СПОСОБ ИНЕРТИЗАЦИИ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРОВ Российский патент 2009 года по МПК A62C2/00 A62C39/00 

Данное изобретение относится к способу инертизации для предотвращения пожара или взрыва в закрытой защищенной зоне посредством снижения содержания кислорода в защищенной зоне по сравнению с атмосферой, окружающей защищенную зону.

Способы инертизации для предотвращения и тушения пожаров в закрытых пространствах известны в технике пожаротушения. Конечный результат тушения этими способами основан на принципе замещения кислорода. Как известно, обычный атмосферный воздух содержит 21% кислорода по объему, 78% азота по объему и 1% по объему других газов. Для тушения или предотвращения пожаров вводят, например, инертный газ в виде чистого или 90%-ного азота для дополнительного увеличения концентрации азота в рассматриваемой защищенной зоне и тем самым снижают процентное содержание кислорода. Эффект тушения, как известно, имеет место, если процентное содержание кислорода уменьшается ниже примерно 15% по объему. В зависимости от вида горючих материалов, находящихся в соответствующей защищенной зоне, дополнительно может понадобиться дальнейшее снижение содержания кислорода до, например, 12% по объему. Наиболее легко воспламеняющиеся материалы не могут далее гореть при этой концентрации кислорода.

Газы, замещающие кислород, в этом «способе тушения инертным газом» обычно хранят сжатыми в стальных контейнерах в заданных прилегающих зонах или же используют устройство для получения газа, замещающего кислород. Соответственно, могут быть также использованы газовые смеси, содержащие, например, 90%, 95% или 99% азота (или другого инертного газа). Стальные контейнеры или устройство для получения газа, замещающего кислород, образуют так называемый первичный источник системы тушения пожара инертным газом. В случае необходимости газ затем направляют из этого источника через систему трубопроводов и соответствующие выпускные сопла в соответствующую защищенную зону. Чтобы также поддерживать риск возникновения пожара при случайном отказе указанных источников на минимально возможном уровне, иногда используют также вторичные источники инертного газа.

Все известные до настоящего времени способы повышения надежности таких противопожарных систем, основанных на принципе инертизации защищенной зоны инертным газом, направлены на предотвращение того, чтобы сохранялся поток газа, необходимого для поддержания концентрации, обеспечивающей инертизацию. В связи с этим описан ряд устройств, которые определяют различные источники инертного газа для первичного использования, а также вторичные источники инертного газа для потенциального использования, повышающие безопасность. Вторичный источник инертного газа сразу же вводится в действие в случае отказа первичного источника инертного газа. Для всех этих устройств и способов обычным является то, что для них не предусмотрен предохранительный механизм для случая неконтролируемого притока инертного газа даже после достижения уровнем инертизации величины, которая надежно предотвращает пожары. Однако состояние со слишком высокой концентрацией инертного газа может возникнуть, когда происходит случайное уравнивание уровней концентрации газа для инертизации вследствие утечки между соседними зонами с разным уровнем инертизации. Возможными другими неисправностями могут также являться отказ регулирующего механизма, который контролирует подачу инертного газа, или же то, что генератор, используемый для получения инертного газа, не отключается, или в подающем клапане нарушена герметичность уплотнения, и продолжается поступление потока инертного газа в защищенную зону.

Основанием для высокого уровня инертизации при соответствующем, еще сравнительно высоком содержании кислорода может являться то, что в защищенной зоне находятся люди, или для людей должна оставаться возможность входа в защищенную зону даже при увеличенной концентрации газа для инертизации, используемой для предотвращения пожаров. Непрерывный приток газа для инертизации в защищенную зону, соответственно, не только приводит к увеличению затрат на непрерывное получение инертного газа или освобождение инертного газа из первичного и/или вторичного источников, но он также создает, в частности, критические проблемы в отношении безопасности людей в защищенной зоне.

