СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА В ЗАКРЫТЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ОБЪЕКТАХ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК A62C3/00 A62C37/36 

Изобретение относится к пожарной безопасности.

Известны способы и системы, обеспечивающие тушение пожара путем подачи в зону горения распыленной воды, пены, порошка, галогеноуглеводородных составов хладонов и инертного газа (см. справочник «Пожарная безопасность. Взрывобезопасность» /Под ред. Баратова А.Н. М.: «Химия», 1987).

Однако известное решение использования воды наряду с преимуществами обладает высокой инерционностью и может привести к порче электрооборудования, а при тушении пожара в герметичном объекте к опасному повышению давления вплоть до взрыва. Использование пены или порошка является высоко затратным способом пожаротушения и недостаточно эффективным из-за небольшой защищаемой площади и невозможности подачи огнетушащего вещества в очаг возгорания, расположенный в труднодоступном месте. Применение хладонов ограничено, так как продукты термического разложения хладонов обладают высокой токсичностью и высокой коррозионной активностью.

Кроме того, огнетушащая способность перечисленных веществ в условиях избыточного давления мало изучена. Поэтому представляется наиболее целесообразным использовать в закрытых специализированных помещениях системы газового пожаротушения, основанные на создании в защищаемом объекте газовой среды, не поддерживающей горение.

Известна система тушения пожара в закрытом пространстве (RU № 2066217 С1, кл. А 62 С 37/36, 1996 г.), выбранная в качестве прототипа, в которой используется способ тушения пожара инертным газом, заключающийся в контроле факта возгорания, концентрации кислорода и подаче инертного газа в объект при возгорании для снижения объемного содержания кислорода, при котором прекращается процесс горения, содержащая емкости с инертным газом, резервные источники инертного газа, распределительные трубопроводы с запорной арматурой с приводами, соединенными с устройством управления, газоанализатор кислорода, пожарные извещатели, также связанные с устройством управления, и датчик контроля расхода инертного газа.

Недостатками способа-прототипа и системы является необходимость эвакуации людей из закрытого пространства тоннеля перед подачей азота в тоннель для тушения пожара.

Задачей изобретения является обеспечение пожарной безопасности людей, находящихся в герметичных объектах (барокамерах, декомпрессионных камерах и других герметичных объектах, имеющих высокую плотность компоновки силовых кабелей, электроаппаратуры, систем жизнеобеспечения и др. и затрудненный доступ к объектам возгорания) путем раннего обнаружения пожара, подтверждения достоверности возникновения пожара и объемного тушения пожара с высокой степенью надежности. Технический результат достигается тем, что в способе тушения пожара в закрытых специализированных объектах, заключающемся в определении объемного содержания кислорода и подаче инертного газа в объект до достижения значений объемного содержания кислорода, при которых прекращается поддержание процесса горения, в отличие от известного, производят измерение общего давления газовой смеси и содержания в ней водорода и окиси углерода, определяя начало процесса тления, одновременно контролируют температуру, градиент температуры и оптическую плотность газовой смеси внутри объекта для определения начала процесса возгорания, определяют место возникновения пожара и регулируют подачу инертного газа со скоростью повышения общего давления не более 8 кПа/с для снижения объемного содержания кислорода ниже 15% при парциальном давлении кислорода не менее 12 кПа, не превышая значения абсолютного давления газа 0,4 МПа.

Технический результат достигается тем, что в систему тушения пожара в закрытых специализированных объектах, содержащую емкости с инертным газом, резервные источники инертного газа, распределительные трубопроводы с запорной арматурой, соединенной с устройством управления, газоанализаторы кислорода, пожарные извещатели, также связанные с устройством управления, в отличие от известной введены газоанализаторы водорода и окиси углерода, датчики давления и температуры в герметичном отсеке, регулируемые средства сброса газа, все соединенные с устройством управления, снабженным блоком анализа достоверности сигналов, блоком питания, блоком индикации и сигнализации, вычислительным блоком, блоком коммутации, выходные распределительные трубопроводы снабжены устройствами ограничения подачи инертного газа, а на выходах распределительных трубопроводов установлены устройства разбавления поступающего на выход инертного газа.

Выходные трубопроводы, через которые осуществляется сброс газа при продувке объекта, снабжены регулируемыми средствами сброса газа, установленными на их выходе и соединенными с устройством управления.

