УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕМНОГО ТУШЕНИЯ ПОЖАРА Российский патент 2002 года по МПК A62C3/00 A62C13/22 A62C35/00 

Изобретение относится к средствам водоаэрозольного тушения, представляющего из себя пароаэрозольный генератор, который может быть использован как для объемного тушения пожаров в замкнутых объемах, полузамкнутых объемах, так и для локализации горения на открытых площадках. Тушение пожара в замкнутых, полузамкнутых объемах, а также локализация пожара на открытых площадках происходят за счет быстрого (доли секунды) перегрева и испарения огнетушащей жидкости в пароаэрозольном генераторе, например воды, при повышенном давлении при одновременном насыщении паров воды газообразным или аэрозольным ингибитором горения, генерируемым составом, находящимся внутри пароаэрозольного генератора, и выброса образовавшейся пароаэрозольной смеси с помощью предлагаемого устройства в зону горения.

Известны установки, устройства, средства, системы и способы распыления ОТЖ для водяного, пароводяного и тушения перегретой водой (1-8).

Недостатками устройств распыления воды являются большие удельные расходы (до 900 л/м²) и время тушения (≈60 мин) горючесмазочных материалов и легковоспламеняющихся жидкостей (1), что объясняется тем, что при механическом распылении огнетушащей жидкости образуется грубодисперсный седиментационно неустойчивый аэрозоль, частички которого не успевают испаряться в плазменной зоне.

Тушение водяным паром эффективно, но требует больших энергетических затрат, так как огнетушащая концентрация пара равна 35% при минимальной интенсивности не ниже 0,05 кг/м³•с, т.е. для устранения пожара в помещении 100 м³ необходимо перевести 21 кг воды в пар не менее чем за 4 секунды (2).

Тушение перегретой водой более эффективно, но все устройства, известные из (3,5), требуют предварительного нагрева огнетушащей жидкости (воды) либо давления, создаваемого в емкости огнетушащей жидкостью за счет перегрева жидкости от тепла в очаге пожара. При этом при всех перечисленных недостатках устройств для получения перегретой воды они в несколько раз проигрывают аэрозольным средствам (генераторам огнетушащего аэрозоля), использующим твердотопливные термохимические композиции, огнетушащая концентрация которых составляет 0.040-0.10 кг/м³ в зависимости от пожарной нагрузки.

Основным недостатком генераторов огнетушащего аэрозоля является их повышенная пожароопасность из-за наличия высокотемпературного факела продуктов сгорания, являющихся огнетушащим веществом. К недостаткам генераторов огнетушащего аэрозоля следует также отнести ограниченность по классу тушения пожаров, так как они не тушат пожары класса А₁, т.е. горение твердых веществ, сопровождаемых тлением, а также их низкая эффективность для локального тушения всех классов пожаров.

Наиболее близким по целевому назначению и совокупности признаков является устройство для объемного тушения пожара, содержащее камеру сгорания с воспламенителем, источник подачи огнетушащей жидкости, реакционную камеру, размещенную последовательно в корпусе за камерой сгорания, камеру смешения с форсуночным коллектором, связанным с источником подачи огнетушащей жидкости, и камеру перегрева огнетушащей жидкости (9).

Коллектор с форсунками связан посредством напорного трубопровода, перекрытого мембраной с емкостью для огнетушащей жидкости, содержащей газогенератор, при этом сопло выполнено съемным и установлено на свободном торце камеры перегрева, а на напорном трубопроводе в патрубке установлена система воспламенения термохимического состава, в качестве которого для перегрева огнетушащей жидкости используют смесь порошков алюминия и/или магния или их сплав с натрием или калием азотнокислым и органическим связующим в соотношении металл : окислитель : связующее (30-40):(6-19):(1-4) соответственно.

В качестве реагента для перегрева огнетушащей жидкости в реакционной камере используют воду или водные растворы натрия, калия, аммония или их смесь в соотношении по массе термохимического состава: вода или водные растворы 1: 1,2- 1: 5.0, а соотношение масс термохимического состава и огнетушащей жидкости в камере перегрева составляет 1:2-5.

