СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ТУШЕНИЯ ПОЖАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК A62C2/00 A62C35/00 

Изобретение относится к способам тушения пожаров и предназначено для использования в автоматических или полуавтоматических стационарных и передвижных установках пожаротушения.

Известен “способ профилактики пожаров всех видов, заключающийся в создании системы, обеспечивающей доставку в защищаемое пространство азота в жидкой фазе, отличающийся тем, что, воздействуя на горящий объект жидкостью, имеющей температуру -196°С, замораживают его” [1].

Известен также способ тушения пожара, включающий подачу рукава с огнетушащим средством в очаг пожара, при этом в качестве огнетушащего средства применяют азот, отличающийся тем, что для газификации жидкого азота используют тепло продуктов горения [2].

Недостатком данных способов является сложность их реализации в автоматических и полуавтоматических стационарных и передвижных установках пожаротушения, т.к. в этом случае, прежде чем подать жидкий азот в помещение, необходимо определить местонахождение горящего объекта, чтобы воздействовать жидким азотом именно на него либо испарять его в зоне действия продуктов горения.

Предлагаемый способ тушения пожара включает подачу жидкого азота от установки пожаротушения по магистральному трубопроводу в защищаемое помещение, оснащенное по периметру нижней части помещения раздаточным трубопроводом с отверстиями и насадками для разбрызгивания, причем насадки ориентированы таким образом, чтобы жидкий азот попадал на стены и пол. Разбрызгиваясь под давлением, жидкий азот попадает на поверхность строительных конструкций, имеющих температуру, более высокую, чем температура кипения азота, вскипает и превращается в пар. Температура пара азота после его вскипания остается меньше среднеобъемной температуры защищаемого помещения, поэтому менее нагретый пар скапливается в нижней зоне помещения, вытесняя кислород и продукты горения в верхнюю зону. Отбирая тепло из зоны реакции горения, пары азота довольно быстро прогреваются до объемной температуры защищаемого помещения, и азот поднимается в верхнюю зону, т.к. по своим физическим свойствам он легче воздуха при одинаковых начальных условиях. Таким образом достигается дополнительный эффект осветления воздушной среды помещения путем вытеснения продуктов горения в его верхнюю зону.

Для предлагаемого способа тушения пожара не важно, в какой части помещения находится горящий объект и сколько тепла выделилось при его горении, т.к. для газификации жидкого азота в большей мере используют тепло, аккумулированное в строительных конструкциях помещения. При применении данного способа пожаротушения действуют следующие механизмы прекращения горения: разбавление (за счет увеличения содержания в воздушной среде помещения молекул азота, не поддерживающих горения), охлаждение (за счет дополнительного отбора тепла из зоны реакции горения), изоляция (при условии нахождения объекта горения в нижней части помещения, пары азота создают изолирующую прослойку между горючим веществом и окислителем).

Для реализации данного способа объемного тушения пожаров предлагается автоматическая установка азотного пожаротушения.

Известна автоматическая установка азотного пожаротушения, выбранная в качестве прототипа, содержащая датчики обнаружения пожара, подключенные к входу блока управления, изотермическую емкость с огнетушащим веществом и заправочным трубопроводом, систему наддува и газификатор, связанные с изотермической емкостью трубопроводами с электроуправляемыми клапанами [3]. Недостатками данной установки являются: высокая инерционность, высокая металлоемкость оборудования, наличие большого числа тепловых мостов в изотермической емкости, отсутствие возможности создания среды, не поддерживающей горение в защищаемом объеме во время ожидания пожара.

Цель изобретения:

- уменьшение времени доставки огнетушащего вещества в защищаемое помещение;

- повышение эффективности применения нейтральных газов в установках пожаротушения;

- обеспечение возможности создания среды, не поддерживающей горение, в режиме ожидания пожара;

- уменьшение металлоемкости конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в способе объемного тушения пожара, заключающемся в том, что фиксируют возникновение очага возгорания в защищаемом помещении, подачу огнетушащего вещества от емкости хранения к защищаемому помещению осуществляют по трубопроводу под избыточным давлением, а раздачу огнетушащего вещества в жидкой фазе осуществляют в нижней части помещения по его периметру, при этом выпуск огнетушащего вещества осуществляют разбрызгиванием, согласно изобретению огнетушащее вещество разбрызгивают на поверхности конструкции помещения, используя для испарения жидкой фазы огнетушащего вещества теплоту, аккумулированную в указанных конструкциях, контролируют давление в трубопроводе при испарении в нем огнетушащего вещества, а подачу новых порций огнетушащего вещества от емкости хранения осуществляют при снижении давления в трубопроводе по мере выхода газообразной фазы огнетушащего вещества в защищаемое помещение.

