СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕТУШАЩЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИНЕРТНОГО РАЗБАВИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК A62C5/00 

Изобретение относится к способу газового пожаротушения внутри и вне помещений, связанных с использованием огнеопасных жидкостей, на различных электроустановках, находящихся под напряжением, помещениях радиорелейных станций, передающих и приемных радиоцентров, передающих радиостанций мощностью передатчиков 150 кВт, стационарных станций космической связи с мощностью передающего устройства более 1 кВт, АТС, где устанавливают коммутационное оборудование квазиэлектронного и электронного типов совместно с ЭВМ, используемой в качестве управляющего комплекса, необслуживаемых помещениях, помещениях аккумуляторных, помещениях для хранения и выдачи уникальных изданий, рукописей и другой документации особой ценности, в банках, ломбардах, телевышках, герметичных отсеках подводных лодок, в летательных аппаратах, газопроводах. Кроме того, изобретение относится к области криогенной техники, в частности, для использования эффекта сверхпроводимости в радиоэлектронике (объемных резонаторах, контурах, узлах ЭВМ), в квантовой технике, в области связи для создания малогабаритных конструкций радиочастотных кабелей, кабелей связи, в машиностроении, для интенсификации процесса резания металлов, в энергетике.

Известны способы объемного газового пожаротушения с использованием газообразного азота, диоксида углерода, аргона, водяного пара и ингибиторов горения (А.Н. Баратов. Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Химия, Москва, 1971).

Наиболее близким техническим решением для рассматриваемой группы изобретений является способ тушения газообразным азотом, раскрытый в описании изобретения к заявке 94015637, кл. А 62 С 2/00, опубл. 10.12.1995.

При этом с первым объектом данной группы изобретений этот способ содержит следующие общие признаки: в зоне горения создают огнетушащую концентрацию азота путем его непрерывной генерации. Однако при реализации указанного известного способа понижение концентрации кислорода происходит только за счет подачи в зону горения азота без удаления кислорода из помещения.

Для получения огнетушащей концентрации инертного разбавителя-азота с одновременным удалением кислорода из помещения применяют способ объемного пожаротушения, при котором в зоне горения создают огнетушащую концентрацию азота путем его непрерывной генерации и согласно настоящему изобретению из объема защищаемого помещения удаляют кислород, при этом генерацию азота и удаление кислорода осуществляют газоразделительными установками с забором азота из объема защищаемого помещения, из объемов соседних помещений, снаружи или в комбинациях забора, причем для усиления огнетушащего эффекта азот охлаждают или сжижают и подают в зону горения в распыленном виде, а в необслуживаемых помещениях создают избыточное давление газовой смеси с пониженным содержанием кислорода до 5 об.% и менее, не вызывающей горения.

Со вторым объектом изобретения указанный наиболее близкий способ объемного пожаротушения содержит следующие общие признаки: создание огнетушащей концентрации инертного разбавителя-азота путем его непрерывной генерации и концентрации.

При реализации данного объекта изобретения для получения огнетушащей концентрации инертного разбавителя-азота с одновременным удалением кислорода из помещения применяют способ объемного пожаротушения, включающий создание огнетушащей концентрации инертного разбавителя-азота путем его непрерывной генерации и концентрации, огнетушащую концентрацию инертного разбавителя-азота создают до 99,5 об.% газоразделительными установками с обеспечением удаления кислорода за объем защищаемого помещения, при этом генерацию и концентрацию азота осуществляют газоразделительными установками, работающими отдельно, одновременно или последовательно, причем для наращивания мощности огнетушащего эффекта по мере усиления пожара азот, подаваемый в зону горения, охлаждают или сжижают и распыляют в объем защищаемого помещения.

Для реализации заявленной группы изобретений газоразделительную установку, действие которой основано на различных физических принципах, устанавливают внутри или вне помещения.

При подаче воздуха компрессором (вакуум-насосом) на газоразделительную установку происходит газоразделение по газам кислород-азот, при этом кислород удаляют из помещения и этим обеспечивают непрерывное наращивание огнетушащей концентрации азота внутри помещения, а для усиления огнетушащего эффекта азот охлаждают или сжижают турбодетандерами. Кроме процесса концентрации азота обеспечивают непрерывную генерацию азота в объем помещения.

Способ получения огнетушащей концентрации инертного разбавителя азота может быть применен при транспортировании газа (метана, пропана и других горючих газов), понижая его концентрацию до взрыво- и пожаробезопасной азотом, а в месте потребления азот отделяют газоразделением.