Недостатком данного известного устройства является его низкая эффективность применения для объемного тушения ввиду низкой дисперсности огнетушащего вещества S_част.≅50...100 мкм и низкой ингибирующей способности активных центров пламени частицами образующегося в пламени аэрозоля. Расход огнетушащего вещества по воде для генератора при объемном тушении составляет 0,2-0,5 кг/м³.

Задачей изобретения является создание устройства для объемного тушения пожара, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении эффективности пожаротушения за счет снижения расхода огнетушащего вещества при повышении ингибирующих свойств последнего.

Этот технический результат в устройстве для объемного тушения пожара, содержащем камеру сгорания с воспламенителем, источник подачи огнетушащей жидкости, реакционную камеру, размещенную последовательно в корпусе за камерой сгорания, камеру смешения с форсуночным коллектором, связанным с источником подачи огнетушащей жидкости, и камеру перегрева огнетушащей жидкости, достигается тем, что оно дополнительно содержит генератор огнетушащего аэрозоля или газообразного ингибитора горения с термохимическим составом, установленным в камере перегрева, и газоаэрозольный сопловой блок, при этом камера перегрева связана с одной стороны через жалюзный сепаратор с камерой смешения и с другой стороны через ресивер с газоаэрозольным сопловым блоком, а камера сгорания содержит твердое, и/или жидкое, и/или газообразное топливо.

Твердое топливо представляет собой механическую смесь порошков магния и/или алюминия и/или их сплав с кислород-, фтор- и/или хлорсодержащим окислителем и целевой добавкой, например связующим и/или катализатором горения в соотношении металл : окислитель : целевая добавка (10-40):(10-34):(1-5) соответственно.

Термохимический состав представляет собой механическую смесь и/или сплав аммония азотнокислого с аммонием фосфорнокислым, и/или хлорнокислым, и/или сернокислым и/или амидом угольной кислоты (карбамидом) или состав на основе красного фосфора, термической смеси и горючего.

На фиг. 1 представлен пароаэрозольный генератор с твердотопливным блоком; на фиг. 2 - камера сгорания с газообразным и жидким топливом.

Позиции на фиг. 1 обозначают: 1 - контейнер твердого топлива, 2 - блок твердого топлива, 3 - камера сгорания, 4 - воспламенительное устройство, 5 - ударно-накольный механизм, 6 - капсюль-воспламенитель, 7 - воспламенительный состав, 8 - сгорающая диафрагма, 9 - сопла воспламенительного устройства, 10 - рассекатель, 11 - отбойник, 12 - трубопровод подвода огнетушащей жидкости, 13 - каналы подвода огнетушащей жидкости, 14 - реакционная камера с форсуночным блоком, 15 - сопла камеры смешения, 16 - форсуночный блок камеры смешения, 17 - трубопровод форсуночного блока камеры перегрева, 18 - камера смешения, 19 - жалюзийный сепаратор конденсированной фазы продуктов сгорания, 20 - форсуночный блок камеры перегрева, 21 - генератор огнетушащего аэрозоля или газообразного ингибитора горения, 22 - ресивер парогаза, 23 - перфорированная трубка, 24 - аэрозолеобразующий или газогенерирующий состав, 25 - камера сгорания огнетушащей жидкости, 26 - газоаэрозольный ресивер, 27 - аэрозольный сопловой блок, 28 - водоаэрозольный сопловой блок, 29 - перфорированная крышка газоаэрозольного генератора.

Позиции на фиг. 2 обозначают: 30 - трубопровод подачи газообразного окислителя, 31 - трубопровод подачи газообразного топлива, 32 - камера сгорания, 33 - завихритель, 34 - воспламенительное устройство, 35 - форсуночный коллектор жидкого топлива, 36 - трубопровод подачи жидкого топлива.