При этом при превышении давления огнетушащего вещества в трубопроводе над давлением в емкости хранения осуществляют выпуск газообразной фазы испарившегося в трубопроводе огнетушащего вещества в защищаемое помещение.

В частности, в режиме ожидания трубопровод заполняют испарившейся из емкости хранения газовой фазой огнетушащего вещества.

Кроме того, в режиме ожидания осуществляют контроль за избыточным давлением огнетушащего вещества в емкости хранения и при превышении давления отвод газообразной фазы испарившегося огнетушащего вещества осуществляют в защищаемое помещение, а свободный выход огнетушащего вещества из трубопровода предотвращают герметизацией выпускных насадок мембранами.

А также выпуск огнетушащего вещества из емкости хранения осуществляют до уровня, обеспечивающего поддержание температуры хранения жидкого азота внутри емкости в течение времени до следующей заправки.

Причем избыточное давление огнетушащего вещества в трубопроводе создают погружным насосом, который в режиме ожидания заполнен огнетушащим веществом в жидкой фазе.

Для реализации указанного способа имеется устройство для объемного тушения пожара, содержащее датчики обнаружения пожара, подключенные к входу блока управления, изотермическую емкость хранения с огнетушащим веществом и заправочным трубопроводом, систему наддува, связанную с изотермической емкостью трубопроводами с электроуправляемыми клапанами, и трубопровод подачи огнетушащего вещества от изотермической емкости к защищаемому помещению, которое отличается тем, что последний снабжен обратным клапаном, установленным на выходе из изотермической емкости, и клапаном избыточного давления, установленным на раздаточном участке, а выпускные насадки снабжены мембранами.

Кроме того, заправочный трубопровод соединен с газосбросом, снабженным рукавом и электроуправляемым клапаном, связанным с пультом управления.

В частности, устройство имеет погружной насос для подачи огнетушащего вещества в защищаемое помещение.

На Фиг.1 представлена автоматическая установка азотного пожаротушения.

Установка содержит изотермическую емкость 6 для хранения жидкого азота 5, заправочный трубопровод 14, соединенный с газосбросом 10, к которому присоединен рукав 11, причем на газосбросе установлен электроуправляемый клапан 17, баллоны 20 со сжатым азотом, редуктор 18, электроуправляемый клапан 19, соединенный с блоком управления 12. Система подачи жидкого азота в защищаемое помещение 13 состоит из заборного трубопровода 7, магистрального трубопровода 4, обратного клапана 9, распределительной сети 3, выпускных насадков 2 и клапана избыточного давления 21. Для формирования сигнала о количестве огнетушащего вещества используется датчик уровня 8, для обнаружения пожара используются пожарные извещатели 1, соединенные с блоком управления 12.

Работает установка пожаротушения следующим образом.

В дежурном режиме (во время ожидания пожара) жидкий азот хранится при атмосферном давлении в изотермической емкости 6. Под действием естественных теплопритоков через тепловые мосты емкости часть азота газифицируется и поступает по газосбросу 10 через открытые клапан 16 и электроуправляемый клапан 17 в съемный рукав 11, по которому газообразный азот направляется в защищаемый объем (объект хранения материалов, кабельный канал, эл. щиты и т.д.). При этом защищаемый объем может находиться вне защищаемого помещения. Это позволяет расширить функциональные возможности установки пожаротушения, обеспечивающие в режиме ее эксплуатации создание в защищаемом объеме инертной газовой среды за счет поддержания в ней пониженных температур и содержания кислорода. Это достигается тем, что в защищаемом объеме пары азота постепенно вытесняют часть воздушной среды и, смешиваясь с оставшейся ее частью, снижают температуру газовой смеси и окружающих поверхностей, а также снижают содержание кислорода в газовой среде.

Отсутствие задвижек на магистральном трубопроводе 4 позволяет парам азота (которые образовались при испарении с поверхности жидкого азота, равной площади поперечного сечения заборного трубопровода 7) проникать в магистральный трубопровод и распределительную сеть. Выпускные насадки 2 снабжены мембранами, которые позволяют сохранить режим герметичности трубопровода. При первой заправке из трубопровода вытесняется воздух, и в дальнейшем его попадание в трубопровод невозможно. Благодаря этому достигается еще один положительный эффект, заключающийся в том, что в трубопроводе, обратном клапане и насадках при запуске установки не произойдет замерзание конденсата, который мог бы образоваться при охлаждении воздуха.

