ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ ЗОНД Российский патент 1997 года по МПК E21B35/00 A62C3/06 

Изобретение относится к устройствам для тушения пожаров на нефтяных скважинах (класс МКИ E 21 B 35/00).

Известен способ тушения пожаров на нефтяных скважинах путем заливания очага пожара водой или пламягасящей смесью посредством заливания очага пожара водой или иной пламягасящей смесью (пламягасящем веществом).

Очаг горения заливается водой или пламягасящей смесью. Этот способ давно известен. Этот способ традиционный, используется при тушении пожаров при возгорании объектов жилого или производственного фондов. Вода или пламягасящее вещество подается на очаг возгорания из сопло на очаг горения. Применяется этот способ профессиональными или военизированными городскими пожарными командами.

Известен также и модернизированный вариант. Суть его тоже самое, однако, разница состоит в том, что центр выброса воды (или пламягасящей смеси) подводится на специальном подвижном устройстве к центру горения, но суть одна и та же.

Также известно изобретение для тушения пожаров на буровых скважинах (авторы А. И. Кутепов, О.И. Прокопов, Н.А. Щербань, их авторское свидетельство N (II) 874987, название "Устройство для тушения пожаров газонефтяных фонтанов на устье скважины".

Все вышеуказанные устройства не вполне обеспечивают эффективность гашения пламени, а именно, не выполняют задачи которые можно выполнить с помощью "Противопожарного зонда".

Противопожарным зондом должны выполняться для полного и быстрого тушения очага горения следующие задачи.

1. Исключение доступа к очагу горения кислорода, находящегося в воздушном окружающем пространстве.

2. Полного охлаждения очага горения, эпицентра горения и переферичных районов горения.

Целью изобретения является устранение всех вышеперечисленных недостатков в перечисленных ранее известных устройствах-прототипах (настоящее изобретение не имеет аналогов, аналоги не известны) и скорейшего тушения пожаров.

Для того, чтобы можно было бы характеризовать преимущество предлагаемого устройства по сравнению с перечисленными выше прототипами следовало бы более подробно остановиться на рассмотрении физических и химических основ горения. Пламя является ничто иное как раскаленные пары и газы. Условно пламя можно разделить на 3 составные части: 1. Центр, 2. Среднее, 3. Переферичное.

В связи с тем, что вышеуказанные области взаимосвязаны между собой неразрывно в процессе горения, процесс распределения и нарастания температурного режима следует полностью взаимосвязано и равномерно в данной среде.

Все вышеуказанное так или иначе имеет "компенсационную функцию". Вышеуказанная "компенсационная функция" находит свое выражение в том, что тепловая энергия распространяется равномерно по всем точкам и участкам пламени без изменения. Подобно тому как если бы по тем или иным причинам в определенных объемах жидкостей или газов образовалась область высокого давления то частицы жидкостей или газов неизменно и равномерно устремились бы во все остальные точки жидкостей или газов рядом расположенных связанных с данным участком сообластей. Или же, по тем или иным причинам в каком-либо определенном объеме жидкостей или газов создать область пониженного давления - то невозможно будет это сделать таким образом чтобы из какой либо неразделенной подобласти выбрать содержимое, а во всех остальных точках и участках определенно взятого объема давления бы оставалось неизменным т.е. из всех остальных подучастков и подобластей более сильно сжатые жидкости или газы мгновенно устремятся в область низкого давления, т.е. в свободное пространство. Точно также и тепловая энергия в пламени распространяется по всему конкретно взятому объему пламени равномерно и без изменений. Если же создавать охлаждение очага горения (путем его заливания водой) то для полного тушения необходимо залить весь объем пламени водой (т.е. охладить). В случае неполного заливания очага горения водой (неполного охлаждения) очаг пожара ликвидировать невозможно. Отдельно взятые участки не полностью охлажденного пламени немедленно восстановят свою первоначальную тепловую энергию и горение будет продолжаться. Данная "компенсационная функция" тепловой энергии проявит себя в том плане, что из связанных подобластей пламени тепловая энергия перейдет в участки с пониженной (на какое-то время) температурой. А ранее применяемые методы тушения пожаров не в состоянии обеспечить быструю и полную ликвидацию тепловой энергии во всем очаге горения. Следовательно, при использовании известных методов пожаротушения невозможно добиться быстрого и полного пожаротушения т.е. известная методика пожаротушения не может выполнить задачи из-за того, что ликвидировать всю тепловую энергию в очаге горения, а также исключить возможность перехода "компенсации" тепловой энергии из одной подобласти очага горения в другую, технология вышеназванных методов не в состоянии.

