СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2005 года по МПК A62C3/00 A62C35/00 

Изобретение относится к пожаротушению и может быть использовано для объемного пожаротушения закрытых объемов (производственных, складских помещений, специальных отсеков и т.п.), блокирования распространения огня, предупреждения газовых взрывов, для защиты бытовой и промышленной электроники, энергетического оборудования, транспорта.

Изобретение может найти преимущественное применение на объектах нефтяной и газовой промышленности, характеризующихся значительными объемами защищаемых помещений, высокой степенью загроможденности оборудованием, наличием значительного количества горючих газообразных и жидкораспыленных веществ, находящихся под давлением, способных в случае технологических аварий создавать мощные очаги возгорания со взрывом по всему объему.

Борьба с пожарами на таких предприятиях традиционными способами (газовое, водяное, пенное, порошковое тушение по трубам) малоэффективно из-за низкой скорости заполнения всего помещения огнетушащим веществом через трубопроводы подачи (см. Е.Н.Иванов. Технические средства тушения пожаров на химических предприятиях. М.: Химия, 1976). Выбор пожаротушащего средства зависит от вида и масштаба возгорания. Поэтому каждому огнетушащему агенту присущи свои недостатки и преимущества. Так, например, газовые составы, особенно галогенированные углеводороды, слишком дороги, эффективны только в герметичных помещениях, обладают высокой токсичностью и экологической опасностью. Порошковые составы, подаваемые по трубам, имеют склонность к слеживанию и налипанию на стенки труб, что затрудняет их хранение и подачу в виде облака в объем защищаемого помещения, а уборка порошка из помещения затруднена и неэкономична, особенно после ложного срабатывания системы.

Этих недостатков лишены способы пожаротушения, основанные на подаче в объем защищаемого помещения газообразного аэрозоля, образующегося в генераторе при сгорании твердого аэрозольобразующего топлива (см. патент РФ №2001646, кл. А 62 С 37/00, 1993 г.). Генератор аэрозоля обладает высоким быстродействием, малыми габаритами и массой, не требует ухода в течение длительного (до 15 лет) срока эксплуатации, надежен в работе, дешевле любой установки пожаротушения в несколько раз, не требует уборки помещения и не повреждает электронику и материальные ценности после срабатывания (по аналогии с газовыми системами).

Однако применение способов пожаротушения только с использованием в качестве огнетушащего состава одного аэрозоля не обеспечивает надежное пожаротушение в больших объемах из-за того, что защищаемый объем, как правило, не герметичен на 100%, а аэрозоль, имея температуру более 800 К, значительно легче воздуха, в результате чего происходят утечки аэрозоля в верхних объемах, поэтому расчетная пожаротушащая концентрация в нижних объемах может оказаться недостаточной. Кроме того, при тушении пожаров на взрывоопасных производствах, когда пожар начинается после взрыва и последующей разгерметизации помещения, этот способ, как и газовое пожаротушение, становится малоэффективным из-за утечек аэрозоля в верхних объемах. В этих случаях вынуждены прибегать к дополнительному традиционному способу пожаротушения - подавать в негерметичный объем по разводящим трубам огнегасящий порошок. Однако при этом также не достигается нужный эффект, так как время его подачи слишком большое и составляет 60...120 с, а кроме того, порошок подается сплошным потоком из оросителей разводящих труб сверху вниз на площадь пола и не обеспечивает тушение в верхних объемах (Смирнов Н.П. Установки пожаротушения. - М.: Такир. 1998. - 104 с).

Наиболее близким к заявляемому способу пожаротушения по технической сущности и достигаемому эффекту является способ пожаротушения, включающий подачу в очаг горения огнетушащего состава в виде потока аэрозоля, образующегося при сгорании канального пиротехнического заряда из аэрозольобразующего топлива в аэрозольном газогенераторе, и огнегасящего порошка, дополнительно подаваемого в очаг пожаротушения с помощью инжектора, действующего от основного потока аэрозоля (см. патент РФ №2095099, кл. А 62 С 13/22, 1994).

Эффективность тушения пожара известным способом обеспечивается за счет заполнения объема за минимальное время высокоэффективным пожаротушащим составом, состоящим из смеси аэрозоля и огнегасящего порошка, который, будучи тяжелее аэрозоля, постепенно оседает в нижних объемах и обеспечивает тушение нижних очагов пожара.

Однако известный способ пожаротушения имеет следующие недостатки. При любом, даже самом незначительном, возгорании в объем защищаемого помещения подается весь аэрозоль и весь порошок, что неэкономично само по себе, а также возникает необходимость уборки порошка в любом случае при срабатывании установки пожаротушения, даже на ложный сигнал автоматики системы управления, когда нет пожара. Способ опасен в биологическом отношении, так как горение твердого аэрозольобразующего топлива происходит при температуре не менее 1500 К, после подачи порошка однородная аэрозольно-порошковая смесь будет иметь температуру порядка 800 К, а в объеме помещения после смешивания с воздухом - не менее 400 К, что для человека смертельно опасно. Кроме того, эффективность такого способа падает при тушении пожара в разгерметизированном помещении, например, после взрыва, так как однородная высокотемпературная аэрозольно-порошковая смесь легче воздуха, поэтому уносится через образовавшиеся проемы. Способ имеет низкую эффективность также из-за того, что при контакте порошка с потоком высокотемпературного аэрозоля он спекается и существенно теряет свои пожаротушащие свойства.

