Патент на изобретение №2375091

(54) СПОСОБ ТУШЕНИЯ ОЧАГОВЫХ ПОЖАРОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к противопожарной технике и, в частности, к способам сдерживания огня преимущественно при очаговых пожарах. Известным способом тушения такого пожара является отторжение воздуха от огня инертным газом и подавление тяги восходящего потока массой зависающего в нем аэрозоля. Генератором инертного газа может служить газотурбинная установка с контуром получения жидкого воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что жидкий воздух разделяют в воздухоразделительной установке на азот и кислород, кислород, горючее и воду нагнетают насосом, азот и кислород испаряют и нагревают в теплообменниках контура циркуляции хладагента, кислород, горючее и воду подают в газогенератор ГТУ, а азот используют для дополнительной ОГС. Техническим результатом изобретения является получение и использование новых эффективных средств для борьбы с пожарами. В результате повышается удельная производительность генератора инертных газов, снижается до минимума в них доля окислителя, утяжеляются аэрозолями обе огнегасящие среды. В то же время упрощается ГТУ за счет исключения из ее состава воздушного компрессора. Кроме тушения пожаров предложенное изобретение может быть использовано для создания защитных полос и препятствий при проведении оборонительных действий.

Изобретение относится к противопожарной технике и, в частности, к способам сдерживания огня преимущественно при сильных очаговых пожарах.

Очаговые пожары обычно развиваются на крупных запасах горючих материалов: на фонтанах нефти или газа, на хранилищах нефтепродуктов, деревоскладах и других. Продукты горения, поднимаясь в восходящем потоке вверх, развивают тягу, которая увеличивает подсос воздуха в зону горения и увеличивает мощность пожара.

Известным способом тушения такого пожара является отторжение воздуха от огня инертным газом и подавление тяги восходящего потока массой зависающего в нем аэрозоля.

Так, известны стационарная установка «Саупиг», выбрасывающая инертный и охлаждающий газ – жидкий азот, и передвижная – «Штурм», см. патент РФ 2050865. Однако мощности обеих установок недостаточны для подавления крупных пожаров. Так, установка «Саупиг» имеет запас жидкого азота в количестве 10 т, а установка «Штурм» – всего 6 т.

Известна также Установка для пожаротушения, использующая воздушно-реактивный двигатель для подачи водовоздушной огнегасящей среды (ОГС), см. патент РФ 2236876.

В качестве генератора инертного газа используют отработавшие авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Известен авиационный ГТД, используемый для тушения пожаров на промыслах нефти и газа, см. патент РФ 2039212.

В настоящее время многие применяемые огнегасящие среды содержат аэрозоли, которые доставляются в очаг горения с инертным газом и способствуют поглощению тепла и кислорода при смешении с продуктами горения. Однако значительную часть аэрозолей вырабатывают путем сжигания твердотопливных (пороховых) зарядов.

Известен, например, способ генерации инертной среды путем сжигания твердого топлива с выделением аэрозолей щелочных металлов по патенту РФ 2005516. Известен способ получения пороховых газов с аэрозолями твердых ингибиторов по патенту РФ 2019214. Известен также способ получения пороховых газов с аэрозолями по патенту РФ 2078599.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ 2102093, по которому получают инертную пену средней кратности. После смешения пены с пиротехническим газом получают инертную пену высокой кратности, содержащую аэрозоль.

Известно применение аэрозолей в виде огнестойких порошков, доставляемых в зону горения метанием, см. патенты РФ 1818107 и 2027452, струей гасящей среды, см. патент РФ 2036674.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ 2110302, по которому в очаг горения подают огнестойкие частицы, размеры которых принимают из расчета зависания или взвешивания частиц в восходящем потоке продуктов горения.

Известен также способ работы газотурбинной установки, см. заявку на изобретение 2007115015. По этому способу запасенный в баке жидкий азот подают в контур циркуляции, где его нагнетают насосом, испаряют и нагревают в первом теплообменнике и сжижают во втором теплообменнике, а атмосферный воздух сжижают жидким азотом в первом теплообменнике, нагнетают насосом до высокого давления, испаряют и нагревают газообразным азотом во втором теплообменнике и подают в камеру сгорания.

Известен также способ тушения пожара реактивной струей ТРД, см. патент РФ 2130793.

