СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК A62C2/00 A62C35/00 

Изобретение относится к способам и устройствам тушения пожаров и предназначено для использования в противопожарной технике, в частности в системах объемного пожаротушения.

Известны традиционные способы тушения пожаров в замкнутых объемах, основанные на подаче в защищаемые объемы помещений, технологического оборудования и т.п. из предварительно заполненных высокопрочных емкостей или баллонов различных газовых огнетушащих составов (инертных разбавителей или хладонов, см., например, Баратов А.Н., Иванов Е.Н. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. - М.: Химия, 1979. - 368 с.; Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004. - 364 с.; патент Великобритании №2020971, кл. A62C 37/00, НКИ A5A, 1979).

Недостатком этих способов пожаротушения является их невысокая огнетушащая эффективность, а в ряде случаев, высокая экологическая или токсическая и коррозионная опасность (газовое тушение на основе озоноопасных хлор/бромхладонов или фторхладонов). Кроме того, все технические средства (устройства, установки и системы) пожаротушения, реализующие все традиционные способы объемного газового пожаротушения, имеют достаточно высокие массогабаритные и стоимостные показатели, невысокую надежность (из-за возможной утечки газов в процессе эксплуатации), сложность и трудоемкость обслуживания и эксплуатации.

Указанные недостатки частично устранены при объемном способе тушения с применением устройства, содержащего корпус с выходным отверстием, заряд, генерирующее огнетушащее вещество и узел пуска (заявка Великобритании №2028127, кл. A62C 13/22, НКИ A5A, 1980).

В этом случае при срабатывании узла пуска воспламеняется пиротехнический или твердотопливный заряд, газообразные продукты горения которого являются огнетушащими и, поступая через выходное отверстие в зону пожара, осуществляют его тушение.

При этом указанные способ и устройство имеют недостаточную огнетушащую эффективность, обусловленную низкой огнетушащей способностью газообразных продуктов горения, являющихся инертными разбавителями, и повышенную температуру получаемых инертных разбавителей, представляя опасность для людей и окружающего оборудования.

Известны более эффективные способы объемного тушения с применением устройства (генератора аэрозоля), наиболее близкого предлагаемому и взятого за прототип, которое размещают в защищаемом помещении и включают после возникновения пожара, содержащего корпус с выходными отверстиями, заряд специального дымообразующего состава, генерирующий огнетушащий аэрозоль (смесь высокодисперсных твердых частиц соединений щелочных металлов и газовых разбавителей) и узел пуска (например, патент РФ №2046614, кл. A62C 37/00, опубл. 27.10.95, бюл. №30).

При таком объемном тушении имеет место ряд существенных недостатков:

- генерируемый и подаваемый для объемного тушения эффективный огнетушащий аэрозоль медленно и неравномерно распределяется по объему защищаемого помещения, что снижает эффективность, время и надежность тушения (особенно в негерметичных объемах);

- высокая температура огнетушащего аэрозоля на выходе из генератора (устройства получения и подачи аэрозоля для тушения) (1000-1300°C и более), что способствует локальному и во всем объеме повышению температуры и представляет большую опасность для обслуживающего персонала, ограждающих конструкций защищаемого объекта и встроенного оборудования (возможны ожоги для людей, разрушения ограждающих конструкций и встроенного оборудования);

- при подаче огнетушащего аэрозоля в защищаемом и смежных помещениях резко снижается прозрачность среды (ввиду наличия в аэрозоле большого количества высокодисперсных частиц аэрозоля), что существенно затрудняет эвакуацию людей, подвергается более длительному негативному воздействию на человека и оборудование щелочных частиц.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ объемного пожаротушения, заключающийся в предварительном размещении в защищаемом объеме генераторов с зарядами аэрозолеобразующих составов, приведении их в действие после возникновения пожара с подачей огнетушащего аэрозоля, при этом дополнительно одновременно или после начала работы генератора (с задержкой не более половины времени горения заряда аэрозолеобразующего состава) подается небольшое количество (~1,5-3,0% об.) инертного газа для перемешивания среды и более быстрой доставки аэрозоля в очаг пожара (А.с. СССР №1741815 A1, кл. A62C 2/00, опубл. 23.06.92, бюл. №23). Данный способ тушения (прототип) позволяет за счет интенсивного перемешивания аэрозольной среды и дополнительной подачи небольшого количества инертного газа снизить расход аэрозолеобразующего огнетушащего состава, сократить время тушения, снизить токсичность среды.