Принцип работы твердотопливного пароаэрозольного генератора, изображенного на фиг. 1, следующий.

При получении сигнала о пожаре от системы источника подачи огнетушащая жидкость через трубопровод 12 поступает в кольцевые полости I и II. Повышение давления в полости приводит к срабатыванию ударно-накольного механизма 5, который приводит в действие капсюль-воспламенитель 6 и воспламенительный состав 7. Воспламенительное устройство 4 через сопла 9 поджигает твердотопливные блоки 2 и канал сгорающей диафрагмы 8. Продукты сгорания твердотопливных блоков диспергируются с поверхности заряда в камеру сгорания 3, где с помощью рассекателя 10 и отбойника 11 через разгорающийся канал диафрагмы 8 попадают в реакционную камеру 14, где происходят вторичные экзотермические процессы взаимодействия паров непрореагировавшего горючего с водой, вследствие чего температура продуктов сгорания повышается ориентировочно на 1000^oC и становится в пределах 2500-3000^oC. Одновременно с запуском ударно- накольного механизма 5 через полость 1 и каналы 13 огнетушащая жидкость (вода) подается на форсуночные блоки реакционной камеры 14, камеры смешения 16 и камеры перегрева 20. Струи огнетушащей жидкости из блока 14, ударяясь об отбойник 11, создают пелену (завесу) в реакционной камере 14. Высокотемпературные продукты сгорания из камеры 14 поступают в сопла 15, в которых происходит выравнивание потока продуктов сгорания, а в камере смешения 18 происходит гомогенизация смеси продуктов сгорания с огнетушащей жидкостью и частичное ее испарение. Гомогенизированная смесь воды и ее паров, газообразных и конденсированных продуктов сгорания из камеры смешения поступают в жалюзийный сепаратор конденсата 19, после которого часть парогаза поступает в ресивер 22, а часть вместе с конденсатом проходит в камеру перегрева 25 огнетушащей жидкости, куда из трубопровода 17 через форсуночный блок 20 огнетушащая жидкость распыляется в количестве, обеспечивающем ее испарение и/или перегрев до температуры 170-180^oC при давлении в камере перегрева 0.6-1 МПа. Перегретая пароводяная (парожидкостная) смесь поступает в водоаэрозольный сопловой блок 28, где разгоняется до скорости 400-600 м/с и выбрасывается в атмосферу. Перегретые капли воды (огнетушащей жидкости) под действием внутреннего парциального давления дробятся (как бы "взрываются"), образуя аэрозоль с дисперсностью d_ср≅500...100 мкм.
Отсепарированный парогаз из ресивера 22, проходя через перфорированную трубку 23, нагревает состав 24, находящийся в аэрозольном (газовом) генераторе 21, до температуры начала реакций образования аэрозоля, например до реакции, протекающей между аммонием азотнокислым и аммонием фосфорнокислым, находящимся в равных массовых долях, по последующему уравнению согласно термодинамическим расчетам:

Из корпуса генератора 21 через перфорированную трубку 23 и крышку 29 в газоаэрозольный ресивер 26 поступает смесь фосфорного ангидрида, паров воды и газообразный азот. Фосфорный ангидрид мгновенно реагирует с парами воды с тепловыделением и образованием 0.7625 кг 55,6% ортофосфорной кислоты, имеющей температуру кипения 117^oC. Пары ортофосфорной кислоты, газообразный азот и парогаз, поступающий из ресивера 22, смешиваются в ресивере 26 и под давлением через сопла 27 выбрасываются в атмосферу, образуя устойчивый туман ортофосфорной кислоты с дисперсностью d_ср≅0,5 мкм.
Таким образом, тушение пожара происходит за счет следующих факторов
1. Срыв пламени с горящей поверхности газодинамической струей.

2. Охлаждение пламени за счет отбора тепла на испарение огнетушащей жидкости.

3. Снижение концентрации кислорода в зоне пожара за счет образования водяного пара из водяного аэрозоля и подачи пара и газа из пароаэрозольного генератора.

