Газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей

Изобретение относится к противопожарным средствам. Газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, содержащий в качестве ингибитора горения октадекафтордекагидронафталин формулы C10F18, разбавленный диоксидом углерода, при следующем соотношении компонентов, об.%: октадекафтордекагидронафталин 5,0-7,0, диоксид углерода - остальное, при этом содержание указанного ингибитора в защищаемом объеме составляет 0,8-0,9 об.%. Техническим результатом изобретения является создание технологичного, безопасного состава для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, снижение расхода ингибитора при сохранении его высокой ингибирующей способности. 1 табл.

 

Изобретение относится к противопожарным средствам, в частности к газовым составам, предназначенным для предупреждения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей на промышленных и бытовых объектах химическими средствами.

Известен состав для предотвращения воспламенения и взрыва горючих смесей, в том числе метановоздушных, который включает ингибитор, выбранный из ряда по меньшей мере одного углеводорода, содержащего от 2 до 8 атомов углерода в молекуле, и по крайней мере одного фторсодержащего хладона из ряда трифторметан, трифторхлорметан, трифториодметан, пентафторэтан, гептафторпропан, гексафторпропан, перфториодбутан, перфторгексан, октафторциклобутан, пентафторэтан, преимущественно перфторбутан (RU 2169597 C1, A62D 1/00, А62С 3/06, E21F 5/00, 27.06.2001).

При достаточно высокой ингибирующей способности известного состава при предотвращении воспламенения и взрыва метановоздушной смеси отмечается высокий расход ингибитора (до 7 об.%).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, который содержит ингибитор горения, разбавленный диоксидом углерода, при этом в качестве ингибитора использован четыреххлористый углерод, и компоненты оптимизированы в следующем соотношении, об.%: 10-15 четыреххлористый углерод и 85-90 диоксид углерода, при содержании четыреххлористого углерода в защищаемом объеме 1-3 об.% (RU 2321437C1, А62С 3/06, A62D 1/08, 2008.04.10).

Недостаток описанного двухкомпонентного газового состава заключается в том, что четыреххлористый углерод (фреон 10, хладон 10) является токсичным соединнием. Ядовит при вдыхании паров, попадании внутрь через желудочно-кишечный тракт или всасывании через кожные покровы и слизистые оболочки. ПДК паров в воздухе рабочей зоны 20 мг/м3, в атмосфере воздуха максимальная разовая доза 2 мг/м3. Другим ограничением для практической реализации описанного состава является запрет мирового сообщества на промышленное использование хладона, разрушающего озонный слой Земли, токсичного и коррозионно-агрессивного.

Техническим результатом заявляемого решения является создание технологичного безопасного состава для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, снижение расхода ингибитора при сохранении его высокой ингибирующей способности.

Другим техническим результатом является расширение ассортимента ингибиторов для эффективного использования их при промышленном производстве и транспортировании метана, а также в бытовых условиях, например в огнетушителях.

Указанный технический результат достигается тем, что газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей содержит в качестве ингибитора горения октадекафтордекагидронафталин формулы C10F18, разбавленный диоксидом углерода при следующем соотношении компонентов, об.%:

Октадекафтордекагидронафталин 5,0-7,0
Диоксид углерода остальное,

при этом содержание указанного ингибитора в защищаемом объеме составляет 0,8-0,9 об.%.

Октадекафтордекагидронафталин или его общепринятое название перфтордекалин (ПФД) нетоксичен, широко известен в медицине в качестве кровезаменителя «голубая кровь», в биологии, а также в косметической промышленности. ПФД - бесцветная, жидкость без запаха и вкуса. Применяют ПФД в медицине и биологии в качестве газопереносящих сред (растворимость O2 и СО2 в ПФД соответственно 40 и 180% по объему).

Октадекафтордекагидронафталин ранее не использовался в качестве ингибитора для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей. Заявителем его применение по новому назначению открыто впервые.

Заявленная совокупность признаков формулы обеспечивает надежную защиту от воспламенения и взрыва метановоздушные смеси во всем диапазоне содержания метана взрывоопасных концентраций от 5,25 об.% до 13,75 об.%, особенно в области его нижнего взрывоопасного концентрационного предела, а именно 7,5 об.%.

Предложенный ингибирующий газовый состав негорючий и нетоксичный и может длительно храниться в обычных условиях.