В соответствии с описанными выше проблемами, связанными с требованиями техники безопасности в отношении системы пожаротушения инертным газом и слишком высокими концентрациями газа для инертизации, целью данного изобретения является дальнейшее совершенствование способа инертизации такого типа, как это было описано выше, таким образом, чтобы обеспечить надежное снижение концентраций газа для инертизации, которые слишком высоки или которые слишком высоки для специфических требований, например, в отношении входа персонала в защищенную зону.

Поставленная задача решена в данном изобретении с помощью способа инертизации, описанного выше, в котором непрерывно измеряют содержание кислорода в защищенной зоне, сравнивают его с пороговой величиной (уровнем максимальной инертизации) и в случае, если оно - непреднамеренно - опускается ниже пороговой величины (уровня максимальной инертизации), в защищенную зону вводят свежий воздух.

В данном случае термин «свежий воздух» также относится к воздуху с пониженным содержанием кислорода, который, однако, имеет более высокое содержание кислорода по сравнению с его содержанием в защищенной зоне.

Особое преимущество данного изобретения заключается в предоставлении простого в реализации и вместе с этим очень эффективного способа инертизации для предотвращения пожара в закрытых зонах даже в случае неконтролируемого потока инертного газа, обусловленного технической неисправностью системы получения инертного газа или системы подачи инертного газа. В любом случае вокруг защищенной зоны имеется достаточный объем свежего воздуха. При этом, несомненно, устраняются недостатки известных устройств и способов, которые могут создавать угрозу безопасности людей, находящихся в защищенной зоне.

Далее рассмотрены варианты осуществления в виде зависимых пунктов формулы изобретения.

Предпочтительно пороговая величина для содержания кислорода, при которой в защищенную зону вводят свежий воздух, меньше величины содержания кислорода при базовом уровне инертизации. Эта разница между величинами содержания кислорода целесообразна, поскольку содержание кислорода, выбранное в качестве базового уровня инертизации, будет предотвращать пожар при сохраняющейся возможности для людей войти в защищенную зону. Если это содержание кислорода продолжает уменьшаться вследствие избыточной подачи инертного газа из-за неисправности оборудования, то при сохраняющемся состоянии, обеспечивающем предотвращение пожара, возрастает опасность для людей, остающихся в данном помещении. Пороговая величина для содержания кислорода в защищенной зоне должна быть, соответственно, выбрана так, чтобы она была ниже содержания кислорода при базовом уровне инертизации, однако она не должна быть меньше величины, которая представляла бы опасность для людей.

В качестве альтернативы измерению содержания кислорода в защищенной зоне возможно также измерение содержания в защищенной зоне инертного газа. В этом случае содержание инертного газа затем сравнивают с пороговой величиной, и в случае, когда оно превышает эту величину, в защищенную зону вводят свежий воздух. Этот способ предполагает наличие прямой связи между содержанием кислорода и содержанием инертного газа в естественной атмосфере. Эта зависимость известна для типичных ситуаций по предотвращению пожара.

Содержание кислорода в защищенной зоне предпочтительно измеряют в нескольких местах с помощью соответственно одного или нескольких датчиков. Преимущество измерения содержания кислорода в нескольких местах заключается в том, что величина снижения ниже пороговой величины в одном из мест определяется сразу же, даже в случае неравномерной концентрации кислорода. Другим преимуществом использования нескольких датчиков является резервирование. Если какой-либо датчик дефектный или имеется разрыв в линии к датчику, то другой датчик может взять на себя задачу по выполнению измерений.

В случае затруднений с прокладкой кабелей к разным датчикам возможна передача сигналов от датчиков в блок управления по радио.

В качестве альтернативы для измерения содержания кислорода в одном или нескольких местах возможно также измерение содержания инертного газа в защищенной зоне в одном или нескольких местах с помощью соответственно одного или нескольких датчиков инертного газа. Преимущество такого измерения в нескольких местах аналогично преимуществу в измерении концентрации кислорода в нескольких местах. Следует особо обратить внимание на то, что одновременное измерение как содержания кислорода, так и содержания инертного газа существенно повышает безопасность людей в защищенной зоне.