Однако данный способ и устройства подачи высокотемпературного аэрозоля не устраняют основные недостатки, свойственные вышеописанным способу и устройству:

- имеет место опасное воздействие высокотемпературных аэрозоля и корпуса устройства тушения - генератора (1000-1300°C и более) на людей, ограждающие конструкции защищаемого объекта и внутри располагаемые оборудования и горючие вещества и материалы, так как подаваемый в небольших количествах дополнительно одновременно или с задержкой (после начала подачи аэрозоля) инертный газ практически не снижает температуры аэрозоля и среды в защищаемом объеме;

- при таких высоких температурах аэрозоля происходит быстрое «всплытие» аэрозольного облака, существенная потеря огнетушащей смеси через неплотности защищаемого объекта (особенно в верхней зоне объема), что снижает эффективность аэрозольного пожаротушения и ограничивает его применение на практике в больших по величине (десятки, сотни и более куб. м) объемах;

- применяемое для тушении количество газоаэрозольной смеси (при количестве дополнительно подаваемого инертного газа - 1-3% об.) создает в защищаемом и смежных помещениях непрозрачную (сильно задымленную) среду, вызывая невидимость окружающих объектов и затрудняя эвакуацию людей, что существенно ограничивает область практического применения аэрозольного пожаротушения;

- для реализации данного способа тушения подача огнетушащего аэрозоля и инертного газа осуществляется раздельно (независимо от согласованности подачи аэрозоля и газа: одновременно или подача газа с задержкой после начала подачи аэрозоля) из различных устройств, разнесенных по защищаемому объему (отдельно брикетов или генераторов аэрозоля и отдельно системы подачи и распыления газа), что увеличивает металлоемкость, загромождает защищаемый объект и удорожает систему пожаротушения на стадиях ее монтажа и эксплуатации.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности процесса и систем объемного пожаротушения, а также расширение области практического применения средств аэрозольного пожаротушения.

Заявляемые способ пожаротушения и устройство для его реализации устраняют указанные недостатки

Для этого в способе пожаротушения, включающем подачу в защищаемое помещение после возникновения пожара огнетушащих газов и аэрозолей твердотопливных аэрозолеобразующих составов, в качестве огнетушащих газов применяют экологически безопасные газы, например азот, углекислый газ или озонобезопасные хладоны, и при тушении их предварительно смешивают с огнетушащими аэрозолями, при этом подачу аэрозолей осуществляют в струи газов с задержкой не менее 1 с, а огнетушащие аэрозоли подают в струи экологически безопасных огнетушащих газов при соотношении секундных расходов подаваемых огнетушащих газов и аэрозольного состава (2÷6)/1.

В устройстве для осуществления способа, содержащем корпус, включающий камеру сгорания с зарядом твердотопливных аэрозолеобразующих огнетушащих составов, средство для воспламенения заряда и выходное отверстие с удерживающей решеткой и мембраной, корпус выполнен в виде двух цилиндров, эксцентрично расположенных один в другом, при этом наружный цилиндр жестко закреплен на внутреннем цилиндре камеры сгорания, образуя замкнутое межцилиндровое пространство, а внутренний цилиндр, в котором размещается заряд аэрозолеобразующих составов, на расстоянии от удерживающей решетки и мембраны камеры сгорания 0,1-10 его диаметра имеет равномерно распределенные по образующей цилиндра профилированные отверстия с мембраной, сообщающиеся с межцилиндровым пространством, наружный цилиндр имеет штуцеры для подачи в межцилиндровое пространство экологически безопасных огнетушащих газов, при этом внутренний цилиндр имеет дополнительно смесительную канальную камеру, которая выполнена, например, в виде цилиндра, сопла, диффузора, конфузора, эжектора или их комбинации.