Для решения поставленной задачи по устранению всех недостатков ранее известных методов, а также достижение поставленной цели скорейшей ликвидации очага горения служит противопожарный зонд.

Противопожарный зонд состоит из следующих элементов, каждый из которых выполняет определенные технологические функции.

На фиг. 1, 2, 3 изображено устройство (в общем виде). Противопожарный зонд включает: корпус 1, предохранительный клапан 2, впускные гасящие каналы 3 (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) предохранительные устройства впускных гасящих каналов 4, каналы подачи пламягасящего вещества 5 (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) пружина предохранительного устройства 6, 1-й контрфронтальный ротор гашения 7, 2-ой контрфронтальный ротор гашения 8, канал хода 1-го контрфронтального ротора гашения 9, канал хода 2-го контрфронтального ротора гашения 10, составные сопла 1-го контрфронтального ротора гашения 11, составные сопла 2-го контрфронтального ротора гашения 12, шарикоподшипник 1-го контрфронтального ротора гашения 13, шарикоподшипник 2-го контрфронтального ротора гашения 14, стабилизационные платформы 1-го контрфронтального ротора гашения 15, стабилизационные платформы 2-го контрфронтального ротора гашения 16, стабилизационные платформы устойчивости стана противопожарного зонда 17, прижимные аварийно-контрольные устройства предохранительного клапана противопожарного зонда 18, вспомогательные реактивные сопла двигатели 1-го контрфронтального ротора гашения 19, вспомогательные реактивные сопла-двигатели 2-го контрфронтального ротора гашения 20, внутренние турбины 1-го контрфронтального ротора гашения 21, внутренние турбины 2-го контрфронтального ротора гашения 22, дополнительные прижимно-стабилизационные устройства корпуса противопожарного зонда 23, прицепные устройства противопожарного зонда 24, дополнительные прицепные устройства противопожарного зонда 25, эпицентр горения горящей нефтяной скважины 26, поверхность почвы 27, подъемные летающие аппараты 28, центральный ротор-канал гашения 29, турбины центрального ротор-канала гашения 30, подканалы центрального ротор-канала гашения 30.5 с нагнетателями 30.5.1.

Чтобы обеспечить заданную цель все вышеуказанные узлы работают взаимосвязано следующим образом. Противопожарный зонд из несгораемого металла опускают на горящую нефтяную скважину с летающих аппаратов. Таковыми могут быть вертолеты либо иные технические средства, пригодные для транспортировки тяжелых грузов и способные к зависанию в воздухе. При полном соприкосновении противопожарного зонда с поверхностью земли (по фиг. 1, 3, 2) корпус противопожарного зонда 1 закрывает горящую нефтяную скважину 26, изолирует ее от внешнего окружающего пространства. В условиях замкнутого пространства кислород, находящийся под противопожарным зондом выгорает и образуется безвоздушное пространство. Этим достигается поставленная задача изолировать очаг горения от доступа к нему кислорода химического элемента, способствующего горению.

Другой необходимой задачей для достижения быстрого и полного тушения очага горения является полное и быстрое охлаждение всех областей и участков пламени. Эту задачу выполняют специальные устройства, подающие воду или иное вещество на очаг горения контрфронтальные роторы гашения NN 7 и 8 и центральный ротор канал гашения 29. Работа данных узлов заключается в следующем.