В одном из других предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения сигналы от датчиков кислорода и/или инертного газа поступают в блок управления. Предпочтительно все электронные компоненты, требующиеся для оценки сигналов датчиков, сосредоточены в этом блоке управления. В блоке управления могут быть также предусмотрены разные алгоритмы обработки в соответствии с разными концентрациями газовой смеси.

В другом предпочтительном варианте осуществления блок управления может также включать и выключать систему подачи свежего воздуха. Включение логических схем управления системой подачи свежего воздуха в блок управления также отвечает критерию в отношении компактности конструкции с обработкой всех сигналов для измерения и управления в одном электронном блоке.

Подачу свежего воздуха предпочтительно регулируют таким образом, чтобы не превысить уровень максимальной инертизации. Также не опускаются ниже базового уровня инертизации. Это означает, что концентрацию кислорода в защищенной зоне регулируют также и при подаче свежего воздуха таким образом, чтобы возникновение пожара надежно предотвращалось при базовом уровне инертизации. Для этого важно, чтобы подача свежего воздуха включалась - самое позднее - при достижении уровня максимальной инертизации, который создавал бы опасность для людей в защищенной зоне.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения блок управления контролирует вторую защищенную зону. Также для этой второй защищенной зоны имеется система подачи свежего воздуха, по меньшей мере один датчик кислорода и/или по меньшей мере один датчик инертного газа и зональный клапан для контроля подачи инертного газа. Также предусмотрено, что в этой второй запрещенной зоне не превышается уровень максимальной инертизации, а также, с другой стороны, не опускается ниже базового уровня инертизации. Преимущество разделения на разные защитные зоны с разными уровнями инертизации заключается в том, что обеспечиваются разные возможности для входа людей в эти зоны.

Хотя и имеются разные защищенные зоны, все линии для измерений и управления сведены в один блок управления. Преимуществом здесь является более простое техническое обслуживание и компактная конструкция электронной аппаратуры для всей совокупности сигналов и их оценки для разных защищенных зон.

Предпочтительно для блока управления может быть также предусмотрено задание разных величин базового уровня и уровня максимальной инертизации для каждой защищенной зоны. Например, содержание кислорода при базовом уровне инертизации в защищенной зоне 1a может быть ниже соответствующей величины в защищенной зоне 1b. Преимущество такой дифференциации заключается в возможности для людей находиться в одной защищенной зоне в то время, когда содержание кислорода в другой зоне выбрано таким низким, что людям в этой зоне находиться невозможно. Такое разделение могло бы оказаться уместным, когда легко воспламеняющиеся материалы хранятся в одной защищенной зоне, а материалы с обычной горючестью хранятся в другой защищенной зоне, в которую люди регулярно входят и выходят из нее.

Ниже представлено более подробное описание способа по данному изобретению со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 - схема защищенной зоны со связанными с ней источниками инертного газа, а также клапаном, оборудованием для измерения и управления, системой подачи свежего воздуха и впускными соплами для этой системы подачи свежего воздуха;

фиг.2 - пример изменения концентрации кислорода в защищенной зоне;

фиг.3 - схема системы инертизации, содержащая две зоны и специфические для каждой зоны компоненты для ее инертизации.

