Патент на изобретение №2366478

(54) СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА В ЗАМКНУТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в строительстве, добыче и переработке нефти и газа, транспортировке продуктов переработки, энергетике, на надводных и подводных судах морского флота и в других областях при ликвидации пожаров, возникших в замкнутых пространствах (объемах). Смесь газообразных исходных реагентов (например, воздух) и продуктов реакции забирают из замкнутого пространства, где произошло возгорание, подвергают контактному охлаждению жидким хладагентом (например, водой), насыщению его парами, смешивают с охлажденным контактным способом аэрозольным огнетушащим составом (АОС) и подают в зону реакции (очаг пожара). Контактное охлаждение смеси и АОС осуществляют в контактном аппарате путем диспергирования в жидкости за счет разрежения над ее поверхностью с образованием пены (газожидкостной эмульсии), при этом расход смеси на охлаждение изменяют пропорционально температуре в замкнутом пространстве, хладагента – пропорционально температуре жидкой фазы на выходе контактного аппарата, а уровень хладагента в контактном аппарате изменяют в требуемом диапазоне пропорционально расходу газовой фазы. В состав жидкого хладагента вводят вещества, позволяющие удалять из состава смеси токсичные продукты сгорания с использованием процессов либо растворения, либо химического связывания последних в жидкой фазе. Применение предлагаемого способа позволяет уменьшить отрезок времени от момента подачи сигнала на тушение и началом тушения (повышении огнетушащей способности), сократить время локализации и тушения пожара и уменьшить ущерб от пожара, а также исключить необходимость создания запаса хладагента в генераторе АОС. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в строительстве, добыче и переработке нефти и газа, транспортировке продуктов переработки, энергетике, на надводных и подводных судах морского флота и в других областях при ликвидации пожаров, возникших в замкнутых пространствах (объемах).

Известно, что для возникновения и развития процесса горения, обуславливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего вещества, окислителя и непрерывного теплового потока от очага пожара к горючему материалу. Поэтому для прекращения горения достаточно исключить какой-либо из этих элементов.

Способы прекращения горения (тушения пожаров) вытекают из анализа уравнения скорости реакции окисления горючего вещества:

W=A[г]^а[o]^bexp(-E/RТ),

где W – скорость реакции окисления горючего;

[г] и [o] – концентрации горючего и окислителя соответственно;

А – предэкспонента; а и b – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции;

Е – энергия активации реакции; R – газовая постоянная;

Т – температура в зоне реакции.

Как видно из уравнения, подавление горения прежде всего связано с уменьшением скорости реакции, чего добиваются уменьшением величины каждого из сомножителей, входящих в это уравнение:

– снижением содержания горючего компонента;

– уменьшением концентрации окислителя;

– увеличением энергии активации реакции;

– снижением температуры процесса.

В соответствии с этим существуют следующие способы пожаротушения:

– охлаждение очага горения или горящего материала ниже определенных температур;

– изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода в воздухе путем разбавления негорючими газами;

– торможение (ингибирование) скорости реакции окисления;

– механический срыв пламени сильной струей газа или воды;

– создание условий огнепреграждения, при которых пламя распространяется через узкие каналы, сечение которых ниже тушащего диаметра.

Реализацию перечисленных способов осуществляют применением различных огнетушащих веществ и составов, называемых средствами тушения. В настоящее время в качестве средств тушения используют:

– воду, которая может подаваться в очаг пожара сплошными или распыленными струями;

– пены (воздушно-механическая различной кратности и химическая), представляющие собой коллоидные системы, состоящие из пузырьков воздуха (в случае воздушно-механической пены) или диоксида углерода (в случае химической пены), окруженных пленками воды;

– инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, аргон, водяной пар, дымовые газы);

– гомогенные ингибиторы – низкокипящие галогеноуглеводороды (хладоны);

– гетерогенные ингибиторы – огнетушащие порошки;

– комбинированные составы.

Применительно к замкнутым пространствам может быть использован любой из перечисленных выше способов и средств тушения или их комбинация.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ объемного тушения с использованием охлажденного аэрозольного огнетушащего состава (АОС), получаемого сжиганием твердотопливной композиции (ТТК) окислителя и восстановителя (горючего), принятый авторами за прототип. В качестве окислителя в ТТК обычно используют неорганические соединения щелочных металлов (преимущественно нитрат (КNО₃) и перхлорат (КСlO₄) калия), в качестве горючего-восстановителя – органические смолы (например, такие, как эпоксидная, идитол и т.п.). Образующийся в качестве продукта сгорания аэрозоль, состоящий из газовой фазы – преимущественно диоксида углерода – и взвешенной конденсированной фазы в виде тончайшего порошка, аналогичного огнетушащим порошкам на основе хлорида и карбоната калия и отличающегося от обычных порошков значительно большей дисперсностью (размер частиц обычных порошков около 5·10^-5 м, а твердых частиц в АОС – около 10^-6 м, т.е. различие примерно в 50 раз), охлаждают (так как температура АОС на выходе из зоны реакции ~1500 К) и подают в замкнутый объем. Частицы АОС ингибируют процесс горения вследствие гибели активных центров пламени на их поверхности или взаимодействия активных центров с газообразными продуктами разложения частиц.

Однако данному способу присущ недостаток, связанный с высокой температурой АОС после охлаждения (413-473 К). Этот недостаток обуславливает снижение огнетушащей способности из-за того, что горячий аэрозоль за счет конвекции поднимается в верхнюю часть замкнутого пространства и только по мере охлаждения достигает очагов пожара на его нижней отметке. За это время заметное количество аэрозоля теряется через неплотности в ограждениях, и тушение начинается с задержкой, составляющей до 1-3 мин. Кроме того, возникает необходимость создавать запас хладагента в генераторе АОС.

