СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ ОГНЕТУШАЩИМИ СОСТАВАМИ Российский патент 1994 года по МПК A62C2/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, преимущественно к предупреждению и тушению пожара в замкнутом объеме. В современном пожаротушении объемное тушение основано на создании в защищаемом объеме среды, не поддерживающей горение. В качестве огнетушащих составов используют инертные разбавители (углекислый газ, азот, аргон, водяной пар), летучие ингибиторы - галоидосодержащие вещества, порошковые огнетушащие составы (А.Н.Баратов, Е.М.Иванов Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. М: Химия, 1979, с.80-126).

Известные способы объемного пожаротушения инертными разбавителями не позволяют их применять для тушения щелочных и щелочноземельных металлов, некоторых гидридов металлов и соединений, в молекулы которых входит кислород. При устройстве систем объемного тушения имеются ограниченные возможности способа по размерам защищаемых помещений (при очень большом объеме помещения трудно обеспечить подачу требуемого количества газа за допустимое время), необходим учет возможности поражения людей, вызываемого удушьем (требуются сигнализирующие устройства, предупреждающие о пуске системы тушения в действие).

Тушение галоидосодержащими соединениями (хладонами) имеет ряд недостатков. Эти вещества могут оказывать токсическое воздействие на человека, образующиеся при пожаротушении хладонами продукты их термического разложения характеризуются высокой коррозионной активностью. Кроме того, наиболее пожароопасные помещения традиционно защищаются мощными системами объемного пожаротушения, в которых используются хладоны. Однако проведение международных мероприятий по охране озонового слоя Земли в соответствии с Монреальским протоколом (1987 г.) потребует сокращения использования упомянутых хладонов, как веществ с высоким озоноразрушающим потенциалом, к 1995 году наполовину, а к 2000 году - полное запрещение их применения.

Основным недостатком использования огнетушащих порошков при объемном пожаротушении является их склонность к слеживанию и комкованию, при этом теряется способность порошков транспортироваться по трубопроводам и образовывать огнетушащее облако. Кроме того, указанные составы имеют высокие значения нормы расхода.

Известен способ тушения с использованием окислительно-восстановительной системы и энергии ее горения для испарения соединений типа C₆Br₆, причем огнетушащее действие осуществляют пары, содержащие бром, а дисперсная фаза не используется (патент США N 3972820, кл. A 62 C 1/00, 1976).

Однако известный способ тушения не дает достаточного огнетушащего эффекта, так как пары, содержащие бром, из-за высокой температуры поднимаются и собираются в верхней части защищаемого объема, тем самым снижается эффект ингибирования зоны горения этими парами, основанный на изъятии из зоны реакции активных центров (атомов и радикалов), ответственных за развитие процесса горения. Огнетушающая концентрация пожаротушащего состава, осуществляемая таким способом, составляет 128 г/м³.

Целью изобретения является повышение эффективности и упрощение процесса пожаротушения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, основанном на создании в защищаемом объеме среды, не поддерживающей горение, тушение проводят ингибирующим действием на пламя поверхностью конденсированной фазы аэрозоля, образуемого при сгорании твердого топлива, размещенного заранее в защищаемом объеме и воспламеняющегося от очага пожара или с помощью специального зажигательного устройства, причем массу сжигаемого топлива выбирают из соотношения
M=K ^. V,
где V - объем защищаемого объекта;
K ≥ 10 г/м³ - огнетушащая концентрация продуктов сгорания твердого топлива.

Кроме того, полученную аэрозоль можно предварительно охлаждать.

Получаемая в результате сгорания твердого топлива конденсированная фаза аэрозоля в результате гравитационных сил оседает на очаг пожара, что повышает эффективность ингибирующего воздействия на пламя. Основным актом ингибирования является гетерогенная рекомбинация атомов кислорода и других радикалов и атомов на поверхности твердых частиц аэрозоля.

Предварительная токсикологическая оценка огнетушащих концентраций твердого топлива (состава ПАС-11) показала, что продукты сгорания ПАС-11 при К= 40 г/м³ по уровню токсического воздействия ниже, чем у хладона, а среда, образующаяся при тушении, характеризуется как переносимая.

Технических решений, содержащих признаки, связанные с применением эффекта ингибирования пламени очага пожара конденсированной фазой продуктов сгорания твердого топлива для объемного пожаротушения, не обнаружено. Проводилась серия экспериментов в модельных и натурных условиях с целью определения пожаротушащей эффективности твердотопливного аэрозольного состава ПАС-11, состоящего из отвержденной на эпоксидной связке смеси азотнокислого калия и хлорнокислого калия.

Модельные испытания проводились в специальной камере 1 (см. фиг.1) объемом 68 л, в которой располагалась кювета 2 с легковоспламеняющейся жидкостью, воспламеняющейся с помощью спирали 3, и образец твердого топлива 4, воспламеняющегося от спирали 5. Процессы воспламенения и тушения наблюдались через прозрачную торцовую крышку 6 и контролировались с помощью термопар. В качестве горючего использовался изопропиловый спирт (C₃H₈O). Время тушения спирта исчислялось от момента зажигания образца твердого топлива до исчезновения пламени над кюветой. От опыта к опыту варьировалась масса образца твердого топлива. Основные результаты испытаний приведены в табл.1.