4. Гомогенное химическое ингибирование горения за счет паров солей, кислот и газообразных ингибиторов.

5. Гетерогенное ингибирование активных центров пламени на солевом или кислотном аэрозоле с ювенильной поверхностью с некомпенсированными химическими связями.

6. Изоляция твердой тлеющей поверхности растворами фосфорнокислых солей или ортофосфорной кислоты.

Принцип работы пароаэрозольного генератора на жидком и/или газообразном топливе аналогичный твердотопливному, за исключением того, что при использовании, например, керосина или пропана максимальная температура достигается не в реакционной камере, а в камере сгорания. Но, учитывая более высокую теплотворную способность вышеуказанных топлив, конечный результат идентичен.

Малогабаритность, автономность, высокая паро- и аэрозольная производительность и безопасность генератора, его относительно низкая стоимость и высокая оперативность работы позволяют применять его в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. В частности, пароаэрозольный генератор может быть использован как:
- средство объемного тушения пожаров всех горючих веществ, не вступающих в реакцию с водой, в том числе и тлеющих материалов, порохов и взрывчатых веществ в складах, производственных помещениях, плавсредствах, масляных подвалах, вентиляционных стволах и т.п.);
- средство локального тушения пожаров на объектах нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности;
- средство предотвращения взрыва пыле- и газовоздушных смесей в шахтах и других запыленных помещениях;
- аэрозольный генератор для создания экранирующих завес и тепловой защиты технологического оборудования на объектах хранения легковоспламеняющихся жидкостей и горючесмазочных материалов в случае пожаров;
- средство для осаждения дыма в очаге пожара;
- средство для нейтрализации агрессивных газовых и аэрозольных образований в экстремальных форс-мажорных обстоятельствах;
- средство для пропарки, очистки, нейтрализации внутренних поверхностей емкостей (резервуаров, цистерн, баков);
- средство для удаления и модификации ржавчины внутренних металлических поверхностей различных емкостей;
- для санитарной инсектицидной и бактерицидной обработки животноводческих ферм, трюмов судов и др.;
- для паровой обработки древесины и целлюлозных материалов антипиренами с целью придания им огнестойкости;
- реактивный двигатель для глиссеров, скутеров и других скоростных спортивных судов;
- средство экстренного торможения движущихся плавсредств;
- универсальный очиститель трубопроводов от механических и химических отложений;
- реактор для аэрозольного гетерогенного синтеза новых веществ.

Высокая мощность генератора пароаэрозольного генератора (от 10⁴ кВт до 10⁸ кВт на 1 кг топлива) позволяет переводить различные растворы в пароаэрозольное состояние с производительностью от десятых долей до десятков килограммов жидкости в секунду (т.е. от нескольких сотен до десятков тысяч литров водяного пара в секунду). При этом химический состав жидкости, переводимой в пар является критичным только из соображений безопасности, экологии и химической стойкости материала генератора.

Использование пароаэрозольного генератора в качестве средства пароаэрозольного тушения обеспечивает преимущества перед всеми известными средствами тушения в части:
- перед хладоновыми системами: на 1-2 порядка более низкая себестоимость и экологическая чистота;
- перед дренчерными и сплинкерными системами: на порядок более низкий расход огнетушащей жидкости, малогабаритность, автономность, высокая оперативность, более низкая стоимость;
- генераторы огнетушащего аэрозоля: универсальность (тушение пожаров классов А, В, С), безопасность;
- порошковые средства тушения: снижение стоимости огнетушащего вещества, гарантийные сроки хранения, надежность.

Сравнительные испытания генератора - типа и предлагаемого генератора по тушению пожаров классов А,В,С в помещении объемом 50 м³ показали в 3-5 раз более высокую эффективность последнего по критерию количества огнетушащего вещества для защиты 1 м³ помещения. В среднем расход огнетушащего вещества для известного генератора составил 18 кг (16 кг воды и 2 кг твердого топлива), для генератора по предлагаемому изобретению - 4,0 кг (0,5 кг твердого топлива, 2 кг воды и 1,5 кг смеси аммофоса с аммиачной селитрой).