Известна система объемного пожаротушения, включающая генераторы с твердотопливным аэрозольобразующим составом и устройство инициирования генераторов при запуске после срабатывания датчиков по команде системы управления (см. патент РФ №2081640, кл. А 62 С 13/22, от 1992 г). Аэрозольгенерирующие генераторы размещены в защищаемом помещении таким образом, чтобы в каждой точке помещения создавалась огнетушащая концентрация аэрозоля.

Однако эта система из-за того, что аэрозоль, имея температуру выше 800 К, легче воздуха, не обеспечивает во всем объеме равномерную концентрацию аэрозоля - вверху она всегда выше. В случае разгерметизации помещения неизбежны утечки аэрозоля из верхних объемов. При этом нижние газогенераторы не смогут компенсировать своим расходом утечки, так как образуется естественная тяга вверх из-за перепада температур (явление свободной конвекции).

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение высокой эффективности пожаротушения, сокращение времени заполнения защищаемого объема огнетушащим составом и одновременно повышение экономичности и безопасности для человека процесса пожаротушения на более ранней стадии в помещениях с большим внутренним объемом, и/или высокой степенью загроможденности оборудованием, и/или возможным присутствием людей, и/или с наличием значительного количества горючих веществ, находящихся под давлением, способных в случае технологической аварии взрываться и создавать в короткое время мощные очаги возгорания по всему объему разгерметизированного помещения, при высоком расходе огнетушащего состава и сравнительно малой его пожаротушащей концентрации в 1 м³, за счет:

- выбора оптимального направления и режима подачи огнетушащего состава в защищаемый объем в зависимости от характера пожара,

- обеспечения подачи оптимального по составу, пожаротушащей концентрации и температуре огнетушащих веществ,

- сокращения времени транспортировки огнетушащего состава в очаг пожара.

Дополнительно решается задача эксплуатационной надежности системы пожаротушения в условиях широкого диапазона температур эксплуатации (от -60°C до +60°C).

Поставленная техническая задача в предлагаемом способе решается тем, что в известном способе пожаротушения, основанном на подаче в объем защищаемого помещения по команде системы управления огнетушащего состава в виде газообразного аэрозоля, получаемого при сгорании твердого топлива в аэрозольном газогенераторе, и огнегасящего порошка, дополнительно подаваемого в потоке продуктов сгорания твердого топлива, новым является то, что по команде системы управления отдельно подают охлажденный газообразный аэрозоль с переменной постепенно нарастающей температурой в верхний объем защищаемого помещения, а смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива подают струями с максимальной скоростью либо по всему объему защищаемого помещения, либо локально в нижний объем помещения, причем количество подаваемого газообразного аэрозоля, а также начало, направление и необходимость подачи огнегасящего порошка определяют скоростью и характером распространения пожара в помещении, при этом система управления подачей огнетушащего состава в защищаемое помещение работает по следующей программе:

- при ложном срабатывании системы управления или незначительном возгорании подается команда на подачу газообразного аэрозоля;

- при пожаре во всем объеме помещения подается команда на подачу газообразного аэрозоля и при необходимости, если пожар не потушен, через 5...10 мин подается команда на дополнительную подачу огнегасящего порошка;

- при пожаре со взрывом и последующей разгерметизации помещения подается команда на одновременную подачу газообразного аэрозоля и огнегасящего порошка.

В качестве газообразного аэрозоля может быть применен охлажденный состав на основе продуктов сгорания твердого топлива, содержащих газы СО₂, Н₂, Н₂О, СН₄ и мелкодисперсную конденсированную твердую фракцию солей щелочных металлов (например, К₂СО₃, КСl и других), преимущественно с размерами меньше 2 мкм.

Газообразный аэрозоль в начале работы аэрозольного газогенератора имеет температуру на его выходе, равную температуре окружающей среды, а в конце работы аэрозольного газогенератора - не более 550 К, при этом смесь аэрозоля и воздуха в защищаемом помещении по окончании работы аэрозольного газогенератора имеет температуру не более 320 К.

Смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива из порошкового огнетушителя подают в объем защищаемого помещения под углом от 10° до 80° к горизонту с максимальной скоростью.

Струи из смеси огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива направляются преимущественно навстречу друг другу.

Управление подачей огнетушащего состава осуществляют автоматически и/или вручную.

Осуществление предлагаемого способа подачи огнетушащего состава в защищаемый объем в зависимости от характера пожара (локальное возгорание, пожар во всем объеме и /или пожар со взрывом и т.п.) обеспечивает надежное заполнение требуемого объема огнетушащим составом в минимальное время оптимальным количеством и составом: либо одним аэрозолем, либо последовательно аэрозолем и затем порошком, либо обоими веществами сразу.

Применение огнетушащего состава в виде подаваемых раздельно в объем защищаемого помещения газообразного аэрозоля и огнегасящего порошка позволяет, во-первых, надежно охватить огнегасящим составом как верхний объем помещения (аэрозоль легче воздуха), так и осуществить надежное быстрое заполнение огнегасящим порошком нижних объемов. При этом эффективно производить тушение пожара в больших объемах и в разгерметизированных помещениях. Во-вторых, экономно расходовать только аэрозоль (без порошка) при незначительном возгорании и при ложном срабатывании датчиков. В-третьих, использование в качестве огнетушащего состава газообразного аэрозоля и аэрозольно-порошковой смеси, обладающих низкой удельной плотностью, хорошей проницаемостью, дает возможность заполнять все защищаемое помещение инертной средой за минимально короткое время (5-10 с), в том числе в загроможденных и больших по высоте и объему объектах.