Технический эффект, реализуемый заявляемыми способом и устройством, обуславливается следующим.

После возникновения пожара в защищаемый объем подают огнетушащие газы и аэрозоли твердотопливных аэрозолеобразующих составов, а в качестве огнетушащих газов применяют экологически безопасные газы, например азот, углекислый газ или озонобезопасные хладоны, и при тушении их предварительно смешивают с огнетушащими аэрозолями, при этом подачу аэрозолей осуществляют в струи газов в соотношении секундных расходов аэрозольных составов и газов как 1:(2-6) и с задержкой не менее 1 с (для стабилизации режима подачи газов) - см. таблицу и фиг.1 и 2.

Для подтверждения преимущества и эффективности предлагаемых способа и устройства объемного пожаротушения проведены комплексные испытания по объемному тушению различных горючих веществ и материалов в экспериментальных камерах с различной степенью негерметичности объемом от 0,11 до 12 м³. Основные опыты проводили в металлической камере объемом 1,0 м³ (ширина/длина/высота=1,0/1,0/1,0 м). Опыты проводились по единой методике. В экспериментальной камере у одной из стенок на стойке закрепляли снаряженный заданным по массе зарядом твердотопливного аэрозолеобразующего состава (АОС) генератор аэрозоля для комбинированного пожаротушения с цилиндрической камерой смешения газов и аэрозолей АОС (модельный образец заявляемого устройства).

В качестве АОС применяли модификации типа СБК и СТК-2МД. Заряды АОС СБК изготавливались на основе нитрата и перхлората калия, дивинилстирольного каучука и идитола (температура аэрозолеобразования - 1250°C), а заряды АОС СТК-2МД - на основе нитрата калия, идитола и дициандиамида (температура аэрозолеобразования - 950°C). Для данных АОС количество твердых частиц в аэрозоле - 50% масс. от исходной массы заряда АОС.

В качестве газов, подаваемых в генератор комбинированного тушения из баллонов через редуктор, клапан и расходомер с заданными секундным расходом и алгоритмом, применяли экологически безопасные огнетушащие газы или их смеси: азот, углекислый газ или хладон (галлон) 227 ea. Опыты проводили в следующей последовательности. На дне камеры, вне зоны влияния струй составов, устанавливали 2 модельных очага пожара - противни диаметром 100 мм с н-гептаном. Зажигали очаги. Время свободного горения очагов - 60-90 с. По истечении данного времени включали генератор и осуществляли по заданному алгоритму подачу огнетушащих газов (или их смесей), аэрозолей или комбинированных смесей газов и аэрозолей.

В опытах фиксировали исходные количества подаваемых газов, АОС (их удельные массовые расходы или концентрации), время подачи и секундные расходы, общие количества (общий удельный массовый расход) подаваемых огнетушащих веществ (ОТВ), а также температуру подаваемых из генератора огнетушащих веществ (смесей), среднюю температуру среды в защищаемом объеме, дальность видимости точечного источника света и время тушения всех модельных очагов.

В специальных опытах в темных помещениях объемом 1,5 и 180 м³ при отсутствии очагов пожара уточнены значения дистанции видимости точечного источника света при различных значениях удельных массовых расходов зарядов (имитация заявляемого способа тушения при частичной замене твердофазного аэрозоля экологически безопасными практически прозрачными огнетушащими газами). За показатель дистанции видимости принимали расстояние от определенного источника света (в данных опытах применяли лампу накаливания мощностью 25 Вт, помещаемую за непрозрачный экран с отверстием 10×50 мм) до наблюдателя, при котором достаточно четко просматривается источник света. В данных опытах расстояние фиксировали оператор и с помощью видеокамеры.