Способ работы этой установки принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатками указанного способа являются низкая экономичность ТРД как генератора инертного газа и неполная инертность газа. Из-за больших затрат мощности на сжатие воздуха в компрессоре расход горючего на единицу инертного газа оказывается завышенным, а выхлопные газы ТРД содержат не связанный кислород. Кроме того, сам компрессор является сложным и дорогостоящим агрегатом.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков: повышение экономичности получения инертного газа, исключение кислорода из состава газа и исключение компрессора из состава газотурбинной установки.

Для достижения поставленной цели может быть применена известная криогенная газотурбинная установка с контуром циркуляции жидкого хладагента.

Поставленная цель достигается по предлагаемому способу тушения очаговых пожаров, преимущественно сильных, создающих восходящие потоки продуктов горения, по которому в зону горения подают по крайней мере одну огнегасящую среду (ОГС), состоящую из смеси инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы криогенной газотурбинной установки (ГТУ), в которой атмосферный воздух сжижают в контуре циркуляции жидкого хладагекта и нагнетают насосом до высокого давления, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц, размеры которых принимают из расчета взвешивания и зависания в восходящем потоке очага горения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что жидкий воздух разделяют в воздухоразделительной установке на азот и кислород, кислород, горючее и воду нагнетают насосом, азот и кислород испаряют и нагревают в теплообменниках контура циркуляции хладагента, кислород, горючее и воду подают в газогенератор ГТУ, а азот используют для дополнительной ОГС.

Воздух содержит значительную долю инертного азота и достаточную долю окислителя для получения энергии и выхлопных газов. Предлагаемое разделение воздуха на компоненты полезно для получения двух ОГС: на основе азота нормальной температуры и на основе выхлопных газов. Обычно жидкий воздух разделяют ректификацией. При ректификации сжатого воздуха размеры теплообменников уменьшаются благодаря большей плотности компонентов и лучшей передаче тепла. Поэтому воздухоразделителькая установка может быть размещена на борту пожарной машины. Однократное испарение азота не дает высокой степени очистки кислорода от азота, но оно и не требуется. После разделения воздуха жидкий кислород нагнетают отдельным насосом до более высокого давления. После нагнетания компонентов их испаряют и нагревают хладагентом в отдельных теплообменниках контура циркуляции. Сжигание жидких горючих продуктов с кислородом осуществляется во многих ЖРД. Для охлаждения газогенератора используется один из компонентов. По предлагаемому способу газогенератор ГТУ можно охлаждать водой, а после этого вода должна подаваться на разбавление газов для понижения температуры газов, подаваемых на турбину. Разбавление продуктов сгорания широко применяют в газогенераторах ЖРД и достигают впрыском компонента в пояс разбавления на выходе газогенератора. Вода может нагнетаться насосом, установленным на валу ГТУ, или отдельной насосной установкой.

В качестве аэрозоля в инертный газ подмешивают измельченные частицы глины или грунта, получаемые на месте пожара или заготавливаемые на базах. После измельчения аэрозоля его порошок разделяют на фракции в известных аэродинамических сепараторах, см. патенты РФ 2102113, 2102114, 2122887 и др. Размеры взвешиваемых и зависающих частиц аэрозоля определяют исходя из расчетной величины тяги восходящего потока в очаге горения. Аэрозоли подают в смеси с инертным газом при избыточном давлении в газовые эжекторы и эжектируют за счет энергии сверхзвуковой струи инертного газа. При смешении выхлопных газов с аэрозолями температура газов понижается.

При тушении сильного очага горения ОГС подают в зону горения со всех сторон или при ветре – с наветренной стороны. При подсосе ОГС в зону горения инертные разы, разбавляя воздух, снижают интенсивность горения. При поступлении ОГС в очаг горения взвешиваемые и зависающие частицы аэрозоля, попадая в восходящий поток, утяжеляют продукты горения и уменьшают тягу потока. С падением тяги снижается подсос воздуха в зону горения, а подаваемые ОГС оттесняют воздух, ослабляют и прекращают пожар.

Технический результатом предлагаемого изобретения является получение и использование новых эффективных средств для борьбы с очаговыми пожарами. При этом повышается удельная производительность генератора инертных газов, снижается до минимума в них доля окислителя, утяжеляются аэрозолями обе огнегасящие среды. В то же время упрощается ГТУ за счет исключения из ее состава воздушного компрессора.