Газообразный аэрозоль, получаемый при сгорании твердого топлива в быстродействующем аэрозольном газогенераторе, имеющем охлаждающие инертные насадки, образуется за минимальное время и подается в объем охлажденным до температуры, исключающей отрицательное воздействие на человека и оборудование. При этом использование только одного аэрозоля при небольшом локальном возгорании или ложном срабатывании датчиков позволяет исключить ненужный расход огнегасящего порошка, загрязнение помещения порошком, что упрощает и удешевляет осуществление способа.

Подача огнетушащего состава по команде системы управления позволяет, согласно программе, определять начало, направление и необходимость подачи огнегасящего порошка в объем защищаемого помещения. Подача огнегасящего порошка и аэрозоля из порошкового огнетушителя под углом от 10° до 80° к горизонту с максимальной скоростью, обеспечиваемой разгонным насадком в виде сопла Лаваля, обеспечивает быстрое заполнение огнегасящим веществом нижних объемов и надежное тушение наиболее опасных нижних очагов возгорания, например, разлившихся после аварии нефтепродуктов.

Поставленная техническая задача решается также системой пожаротушения, включающей устройство подачи в объем защищаемого помещения огнетушащего состава, состоящее из по меньшей мере одного аэрозольного газогенератора, и связанную с ним систему управления подачей огнетушащего состава, состоящую из датчиков и контрольно-пускового прибора, в которой новым является то, что устройство подачи огнетушащего состава дополнительно содержит связанный с системой управления по меньшей мере один порошковый огнетушитель с твердотопливным вытеснительным газогенератором, имеющим отводящий трубопровод с разгонным насадком, при этом аэрозольный газогенератор и вытеснительный газогенератор порошкового огнетушителя снабжены охлаждающими инертными насадками, а система управления подачей огнетушащего состава запрограммирована на срабатывание устройства подачи огнетушащего состава следующим образом:

- при ложном срабатывании датчиков в защищаемом помещении или незначительном возгорании подается команда на включение только аэрозольных газогенераторов,

- при пожаре во всем объеме помещения подается команда на включение всех аэрозольных газогенераторов и при необходимости, если пожар не потушен, через выдержку времени автоматически подается команда на включение порошковых огнетушителей,

- при пожаре со взрывом и последующей разгерметизацией помещения подается команда на одновременное включение всех аэрозольных газогенераторов и вытеснительных газогенераторов порошковых огнетушителей.

Топливо вытеснительного газогенератора порошкового огнетушителя выполнено преимущественно из инертного аэрозольного состава.

Для охлаждения продуктов сгорания твердого топлива вытеснительного газогенератора до температуры ниже температуры спекания порошка, в корпусе вытеснительного газогенератора установлен инертный теплосъемный насадок, например, в виде набора стальных дисков или труб.

Для выброса смеси порошка и продуктов сгорания твердого топлива из порошкового огнетушителя под углом от 10° до 80° к горизонту с максимальной скоростью последний снабжен отводящим трубопроводом с разгонным насадком на конце в виде сопла Лаваля.

Аэрозольный газогенератор для охлаждения аэрозоля снабжен инертным трубчатым теплосъемным насадком в виде набора трубчатых, например, стальных элементов, расположенных в корпусе газогенератора соосно в направлении выхода аэрозоля.

Использование для пожаротушения в заявляемой системе раздельных источников подачи огнетушащего состава, а именно аэрозольных газогенераторов и порошковых огнетушителей с твердотопливными вытеснительными газогенераторами, связанных с общей системой управления подачей огнетушащего состава в объем защищаемого помещения, позволяет выбрать оптимальный режим подачи огнетушащего состава (оптимальное направление, оптимальный состав, пожаротушащую концентрацию и температуру) и режим пожаротушения в зависимости от характера пожара. При этом размещение системы пожаротушения непосредственно в защищаемом помещении и отсутствие разводящих трубопроводов для подачи огнетушащего состава значительно уменьшает время его доставки в очаг возгорания.

Благодаря тому, что система управления подачей огнетушащего состава, включающая датчики и контрольно-пусковой прибор, связана с каждым аэрозольным газогенератором и порошковым огнетушителем, обеспечивается надежное срабатывание каждого источника подачи огнетушащего состава, а также начало срабатывания и направление подачи огнегасящего порошка и аэрозоля из порошкового огнетушителя в нужное время.

Использование устройства для подачи огнетушащего состава с охлаждающими насадками позволяет подавать в объем защищаемого помещения охлажденный аэрозоль в начале до температуры окружающей среды, что уменьшает утечки аэрозоля в верхних объемах и не оказывает вредного влияния на людей, случайно попавших в поток аэрозоля, а затем постепенно повышать температуру до 550 К, что увеличивает пожаротушащий эффект аэрозоля.

Использование охлаждающих инертных насадок в порошковом огнетушителе позволяет снизить температуру порошка ниже температуры его спекания, что обеспечивает использование всего объема порошка, заполняющего порошковый огнетушитель.