При пожаре в защищаемом помещении 13 срабатывает пожарный извещатель 1, импульс от которого поступает на блок управления 12, фиксирующий пожар и подающий сигнал на открытие клапана 19 и закрытие клапана 17.

Сжатый азот из баллонов 20 через редуктор 18 и постоянно открытый клапан 16 поступает в изотермическую емкость 6 и выдавливает жидкий азот через заборный трубопровод 7 и обратный клапан 9 в магистральный трубопровод 4. Охлаждение и заполнение магистрального трубопровода 4 жидким азотом сопровождается колебаниями расхода и давления, которые обусловлены интенсивной генерацией пара. Под действием располагаемого перепада давления жидкий азот начинает заполнять магистральный трубопровод. При этом вследствие высокого перегрева стенок жидкая фаза отделена от стенок паровой пленкой. По мере продвижения по трубопроводу жидкость прогревается, соответственно растет давление в трубопроводе и скорость заполнения уменьшается. Если его протяженность достаточно велика, то на некотором расстоянии головная часть жидкости прогревается до температуры насыщения, соответствующей давлению в резервуаре 6, и поступление жидкости в трубопровод прекращается. При прогреве жидкости до состояния насыщения практически весь тепловой поток от стенок идет на испарение, скорость генерации пара и, следовательно, давление в трубопроводе продолжают расти, несмотря на прекращение поступления новых порций жидкости. Давление в трубопроводе может в несколько раз превысить давление на входе. Чтобы не происходило частичного вытеснения жидкости обратно в криогенную емкость 6, при выходе из нее на трубопроводе установлен обратный клапан 9. Это приведет к повышению значения пика давления в магистральном трубопроводе на этапе захолаживания. Повышение пикового давления приводит к повышению скорости парожидкостной смеси в магистрали, что снижает длительность этапа захолаживания. Для повышения надежности системы, а также для сокращения времени между поступлением порций жидкости в магистральный трубопровод на распределительном трубопроводе установлен клапан избыточного давления 21, который открывается при достижении в трубопроводе величины избыточного давления, равного давлению закрытия обратного клапана 9 и имеющего меньшее сопротивление, чем выпускные насадки 2. Это позволяет эвакуировать газовую фазу испарившегося в трубопроводе жидкого азота в защищаемое помещение, создав тем самым возможность поступления новой порции жидкого азота в магистральный трубопровод. Новое поступление жидкости приводит к меньшему росту давления. Колебания расхода поступающей жидкости и давления гораздо меньшей амплитуды по сравнению с первым циклом имеют место в течение всего периода охлаждения и заполнения магистрального трубопровода. Оптимальное соотношение диаметра трубопровода и его длины определяется расчетом. Далее жидкий азот через распределительную сеть 3 поступает в защищаемое помещение, разбрызгиваясь через насадки 2.

При необходимости пополнить запасы огнетушащего вещества в изотермической емкости 6 перекрывается постоянно открытый клапан 16, открывается постоянно закрытый клапан 15 и по заправочному трубопроводу 14 жидкий азот от источника (например, криоавтомобиля) поступает в емкость. Для того чтобы при заправке сработавшей установки азотного пожаротушения исключить работы по подготовке емкости к заполнению, входное отверстие заборного трубопровода 7 расположено на некоторой высоте от дна емкости. Температура в изотермической емкости остается равной по величине температуре криогенной жидкости за счет остаточного запаса жидкого азота в емкости, образованного расстоянием от входного отверстия заборного трубопровода до дна емкости. Это позволит существенно сократить время заполнения емкости в процессе заправки и уменьшить потери жидкого азота. Остаточный запас жидкого азота вычисляется из зависимости V=t·G_пот, где t - время восстановления запаса жидкого азота в часах, С_пот - часовые потери жидкого азота от теплопритоков к изотермической емкости.

На Фиг.2 представлена автоматическая установка азотного пожаротушения, которая отличается от установки, изображенной на фиг.1. Она содержит изотермическую емкость 6 для хранения жидкого азота 5, заправочный трубопровод 14, соединенный с газосбросом 10, к которому присоединен рукав 11. Причем на газосбросе установлены клапан 16, электроуправляемый клапан 17, соединенный с блоком управления 12, и клапан избыточного давления 19. Система подачи жидкого азота в защищаемое помещение 13 состоит из заборного трубопровода 7, погружного насоса 18, соединенного с блоком управления 12, магистрального трубопровода 4, обратного клапана 9, распределительной сети 3, выпускных насадков 2 и клапана избыточного давления 20. Для формирования сигнала о количестве огнетушащего вещества используется датчик уровня 8, для обнаружения пожара используются пожарные извещатели 1, соединенные с блоком управления 12.