Изобретенный способ (и его вариант) характеризуется тем, что:
экологически безвреден, озоноразрушающий эффект равен нулю;
обеспечивает непрерывность процесса генерации и концентрации инертного разбавителя-азота (время выпуска существующих газовых составов составляет не более 60 секунд);
- уменьшается опасность повышения давления внутри защищаемого помещения (за счет первоначального удаления из помещения кислорода до 5 и менее объемных процентов), что представляет угрозу прочности защищаемой конструкции;
- уменьшается вероятность экзотермической реакции синтеза оксидов азота, повышающей температуру внутри горящего помещения;
- существует возможность усиливать огнетушащий эффект традиционных инертных разбавителей (диоксида углерода, аргона, водяного пара, хладонов, а также генераторов аэрозольного пожаротушения);
- отсутствует возможность повторных возгораний, характерных для традиционных систем пожаротушения, из-за непрерывной генерации инертного разбавителя-азота, его концентрации в объеме помещения (при установке газоразделительного устройства с компрессором внутри помещения) и удаления кислорода из помещения;
- обеспечивается видимость при эвакуации людей из помещения при режиме работы установки на удаление кислорода и генерацию азота;
- обеспечивает тушение внутри горящего оборудования за счет проникновения молекулярного азота через неплотности оборудования и удаления кислорода, позволяет, особенно в режиме концентрации (удаление кислорода) тушить вещества, выделяющие в процессе горения кислород;
- предусматривает возможность работы в режимах концентрации, генерации азота или работу обоих режимов одновременно;
- существует возможность перераспределения концентрации кислорода внутри нескольких помещений (отсеков подводных лодок, летательных аппаратов) извлечением его из объема горящего помещения и перераспределения в негорящих помещениях;
- с целью снижения возможности возгорания обеспечивается возможность содержать помещения без обслуживающего персонала (необслуживаемые объекты, зернохранилища) под избыточным азотным давлением;
- не токсичен, диэлектрик, не вызывает коррозии, обеспечивает тушение различных электроустановок, находящихся под напряжением;
- существует возможность получать не воздушно-механическую пену, а азотно-механическую пену, обладающую большим огнетушащим потенциалом;
- существует возможность наращивания мощности пожаротушения за счет концентрации, генерации азота, а затем его охлаждения компрессором или охлаждения, сжижения турбодетандером с последующим его распылением в зону горения;
- сжижение азота позволяет расширить его функциональные возможности пожаротушения и использовать для тушения щелочных металлов, применять для защиты от пожаров любых объектов небольшого объема (закрытых электрораспределительных устройств, сейфов, шкафов, приборов различного назначения), спирта, ацетона, кремний-металлоорганических соединений;
- существует возможность тушения высотных герметичных конструкций (телевышек) независимо от направления распространения пожара;
- имеется возможность модернизации существующих установок пожаротушения, использующих азот для транспортирования фреонов, порошковых и комбинированных составов по трубопроводам в очаг пожара с последующим его использованием в качестве основного огнетушащего средства;
- существует возможность локального тушения пожаров агрегатов и оборудования при нецелесообразности тушения в объеме всего помещения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема автоматической установки для генерации и концентрации инертного разбавителя-азота, на фиг.2 - передвижная установка для генерации, концентрации и локального пожаротушения, на фиг. 3 - переносная установка для локального тушения пожаров.

Предлагаемая схема состоит из следующих элементов: устройства дистанционного пуска установки газового пожаротушения (УГП) - 1, 29; световые оповещатели - 2, 3, 16, 22; магнитные контакты - 4, 28; звуковые оповещатели - 5, 23; газоразделительные мембраны предварительного газоразделения - 6, 9, 19, 21; воздушный фильтр - 7, 10, 18, 20; пожарные извещатели - 8, 11, 14, 26, 27; распределительные устройства - 12, 17, 33, 36, 40, 41; насадки для подачи азота - 13, 15, 24, 25; приемно-контрольный прибор 30 (ПКП); пусковые приборы - 31, 32; сигнализаторы давления - 34, 37; компрессор (вакуумный насос) - 38, 43, газоразделительная установка - 39, 47, станционный коллектор - 35; турбодетандеры - 44, 46; устройства ручного пуска - 48, 49; батарейный коллектор - 50; магистральные трубопроводы - 51, 52; защищаемые помещения - А, В; помещение станции пожаротушения - С.

Автоматическая установка для генерации и концентрации инертного разбавителя-азота реализует рассматриваемый способ пожаротушения следующим образом:
при возникновении загорания в помещении "А" приемно-контрольный прибор (ПКП) 30 регистрирует срабатывание двух пожарных извещателей 26, 27 по схеме "И", после чего вырабатывает сигналы на: включение оповещателей, световых 22, звуковых 23 в помещении для эвакуации персонала; отключение вентиляции в помещении; оповещение о пожаре на пульт централизованного наблюдения (показано стрелками); после временной задержки для эвакуации обеспечивается включение соответствующего пускового прибора 31. Последний вырабатывает пусковые импульсы на срабатывание распределительных устройств соответствующего направления 33, 17, 40 и включает компрессор 38. Магнитный контакт 28 предназначен для отключения автоматического пуска установки.