Для воздействия на источник возгорания используется инертный газ, например азот. Подачу азота в объект контролируют и регулируют устройством управления.

Суть способа заключается в упреждении возникновения пожара и, в случае его развития, разбавлении газовой среды внутри герметичного объекта или группы герметичных объектов инертным газом азотом для снижения содержания кислорода менее 15% при сохранении парциального давления кислорода не менее 12 кПа и скорости повышения давления газовой среды в герметичном объекте не более 8 кПа/с, не превышая при этом абсолютное давление в герметичном объекте более 0,4 МПа. Выбор параметров процесса пожаротушения обусловлен:

необходимостью раннего обнаружения пожара по появлению в газовой среде продуктов горения, выделяющихся при тлении большинства веществ, таких как, например, водород и окись углерода;

невозможностью поддержания процесса горения большинства веществ при объемной концентрации кислорода менее 12-15%, за исключением легковоспламеняющихся веществ, присутствие которых в герметичных объектах, проектируемых для выполнения специальных задач, существенно ограничивается (см. справочник «Пожарная безопасность. Взрывобезопасность» /Под. ред. Баратова А.Н. М.: Химия, 1987 г., стр.134);

необходимостью ограничения роста общего давления при подаче герметичного объекта газом-разбавителем с точки зрения физиологии человека;

при отсутствии возможности продувки герметичного объекта инертным газом для уменьшения объемной доли кислорода и сохранения при этом необходимого уровня его парциального давления потребуется наддув герметичного объекта азотом, что приведет к увеличению общего давления, так как парциальное давление кислорода является произведением его объемной доли на величину общего давления газовой смеси. Однако это увеличение давления ограничено. При абсолютных давлениях свыше 0,4 МПа начинают проявляться наркотические действия азота. Кроме того, после пребывания человека в газовой среде с избыточным давлением до 0,3 МПа потребуется осуществлять декомпрессию для выведения из крови растворенного азота, продолжительность которой зависит от величины максимального давления газа;

в тех случаях, когда допускается сбрасывать газ из объекта за борт, в диапазоне абсолютных давлений от 0,2 до 0,4 МПа предлагается осуществлять продувку герметичного объекта, регулируя соотношение расходов подаваемого азота и удаляемой из отсека газовой смеси необходимостью обеспечения допустимого уровня парциального давления кислорода в газовой смеси для нормального дыхания человека;

нижний уровень парциального давления кислорода выбран исходя из возможностей организма человека существовать без функциональных расстройств не более 3 суток - времени, достаточном для ликвидации пожара;

необходимостью быстрого наддува герметичного объекта для ликвидации пожара при допустимой для человека скорости повышения давления;

скорость повышения давления выбрана максимально допустимой с точки зрения физиологии человека, определенной экспериментальным путем;

необходимостью экономии расхода газа-разбавителя особенно в случае автономного функционирования герметичного объекта или группы функционально связанных герметичных объектов.

Суть изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - система тушения пожара;

на фиг.2 - вариант реализации схемы устройства управления.

Система содержит емкости (баллоны) с инертным газом 1, резервные источники (баллоны) инертного газа 2, защитные фильтры 3, датчики давления инертного газа 4, датчики общего давления 5, датчики температуры газа 6, распределительные трубопроводы с запорной арматурой - клапанами 7, 24-32, устройство управления 8, газоанализаторы кислорода 9, газоанализаторы водорода и окиси углерода 10, пожарные извещатели -тепловые линейные 11, комбинированные 12, автономные источники баллоны инертного газа 13, регулируемые средства сброса газа 14 с трубопроводами, устройства ограничения подачи инертного газа 15, заправочные клапаны 16, на выходах распределительных трубопроводов установлены устройства разбавления поступающего на выход инертного газа 17.

Тепловой линейный пожарный извещатель 11 (термокабель) представляет собой кабель, который позволяет обнаружить источник нагрева в любом месте на всем его протяжении. Термокабель представляет собой единый датчик непрерывного действия, который состоит из двух или трех стальных проводников, каждый из которых покрыт термопластичным материалом. Проводники скручены вместе для создания механического напряжения между ними и дополнительно покрыты внешней защитной оболочкой. Через термокабель постоянно проходит контрольный ток от интерфейсного модуля. При температуре срабатывания термопластичный материал продавливается из-за механической напряженности проводников и они замыкаются.