Благодаря тому что порошковый огнетушитель снабжен отводящим трубопроводом с разгонным насадком на конце в виде сопла Лаваля, обеспечивается ориентирование подачи смеси порошка и продуктов сгорания твердого топлива из порошкового огнетушителя под углом от 10° до 80° к горизонту с максимальной скоростью и тем самым обеспечивается надежное заполнение огнегасящим составом даже самых нижних объемов помещения.

Оптимальное размещение в защищаемом объеме источников подачи огнетушащего состава системы пожаротушения обеспечивает надежную подачу в верхний объем газообразного аэрозоля, а в остальной объем - смеси огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива огнетушителя, что позволяет эффективно осуществлять тушение пожара любого характера, в том числе в больших объемах.

Благодаря конструктивному выполнению системы пожаротушения обеспечивается возможность ее работы в жестких температурных условиях от -60° до +60°С, в том числе в условиях Крайнего Севера, при этом система работает надежно в течение длительного времени (до 10 лет) без обслуживания, т.к. твердотопливные аэрозольные газогенераторы выполняются по конверсионной ракетно-космической технологии с вероятностью безотказной работы Р>0,9998.

Таким образом, заявляемый способ и система пожаротушения для его осуществления обеспечивают высокую эффективность пожаротушения за короткое время в больших объемах, и/или с высокой степенью загроможденности оборудованием, и/или с наличием взрывоопасных веществ, при этом обеспечивается безопасность для человека и экономически выгодный режим пожаротушения.

Для реализации предлагаемого способа пожаротушения используется система пожаротушения, схема которой приведена на фиг.1. и фиг.2 (общий вид компоновки, варианты расположения разгонного насадка).

Система пожаротушения включает устройство подачи в объем защищаемого помещения огнетушащего состава, состоящее из по меньшей мере одного аэрозольного газогенератора 1, по меньшей мере одного порошкового огнетушителя 2 с твердотопливным вытеснительным газогенератором 3 и систему управления подачей огнетушащего состава с датчиками 4 и контрольно-пусковым прибором 5. Датчики 4 связаны с пультом управления подачей огнетушащего состава, входящим в состав прибора 5. Аэрозольные газогенераторы 1 и вытеснительные газогенераторы 3 порошковых огнетушителей 2 связаны через кабельную сеть 6 с контрольно-пусковым прибором 5.

Аэрозольные газогенераторы 1 и порошковые огнетушители 2 размещены непосредственно в объеме защищаемого помещения таким образом, чтобы в каждой точке помещения была создана необходимая пожаротушащая концентрация аэрозоля и огнегасящего порошка.

Аэрозольный газогенератор 1 содержит взрывозащищенный металлический корпус 7 многократного использования с размещенным внутри него зарядом 8 твердого топлива аэрозольобразующего состава, электроинициатор 9 и устройство температуропонижения - инертный трубчатый теплосъемный насадок 10, выполненный в виде набора трубчатых, например, стальных элементов, расположенных в корпусе 7 соосно в направлении выхода аэрозоля.

Заряд 8 твердого аэрозольобразующего топлива для обеспечения максимального расхода аэрозоля и, соответственно, быстродействия аэрозольного газогенератора 1 выполнен из быстрогорящего состава (например, ПТ-4), имеющего скорость горения более 20 мм/с при давлении в камере сгорания газогенератора 30-40 атм. Этой же цели служит инертный теплосъемный насадок 10 в виде набора трубчатых элементов (труб), установленный соосно в корпусе 7 газогенератора 1 в направлении выхода аэрозоля. Он не тормозит поток, так как из всех известных конструкций теплосъемников имеет минимальное газодинамическое сопротивление (аэрозоль движется по прямым каналам внутри и снаружи труб). Кроме того, теплосъемный насадок 10 такой конструкции выполняет две важные функции:

- обеспечивает за счет развитой поверхности теплообмена быстрое и полное охлаждение аэрозоля в начале процесса и постепенное, по мере прогрева труб, повышение его температуры до допустимой величины (550 К) в конце работы газогенератора;

- за счет интенсивного теплообмена и больших скоростей аэрозоля в трубах происходит, во-первых, быстрое замораживание состава продуктов сгорания твердого топлива, что позволяет получить не коагулированные частицы солей щелочных металлов минимального размера (0,5-2 мкм), наиболее эффективно связывающих кислород воздуха при тушении пожара, а во-вторых, предотвращает их налипание на стенки труб, что обеспечивает высокую концентрацию этих частиц в объеме, заполняемом аэрозолем, и, соответственно, повышает пожаротушащую эффективность.

При срабатывании газогенератора 1 образуется инертный (не являющийся коррозионно-активным) газообразный аэрозоль на основе продуктов сгорания твердого топлива, содержащих газы СO₂, Н₂, Н₂О, СН₄ и мелкодисперсную конденсированную твердую фракцию солей щелочных металлов (К₂СО₃, КСl и других) размером 0,5-2,0 мкм, связывающих кислород и прекращающих горение. Типоразмер применяемого заряда определяется объемом защищаемого помещения, исходя из необходимой пожаротушащей концентрации аэрозольобразующего состава 50 г на 1 м³.