Сущность изобретения поясняется на примерах.

Пример 1. Сухое деревянное здание массой 12 т полностью сгорает за 15 минут, При этом тепловая мощность огня составляет 196 МВт, а расход воздуха составляет 70 кг/с. Для надежного тушения такого пожара принимают полуторное превышение расхода воздуха массой инертного газа, что соответствует расходу азота 70 кг/с, кислорода и воды – по 17,5 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,5 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 5,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее (керосин) и воду нагнетают насосами до 5,0 МПа и подают в газогенератор. Генераторные газы срабатывают на турбине и разгоняют в эжекторе для эжектирования аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха подают в контур циркуляции для компенсации потерь хладоресурса. Полезная мощность ГТУ превышает 60 МВт.

Весь пирогасящий комплекс может доставляться к горящему объекту на пожарных автомобилях и выходить на режим до набора огнем полной мощности. При подаче двух ОГС с нескольких сторон от очага горения доступ воздуха к огню отсекают, огонь ослабляют и подавляют.

Пример 2. При пожаре на нефтехранилище тепловая мощность огня составляет 600 МВт. При этом расход воздуха составляет 200 кг/с. Для тушения такого пожара принимают двойное превышение воздуха массой инертного газа, что соответствует расходу азота 280 кг/с, кислорода и воды – по 70 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,5 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 7,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее и воду нагнетают насосами до 7,0 МПа и подают в газогенератор. Генераторные газы используют на турбине и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха используют в контуре циркуляции хладагента. Полезная мощность ГТУ может превышать 180 МВт.

Пирогасящий комплекс может находиться на территории склада нефтепродуктов и в готовности выйти на режим еще до набора огнем части мощности. При подаче двух ОГС по газоводам с нескольких сторон от горящей цистерны доступ воздуха к огню отсекают, огонь ослабляют и подавляют.

Пример 3. Пожар на газовом фонтане развивает тепловую мощность огня 2000 МВт. Пожар создает восходящий поток газов большой высоты, который втягивает в себя расход воздуха около 600 кг/с. Для тушения такого пожара принимают двойное превышение воздуха массой инертного газа. Для этого применяют две ГТУ с расходом азота у каждой 400 кг/с/ кислорода и воды – по 100 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,7 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования утяжеленного аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 7,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее и воду нагнетают насосами до 7,0 МПа и подают в газогенератор. После турбины выхлопные газы разгоняют в эжекторе для подачи утяжеленного аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха подают в контур циркуляции. Полезная мощность ГТУ может превышать 250 МВт.

Две мощные ГТУ устанавливают в центре промысловой площадки и подводят от них к скважинам по три газовода диаметром 1,6 м с затворами. Эжекторы устанавливают в конце газоводов. Скважины окружают кольцевыми коллекторами с отверстиями для выпуска ОГС. Весь пирогасящий комплекс может выходить на режим до набора огнем полной мощности. При подаче двух ОГС со всех сторон от горящего фонтана доступ воздуха к огню отсекают, восходящий поток загружают аэрозолями, его тягу ослабляют и огонь подавляют.

Предлагаемое изобретение может иметь широкую область применения: для транспортировки сыпучих материалов, для борьбы с лесными и торфяными пожарами, для борьбы с террористами и противником путем создания защитных полос и препятствий для передвижения боевой техники и живой силы. Применение ОГС по широкой полосе или по площади позволяет блокировать и выдавливать из укрытия террористов, крыс, саранчу и других врагов.

Формула изобретения

Способ тушения очаговых пожаров, преимущественно сильных, создающих восходящие потоки продуктов горения, по которому в зону горения подают по крайней мере одну огнегасительную среду, состоящую из смеси инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы криогенной газотурбинной установки, в которой атмосферный воздух сжижают в контуре циркуляции жидкого хладагента и нагнетают насосом до высокого давления, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц, размеры которых принимают из расчета взвешивания и зависания в восходящем потоке очага горения, отличающийся тем, что жидкий воздух разделяют в воздухоразделительной установке на азот и кислород, кислород, горючее и воду нагнетают насосом, азот и кислород испаряют и нагревают в теплообменниках контура циркуляции хладагента, кислород, горючее и воду подают в газогенератор газотурбинной установки, а азот используют для дополнительной огнегасительной среды.