Комбинированные пожарные извещатели 12 одновременно контролируют температуру окружающей среды, скорость повышения температуры и оптическую плотность (степень задымления) газовой среды.

Устройства ограничения подачи инертного газа 15 представляют собой нерегулируемые дроссели, конструктивные характеристики которых выбираются из обеспечения допустимой скорости повышения давления в герметичном объекте. Устройства разбавления поступающего на выход инертного газа 17 выполнены в виде инжекторов с глушителями.

Инжекторы служат для смешивания потока инертного газа (азота) с газовой средой, находящейся внутри объекта с целью исключения образования зон с высоким содержанием азота, которые могут представлять опасность для дыхания людей, оказавшихся в этих зонах.

Глушители требуются для подавления шума, возникающего в процессе движения газа в трубопроводах с высокими скоростями при истечении из емкостей с инертным газом, находящимся под высоким давлением (порядка 30 МПа).

Регулируемые средства сброса газа 14 предназначены для уменьшения в герметичном объекте объемного содержания кислорода менее 12% в режиме продувки путем поддержания постоянного давления в герметичном объекте при наддуве его инертным газом и представляют собой регулируемые дроссели, обеспечивающие сброс избыточного газа с расходом, равным подаче инертного газа в объект. Продувка газом герметичного объекта через регулируемые средства сброса газа 14 прекращается по командам из устройства управления 8 при объемном содержании кислорода менее 12%, но не позже достижения парциального давления кислорода 12 кПа. Режим продувки является более предпочтительным по отношению к режиму наддува с точки зрения физиологии, так как после его окончания не потребуется проводить дополнительную декомпрессию.

Устройство управления 8 содержит (см. фиг.2) блок питания 18, блок обработки сигналов 19, блок анализа достоверности сигналов 20, блок индикации и сигнализации 21, вычислительный блок 22 и блок коммутации 23.

Устройство управления 8 электрически связано (см. фиг.2) с датчиками давления инертного газа 4, датчиками давления в объектах 5, датчиками температуры газа в объектах 6, запорной арматурой - клапанами 7, 24-32, газоанализатором кислорода 9, газоанализаторами водорода и окиси углерода 10, пожарными извещателями - тепловыми линейными 11, комбинированными 12 и регулируемыми средствами сброса газа 14.

Устройство управления содержит блок питания, соединенный с блоком обработки сигналов 19, входы которого связаны также с газоанализаторами водорода и окиси углерода 10 и пожарными извещателями 11, 12, газоанализатором кислорода 9, датчиком давления инертного газа 4, датчиком давления 5 и температуры газа 6 в отсеках, а выходы связаны с входами блока анализа достоверности сигналов 20, блока индикации и сигнализации 21 и вычислительного блока 22, который в свою очередь соединен с блоком коммутации 23, выход блока анализа достоверности сигналов 20 соединен с другим входом блока индикации и сигнализации 21, связанного входами и выходами с вычислительным блоком 22, блок коммутации 23 соединен далее с электроприводами клапанов запорной арматуры 24-32 и регулируемыми средствами сброса газа 14; сигнализаторы положения клапанов 33, являющиеся частью конструкции запорной арматуры и соединенные с блоком обработки сигналов 19.

Блок обработки сигналов 19 получает информацию от газоанализаторов водорода и окиси углерода 10 и пожарных извещателей 11, 12, газоанализатора на кислород 9, датчиков давления инертного газа 4, сигнализаторов положения клапанов 33, датчиков давления 5 и температуры газа 6 в отсеках, переводит в цифровой код и распределяет в блок анализа достоверности сигналов 20, где происходит распознавание ложных сигналов от пожарных извещателей 11, 12 и их блокировка, в блок индикации и сигнализации 21, где осуществляется аудиовизуальный контроль состояния системы пожаротушения, а также в вычислительный блок 22, в котором производится:

непрерывный расчет максимального давления наддува на случай возникновения пожара,

определение текущих запасов инертного газа и потребного количества для наддува аварийного объекта,

выбор предпочтительного режима наддува или продувки и выдача рекомендаций персоналу,

реализация алгоритма режимов наддува или продувки при их активации оператором,

выдача команд в блок коммутации 23 и далее на электроприводы клапанов запорной арматуры 7, 24-32 и регулируемых средств сброса газа 14.