Характерные результаты испытаний, свидетельствующие о преимуществах заявляемых технических решений, представлены в таблице и графиках фиг.1 и 2.

Из таблицы видно, что комбинированное тушение аэрозолем твердотопливных аэрозолеобразующих составов (АОС) при подаче его в струи экологически безопасных газов позволяет снизить не только расход АОС в 2-3 раза (опыты 12-14, 18-21, 25-28, 32-34), но и общий расход огнетушащих составов (опыты 12-13,19-20, 25-27, 32-33). При этом время тушения уменьшается с 14-19 до 9-10 с, то есть тушение обеспечивается за время подачи огнетушащих смесей.

Преимуществом нового способа и устройства тушения является:

- существенное понижение температуры подаваемого из устройства огнетушащего аэрозоля за счет его охлаждения «холодными» газами (опыты 26-28, 33-34) до пожаробезопасных значений (90-320°C) заметно снижает опасное высокотемпературное воздействие струй аэрозоля на людей, оборудование и ограждающие конструкции защищаемых помещений и изделий (см. графики фиг.1)

- при частичной замене твердых частиц аэрозоля на достаточно «холодные» и прозрачные экологически безопасные газы не менее чем в 2,0-2,5 раза увеличивается дальность видимости в аэрозольной среде (см. опыты 10-16,17-21, 24-28, 32-34 и графики фиг.2), что повышает безопасность эвакуации людей из защищаемых помещений, снижает токсическое действие щелочных аэрозолей на людей и коррозионное воздействие на приборы и оборудование.

Таким образом, как следует из представленных в таблице и графиков результатов комплексных испытаний, предлагаемые способ и устройство позволяют по сравнению с прототипом осуществить более эффективное и надежное объемное тушение различных горючих веществ в замкнутых объемах стационарных и передвижных объектов различного назначения, заменять малоэффективные и экологически опасные средства пожаротушения, обеспечить безопасную подачу низкотемпературной огнетушащей газоаэрозольной смеси, что позволяет понизить опасность высокотемпературного воздействия на людей, оборудование и ограждающие конструкции защищаемых объектов, повысить прозрачность (дальность видимость) среды защищаемых помещений, обеспечивая быструю эвакуацию людей, и тем самым расширить область практического применения средств аэрозольного пожаротушения.

На фиг.1 представлена зависимость среднеобъемной температуры в условно герметичном объеме при тушении очага гептана от величины удельного расхода АОС типа СБК и СТК-2МД (или при частичной замене высокотемпературного аэрозоля на «холодные» газы),

на фиг.2 - обобщенная зависимость видимости (расстояние от наблюдателя) объекта наблюдения в аэрозольной среде от удельного расхода типовых АОС (в пересчете, что из АОС в аэрозоль выделяется ~50% твердых частиц): x - СТК; Δ - СБК, на фиг.3 - общий вид заявляемого устройства в разрезе.

Устройство (фиг.3) содержит корпус 5, включающий камеру сгорания с зарядом твердотопливных аэрозолеобразующих огнетушащих составов 4 и фиксатором его положения 6, средством для воспламенения заряда 8 и выходным отверстием с удерживающей решеткой и мембраной 2, а корпус выполнен в виде двух цилиндров 3, 5, эксцентрично расположенных один в другом, при этом наружный цилиндр жестко закреплен на внутреннем цилиндре камеры сгорания, образуя замкнутое межцилиндровое пространство, а внутренний цилиндр, в котором размещается заряд аэрозолеобразующих составов 4, на расстоянии от удерживающей решетки и мембраны камеры сгорания 0,1-10 его диаметра имеет равномерно распределенные по образующей цилиндра профилированные отверстия с мембраной 1, сообщающиеся с межцилиндровым пространством, наружный цилиндр имеет штуцеры 7 для подачи в межцилиндровое пространство экологически безопасных огнетушащих газов, при этом внутренний цилиндр может иметь дополнительно для охлаждения смесительную канальную камеру 9, которая выполнена, например, в виде цилиндра, сопла, диффузора, конфузора, эжектора или их комбинации.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении и обнаружении пожара подается команда на включение подачи огнетушащего газа, который подается с определенным секундным расходом через штуцер 7, межцилиндровое пространство и профилированные отверстия 1 в устье выходного отверстия или в смесительную канальную камеру и далее в защищаемый объем. По истечении определенного времени, необходимого для стабилизации подачи газа, посредством средства воспламенения 8 заряда аэрозолеобразующего состава 4 инициируется генерация огнетушащего аэрозоля и его подача в сформировавшуюся струю огнетушащего газа. Комбинированная в заданном соотношении газа и аэрозоля охлажденная огнетушащая смесь с требуемыми параметрами через смесительную, например, цилиндрическую камеру 9 подается в защищаемый объем для тушения.