Из сопла контрфронтальных роторов гашения пламягасящее вещество подается на очаг горения. Сопло на схеме имеет N 11, 12. Если из сопла подается пламягасящее вещество то для дополнительного эффекта охлаждения центра и районов и создания между ними изоляции (исключение передачи тепловой энергии из одной подобласти в другую компенсации (контрфронтальные роторы гашения сами принимают рабочую позицию во вращении (вращаются). Точно такую же рабочую позицию во вращении имеет центральный ротор канал гашения 29. Вращение всех указанных узлов происходит один агрегат к следующему близрасположенному в противоположном направлении. Если взять вид противопожарного зонда сверху, то 1-й контрфронтальный ротор гашения вращается против часовой стрелке 2-ой контрфронтальный ротор гашения вращается по часовой стрелке (т.е. имеют направления вращения). На схеме общий вид противопожарного зонда, фиг. 1, 2, 3, 1-й контрфронтальный ротор гашения имеет N 7, 2-ой контрфронтальный ротор гашения имеет N 8. Центральный ротор-канал гашения N 29 имеет направление вращения против часовой стрелки.

Процесс привода в действие контрфронтальных роторов гашения 7 и 8 и центрального ротор-канала гашения N 29, а также процесс пожаротушения осуществляется следующим образом. Из выпускных пламягасящих каналов N 3 (3.1, 3.2, 3.3, 3,4, 3,5) пламягасящее вещество (вода, гасящая пена или иное вещество, способное производить эффект тушения) подается на очаг горения, но причем не непосредственно из впускных пламягасящих каналов, а через корпусы контрфронтальных роторов гашения и центрального гасящего ротора-канала. Пройдя корпусы контрфронтальных роторов гашения пламягасящее вещество из сопло контрфронтальных гашения под высокой частотой вращения контрфронтальных роторов гашения выбрасывается и охватывает весь очаг горения. Тот факт, что пламягасящее вещество подается на очаг горения под вращением обеспечивает более лучший и полный эффект охлаждения всех областей и участков очага горения и исключает возможность сохранения тепловой энергии т.е. "компенсация" из одной подобласти в другую исключается. Кроме того, что пламягасящее вещество подается на очаг горения под вращением, в общей сложности работы обоих контрфронтальных роторов гашения которые работают противоположно друг другу (в противоположных направлениях) создается дополнительный эффект нахождения (столкновение) одного фронта выброса пламягасящего вещества на другой. Этим создается контрфронт. Контрфронт обеспечивает наибольшее усиление эффекта полного охлаждения всего очага горения по всем вышеописанным критериям. Если 1-й и 2-ой контрфронтальные роторы гашения создают эффект быстрого и полного охлаждения пламени очага горения с боков, то сверху и с центра на очаг горения пламягасящее вещество подается центрально "в зенит". Подача центрально происходит из центрального ротор-канала гашения 29, причем пламягасящее вещество подается под винтовым вращением. Охлажденное пламягасящее вещество ввинчивает в раскаленную область очага горения, преодолевая сопротивление давления вырывающейся из горящей нефтяной скважины, а также давление газов, образовавшихся от и процесса горения. Вращение контрфронтальных роторов гашения N 7 и 8 обеспечивается в результате подачи под давлением из впускных гасящих каналов N 3.1, 3.2, 3.4, 3.5 пламягасящего вещества которое первоначально попадает на внутренние турбины 1-го и 2-го контрфронтальных роторов гашения. На схеме внутренние турбины контрфронтальных роторов гашения обозначены под N 21, 22. На фиг. 4 представлен чертеж-схема контрфронтальных роторов гашения в общем виде. Номера, обозначенные на схеме составных агрегатов соответствует номерам по общей схеме противопожарного зонда на фиг. 1, 2, 3. Для большей ясности на фиг. 4 общего вида контрфронтальных роторов гашения отдельным 7, 8 обозначен корпус контрфронтального ротора гашения. Движение контрфронтальных роторов гашения обеспечивается также с помощью реактивной энергии, образовавшейся в результате избытка давления в заполненных корпусах контрфронтальных роторов гашения N 7, 8 поступившей из впускных гасящих каналов N 3.1, 3.2, 3.4, 3.5, и корпусов контрфронтальных роторов гашения пламягасящего вещества. Давление, выращивающееся из сопло-двигателей контрфронтальных роторов гашения N 19, 20 попадает на стабилизационные платформы контрфронтальных роторов гашения N 15, 16, Все вышеописанное приводит в вращение контрфронтальные роторы гашения. Следовательно, пламягасящее вещество в данном устройстве пройдя впускные гасящие каналы N 3, попав на турбины (внутренние) контрфронтальных роторов гашения 21, 22, заполнив контрфронтальные роторы гашения (корпуса) N 7. 