Схема на фиг. 1 представляет собой пример базового использования способа по данному изобретению, включающий взаимосвязанные системы для управления и измерений. При этом трубопроводы изображены в виде жирных линий, а линии для управления/контроля изображены в виде обычных тонких линий. Инертный газ может быть подан из источника инертного газа 2 через клапан 3a и одно или несколько выпускных сопел 6a в защищенную зону 1a. Источник инертного газа может при этом иметь разное конструкционное исполнение. Типичный случай исполнения предусматривает использование инертного газа из одного или нескольких контейнеров, например из стальных баллонов. В качестве альтернативы может быть использован генератор для получения инертного газа (например, азота) или смеси инертного газа и воздуха. Также для первичного источника газа возможно исполнение с резервированием для повышения безопасности, т.е. при необходимости используется вторичный источник инертного газа, в котором сжатый инертный газ также находится в стальных баллонах, или же он производится генератором для получения инертного газа. Концентрация инертного газа в защищенной зоне 1a регулируют блоком управления 4, который, в свою очередь, приводит в действие клапан 3a. Блок управления 4 настраивают таким образом, чтобы в защищенной зоне 1a достигался базовый уровень инертизации. Этот базовый уровень инертизации снижает риск возникновения пожара или взрыва в защищенной зоне 1a и поддерживается введением инертного газа в защищенную зону 1a из источника инертного газа 2 через клапан 3a и впускное сопло 6a для инертного газа. В случае ошибочного функционирования этого устройства, например если клапан 3a не закрыт или генератор для получения инертного газа или смеси инертного газа и воздуха не отключается, вследствие чего инертный газ непрерывным образом поступает в защищенную зону через впускное отверстие для инертного газа, и концентрация инертного газа в защищенной зоне непрерывно повышается, так что содержание кислорода уменьшается до величины, которая значительно ниже желательного базового уровня инертизации, приводится в действие следующее устройство по данному изобретению. Если блок управления 4 измеряет посредством датчика кислорода 5a концентрацию кислорода, которая является слишком низкой, то он выдает вследствие этого сигнал на закрытие клапана 3a или сигнал на выключение генератора для получения инертного газа или смеси инертного газа и воздуха. Если эти два условия выполняются, а концентрация кислорода в защищенной зоне 1a продолжает снижаться, о чем также могут сигнализировать блоку управления 4 датчики 12a инертного газа, то активируется система 8a подачи свежего воздуха, обеспечивая подачу дополнительного свежего воздуха в защищенную зону 1a через одно или несколько впускных отверстий 7a для подачи свежего воздуха. Объем подаваемого свежего воздуха при этом устанавливают таким образом, чтобы даже в случае максимальной производительности системы для получения инертного газа (выполненной в виде баллонов с газом или в виде генератора) концентрация инертного газа в защищенной зоне 1a не могла снижаться далее. Это обеспечивает желательную концентрацию кислорода в защищенной зоне 1a даже в случае выхода из строя блока управления подачей инертного газа в защищенную зону 1a. Тем самым надежным образом предотвращается возникновение пожара, и вместе с этим люди еще могут при необходимости оставаться в защищенной зоне 1a без опасности какого-либо неблагоприятного воздействия.

Фиг. 2 представляет собой пример возможного изменения концентрации кислорода в защищенной зоне 1a. Концентрацию кислорода регулируют до соответствия базовому уровню инертизации (заданной целевой величины), который фактически находится между верхней и нижней заданными величинами. Источник инертного газа активируют и инертный газ вводят в защищенную зону 1a в момент времени t₀. В результате этого введения инертного газа в защищенную зону 1a концентрация кислорода снижается в период времени между моментами t₀ и t₁. Источник инертного газа деактивируют снова в момент времени t₁. Концентрация кислорода продолжает медленно повышаться снова до момента времени t₂ вследствие, например, поступления некоторого количества свежего воздуха в защищенную зону вследствие просачивания окружающего воздуха. Источник инертного газа реактивируют в момент времени t₂. Если какие-либо неисправности препятствуют деактивации источника инертного газа, то, соответственно, концентрация кислорода в защищенной зоне продолжает уменьшаться. Максимальная концентрация инертизации, допустимая для защищенной зоны 1, которая еще остается безопасной для людей, достигается в момент времени t₃. Если система инертного газа неисправна, т.е. имеет место беспрепятственный непрерывный приток инертного газа в защищенную зону, то концентрация кислорода будет продолжать уменьшаться после момента времени t₃, что может сделать защищенную зону небезопасной для находящихся в ней людей. Посредством контролируемого в соответствии с данным изобретением притока свежего воздуха, поступающего с момента времени t₃, концентрация кислорода не уменьшается ниже уровня максимальной инертизации, т.е. концентрация кислорода в защищенной зоне остается выше уровня максимальной инертизации. Может быть также предусмотрена аварийная сигнализация (не показана на фигуре), которая приводится в действие в момент времени t₃. Базовый уровень инертизации, при котором надежным образом предотвращается возникновение пожара, повторно достигается в момент времени t₄. Для того чтобы поддержать защиту против пожара, подачу свежего воздуха отключают снова в момент времени t₄.