Источники информации
1. Баратов А.Н. и Корольченко А.Я. Справочник. Пожаробезопасность веществ и материалов и средства их тушения. - М., Химия, 1990, т.1, с. 104.

2. Казаков М. В. , Петров И.И., Реут В.Ч. Средства и способы тушения пламени горючих жидкостей. - М., Стройиздат, 1977.

3. RU 2058168 C1, 20.04.1996.

4. RU 2067465 C1, 10.10.1996.

5. RU 2087170 C1, 20.08.1997.

6. RU 2050866 С1, 27.12.1995.

7. SU 1837907 A3, 30.08.1993.

8. SU 161484 А1, 23.12.1990.

9. RU 2090229 C1, 20.09.1997.

Устройство представляет собой термохимический пароаэрозольный генератор, который может быть использован как для объемного тушения в замкнутых и полузамкнутых объемах, так и для локализации горения на открытых площадках. Устройство содержит камеру сгорания с твердым, и/или жидким, и/или газообразным топливом и воспламенителем, источник подачи огнетушащей жидкости, реакционную камеру, размещенную последовательно в корпусе за камерой сгорания, камеру смешения с форсуночным коллектором, связанным с источником подачи огнетушащей жидкости, камеру перегрева огнетушащей жидкости и сопловой блок. Устройство дополнительно имеет генератор огнетушащего аэрозоля или газообразного ингибитора горения с термохимическим составом, установленным в камере перегрева, связанной с одной стороны с камерой смешения через жалюзийный сепаратор и с другой стороны через ресивер с газоаэрозольным сопловым блоком. Твердое топливо представляет собой спрессованную механическую смесь порошков магния и/или алюминия и/или их сплав с кислород-, или фтор- и/или хлорсодержащим окислителем и целевой добавкой, например, связующим и/или катализатором горения в соотношении металл : окислитель : целевая добавка (10-40) : (10-30) : (1-5) соответственно. Термохимический состав представляет собой механическую смесь и/или сплав аммония азотнокислого с аммонием фосфорнокислым, и/или хлорнокислым, и/или сернокислым и/или амидом угольной кислоты (карбамидом) или состав на основе красного фосфора, термической смеси и горючего. Изобретение позволяет повысить эффективность пожаротушения за счет снижения расхода огнетушащего вещества при повышении ингибирующих свойств последнего. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для объемного тушения пожара, содержащее камеру сгорания с воспламенителем, источник подачи огнетушащей жидкости, реакционную камеру, размещенную последовательно в корпусе за камерой сгорания, камеру смешения с форсуночным коллектором, связанным с источником подачи огнетушащей жидкости, и камеру перегрева огнетушащей жидкости, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит генератор огнетушащего аэрозоля или газообразного ингибитора горения с термохимическим составом, установленным в камере перегрева, и газоаэрозольный сопловой блок, при этом камера перегрева связана с одной стороны через жалюзийный сепаратор с камерой смешения и с другой стороны через ресивер с газоаэрозольным сопловым блоком, а камера сгорания содержит твердое и/или жидкое, и/или газообразное топливо. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что твердое топливо представляет собой смесь порошков магния и/или алюминия и/или их сплав с кислород-, фтор- и/или хлорсодержащим окислителем и целевой добавкой, например связующим и/или катализатором горения, в соотношении металл: окислитель: целевая добавка 10-40 : 10-34 : 1-5 соответственно. 3. Устройство по одному из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что термохимический состав представляет собой смесь и/или сплав аммония азотнокислого с аммонием фосфорнокислым и/или хлорнокислым, и/или сернокислым и/или амидом угольной кислоты (карбамидом) или термохимический состав представляет собой состав на основе красного фосфора, термической смеси и горючего.