Автономные источники инертного газа 13 с распределительным трубопроводом с запорной арматурой - клапанами 30, 31, емкости с инертным газом 1 и резервные источники инертного газа 2 размещены вне герметичного объекта для повышения безопасности эксплуатации, остальное оборудование - внутри герметичного объекта для обеспечения автономности эксплуатации.

Система работает следующим образом. С момента включения устройство управления 8 постоянно получает информацию с газоанализаторов водорода и окиси углерода 10 и пожарных извещателей 11, 12, датчиков давления 4, 5 и температуры 6, сигнализаторов положения клапанов 33 запорной арматуры и регулируемых средств сброса газа 14 и анализирует пожарную ситуацию в закрытых специализированных объектах.

В вычислительном устройстве 22 осуществляется непрерывный расчет максимального давления, до которого можно надуть аварийный объект для снижения объемного содержания кислорода менее 12%. Одновременно определяются текущие запасы инертного газа для выбора источника инертного газа в случае возникновения пожара. Результаты расчета поступают в блок индикации и сигнализации 21.

При срабатывании газового 10 или теплового линейного 11 пожарных извещателей на нижнем уровне сигнализации блок обработки сигналов 19 выдает сигнал об угрозе возникновения пожара при местном перегреве или начале тления на блок индикации и сигнализации 21. Персонал принимает меры для ликвидации очага пожара, обесточивает силовое оборудование, использует огнетушители и т.д. При срабатывании газоанализатора водорода и окиси углерода 10 или теплового линейного 11 пожарного извещателя на верхнем уровне сигнализации или срабатывании комбинированных извещателей 12 в блоке анализа достоверности сигнала 20 осуществляется проверка достоверности сигналов и при подтверждении отсутствия ложной сигнализации в вычислительный блок 22 поступает сигнал о возникновении пожара. По получению сигнала вычислительный блок 22 выдает в блок индикации и сигнализации 21 информацию о месте возникновения пожара и рекомендации персоналу по проведению процесса объемного тушения пожара.

В соответствии с рекомендациями персонал выбирает ручное либо автоматическое пожаротушение. Программа автоматического пожаротушения, имеющаяся в вычислительном блоке 22, предусматривает осуществление как режима наддува, так и режима продувки. При этом в режиме наддува осуществляется наддув аварийного отсека до 0,4 МПа абс., а в режиме продувки поддерживается постоянный уровень общего давления в отсеке при объемном содержании кислорода менее 12% объемных и парциальном давлении кислорода не менее 12 кПа. Режим продувки является более комфортным для организма, но более длительным. Выбор режимов осуществляет оператор в зависимости от скорости развития пожара.

При запуске режима наддува устройство управления 8 определяет аварийный объект, потребное количество азота для требуемого подъема давления и количество азота в емкостях с инертным газом 1, в резервных источниках инертного газа 2 и в автономных источниках инертного газа 13 и устанавливает приоритет их использования.

Затем вычислительный блок 22 выдает команды в блок коммутации 23 на включение соответствующих приводов клапанов запорной арматуры для открытия клапанов, обеспечивающих подачу газа из выбранных емкостей или источников инертного газа в аварийный объект. Для наддува одного из герметичных отсеков ГО1-ГО4, например отсека ГО1, от емкостей с инертным газом 1 последовательно открываются клапаны 19, 28, 29 и газ через устройства ограничения расхода подачи инертного газа 15 поступает в устройства разбавления поступающего на выход инертного газа 17 и далее сбрасывается в ГО1.

В случае уменьшения давления, контролируемого по датчикам давления 4, в источнике инертного газа до минимального значения, например, в емкостях 1, вычислительный блок 22 выдает команды в блок коммутации на закрытие клапана 19 и переход на подачу инертного газа из резервного источника 2 и на открытие клапанов 7 и 24.

При достижении в объекте расчетного давления вычислительный блок 22 выдает команды на закрытие всех клапанов запорной арматуры. Во избежание избыточности наддува по достижении давления 0,4+0,5 МПа происходит автоматическое открытие предохранительных клапанов в аварийном объекте (на фиг.1 не показаны как не относящиеся к системе тушения пожара и входящие в конструкцию объекта).

При запуске режима продувки вычислительный блок 22 после установления приоритета использования источников инертного газа определяет последовательность выдачи сигналов в блок коммутации 23 для управления соответствующими клапанами запорной арматуры 7, 24-32 и регулируемыми средствами сброса газа 14 для выполнения условий, указанных выше.