Фиг.3 представляет другой вариант системы инертизации, которая в данном случае содержит две защищенные зоны 1a и 1b и соответствующие каждой зоне компоненты для инертизации и мониторинга. Защищенную зону 1a контролируют в этом случае в соответствии с подробным описанием, представленным выше в отношении фиг.1 и 2. Дополнительно изображена другая защищенная зона 1b с взаимосвязанными с ней компонентами для инертизации и мониторинга. Указанные компоненты включают в себя клапан 3b, впускное отверстие для инертного газа 6b, датчик кислорода 5b, впускное отверстие для подачи свежего воздуха 7b и систему 8b для подачи свежего воздуха. В качестве альтернативы блок управления 4, изображенный на фиг.3, мог бы также состоять из двух отдельных блоков управления. Две защищенные зоны 1a, 1b отделены одна от другой перегородкой 9. В качестве альтернативы блок управления 4, изображенный на фиг.3, мог бы также состоять из двух отдельных блоков управления. Защищенная зона 1a, которая в этом случае закрыта для входа людей, имеет другой (более высокий) уровень инертизации по сравнению с защищенной зоной 1b, которая, несмотря на инертизацию, доступна для входа и выхода людей обычным образом. Защищенная зона 1a могла бы иметь уровень инертизации, при котором концентрация кислорода составляет, например, 13% по объему. В отличие от этого блок управления 4 обеспечивает другой уровень инертизации для защищенной зоны 1b, например, с содержанием кислорода 17% по объему. Вследствие проницаемости перегородки 9 инертный газ может неконтролируемым образом поступать из защищенной зоны 1a в защищенную зону 1b. Это изображено на фиг.3 стрелками 10. Функцией блока управления 4 является поддержание разных уровней инертизации в защищенных зонах 1a и 1b посредством подачи инертного газа через клапаны 3a и 3b и подачи при необходимости свежего воздуха через системы 8a и 8b для подачи свежего воздуха и впускные отверстия для подачи свежего воздуха 7a и 7b, как это было указано в подробном описании фиг.1. Клапаны 3a и 3b также относят в этом случае к зональным клапанам, поскольку разные защищенные зоны 1a и 1b представляют собой разные контролируемые зоны.

Способ инертизации для предотвращения пожара или взрыва в первой закрытой защищенной зоне посредством снижения содержания кислорода в защищенной зоне до базового уровня инертизации по сравнению с окружающим воздухом. Для обеспечения возможности устранения какой-либо опасности для людей или процессов в защищенной зоне способом по данному изобретению предусмотрено измерение содержания кислорода в защищенной зоне, сравнение его с пороговой величиной, которая для концентрации кислорода ниже величины содержания кислорода при базовом уровне инертизации, и в случае, если оно уменьшается ниже пороговой величины, введение свежего воздуха в защищенную зону. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ инертизации для предотвращения пожара или взрыва в первой закрытой защищенной зоне (1а) и/или второй закрытой защищенной зоне (1b), в котором для предотвращения пожара содержание кислорода в защищенной зоне (1а, 1b) понижают по сравнению с окружающим воздухом до базового уровня инертизации, который соответствует содержанию кислорода, предоставляющему возможность безопасного нахождения людей в защищенной зоне (1а, 1b), отличающийся тем, что измеряют содержание кислорода в защищенной зоне (1а, 1b), сравнивают его с пороговой величиной и в случае, если оно уменьшается ниже пороговой величины, то в защищенную зону (1а, 1b) вводят свежий воздух.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговая величина для концентрации кислорода ниже величины содержания кислорода при базовом уровне инертизации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание кислорода в защищенной зоне (1а, 1b) снижают введением инертного газа, замещающего кислород, или смеси инертного газа и воздуха, измеряют содержание инертного газа в защищенной зоне (1а, 1b), сравнивают его с пороговой величиной и при превышении пороговой величины вводят в защищенную зону (1а, 1b) свежий воздух.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание кислорода в защищенной зоне (1а, 1b) измеряют в одном или нескольких местах посредством соответственно одного или нескольких датчиков кислорода (5а, 5b).