Ингибирующее действие предложенного газового состава более эффективно, чем у известных аналогов, так как для надежного предотвращения взрыва метановоздушной смеси потребность в ингибиторе более чем в 2 раза меньше. Экспериментально установлено, что для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушой смеси в защищаемом объеме достаточно содержания в нем 0,8-0,9 об.% ПФД, тогда как содержание ингибитора четыреххлористого углерода по патенту 2321437 составляет 1-3 об.%.

ПФД является сильным ингибитором, который эффективно прерывает реакционные цепи, динамично перехватывая активные частицы, предотвращая тем самым лавинообразное их размножение:

Н+C10F18=HF+C10F17.

Замена химически активного атома Н на радикал C10F17 равносильна обрыву реакционной цепи, поскольку этот радикал не способен своими реакциями регенерировать активную частицу.

Таким образом, осуществляется химическое управление процессом горения посредством малых добавок газового ингибитора.

При локальном инициировании в горючей смеси распространяется волна горения. При этом, если механизм реакции не содержит квадратичного разветвления, распространение пламени имеет тепловую природу. Ингибитор при этом эффективен в предпламенной зоне, обрывая реакционные цепи. Таким образом, цепной механизм газофазного горения происходит при любом эндогенном горении самоускоряющегося химического процесса за счет положительной обратной связи скорости реакции и выделяющегося тепла, разогревающего смесь.

Диоксид углерода в предложенном ингибирующем составе является флегматизатором, который усиливает действие ингибитора за счет уменьшения концентрации окислителя, а также действует в качестве третьей частицы тримолекулярной реакции, которая стабилизирует продукт рекомбинации:

Н+O2+М=Н2O+М.

Процесс ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси отрабатывался при атмосферном давлении на статической вакуумной установке. Реакционный сосуд представлял собой цилиндр из нержавеющей стали длиной 16 см и диаметром 10 см, снабженный съемными крышками, оптическими окнами из оргстекла и пьезоэлектрическим датчиком давления. В центре реактора располагали электроды искрового зажигания. Горение инициировали искрой с энергией 0,91Дж. В опытах использовались смеси 6-10% метан-воздух. Перед каждым опытом реактор откачивали до давления 4.10-3 торр. Давление добавки измеряли вакуумметрами ВДГ-1, а остаточное давление - ВИТ-2 соответственно. Эксперименты проводили следующим образом. В откачанный до 10-2 торр реактор напускали первоначально пары перфтордекалина, затем метан, контролируя давление вакуумметром ВДГ -1, и воздух до атмосферного давления. Одновременно с подачей электрического импульса на электроды с устройства искрового зажигания подавали прямоугольный импульс амплитудой 6В на вход синхронизации электронно-лучевого запоминающего осциллографа С9-16, что обеспечивало начало регистрации процесса горения. На измерительный вход осциллографа подавали сигнал от датчика давления.

Поскольку смесь 7,5 об.% метана с воздухом является наиболее взрывоопасной, то эксперименты были проведены именно для этого содержания метана, результаты которых приведены в таблице.

Аналогичные результаты были получены при замене чистого метана на природный газ, который содержал 98% СН4 и 2% пропана и бутана.

Два последних столбца таблицы характеризуют взрывоопасность газовой смеси. Чем меньше изменение давления, тем меньшую интенсивность имеет ударная волна при воспламенении и распространении пламени в горючей смеси. Количество инициирований означает, с какой попытки при заданной мощности поджига произошло воспламенение, т.е. чем больше количество инициирований, тем менее взрывоопасна горючая смесь.

Из таблицы видно, что при введении в метановоздушную смесь указанного взрывоопасного диапазона (особенно важно по нижнему пределу содержания метана) ингибирующего состава, оптимизированного в количестве не более 0,9 об.% от защищаемого объема, воспламенение отсутствует, следовательно, нет и взрыва.

Таким образом, предложенный ингибирующий газовый состав негорючий и нетоксичный, эффективно предотвращает воспламенение и взрыв метановоздушных смесей при минимальном расходе ингибитора. Предложенный состав может быть использован при промышленном производстве, транспортировании метана, при утечках его на станциях перекачки, а также в бытовых условиях, например в огнетушителях, для целевого тушения возгорания метановоздушных смесей в виде устойчивого аэрозоля.