Порошковый огнетушитель 2 содержит металлический взрывозащищенный корпус 11, заполненный огнегасящим порошком 12. Внутри корпуса 11 в толще порошка 12 размещен твердотопливный газогенератор 3 для получения аэрозоля, сообщающийся с электроинициатором 13 запуска. На корпусе 11 закреплен узел выброса порошка 12 в виде отводящего трубопровода 14 с разгонным насадком 15 на конце, выполненным в виде сопла Лаваля. Такое сопло позволяет обеспечить максимальную скорость выброса смеси порошка 12 и аэрозоля (продуктов сгорания твердого топлива в газогенераторе 3). Для охлаждения продуктов сгорания твердого топлива вытеснительного газогенератора 3 ниже температуры спекания порошка 12 в его корпусе установлен инертный теплосъемный насадок 16 в виде набора стальных дисков или труб. Использование в конструкции порошкового огнетушителя 2 твердотопливного вытеснительного газогенератора 3 с теплосъемным насадком 16 существенно улучшает эксплуатационные и функциональные возможности порошкового пожаротушения (хранение без давления, более полное (без спекания) использование порошка, смесь аэрозоля и порошка в пропорции по массе 1:10 обладает исключительно высокой огнегасящей эффективностью).

Разгонный насадок 15 в виде сопла Лаваля на порошковом огнетушителе 2 обеспечивает выброс смеси порошка и продуктов сгорания твердого топлива под углом от 10° до 80° к горизонту с максимальной скоростью. Оптимальная подача струй порошка с аэрозолем - под углом 45° к горизонту друг другу навстречу. Это необходимо для быстрого тушения пожаров различных горючих веществ, особенно в нижних объемах помещений.

Принцип действия порошкового огнетушителя 2 основан на псевдосжижении слоя порошка 12 при поступлении аэрозоля из вытеснительного газогенератора 3 в полость корпуса 11 с последующим выбросом огнегасящего порошка 12 в виде газопорошковой струи, состоящей по массе из 10% аэрозоля и 90% порошка в защищаемый объем.

Электроинициатор 9 запуска аэрозольного газогенератора 1 и электроинициатор 13 запуска порошкового огнетушителя 2 связаны по линии инициирования кабельной сети 6 с контрольно-пусковым прибором 5.

Количество аэрозольных газогенераторов 1 и порошковых огнетушителей 2 в системе пожаротушения может быть любым, и они могут быть объединены в модули или в батареи с любым сочетанием источников подачи огнетушащего состава. Количество аэрозольных газогенераторов 1 в такой системе пожаротушения рассчитывается, исходя из объема защищаемого помещения и создания оптимальной пожаротушащей концентрации аэрозоля во всем объеме. А количество порошковых огнетушителей 2 рассчитывается в зависимости от характеристики объекта и типа возможного пожара либо на создание пожаротушащей концентрации порошка во всем объеме, либо на покрытие поверхности оборудования или пола помещения слоем порошка определенной толщины (обычно 1,5...2,0 кг/м²). Соответственно, разгонный насадок 15 направляется вверх (до 80°) или вниз (до 10°) (фиг.2).

Система управления может работать в автоматическом режиме или в ручном. Сигнал на запуск системы пожаротушения поступает от системы пожарной сигнализации или вручную от кнопки “пуск” на пульте оператора или ручного пускового устройства.

Контрольно-пусковой прибор 5 запрограммирован следующим образом:

- при ложном срабатывании датчиков 4 в защищаемом помещении или незначительном возгорании подается команда на включение только аэрозольных газогенераторов 1,

- при пожаре во всем объеме помещения подается команда на включение всех аэрозольных газогенераторов 1 и при необходимости, если пожар не потушен, через выдержку времени автоматически подается команда на включение порошковых огнетушителей 2,

- при пожаре со взрывом и последующей разгерметизации помещения подается команда на одновременное включение всех аэрозольных газогенераторов 1 и порошковых огнетушителей 2.

Предлагаемый способ пожаротушения осуществляют следующим образом. При обнаружении очага пожара в защищаемом помещении срабатывают датчики 4, и по команде контрольно-пускового прибора 5 в зависимости от характера пожара включают систему пожаротушения. Подают команду на срабатывание аэрозольных газогенераторов 1 и порошковых огнетушителей 2. Контрольно-пусковой прибор 5 подает команды по следующей программе:

- при ложном срабатывании датчиков 4 или незначительном возгорании подается команда на подачу газообразного аэрозоля,

- при пожаре во всем объеме помещения подается команда на подачу газообразного аэрозоля и при необходимости, если пожар не потушен, через 5...10 мин подается команда на дополнительную подачу огнегасящего порошка,

- при пожаре со взрывом и последующей разгерметизации помещения подается команда на одновременную подачу газообразного аэрозоля и огнегасящего порошка.

При этом охлажденный газообразный аэрозоль с переменной постепенно нарастающей температурой подают в верхний объем защищаемого помещения, а смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива подают либо по всему объему, либо локально в нижний объем, в зависимости от размера и характера очага пожара, либо вообще не подают, если зафиксировано небольшое возгорание. Быстродействующие аэрозольные газогенераторы 1 и порошковые огнетушители 2 позволяют заполнять за минимальное время весь объем защищаемого помещения, поскольку аэрозоль быстро проникает в верхние объемы, а порошок из огнетушителя в смеси с вытесняющим его аэрозолем быстро заполняет нижние объемы помещения.

