Mixtures dichloromethane and 1,2- dichloroethane wiht propane and halons 125, 227еа as promising non-flammable refrigerants
Аннотация: Рассмотрена проблема пожарной безопасности применяемых в настоящее время хладагентов. Предложено решение – создание негорючих смесевых композиций органических хлоридов с пропаном и хладонами 125, 227еа. Открывается перспективная возможность увеличения доли короткоживущих компонентов в создаваемых негорючих смесевых хладагентах, содержащих парниковые газы, с помощью создания тройных смесей.
Ключевые слова: ПожарБезопасностьХладагентыХлоридыСмеси
Автор:Елтышев Илья Павлович | Копылов Сергей Николаевич | Бегишев Ильдар Рафатович |
КОМБИНАЦИИ ДИХЛОРМЕТАНА И 1,2-ДИХЛОРЭТАНА С ПРОПАНОМ И ХЛАДОНАМИ 125, 227еа КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НЕГОРЮЧИЕ ХЛАДАГЕНТЫ
Известно, что с принятием Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу [1], под ограничение производства попали хладагенты из ряда фторированных углеводородов (ГФУ), применяющееся в системах кондиционирования и холодильной техники, а также в пожаротушении. На смену ГФУ пришли безопасные по экологическим характеристикам, но опасные с точки зрения пожарной безопасности пропан (С3Н8) и тетрафторпропен (С3F4Н2). Одним из способов решения проблемы горючести хладагентов является создание негорючих смесевых композиций на основе горючего вещества с ингибитором горения.
В данной работе рассматриваются смеси органических хлоридов с пропаном и хладонами 125 и 227еа.
Дихлорметан (СН2Cl2) и 1,2-дихлорэтан (C2H4Cl2) были выбраны в качестве хладагентов благодаря энергетически эффективной температуре кипения 40 оС [2] и 83,46 оС [3] соответственно. Чтобы продолжить исследование этих веществ необходимо убедиться, что они являются короткоживущими. В работе [4] проведен расчет времени жизни в атмосфере, который показал, что оба вещества являются быстро разрушающимися в тропосфере и удовлетворяющими всем современным экологическим требованиям, предъявляемым к таким продуктам [5].
Исходя из разработанного механизма превращения фторированных углеводородов в пламени, можно ожидать, что соединения фторированных углеводородов, в частности, C2F5H и C3F7H, будут эффективны при подавлении горения дихлорметана и 1,2-дихлорэтана в воздухе [4].
На установке «Предел-2», для подтверждения предположения, что ГФУ-125 и ГФУ-227еа будут эффективно подавлять горение СН2Cl2 и C2H4Cl2 были проведены эксперименты по созданию негорючих смесей на их основе.
Как следует из представленных на рис. 1 - 4 экспериментальных результатов, эффективность хладонов 125 и 227еа по отношению к процессу горения дихлорметана и 1,2-дихлорэтана в воздухе выше, чем по отношению к горению пропана [4].
Рис. 1 – Область распространения пламени смеси CН2Cl2/C2F5H/воздух
Как следует из представленных на рис. 1 результатов, минимальная флегматизирующая концентрация пентафторэтана для горения дихлорметана в воздухе составляет 2 % об., а предельная по горючести смесь имеет состав 84,1 % масс. CН2Cl2 и 15,9 % масс. C2F5H, то есть, создав негорючую смесь, можно уменьшить содержание парниковой компоненты на 84,1 % по массе.
Рис. 2 – Область распространения пламени смеси CН2Cl2/C3F7H/воздух
Для хладона 227еа результаты оказываются наиболее эффективны (рис. 2): при его минимальной флегматизирующей концентрации по отношению к горению CН2Cl2 всего 0,6 % об., предельная негорючая смесь имеет состав 93,0 % масс. CН2Cl2 и 7,0 % масс. C3F7H.
Аналогичные результаты получаются и для смесей 1,2-дихлорэтана с хладонами 125 и 227еа, хотя доля компоненты, являющейся парниковым газом, в предельной негорючей смеси оказывается меньше, чем для смесей с дихлорметаном (рис. 3, 4): предельные негорючие смеси имеют состав 59,1 % масс. C2Н4Cl2, 40,9 % масс. C2F5H и 33,8 % масс. C2Н4Cl2, 66,2 % масс. C3F7H.
Рис. 3 – Область распространения пламени смеси C2Н4Cl2/C2F5H/воздух
Рис. 4 – Область распространения пламени смеси C2Н4Cl2/C3F7H/воздух
Для оценки влияния дихлорметана на горение смеси пропана с воздухом при атмосферном начальном давлении были проведены эксперименты на установке «Предел-2», результаты которых представлены на рис. 5. Из них следует, что добавление CH2Cl2 приводит к заметному сужению области распространения пламени как со стороны богатых смесей, так и с стороны бедных смесей. Это свидетельствует о том, что в пропановоздушной смеси трудногорючий дихлорметан проявляет ингибирующие свойства.
Рис. 5 – Область распространения пламени смеси C3Н8/CH2Cl2/воздух
Это свойство дихлорметана можно использовать для усиления ингибирующего действия при создании тройных систем, например, таких как: пропан – хладон (125 или 227) – дихлорметан, что в перспективе позволит уменьшить долю парниковой компоненты в смесях для использования их в качестве негорючих хладагентов.
Список литературы
1. The Kigali Amendment (2016): The amendment to the Montreal Protocol agreed by the Twenty-Eighth Meeting of the Parties (Kigali, 10-15 October 2016)http://ozone.unep.org/montreal-protocol-substances-deplete-ozone-layer/81853/2197 (посещение сайта 18.02.2020)
2. Дихлорметан -http://chemister.ru/Database/properties.php?id=34 (посещение сайта 06.04.20)
3. 1,2-дихлорэтан – http://www.chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=173 (посещение сайта 06.04.20).
4. Елтышев И.П. Негорючие смеси пропана с фторированными углеводородами как пожаробезопасные хладагенты. Выпускная квалификационная работа – магистерская диссертация. – М.: АГПС, 2020, 133 с.
5. Mather J. D., Tapscott R. E., Environmentally Acceptable Flame Extinguishants NGP Element: 4D/6/23. - In: Papers from 1991-2004 Halon Options Technical Working Conferences (HOTWC), CD-ROM, NIST SP 984-2, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 2004, 18 р.