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что содержание кислорода в защищенной зоне (1a, 1b) измеряют в одном или нескольких местах посредством соответственно одного или нескольких датчиков кислорода (5а, 5b).

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что содержание инертного газа в защищенной зоне (1а, 1b) измеряют в одном или нескольких местах посредством соответственно одного или нескольких датчиков инертного газа (12а, 12b).

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что измеренные величины содержания кислорода и содержания инертного газа соответственно вводят в блок управления (4).

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что измеренные величины содержания кислорода и содержания инертного газа соответственно вводят в блок управления (4).

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что блок управления (4) может включать и выключать систему подачи свежего воздуха (8а, 8b).

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что блок управления (4) может включать и выключать систему подачи свежего воздуха (8а, 8b).

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу свежего воздуха регулируют таким образом, чтобы не опускаться ниже предварительно устанавливаемого уровня максимальной инертизации и не подниматься выше базового уровня инертизации.

12. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу свежего воздуха регулируют таким образом, чтобы не опускаться ниже предварительно устанавливаемого уровня максимальной инертизации и не подниматься выше базового уровня инертизации.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что блок управления (4) контролирует вторую защищенную зону (1b) посредством системы (8b) подачи свежего воздуха, по меньшей мере одного датчика кислорода (5b), по меньшей мере одного датчика инертного газа (12b), зонального клапана (3b), впускного отверстия (6b) для инертного газа и впускного отверстия (7b) для свежего воздуха таким образом, чтобы концентрация кислорода в ней не опускалась ниже уровня максимальной инертизации и не поднималась выше базового уровня инертизации.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что блок управления (4) контролирует вторую защищенную зону (1b) посредством системы (8b) подачи свежего воздуха, по меньшей мере одного датчика кислорода (5b), по меньшей мере одного датчика инертного газа (12b), зонального клапана (3b), впускного отверстия (6b) для инертного газа и впускного отверстия (7b) для свежего воздуха таким образом, чтобы концентрация кислорода в ней не опускалась ниже уровня максимальной инертизации и не поднималась выше базового уровня инертизации.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что блок управления (4) контролирует вторую защищенную зону (1b) посредством системы (8b) подачи свежего воздуха, по меньшей мере одного датчика кислорода (5b), по меньшей мере одного датчика инертного газа (12b), зонального клапана (3b), впускного отверстия (6b) для инертного газа и впускного отверстия (7b) для свежего воздуха таким образом, чтобы концентрация кислорода в ней не опускалась ниже уровня максимальной инертизации и не поднималась выше базового уровня инертизации.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что блок управления (4) контролирует вторую защищенную зону (1b) посредством системы (8b) подачи свежего воздуха, по меньшей мере одного датчика кислорода (5b), по меньшей мере одного датчика инертного газа (12b), зонального клапана (3b), впускного отверстия (6b) для инертного газа и впускного отверстия (7b) для свежего воздуха таким образом, чтобы концентрация кислорода в ней не опускалась ниже уровня максимальной инертизации и не поднималась выше базового уровня инертизации.

17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что блок управления (4) регулирует концентрацию кислорода в защищенных зонах (1a, 1b) таким образом, чтобы при уровне максимальной инертизации указанная концентрация кислорода была выше во второй защищенной зоне (1b) по сравнению с первой защищенной зоной (1а).