Компрессор производит забор воздуха из помещения "А", при этом возможно предварительное концентрирование азота установкой в помещении газоразделительных мембран (устройств) 19, установленных за воздушными фильтрами.

Для дальнейшего концентрирования азота в помещении "А" газовая смесь компрессором 38 подается на газоразделительное устройство 39, где происходит окончательное обогащение азотом до 99,95 об.%, после чего азот по коллектору 50, через коллектор станционный 35, магистральные трубопроводы 51 поступает через насадки 24, 25 в помещение, а кислород удаляют из помещения в окружающую среду или соседние помещения (отсеки подводных лодок, летательных аппаратов, подземных объектов). Для усиления огнетушащего эффекта обогащенный азот охлаждают компрессором 38 или охлаждают и сжижают турбодетандером 46. Для этой цели может быть применен отдельный компрессор и газоразделительный аппарат (на чертеже не показан). Теплообменники на чертеже не показаны.

Подача азота фиксируется сигнализатором давления 34, сигнал которого используется для выдачи извещения ("Газ пошел") на ПКП 30 и включения оповещателя 16 ("Газ - не входить") снаружи защищаемого помещения.

Дистанционный пуск автоматической установки для генерации и концентрации осуществляется эвакуируемым персоналом с помощью устройства 29. Если автоматический и дистанционный пуск установки не произведен вследствие отказа технических средств, дежурный персонал должен пройти в помещение "С" и осуществить ручной пуск компрессора 38, открыть клапана 33, 40, 17.

Компрессор 43, газоразделительное устройство 47 и турбодетандер 44 могут быть использованы в режиме дополнительной генерации азота в помещения "А" и "В" с забором воздуха для последующего газоразделения из окружающей среды или соседнего помещения (отсека) или использованы в качестве дублирующих установок для генерации и концентрации азота в помещениях "А" и "В" (магистральные трубопроводы для режима концентрации азота на чертеже не показаны).

Автоматическую установку газового пожаротушения для генерации и концентрации азота следует размещать по возможности ближе к объекту защиты или в самом помещении. Это позволит уменьшить длину трубопроводов и время срабатывания установки (инерционность).

На фиг.2 изображена передвижная установка для генерации, концентрации и локального пожаротушения.

Установка состоит из следующих элементов: трубопровод 1; рама 2; трубопровод 3, гибкий рукав 4, втулка 5, компрессор 6, трубопровод 7, корпус установки 8, турбодетандер 9, газоразделительное устройство 10, рычаг крепления шланга 11, манометр 12, вентиль 13, предохранительный клапан 14, удлинитель 15, распылитель 16, гибкий рукав 17, раздаточный вентиль 18.

Передвижная установка для генерации, концентрации азота и локального пожаротушения работает следующим образом.

а) Режим генерации и концентрации азота.

Воздух защищаемого помещения (78 об. % азота и 20,9 об.% кислорода) компрессором 6 через воздушный фильтр (не показан) подается на газоразделительное устройство 10, в котором происходит разделение воздуха на два потока - проникший через мембрану (обогащенный кислородом) и не проникший (обогащенный азотом) потоки. Обогащенная кислородом газовая смесь по трубопроводу 1, гибкий трубопровод 4 и втулку 5 удаляется из помещения, а обогащенная азотом газовая смесь через вентиль 13 непрерывно поступает в защищаемое помещение (1-й режим работы).

Обогащенная азотом газовая смесь поступает на турбодетандер 9, где азот охлаждается, сжижается и через вентиль 13 поступает в помещение (2-й режим работы). Для режима работы с турбодетандером может быть предусмотрен отдельный компрессор и газоразделительное устройство.

Воздушный фильтр может быть оборудован газоразделительной мембраной для предварительного обогащения воздуха азотом.

б) Режим локального пожаротушения.

Идентичен режиму генерации и концентрации. При режиме локального пожаротушения вентиль (выпускная головка) 13 закрыта, а вентиль 18 открыт и азот поступает по гибкому рукаву 17, через удлинитель 15 на распылитель 16.

На фиг.3 изображена переносная установка для локального тушения пожаров.

Установка состоит из следующих элементов: воздушный фильтр с газоразделительной мембраной 1, аккумуляторная батарея 2, электродвигатель 3, нагнетатель газовой смеси 4, газоразделительное устройство 5, охладитель 6, наконечник 7, корпус 8, клапанная коробка противогаза или дыхательный мешок 9, шланг 10.