Способ пожаротушения и система пожаротушения в эксперименте были реализованы следующим образом. В защищаемом помещении объемом 1250 м³, представляющем собой укрытие газоперекачивающего агрегата (ГПА), равномерно у стен установили 8 аэрозольных газогенераторов 1 (см. фиг.1, 2) в металлическом взрывозащищенном корпусе 7, в каждом из которых были размещены заряд 8 твердого топлива - десятикилограммовая шашка аэрозольобразующего топлива марки ПТ-4 (производитель ФЦДТ “Союз” г. Люберцы) и сорокакилограммовый инертный охладитель - теплосъемный трубчатый насадок 10 из набора стальных труб (80 шт.) длиной 0,8 м и толщиной стенки 2 мм. Такое конструктивное выполнение теплосъемного трубчатого насадка 10, а именно: длина, диаметр труб, толщина стенки трубы и количество труб - обеспечивает в начале процесса температуру аэрозоля порядка 300 К, через 5 с работы – 500 К, а в конце работы - 550 К. Кроме того, у боковых стен помещения равномерно между аэрозольными газогенераторами 1 установили 8 порошковых огнетушителей 2 с вытеснительными аэрозольными газогенераторами 3, в каждом из которых содержится один килограмм аэрозольобразующего топлива марки ПТ-4, и инертный охладитель аэрозоля - инертный теплосъемный насадок 16 - в виде набора стальных трубок (15 шт.) диаметром 8 мм, длиной 150 мм и толщиной стенки 1 мм. В огнетушитель 2 засыпалось 80 кг огнегасящего порошка 12 марки Вексон АВС, а в его корпус 11 был установлен под углом от 10° до 80° к горизонту отводящий трубопровод 14 для выброса порошка длиной 2 м с разгонным насадком 15 на конце в виде сопла Лаваля. Двенадцать газогенераторов 1 и восемь огнетушителей 2 могли отдельно друг от друга создавать пожаротушащую концентрацию огнегасящего вещества в объеме 1250 м³ (либо одним аэрозолем, либо одним порошком).

Все огнетушители 2 и газогенераторы 1 через кабельную сеть 6 были связаны с контрольно-пусковым прибором 5 и развешанными по всему объему датчиками 4 двух типов (световых - 6 штук, срабатывающих на вспышку газа или турбинного масла, и тепловых - 12 штук, реагирующих на скорость нарастания температуры в объеме .

Задача отработки данного способа и системы пожаротушения на минимальное время подавления объемного пожара в укрытии ГПА ставилась сначала отдельно для аэрозольных газогенераторов 1, затем отдельно для порошковых огнетушителей 2, а в последней стадии - для их совместной работы по командам контрольно-пускового прибора 5. В эксперименте имитировались все виды возможных пожаров:

- локальный на небольшой площади пола от пролива турбинного масла;

- объемный без взрыва от разбрызгивания под давлением горящего турбинного масла по всему объему;

- объемный без взрыва от газового факела при прорыве трубопровода перекачиваемого природного газа и одновременного пролива турбинного масла;

- объемный с дефлаграционным взрывом после прорыва трубопровода и частичного заполнения помещения природным газом с последующим его воспламенением от случайной искры.

Эксперименты показали, что аэрозоль создает пожаротушащую концентрацию при срабатывании всех газогенераторов 1 в объеме 1250 м³ за 30 с, в верхней трети объема - за 3 с, а в верхней половине объема - за 8 с. Причем вверху за счет температурного перепада и меньшей плотности аэрозоля создается сверхвысокая его концентрация в воздухе ~110 г/м³. Затем в течение 30 с идет постепенное перемешивание аэрозоля с воздухом, охлаждение аэрозоля и опускание его до нижних объемов. Хотя предварительное охлаждение первых порций аэрозоля в инертном, трубчатом охладителе - насадке 10 газогенератора 1 до температуры окружающего воздуха незначительно увеличивало скорость создания пожаротушащей концентрации (60 г/м³) в нижних объемах у пола. Однако охлажденный аэрозоль при этом давал другой положительный эффект - создавал температурные условия для выживания человека, случайно оказавшегося в помещении (температура <320 К). Значительно быстрее создавалась пожаротушащая концентрация огнетушащего состава в нижних объемах при дополнительном выбросе направленными друг другу навстречу струями огнегасящего порошка в смеси с аэрозолем из огнетушителей 2 (всего за 8 с).

Причем оптимальный угол выброса порошка 12 из огнетушителя 2 для быстрого тушения очагов пожара в нижних объемах был экспериментально определен в пределах от 20° до 45° к горизонту (в зависимости от характера пожара).

Эксперименты по тушению пожара во всем объеме ГПА с помощью только огнетушителей 2, когда осуществлялся выброс и распыл порошка через разгонные насадки 15 в виде сопла Лаваля, ориентрованных вертикально вверх (угол к горизонту - 80°) показали, что пожаротушащая концентрация быстрее создавалась в верхних объемах (за 10 с), а в нижних объемах - за 40...50 с после оседания порошка. Таким образом, техническая задача по созданию пожаротушащей концентрации огнетушащего состава в большом объеме за короткий промежуток времени (8...10 с) возможна только комбинированным методом, а именно: необходимо подавать аэрозоль в верхние объемы, а порошок - в нижние в виде аэрозольно-порошковых струй, разогнанных в сопле Лаваля до максимальной скорости и направленных друг другу навстречу. В этом случае удается быстро (за 5...8 с) погасить очаги пожара в нижних объемах порошком и в верхних аэрозолем.