№ опыта СO2, об. % Перфтордекалин, об. % Метан, об.% Изменение давления при воспламенении, атм Количество инициирований до воспламенения
1 15 0,8 7,5 0,1 5
2 15 0,9 7,5 0 20 воспламенение не произошло
3 15 0,7 7,5 0,5 1
4 15 0,6 7,5 2 1
5 13 0,9 7,5 2 1
6 13 0,8 7,5 2,5 1
7 10 0,9 7,5 3 1
8 10 0,8 7,5 3 1

Газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, содержащий ингибитор горения, разбавленный диоксидом углерода, отличающийся тем, что в качестве ингибитора он содержит октадекафтордекагидронафталин формулы C10F18 при следующем соотношении компонентов, об.%:

Октадекафтордекагидронафталин 5,0-7,0
Диоксид углерода Остальное,

при этом содержание указанного ингибитора в защищаемом объеме составляет 0,8-0,9 об.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к комбинированным огнетушащим составам, состоящим из ингибирующих и разбавляющих воздух компонентов. .

Изобретение относится к аэрозолеобразующим составам, которые могут быть использованы для снаряжения изделий объемного тушения пожаров, «травления» чистых металлических поверхностей с целью образования защитной фосфатной пленки, модификации ржавых металлических поверхностей, очистки от ржавчины и жировых отложений внутренних поверхностей металлических емкостей и трубопроводов и др.
Изобретение относится к противопожарным средствам и может быть использовано для объемного тушения пожаров классов А, В и С в замкнутых или полузамкнутых пространствах.
Изобретение относится к области разработки составов для получения газов высокого давления с температурой 20-80°С. .
Изобретение относится к способу получения огнегасящего вещества, предназначенного для тушения пожара. .
Изобретение относится к комбинированным газовым огнетушащим составам и может применяться при объемном тушении пожаров стационарными установками и при тушении загорании огнетушителями.

Изобретение относится к составам, способу и системам, предотвращающим и ликвидирующим пожар, и может быть использовано в любом закрытом занимаемом людьми пространстве.
Изобретение относится к средствам тушения. .
Изобретение относится к составам, предназначенным для тушения пожаров в помещениях и сооружениях различного назначения. .

Изобретение относится к прикладной химии, а именно к низкотемпературным твердотопливным газогенерирующим составам на основе нитрата калия, предназначенным для газогенераторов, используемых в средствах пожаротушения для вытеснения и выброса огнетушащих порошков, в устройствах наддува спасательных лодок, плотов, а также специальных оболочек аварийного подъема из водных глубин различных объектов, в аварийных газовых домкратах, в средствах экстренного перекрытия и постановки специальных завес в стволах шахт при аварийных ситуациях.

Изобретение относится к области противопожарной техники, предназначено для тушения пожаров классов А, В, С и электроустановок до 7000 В без участия человека и обеспечивает повышение эффективности тушения на опасных производствах угольной, горнорудной, химической, нефтяной, атомной промышленности, на транспорте, в промышленных зданиях и сооружениях, складских помещениях и гаражах, а также обеспечивает подавление дефлаграционного горения газовоздушных и газопылевых образований
Изобретение относится к рецептурам газогенерирующих составов, которые могут быть использованы в газогенераторах для создания избыточного давления в системах порошкового пожаротушения
Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к средствам для объемного тушения пожаров, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно к тушению пожаров классов А, В, С, и может быть использовано на производствах газовой, нефтяной, угольной, горнорудной, химической и атомной промышленности, в промышленных зданиях и сооружениях, складских помещениях, а также на транспорте и для противопожарной защиты дач, гаражей и офисов

Изобретение относится к противопожарным химическим средствам, в частности к газовым составам химически активных веществ, предназначенным для предупреждения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей на промышленных, транспортных и бытовых объектах

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, включающим газообразующие химически активные вещества, а более конкретно, к составам, замедляющим химические реакции, содержащим органические соединения, и может быть использовано для защиты производственных помещений, где образуется водород в качестве целевого или побочного продукта при хранении и транспортировании водорода

Изобретение относится к противопожарным химическим средствам, в частности к газовым составам химически активных веществ, предназначенных для предупреждения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей на промышленных предприятиях, транспортных и бытовых объектах
Наверх