8, вырвавшись из составных сопло контрфронтальных роторов гашения N 11, 12 и из вспомогательных реактивных сопло двигателей 19, 20 производит действие привода в движение контрфронтальных роторов гашения в каналах хода контрфронтальных роторов гашения N 9, 10 и осуществляет процесс гашения очага горения N 26. Шарикоподшипники контрфронтальных роторов гашения 13, 14 обеспечивают возможность свободного хода контрфронтальных роторов гашения. Составные сопло контрфронтальных роторов гашения N 11, 12 вмонтируются в корпус контрфронтальных ротора в гашения N 7, 8 с определенным расположение. Расположение их таково, что они обращены по направлению хода (вращения) контрфронтального ротора гашения. В горизонтальном направлении их отклонения от перпендикулярной линии по отношению к направлению центра горения составляет около 70-80 градусов. Удаленность один от другого равномерное. Количество составных сопло контрфронтального ротора гашения составляет 12 шт. По вертикальному отклонению относительно горизонтальной линии составные сопла контрфронтального ротора гашения имеют различное отклонение по отношению горизонтального перпендикуляра. По этому критерию деления все 12 сопло имеют определенные подразделения по 3 (три) сопло в одной конфигурации. По отношению к горизонтальной (условной горизонтальной) линии первое сопло имеет максимальное отклонение и направлено на центральную часть пламени. Второе имеет меньшее отклонение и направлено на среднюю часть пламени. Третье сопло имеет наименьшее отклонение и направлено на оконечную часть пламени. Так первое сопло имеет отклонение 75-80 градусов. Второе сопло имеет отклонение 65-60 градусов. Третье сопло имеет угол отклонения 50-45 градусов. В контрфронтальном роторе гашения количество всех подразделений (по 3) имеет 4 подразделения. Указанное применение к первому контрфронтальному ротору гашения (т.е. указанное относительно угла отклонения). Применительно к второму контрфронтальному ротору гашения угол отклонения относительно условий горизонтальной линии имеет на 5 градусов больше. Охлаждение противопожарного зонда производится благодаря эффекту омывания корпуса противопожарного зонда N 1 из самих контрфронтальных роторов гашения NN 7 и 8. Все вышеуказанное представлено на фиг. 3. Для усиления процесса пламягашения предусмотрена система центрального воздействия. Этой системой является центральный ротор-канал гашения N 29. Пламягасящее вещество из центрального ротор-канала гашения под давлением подается на центр очага горения. Ввинчивание пламягасящего вещества в центральном роторе-канале гашения обеспечивается за счет давления подкачивающего пламягасящего вещества с летательных аппаратов N 28. Пламягасящее вещество, поступаемое из каналов подачи пламягасящего вещества N 5 (5.3) под давлением попадает на лопасти турбин центрального ротор-канала гашения N 30. Для ясности лопасти турбины центрального ротор-канала гашения на схеме обозначены под NN 30 (фиг. 5), где нижняя турбина обозначена под N 30.1. Вторая (средняя) турбина обозначена под N 30.2. Третья верхняя турбина обозначена под N 30.3. Всего количество турбин центрального ротор-канала гашения 3 (три). Каждой турбине подается пламягасящее вещество под давлением с таким расчетом, чтобы давление попадало на лопасти турбин и приводило бы турбины в движение. Приведя в движение турбины, пламягасящее вещество заполнив картер центрального ротора-канала гашения N 30.4 проникает во входные под-каналы (отверстия) центрального ротора-канала гашения 30.5 с нагнетателями, а после проникновения в входные отверстия центрального ротора-канала гашения с учетом того, что сам центральный ротор-канал гашения 30 и 29 уже приведен турбинами центрального ротора-канала гашения в движение, начинает вырываться на очаг горения с винтовым движением струи пламягасящего вещества, ввинчивающейся в центр очага горения. Для того, чтобы турбины центрального ротора-канала гашения могли эффективно работать необходимо чтобы лопасти всех труб турбин находились бы не на одной линии одна параллельно другой, а с определенным углом отклонения одна от другой. Угол отклонения должен составлять не менее 10 градусов.