Переносная установка для локального тушения пожаров работает следующим образом.

Воздух защищаемого помещения при помощи нагнетателя газовой смеси 4, через воздушный фильтр 1 (может быть оборудован газоразделительной мембраной) поступает на газоразделительное устройство 5, где происходит разделение воздуха по фракциям кислород - азот. Азот, поступая на вторичный охладитель 5 (первичным охладителем может служить нагнетатель 4 (8)) охлаждается и через наконечник 7 поступает к очагу пожара. Кислород после процесса газоразделения может быть использован в противогазах, используемых в задымленных помещениях.

Пример реализации способа.

Для испытаний автоматических установок для генерации и концентрации использовали помещение объемом 280 куб.м, параметром негерметичности 0,06 м^-1, степенью негерметичности - 2,0.

В качестве горючих веществ применяли:
- дерево, бумагу, текстильные изделия - подкласс А пожара;
- бензин - подкласс пожара В-1;
- спирт, метанол, глицерин - подкласс пожара В-2;
- пропан, бытовой газ, водород - класс пожара С;
- текстолит, фенопласт - подкласс А-2;
- горящую электроустановку, находящуюся под напряжением, - класс Е.

Для удаления кислорода из помещения (режим концентрации) использовали компрессор производительностью 8 м³/мин. Для подачи азота в защищаемое помещение (режим генерации) использовали компрессор производительностью 5,0 м³/мин. В качестве газоразделительной мембраны использовали анизотропные мембраны из ПВТМС (поливинилтриметилсилана), представляющие собой двухслойную пленку, нижний слой которой - мембрана анизотропная, верхний слой - пленка из полимерного материала на основе полиуретансилоксана, а также ее модернизированные варианты марок С-3,5А ТУ 6-05-111-353-88; С-3,5 МТУ 6-05-111-88. Указанные мембраны, являющиеся основным элементом газоразделительных установок, обладают высокой устойчивостью к температурным перепадам при эксплуатации, нерастворимы в воде, не токсичны, не взрывоопасны.

Селективность по газам кислород/азот при 20^oC и перепаде давления 0,1 МПа не менее 130-160 л/м²•ч. Мембраны могут быть использованы при давлении воздуха до 3,0 МПа. Возможно применение других газоразделительных устройств, действие которых основано на различных физических принципах и производящих обогащение газовой смеси до 99,95 об.% азотом.

Передвижная установка применялась для тушения материалов подклассов А-1, В-1, В-2, Е, класса Д в режиме генерации и концентрации азота (объемное пожаротушение) в помещении объемом 120 м³ и локального тушения пожара. Переносная установка газового пожаротушения применялась для тушения горящего электрооборудования, пластмасс (текстолит, полиэтилен), бумаги, метанола в режиме генерации.

Изобретение относится к пожарной технике, в частности к способу объемного газового пожаротушения с помощью автоматических установок, передвижных установок объемного газового тушения и локального пожаротушения и переносных установок для тушения пожаров классов А, В, С, Д, Е. Технический результат заключается в том, что указанные установки позволяют осуществить способ объемного пожаротушения с использованием азота путем его генерации с одновременным удалением кислорода из объема защищаемого помещения. Эти установки пожаротушения могут быть использованы на предприятиях автомобильного транспорта для накачивания шин азотом, в машиностроении для создания инертной среды, в химической промышленности для повышения кпд установок синтеза аммиака. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ объемного пожаротушения, при котором в зоне горения создают огнетушащую концентрацию азота путем его непрерывной генерации, отличающийся тем, что из объема защищаемого помещения удаляют кислород, при этом генерацию азота и удаление кислорода осуществляют газоразделительными установками с забором азота из объема защищаемого помещения, из объемов соседних помещений, снаружи или в комбинациях забора, причем для усиления огнетушащего эффекта азот охлаждают или сжижают и подают в зону горения в распыленном виде, а в необслуживаемых помещениях создают избыточное давление газовой смеси с пониженным содержанием кислорода до 5 об. % и менее, не вызывающей горения. 2. Способ объемного пожаротушения, включающий создание огнетушащей концентрации инертного разбавителя - азота путем его непрерывной генерации и концентрации, отличающийся тем, что огнетушащую концентрацию инертного разбавителя - азота создают до 99,5 об. % газоразделительными установками с обеспечением удаления кислорода за объем защищаемого помещения, при этом генерацию и концентрацию азота осуществляют газоразделительными установками, работающими отдельно, одновременно или последовательно, причем для наращивания мощности огнетушащего эффекта по мере усиления пожара азот, подаваемый в зону горения, охлаждают или сжижают и распыляют в объем защищаемого помещения.