Предварительные эксперименты показали, что в герметично закрытой камере спирт в кювете самопроизвольно гаснет через 30-40 с вследствие выгорания кислорода, при наличии притока воздуха через отверстие в торце камеры устойчивое горение продолжалось до полного выгорания спирта, это происходило через 120 с (опыт 1). Эксперименты (опыт 2-5) по тушению с изменением массы твердого топлива показали, что время тушения составляет 3-4 с. Огнетушащая концентрация составила 40 г/м³ или 3% от массы воздуха в объеме, что находится на уровне лучших результатов, полученных ранее. При концентрации меньше 40 г/м³ (опыт 5) тушение очага горения не произошло.

Для экспериментальной проверки эффективности пожаротушения продуктами сгорания аэрозольного твердого топлива в натурных условиях был разработан генератор аэрозоля и специальный бокс (объемом 60 м³), близкий к натурным помещениям, подлежащим защите от пожара.

Генератор аэрозоля (см. фиг.2) состоит из корпуса 1, выходного сопла 2, воспламенителя 3. Генератор аэрозоля снаряжается зарядом 4 из отдельных шашек огнетушащего состава. В зависимости от количества шашек масса заряда может меняться. Воспламенение происходит от электроспирали.

Бокс (см. фиг.3) для проведения натурных испытаний представляет собой помещение с размерами 3х3, 6х6 м и имеет вентиляционное отверстие 1 с меняющейся площадью. Величина объема и отсутствие полной герметичности приближает его к натурным помещениям, в которых необходимо предотвратить или тушить пожары в реальных условиях. Очаг горения 2, в данном случае противень со спиртом, имел поверхность горения 1 м² и воспламенялся электрической спиралью 3. Генератор аэрозоля 4 воспламенялся от электроспирали. В боксе устанавливались датчики температуры для оценки распределения температуры в объеме. Процесс горения и тушения фиксировался киносъемкой и показаниями термопар, установленных в зоне горения спирта и генераторе аэрозоля.

Типичный ход кривых температуры очага горения (кривая а) и продуктов сгорания генератора аэрозоля (кривая б) приведен на фиг.4. Откуда видно, что после установления процесса стационарного горения Т₁=20 с подавался сигнал на воспламенение аэрозольного генератора. По достижении величины концентрации продуктов сгорания твердого топлива, необходимой для тушения, пламя очага горения угасает и падает температура его в момент времени Т₂=40 с. Разностью Т₂-Т₁=Т_т определялось время тушения пламени.

Результаты испытаний в боксе с различной массой заряда генератора приведены в табл.2.

Из приведенных в табл.2 данных (опыты 1-5) видно, что минимальная огнетушащая концентрация продуктов сгорания твердого топлива, необходимая для тушения, равна 40 г/м³, что находится на одном уровне с модельными экспериментами в объеме 68 л. Следует отметить, что эффективность пожаротушения продуктами сгорания твердого топлива существенно повышается, если их предварительно охладить (например, инертным газом - азотом). Расход азота в опыте 6 составил 2,2 кг/с, при этом обнаружено, что минимальная концентрация продуктов сгорания для тушения уменьшилась в 2,5 раза и составила 20,5 г/м³.

Из экспериментов получено, что при разработке конкретной системы пожаротушения на твердом топливе масса твердого топлива определяется по формуле
M=K ^. V,
где K ≥ 10 г/м³ - огнетушащая концентрация пожаротушащего твердотопливного аэрозольного состава;
V - объем защищаемого объекта.

Использование предлагаемого способа объемного пожаротушения твердотопливными аэрозольными составами обеспечивает по сравнению с существующим способом повышение эффективности тушения (возможность получения огнетушащей концентрации 40 г/м³, при 128 г/м³ в прототипа). Отсутствие вредных для человеческой жизни газов в продуктах сгорания твердого топлива подтверждено экспериментальной проверкой. Отсутствие озоноразрушающих веществ в продуктах сгорания твердого топлива видно из термодинамического расчета состава газов и конденсированной фазы, приведенного ниже.

Газовая фаза, мол.% O₂ 21,62 N₂ 74,7 CO₂ 1,6 H₂O 0,5
Конденсированная фаза, мас.% KCl 0,17 K₂CO₃ 1,43

Использование: в области пожаротушения. Эффект достигается путем ингибирующего действия на пламя поверхностью конденсированной фазы аэрозоля, образуемого при сгорании твердого топлива. Твердое топливо размещается заранее в защищаемом объеме и не требует дополнительных вытеснительных систем и средств доставки огнетушащих составов. Твердое топливо может воспламеняться как от очага пожара, так и с помощью специального зажигательного устройства. При разработке конкретной системы пожаротушения на твердом топливе масса твердого топлива определяется по формуле M=K·V, где K≥ 10 г/м³ - огнетушащая концентрация твердотопливного аэрозольного состава; V - объем защищаемого объекта. Огнетушащая эффективность может быть повышена путем охлаждения продуктов сгорания твердого топлива. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ ОГНЕТУШАЩИМИ СОСТАВАМИ, основанный на создании в защищаемом объеме среды, не поддерживающей горение, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, тушение проводят ингибирующим действием на пламя поверхностью конденсированной фазы аэрозоля, образуемого при сгорании твердого топлива, размещенного заранее в защищаемом объеме и воспламеняющегося от очага пожара или с помощью специального зажигательного устройства. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу сжигаемого топлива выбирают из соотношения
M = K · V,
где V - объем защищаемого объекта;
K ≥ 10г / м³ - огнетушащая концентрация твердотопливного аэрозольного состава. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную аэрозоль предварительно охлаждают.