В результате работы контрфронтальных роторов гашения и центрального ротора-канала гашения образуется эффект наслоения одного фронта пламягасящего вещества на другой, что и приводит к полному разделению подобластей очага горения и полного и быстрого охлаждения очага горения.

Шарикоподшипник центрального ротор-канала гашения обеспечивает свободное вращение. Шарикоподшипник обозначен на фиг. 5. противопожарный зонд снабжен прижимно-стабилизационным противоаварийным устройством N 18.2 которое выполняет роль стабилизировать устойчивость противопожарного зона в работе в случае наличия избыточного аварийного давления которое может привести к нарушению агрегатов в работе, разрыву корпуса противопожарного зонда N 1 или к его опрокидыванию, что приводит (может привести) к выводу противопожарного зонда из рабочего состояния.

Это прижимно-стабилизационное устройство состоит из предохранительного клапана N 2 и прижимных аварийно-контрольных устройств предохранительного клапана N 18. Предохранительный клапан противопожарного зонда N 2 работает в совокупности с прижимным аварийно-контрольным устройством противопожарного зонда N 18 следующим образом. Предохранительный клапан (люк) имеет нормально замкнутое (закрытое) состояние. Это нормально закрытое состояние обеспечивается с помощью прижимных аварийно-контрольных устройств предохранительного клапана 18. Схема прижимного аварийно-контрольного устройства представлена на фиг. 7. Прижимное аварийно-контрольное устройство N 18 состоит из следующих элементов. Пневмоцилиндр 18.1 (фиг. 7), поршень пневмоцилиндра N 18.2, пружина N 18.3, картер N 18.4. Всего прижимных аварийно-контрольных устройств предохранительный клапан имеет 6. Прижимное аварийно-контрольное устройство N 18 работает следующим образом.

При наличии избыточного аварийного давления, превышающего силу прижима прижимных аварийно-контрольных устройств предохранительного клапана N 2 к корпусу противопожарного зонда 1 предохранительный клапан (люк) N 2 отводится от корпуса противопожарного зонда N 1. При отверденном состоянии предохранительного клапана от корпуса противопожарного зонда предохранительный клапан является открытым. Через открытый клапан (люк) избыток аварийного давления выводится из под противопожарного зонда. Открытие предохранительного клапана противопожарного зонда происходит в результате избытка аварийного давления которое передает свою динамическую силу на пружину прижимного аварийно-контрольного устройства N 18.3 и поршень пневмоцилиндра 18.2. Отдельно следует отметить, что аварийное давление действует сразу на все прижимные аварийно-контрольные устройства которые расположены по фигуре четкого шестиугольника на фиг. Б. Однако для более подробного описания следует остановиться на работе одного в отдельности взятого агрегата. Картер прижимного аварийно-контрольного устройства 18.4 вмонтирован в корпус противопожарного зонда. По сути картер всех прижимного (всех прижимных) аварийно-контрольного устройства является неотъемлемой частью самого корпуса противопожарного зонда N 1. При поднятии предохранительного клапана противопожарного зонда (его открытии) в случае наличия аварийного избыточного давления N 2 избыточное аварийное давление удаляется через образовавшееся при открытом предохранительном клапане противопожарного зонда открытое пространство.