В дежурном режиме установка работает аналогично установке, изображенной на фиг.1.

При пожаре в защищаемом помещении 13 срабатывает пожарный извещатель 1, импульс от которого поступает на блок управления 12, фиксирующий пожар и подающий сигнал на включение погружного насоса 18 и закрытие электроуправляемого клапана 17. Насос имеет температуру жидкого азота, поэтому для начала работы ему не требуется времени на подготовку и захолаживание. На начальном этапе работы насоса режим движения жидкого азота по трубопроводу соответствует режиму при работе установки, изображенной на фиг.1. Разница заключается в том, что для закрытия обратного клапана 9 давление в трубопроводе после клапана должно превышать не давление в емкости 6, поддерживаемое редуктором (фиг.1), а давление в напорном патрубке насоса 18 (фиг.2).

В зависимости от КПД насоса при его работе будет выделяться некоторое количество тепла. В предлагаемой установке выделение тепла от насоса приводит к дополнительному положительному эффекту, заключающемуся в том, что это тепло идет на нагрев и испарение жидкого азота, в который погружен насос. При испарении пары азота повышают давление внутри изотермической емкости на величину ΔР, которое поддерживается работой клапана избыточного давления 19. При увеличении давления внутри изотермической емкости 6 и на всасывающем патрубке насоса 18 производительность насоса увеличивается на величину ΔG согласно зависимости G=f(P,N,η,D), где N - мощность насоса, η - КПД насоса, D - диаметр трубопровода.

Новизна решения заключается в том, что предлагаемой установкой, кроме выполнения основного назначения по тушению пожара, впервые осуществляется режим ее работы по обеспечению в защищаемом объеме инертной газовой среды путем малоинтенсивной подачи паров через газосброс. При этом пары азота, имеющие пониженную температуру, способствуют снижению температуры газовой среды и поверхностей в объекте хранения и снижают содержание кислорода в газовой смеси путем вытеснения из нее воздуха с одновременным перемешиванием с оставшейся его частью.

Также новым является решение использования потерь насоса на нагрев для увеличения его производительности.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих дополнительный положительный результат по обеспечению безущербного хранения материалов и предотвращения возгорания, а также позволяет значительно сократить время подачи расчетного количества огнетушащего вещества и время тушения, используя при этом дополнительные механизмы тушения пламени, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Доказательством решения поставленной задачи является следующее:

1. Заявленное техническое решение дает технико-экономический эффект, заключающийся в расширении функциональных возможностей в режиме эксплуатации автоматической установки газового пожаротушения, позволяющих увеличить срок безущербного хранения материалов, путем подавления жизнедеятельности биологических агентов и замедления процессов старения фактуры хранимых материалов за счет вытеснения из объекта хранения воздуха газообразным азотом с пониженной температурой. Одновременно газовая смесь с такими параметрами обеспечивает снижение возможности возгорания материалов.

2. Применение новых технических решений позволяет сократить время подачи огнетушащего вещества в защищаемое помещение и повышает надежность установки пожаротушения.

3. При тушении пожара используется совокупность механизмов тушения, повышающих эффективность применения в качестве огнетушащего средства жидкого азота, в том числе для осветления воздушной среды помещения и удаления продуктов горения.

Для изготовления предложенной автоматической установки азотного пожаротушения применяются промышленные образцы изделий, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Литература

1. Заявка на изобретение №2000103523 от 15.02.2000 “Способ профилактики пожаров всех видов, заключающийся в создании системы, обеспечивающей доставку в защищаемое пространство азота в жидкой фазе”, авторы А.А.Буряков, В.В.Чубаров.

2. Заявка на изобретение №99124977 от 02.12.1999 “Способ тушения пожара и устройство для его осуществления”, авторы В.В.Шишкин, С.А.Ли.

3. Авторское свидетельство СССР №1678391 от 1991 года “Автоматическая установка азотного пожаротушения”, авторы В.А.Юдин, В.П.Бабуров, Ю.В.Быстров, Л.В.Литвинов, O.K.Белокопытов.

