4,0 | 0 | 0,89 |
196 | 508 | 1,2 | 3,1 | 4,3 | 30,8 | 0,62 |
421 | 423 | 2,6 | 2,6 | 5,2 | 53,7 | 0,41 |
637 | 367 | 3,9 | 2,3 | 6,2 | 66,3 | 0,30 |
843 | 207 | 5,2 | 1,3 | 6,5 | 82,1 | 0,16 |
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.