После удаления избыточного аварийного давления прижимные аварийно-контрольные устройства 18 мгновенно закрывают предохранительный клапан противопожарного зонда N 2
Противопожарный зонд имеет прицепные устройства 24 с помощью которых противопожарный зонд крепится к летающим аппаратам N 28. Противопожарный зонд также имеет и дополнительные прицепные устройства N 25 с помощью которых противопожарный зонд можно было бы в необходимых случаях притягивать к центру горения нефтяной скважины 26, 27. Для притягивания противопожарного зонда к центру горения можно использовать все имеющиеся технические средства. Впускные гасящие каналы 3 (3.1, 3.2, 3.3, 3,4, 3.5) имеют противоаварийные устройства. Эти предохранительные устройства впускных гасящих каналов указаны на фиг. 6. Эти устройства представляют собой нормально разомкнутые клапаны-поршни от входа в каналы. Нормально разомкнутое состояние обеспечивают пружины (4.3 на фиг. 6) (6), по фиг. 3, крепящаяся к крестовине 14.2 на фиг. 6 (4), по фиг. 3 держащего клапан поршень. Общий вид впускных гасящих каналов представлен на фиг. 6. При наличии избыточного аварийного давления клапаны поршни 4.1 закрывают входы впускных гасящих каналов, что обеспечивает предохранение от повреждения каналов подачи пламягасящего вещества N 3 и подкачивающее устройства подачи пламягасящего вещества с летательных аппаратов 28. При наличии избыточного аварийного давления клапаны-поршни закрывают входы каналов подачи пламягасящего вещества. При этом клапаны поршни доходят до крестовины 4.2 к которым крепится пружина 4.3, обеспечивающая фиксацию нормально открытого состояния.

Стабилизационные платформы устойчивости стана противопожарного зонда 17 обеспечивают устойчивое состояние противопожарного зонда и при выходе аварийного давления газы прижимают противопожарный зонд к земле. Необходимое дополнительное описание приведено в схемах и пояснениях к ним.

Использование: область нефтегазодобывающей промышленности, в частности, тушение пожаров на нефтяных скважинах. Сущность изобретения. Противопожарный зонд содержит замкнутый корпус с прицепными элементами для установки его в центре горящей скважины. Корпус выполнен с впускными гасящими каналами и каналами для подачи пламягасящего вещества. Впускные гасящие каналы выполнены с предохранительными узлами в виде нормально-разомкнутых подпружиненных клапанов-поршней. В корпусе размещены два контрфронтальных ротора. Они вращаются в противоположных направлениях. На роторах расположены сопла. Роторы также имеют каналы, вспомогательные реактивные сопла-двигатели и внутренние турбины. Зонд содержит вращающийся центральный ротор-канал гашения. Он выполнен с турбинами. Последний имеют каналы, в которых установлены нагнетатели. Корпус выполнен с предохранительным клапаном с прижимным аварийно-контрольным устройством. Корпус и контрфронтальные роторы выполнены со стабилизационными платформами. 7 ил.

Противопожарный зонд, включающий замкнутый корпус с прицепными элементами для установки его в центре горящей скважины, с впускными гасящими каналами, каналами для подачи пламягасящего вещества и соплами, отличающийся тем, что он снабжен двумя размещенными в корпусе контрфронтальными роторами, вращающимися в противоположных направлениях, вращающимся центральным ротором-каналом гашения, выполненным с турбинами, имеющими каналы, в которых установлены нагнетатели, и предохранительным клапаном с прижимным аварийно-контрольным устройством, причем впускные гасящие каналы выполнены с предохранительными узлами в виде нормально разомкнутых подпружиненных клапанов-поршней, сопла расположены на контрфронтальных роторах, имеющих каналы, вспомогательные реактивные сопла-двигатели и внутренние турбины, а корпус и контрфронтальные роторы выполнены со стабилизационными платформами.