Предлагаемый способ пожаротушения и система пожаротушения для его реализации работают следующим образом. Если несанкционированно сработали световые датчики 4, например на солнечный блик, или один световой датчик 4 зафиксировал небольшое локальное возгорание, контрольно-пусковой прибор 5 по своей программе запускает только аэрозольные газогенераторы 1. Заполнение всего объема аэрозолем до пожаротушащей концентрации (особенно в нижних объемах) происходит за 30 с. Этого времени достаточно для тушения и нераспространения локального пожара. Люди, случайно оказавшиеся в помещении при включении аэрозольных газогенераторов 1, а также материальные ценности и электронные устройства от охлажденного аэрозоля не страдают, а после проветривания защищаемый объект может сразу эксплуатироваться. Кроме того, отпадает необходимость в уборке порошка и переснаряжении порошковых огнетушителей 2.

В случае объемного пожара со вспышкой, но без взрыва прибор 5 по сигналам датчиков 4 включает все аэрозольные газогенераторы 1, как и в первом случае, тушение начинается через 3 c в верхних объемах и заканчивается через 30 с в нижних. Однако, если после 5...10-минутной выдержки аэрозоля в помещении дифференциальные тепловые датчики 4 фиксируют повышение температуры , контрольно-пусковой прибор 5 автоматически включает порошковые огнетушители 2 для ликвидации оставшихся очагов пожара. Такой вариант развития ситуации может быть при тушении, например, объемного пожара после взрыва газотурбинной установки (ГТУ) газоперекачивающего агрегата, когда разогретые детали ГТУ являются источниками зажигания турбинного масла, подачу которого не удалось из-за аварии перекрыть. В этом случае возможно повторное возгорание после 10-минутной выдержки аэрозоля в уже потушенном объекте после включения вытяжной вентиляции для проветривания или в случае естественной утечки аэрозоля в процессе выдержки через поврежденные перекрытия или стены объекта, например, от разлетевшихся частей ГТУ.

В случае дефлаграционного взрыва в объеме объекта все датчики 4: и световые, и температурные - включаются одновременно, и прибор 5 по своей программе запускает все аэрозольные газогенераторы 1 и порошковые огнетушители 2 одновременно. При этом в разгерметизированное помещение выбрасывается двойное количество огнегасящего вещества за короткое время (8...10 с). Большая часть аэрозоля уносится через раскрытые проемы легкосбрасываемых элементов здания (как правило, это легкие потолочные перекрытия или окна). Однако именно первые порции холодного аэрозоля изолируют ядро взрыва от кислорода воздуха и не дают развиться пожару в средних и верхних объемах. А само тушение производится в разгерметизированном помещении аэрозольно-порошковой смесью, выбрасываемой в первые 8...10 с аварии из огнетушителей 2 направленными струями.

В зависимости от степени взрывопожароопасности объекта количество аэрозоля в газогенераторах 1 и порошка в огнетушителях 2 может быть увеличено по сравнению с нормами на тушение обычных пожаров без взрыва. Это позволяет надежно защитить любой объект от пожара после взрыва, а самое главное, предотвращает развитие аварии за пределы пострадавшего объекта.

Испытания предлагаемого способа и системы пожаротушения показали высокую эффективность, эксплуатационную надежность и быстродействие при тушении пожаров любой сложности.

Преимущество предлагаемого изобретения перед известными состоит в обеспечении тушения пожара, особенно в больших по объему и взрывоопасных помещениях, на более ранней стадии, что предотвращает их развитие в крупномасштабные техногенные катастрофы.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа и системы пожаротушения для его реализации над известными техническими решениями состоят в сокращении времени заполнения защищаемого объема огнегасящим веществом в 3-4 раза, обеспечении надежного и быстрого тушения пожара в разгерметизированном после взрыва объеме, создании безопасных для персонала условий пожаротушения, повышения экономичности тушения локальных пожаров в 2-3 раза.