В случае отказа устройства управления персонал может выполнить тушение пожара с использованием дублирующих ручных приводов запорной арматуры и регулируемых средств сброса газа 14, размещенных внутри герметичного объекта.

Основное назначение автономных источников инертного газа 13 - тушение пожара в герметичном объекте, где расположено устройство управления 8, в случае невозможности его функционирования из-за пожара. Подача инертного газа из автономного источника может дополнительно осуществляться с использованием ручных приводов запорной арматуры, размещенной вне герметичного объекта.

В ходе реализации предлагаемого технического решения обеспечивается:

регулирование подачи огнетушащего вещества инертного газа с безопасной для человека скоростью повышения давления и с ограничением допустимого максимального давления и поддержание объемного содержания кислорода на уровне, исключающем продолжение процесса горения и парциального давления кислорода на уровне, необходимом для сохранения жизни персонала в аварийном объекте при ликвидации пожара;

оперативная подача инертного газа с учетом физиологических возможностей организма человека, экономного использования инертного газа и, при необходимости, использования резервных запасов инертного газа;

автоматический и ручной режимы объемного тушения пожара;

максимальная целостность оборудования в аварийном герметичном объекте;

дополнительные возможности объемного тушения пожара за счет автономных запасов инертного газа.

Способ пожаротушения и реализующая его система относятся к пожарной безопасности и предназначены для использования в герметичных специализированных объектах. Задачей изобретения является обеспечение пожарной безопасности людей, находящихся в герметичных объектах - барокамерах, декомпрессионных камерах и других герметичных объектах. Способ тушения пожара в закрытых специализированных объектах заключается в определении объемного содержания кислорода и общего давления газовой смеси и наддуве инертным газом до достижения значений объемного содержания, при которых прекращается поддержание процесса горения, при этом в отличие от известного в нем производят измерение содержания водорода и окиси углерода, определяя начало процесса тления, одновременно контролируют температуру, градиент температуры и оптическую плотность газовой смеси для определения начала процесса возгорания и в процессе наддува регулируют подачу инертного газа со скоростью повышения общего давления не более 8 кПа/с для снижения объемного содержания кислорода ниже 15% при парциальном давлении кислорода не менее 12 кПа и не превышая значения абсолютного давления газа более 0,4 МПа. Система, осуществляющая способ, содержит емкости с инертным газом, резервные источники инертного газа, распределительные трубопроводы с запорной арматурой, соединенной с устройством управления, газоанализаторы кислорода, пожарные извещатели, также связанные с устройством управления, и отличается тем, что в нее введены газоанализаторы водорода и окиси углерода, датчики давления и температуры, регулируемые средства сброса газа, все соединенные с устройством управления, снабженным блоком анализа достоверности сигналов, блоком питания, блоком индикации и сигнализации, вычислительным блоком, блоком коммутации, устройства ограничения подачи инертного газа, а на выходах распределительных трубопроводов установлены устройства разбавления поступающего на выход инертного газа, 2 н.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ тушения пожара в закрытых специализированных объектах, заключающийся в определении объемного содержания кислорода и подаче инертного газа до достижения значений объемного содержания кислорода, при которых прекращается поддержание процесса горения, отличающийся тем, что производят измерение общего давления газовой смеси и содержания в ней водорода и окиси углерода, определяя начало процесса тления, одновременно контролируют температуру, градиент температуры и оптическую плотность газовой смеси для определения начала процесса возгорания и регулируют подачу инертного газа со скоростью повышения общего давления не более 8 кПа/с для снижения объемного содержания кислорода ниже 15% при парциальном давлении кислорода не менее 12 кПа и не превышая значения абсолютного давления газа 0,4 МПа.2. Система тушения пожара в закрытых специализированных объектах, содержащая емкости с инертным газом, резервные источники инертного газа, распределительные трубопроводы с запорной арматурой, соединенной с устройством управления, газоанализаторы кислорода, пожарные извещатели, также связанные с устройством управления, отличающаяся тем, что в нее введены газоанализаторы водорода и окиси углерода, датчики давления и температуры, регулируемые средства сброса газа, все соединенные с устройством управления, снабженным блоком анализа достоверности сигналов, блоком питания, блоком индикации и сигнализации, вычислительным блоком, блоком коммутации, выходные распределительные трубопроводы снабжены устройствами ограничения подачи инертного газа, а на выходах распределительных трубопроводов установлены устройства разбавления поступающего на выход инертного газа.