Способ включает подачу в защищаемое помещение огнетушащих экологически безопасных газов, например азота, углекислого газа или озонобезопасных хладонов, которые при тушении предварительно смешивают с огнетушащими аэрозолями, при этом подачу аэрозолей осуществляют в струи газов с задержкой не менее 1 с, а огнетушащие аэрозоли подают в струи экологически безопасных огнетушащих газов при соотношении секундных расходов подаваемых огнетушащих газов и аэрозольного состава (2÷6)/1. Устройство содержит корпус с камерой сгорания и зарядом твердотопливных аэрозолеобразующих огнетушащих составов, воспламенитель заряда и выходное отверстие с удерживающей решеткой и мембраной. Корпус выполнен в виде двух цилиндров, эксцентрично расположенных один в другом, при этом наружный цилиндр жестко закреплен на внутреннем цилиндре камеры сгорания, образуя замкнутое межцилиндровое пространство, а внутренний цилиндр, в котором размещается заряд аэрозолеобразующих составов, на расстоянии от удерживающей решетки и мембраны камеры сгорания 0,1-10 его диаметра имеет равномерно распределенные по образующей цилиндра профилированные отверстия с мембраной, сообщающиеся с межцилиндровым пространством, наружный цилиндр имеет штуцеры для подачи в межцилиндровое пространство экологически безопасных огнетушащих газов 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ пожаротушения, включающий подачу в защищаемое помещение после возникновения пожара огнетушащих газов и аэрозолей твердотопливных аэрозолеобразующих составов, отличающийся тем, что в качестве огнетушащих газов применяют экологически безопасные газы, например, азот, углекислый газ или озонобезопасные хладоны, и при тушении их предварительно смешивают с огнетушащими аэрозолями, при этом подачу аэрозолей осуществляют в струи газов с задержкой не менее 1 с, а огнетушащие аэрозоли подают в струи экологически безопасных огнетушащих газов при соотношении секундных расходов подаваемых огнетушащих газов и аэрозольного состава (2÷6)/1.

2. Устройство пожаротушения, содержащее корпус, включающий камеру сгорания с зарядом твердотопливных аэрозолеобразующих огнетушащих составов, средством для воспламенения заряда и выходным отверстием с удерживающей решеткой и мембраной, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде двух цилиндров, эксцентрично расположенных один в другом, при этом наружный цилиндр жестко закреплен на внутреннем цилиндре камеры сгорания, образуя замкнутое межцилиндровое пространство, а внутренний цилиндр, в котором размещается заряд аэрозолеобразующих составов, на расстоянии от удерживающей решетки и мембраны камеры сгорания 0,1-10 его диаметра имеет равномерно распределенные по образующей цилиндра профилированные отверстия с мембраной, сообщающиеся с межцилиндровым пространством, наружный цилиндр имеет штуцеры для подачи в межцилиндровое пространство экологически безопасных огнетушащих газов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внутренний цилиндр имеет дополнительно смесительную канальную камеру, которая выполнена, например, в виде цилиндра, сопла, диффузора, конфузора, эжектора или их комбинации.