Изобретение предназначено для объемного пожаротушения закрытых объемов. Обеспечивается высокая эффективность пожаротушения, сокращение времени заполнения защищаемого объема огнетушащим составом и одновременно повышение экономичности и безопасности для человека процесса пожаротушения на более ранней стадии в помещениях с большим внутренним объемом, и/или высокой степенью загроможденности оборудованием, и/или возможным присутствием людей, и/или с наличием значительного количества горючих веществ, находящихся под давлением, способных в случае технологической аварии взрываться и создавать в короткое время мощные очаги возгорания по всему объему разгерметизированного помещения, при высоком расходе огнетушащего состава и сравнительно малой его пожаротушащей концентрации в 1 м³, при высокой эксплуатационной надежности системы пожаротушения в условиях широкого диапазона температур эксплуатации (от -60°C до +60°C). Сущность: по команде системы управления отдельно подают охлажденный газообразный аэрозоль с переменной постоянно нарастающей температурой в верхний объем защищаемого помещения и либо по всему объему защищаемого помещения, либо локально в нижний объем помещения дополнительно подают струями с максимальной скоростью смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива, причем количество подаваемого газообразного аэрозоля, а также начало, направление и необходимость подачи огнегасящего порошка определяют скоростью и характером распространения пожара в помещении. Подачу огнетушащего состава в защищаемое помещение осуществляют по программе: при ложном срабатывании системы управления или незначительном возгорании подается команда на подачу газообразного аэрозоля, при пожаре во всем объеме помещения подается команда на подачу газообразного аэрозоля и при необходимости, если пожар не потушен, через 5...10 мин подается команда на дополнительную подачу огнегасящего порошка, при пожаре со взрывом и последующей разгерметизацией помещения подается команда на одновременную подачу газообразного аэрозоля и огнегасящего порошка. Система пожаротушения для осуществления способа состоит из по меньшей мере одного аэрозольного газогенератора (АГ 1), по меньшей мере одного порошкового огнетушителя (ПО 2) с твердотопливным вытеснительным газогенератором (ВГ 3), связанной с ними системы управления подачей огнетушащего состава с датчиками 4 и контрольно-пусковым прибором 5. AT 1 и ВГ 3 снабжены охлаждающими инертными насадками 10 и 16 соответственно. Система управления подачей огнетушащего состава запрограммирована на срабатывание АГ 1 и ПО 2 и подачу огнетушащего состава в зависимости от характера пожара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ пожаротушения, основанный на подаче в объем защищаемого помещения по команде системы управления огнетушащего состава в виде газообразного аэрозоля, получаемого при сгорании твердого топлива в аэрозольном газогенераторе, и огнегасящего порошка, дополнительно подаваемого в потоке продуктов сгорания твердого топлива, отличающийся тем, что по команде системы управления отдельно подают охлажденный газообразный аэрозоль с переменной постоянно нарастающей температурой в верхний объем защищаемого помещения, а смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива, получаемую в порошковом огнетушителе с вытеснительным твердотопливным газогенератором, подают струями с максимальной скоростью либо по всему объему защищаемого помещения, либо локально в нижний объем помещения, причем количество подаваемого газообразного аэрозоля, а также начало, направление и необходимость подачи огнегасящего порошка определяют скоростью и характером распространения пожара в помещении, при этом система управления подачей огнетушащего состава в защищаемое помещение работает по следующей программе: при ложном срабатывании системы управления или незначительном возгорании подается команда на подачу газообразного аэрозоля, при пожаре во всем объеме помещения подается команда на подачу газообразного аэрозоля и, при необходимости, если пожар не потушен, через 5-10 мин подается команда на дополнительную подачу огнегасящего порошка, при пожаре со взрывом и последующей разгерметизацией помещения подается команда на одновременную подачу газообразного аэрозоля и огнегасящего порошка.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразного аэрозоля применяют охлажденный состав на основе продуктов сгорания твердого топлива, содержащих инертные газы СO₂, H₂, Н₂О, СН₄ и мелкодисперсную конденсированную твердую фракцию солей щелочных металлов, преимущественно с размерами меньше 2 мкм.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что газообразный аэрозоль в начале работы аэрозольного газогенератора имеет температуру на его выходе, равную температуре окружающей среды, а в конце работы аэрозольного газогенератора - не более 550К, при этом смесь аэрозоля и воздуха в защищаемом помещении по окончании работы аэрозольного газогенератора имеет температуру не более 320К.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива из порошкового огнетушителя подают в объем защищаемого помещения под углом 10 - 80° к горизонту с максимальной скоростью, при этом струи смеси огнегасящего порошка и продуктов сгорания твердого топлива направляют навстречу друг другу.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление подачей огнегасящего состава осуществляют автоматически и/или вручную.6. Система пожаротушения, включающая устройство подачи в объем защищаемого помещения огнетушащего состава, состоящее из по меньшей мере одного аэрозольного газогенератора, и связанную с ним систему управления подачей огнетушащего состава с датчиками и контрольно-пусковым прибором, отличающаяся тем, что устройство подачи огнетушащего состава дополнительно содержит связанный с системой управления по меньшей мере один порошковый огнетушитель с твердотопливным вытеснительным газогенератором, при этом аэрозольный газогенератор и вытеснительный газогенератор порошкового огнетушителя снабжены охлаждающими инертными насадками, а система управления подачей огнетушащего состава запрограммирована на срабатывание устройства подачи огнетушащего состава следующим образом: при ложном срабатывании датчиков в защищаемом помещении или незначительном возгорании подается команда на включение только аэрозольных газогенераторов, при пожаре во всем объеме помещения подается команда на включение всех аэрозольных газогенераторов и, при необходимости,если пожар не потушен, через выдержку времени автоматически подается команда на включение порошковых огнетушителей, при пожаре со взрывом и последующей разгерметизацией помещения подается команда на одновременное включение всех аэрозольных газогенераторов и порошковых огнетушителей.7. Система по п.6, отличающаяся тем, что топливо вытеснительного газогенератора порошкового огнетушителя выполнено из инертного аэрозольного состава.8. Система по п.6 или 7, отличающаяся тем, что для охлаждения продуктов сгорания твердого топлива вытеснительного газогенератора порошкового огнетушителя до температуры, ниже температуры спекания порошка, в корпусе вытеснительного газогенератора установлен инертный теплосъемный насадок, например, в виде набора стальных дисков или труб.9. Система по п.6, отличающаяся тем, что для выброса смеси порошка и продуктов сгорания твердого топлива из порошкового огнетушителя под углом 10 - 80° к горизонту с максимальной скоростью, последний снабжен отводящим трубопроводом с разгонным насадком в виде сопла Лаваля.10. Система по п.6, отличающаяся тем, что аэрозольный газогенератор для охлаждения аэрозоля снабжен инертным трубчатым теплосъемным насадком в виде набора трубчатых, например, стальных элементов, расположенных в корпусе газогенератора соосно в направлении выхода аэрозоля.