Задача, стоящая перед предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении времени от момента подачи сигнала на тушение и началом тушения (повышении огнетушащей способности), сокращении времени локализации и тушения пожара за счет дополнительного уменьшения температуры и концентрации окислителя в очаге пожара и уменьшении ущерба от пожара, а также в исключении необходимости создания запаса хладагента в генераторе АОС.

Решение задачи предлагается путем контактного охлаждения и насыщения парами жидкого хладагента (например, воды) смеси газообразных исходных реагентов, продуктов реакции и АОС с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы перед подачей ее в зону реакции (очаг пожара).

Новым в заявляемом изобретении является контактное охлаждение и насыщение парами жидкого хладагента смеси газообразных исходных реагентов, продуктов реакции и АОС с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы перед подачей ее в зону реакции (очаг пожара), которое осуществляют в контактном аппарате путем диспергирования смеси в жидкости за счет разрежения над ее поверхностью с образованием пены (газожидкостной эмульсии), при этом расход смеси на охлаждение изменяют пропорционально температуре в замкнутом пространстве, хладагента – пропорционально температуре жидкой фазы на выходе контактного аппарата, а уровень хладагента в контактном аппарате изменяют в требуемом диапазоне пропорционально расходу газовой фазы.

Кроме того, в состав жидкого хладагента вводят вещества, позволяющие удалять из состава смеси токсичные продукты сгорания с использованием процессов либо растворения, либо химического связывания последних в жидкой фазе. Высокотемпературный аэрозольный огнетушащий состав с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы подают под слой жидкого хладагента в контактный аппарат, охлаждают его и смешивают с охлажденной газовой фазой на выходе из контактного аппарата.

Указанные новые признаки не выявлены из существующего уровня развития техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена в соответствии со схемой, представленной на фигуре.

При возникновении возгорания в замкнутом пространстве 1 смесь воздуха и продуктов горения с повышенной температурой под действием разрежения, которое создают побудителем расхода 3, поступает в контактный аппарат 2 в слой хладагента. Туда же под действием избыточного давления из генератора 4 поступает и АОС с температурой ~1500 К. Одновременно через контактный аппарат 2, предварительно заполненный до заданного уровня жидким хладагентом, начинают осуществлять циркуляцию последнего. Контакт высокотемпературного АОС и смеси воздуха и продуктов горения с жидким хладагентом осуществляют в режиме эмульгирования, сопровождающегося образованием большого количества газовых пузырьков (пены). В газовых пузырьках через поверхность раздела фаз «газ-жидкость» осуществляется тепломассообмен между фазами. В результате тепломассообмена газовая фаза охлаждается и насыщается парами хладагента, т.е. изменяется ее состав, а температура хладагента изменяется на величину, определяемую разностью количеств теплоты, отдаваемой газовой фазой путем теплопередачи, и затрачиваемой на испарение хладагента. Содержащаяся в смеси воздуха, продуктов горения и АОС конденсированная твердая фаза также охлаждается, однако, ввиду высокой дисперсности, жидкой фазой не задерживается. Из контактного аппарата охлажденную и насыщенную парами хладагента газовую фазу, содержащую также высокодисперсную конденсированную твердую фазу, побудителем расхода 3 подают в замкнутое пространство. Для сокращения времени локализации и тушения пожара расход смеси через контактный аппарат увеличивают с помощью регулятора 5 в зависимости от температуры в замкнутом пространстве, а расход хладагента через побудитель расхода 6 изменяют регулятором 7 в зависимости от температуры жидкой фазы на выходе контактного аппарата и уровня хладагента в нем.

Подтверждением достижения решения поставленной задачи является следующее:

применение предлагаемого способа позволяет уменьшить время от момента подачи сигнала на тушение и началом тушения (повысить огнетушащую способность), сократить время локализации и тушения пожара (за счет уменьшения температуры и концентрации окислителя в очаге пожара), уменьшить ущерб от пожара, а также исключить необходимость создания запаса хладагента в генераторе АОС.

Указанное выше позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Библиография

1. А.Н.Баратов, В.А.Пчелинцев. Пожарная безопасность. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006.

2. Пожароопасность веществ и материалов и средства их тушения/ Справочник под ред. А.Н.Баратова и А.Я.Корольченко. – М.: 1990.

3. Системы аэрозольного тушения пожаров. Временные нормы проектирования и эксплуатации. НБП 21-94. – М.: 1994.

Формула изобретения

1. Способ тушения пожара в замкнутых пространствах путем уменьшения скорости реакции за счет снижения температуры и концентрации окислителя в зоне горения, отличающийся тем, что смесь газообразных исходных реагентов и продуктов реакции горения охлаждают и насыщают парами жидкого хладагента, например, воды, контактным способом в контактном аппарате путем диспергирования смеси в жидкости за счет разрежения над ее поверхностью с образованием пены в виде газожидкостной эмульсии и направляют в замкнутое пространство, а расход смеси на охлаждение изменяют пропорционально температуре в замкнутом пространстве, а хладагента – пропорционально температуре жидкой фазы на выходе контактного аппарата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав жидкого хладагента вводят вещества, позволяющие удалять из состава смеси токсичные продукты сгорания с использованием процессов либо растворения, либо химического связывания последних в жидкой фазе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень хладагента в контактном аппарате изменяют в требуемом диапазоне пропорционально расходу газовой фазы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что под слой жидкого хладагента в контактный аппарат подают высокотемпературный аэрозольный огнетушащий состав с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы, охлаждают его и смешивают с охлажденной газовой фазой на выходе из контактного аппарата.

РИСУНКИ