Изобретение относится к способам тушения пожаров и предназначено для использования в автоматических или полуавтоматических стационарных и передвижных установках пожаротушения. Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени доставки огнетушащего вещества в защищаемое помещение, повышение эффективности применения нейтральных газов в установках пожаротушения, обеспечение возможности создания среды, не поддерживающей горение, в режиме ожидания пожара, уменьшение металлоемкости конструкции. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой установке азотного пожаротушения, реализующей данный способ, на выходе трубопровода из изотермической емкости установлен обратный клапан, газосброс снабжен электроуправляемым клапаном, связанным с пультом управления, и рукавом, на распределительном трубопроводе установлен клапан избыточного давления, выпускные насадки снабжены мембранами. Подача жидкого азота может происходить либо за счет вытеснения системой наддува, либо с помощью погружного насоса. Преимущества: 1. Расширение функциональных возможностей в режиме эксплуатации автоматической установки газового пожаротушения, позволяющих увеличить срок безущербного хранения материалов, путем подавления жизнедеятельности биологических агентов и замедления процессов старения фактуры хранимых материалов за счет вытеснения из объекта хранения воздуха газообразным азотом с пониженной температурой. Одновременно газовая смесь с такими параметрами обеспечивает снижение возможности возгорания материалов. 2. Применение новых технических решений позволяет сократить время подачи огнетушащего вещества в защищаемое помещение и повышает надежность установки пожаротушения. 3. При тушении пожара используется совокупность механизмов тушения, повышающих эффективность применения в качестве огнетушащего средства жидкого азота, в том числе для осветления воздушной среды помещения и удаления продуктов горения. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ объемного тушения пожара, заключающийся в том, что фиксируют возникновение очага возгорания в защищаемом помещении, подачу огнетушащего вещества от емкости хранения к защищаемому помещению осуществляют по трубопроводу под избыточным давлением, а раздачу огнетушащего вещества в жидкой фазе осуществляют в нижней части помещения по его периметру, при этом выпуск огнетушащего вещества осуществляют разбрызгиванием, отличающийся тем, что огнетушащее вещество разбрызгивают на поверхности конструкции помещения, используя для испарения жидкой фазы огнетушащего вещества теплоту, аккумулированную в указанных конструкциях, контролируют давление в трубопроводе при испарении в нем огнетушащего вещества, а подачу новых порций огнетушащего вещества от емкости хранения осуществляют при снижении давления в трубопроводе по мере выхода газообразной фазы огнетушащего вещества в защищаемое помещение.2. Способ тушения по п.1, отличающийся тем, что при превышении давления огнетушащего вещества в трубопроводе над давлением в емкости хранения осуществляют выпуск газообразной фазы испарившегося в трубопроводе огнетушащего вещества в защищаемое помещение.3. Способ тушения по п.1, отличающийся тем, что в режиме ожидания трубопровод заполняют испарившейся из емкости хранения газовой фазой огнетушащего вещества.4. Способ тушения по п.1, отличающийся тем, что в режиме ожидания осуществляют контроль за избыточным давлением огнетушащего вещества в емкости хранения и при превышении давления отвод газообразной фазы испарившегося огнетушащего вещества осуществляют в защищаемое помещение, а свободный выход огнетушащего вещества из трубопровода предотвращают герметизацией выпускных насадок мембранами.5. Способ тушения по п.1, отличающийся тем, что выпуск огнетушащего вещества из емкости хранения осуществляют до уровня, обеспечивающего поддержание температуры хранения жидкого азота внутри емкости в течение времени до следующей заправки.6. Способ тушения по п.1, отличающийся тем, что избыточное давление огнетушащего вещества в трубопроводе создают погружным насосом, который в режиме ожидания заполнен огнетушащим веществом в жидкой фазе.7. Устройство для объемного тушения пожара, содержащее датчики обнаружения пожара, подключенные к входу блока управления, изотермическую емкость хранения с огнетушащим веществом и заправочным трубопроводом, систему наддува, связанную с изотермической емкостью трубопроводами с электроуправляемыми клапанами, и трубопровод подачи огнетушащего вещества от изотермической емкости к защищаемому помещению, отличающееся тем, что последний снабжен обратным клапаном, установленным на выходе из изотермической емкости, и клапаном избыточного давления, установленным на раздаточном участке, а выпускные насадки снабжены мембранами.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что заправочный трубопровод соединен с газосбросом, снабженным рукавом и электроуправляемым клапаном, связанным с пультом управления.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно имеет погружной насос для подачи огнетушащего вещества в защищаемое помещение.