СПОСОБ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЖИДКИХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК A62C3/06 

Изобретение относится к способам тушения больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах.

Зарубежные и отечественные сведения о пожарах в резервуарах с жидкими горючими веществами свидетельствуют о слабой их устойчивости к возникновению пожаров, возможности быстрого перехода в групповые пожары и сложности их тушения.

Известно, что пожары на открытых технологических установках протекают в более сложных условиях, чем в производственных зданиях, часто при быстром распространении огня на соседние аппараты и участки они могут принять характер катастрофы с огромным материальным ущербом (Е.Н. Иванов, Противопожарная защита открытых технологических установок, издание 2-е переработанное и дополненное. М., Химия, 1986, с. 11).

Известна автоматическая установка тушения пожара газонаполненной пеной (Патент РФ на полезную модель №119244, МПК А62С 5/02).

Сущность полезной модели состоит в следующем. В процессе приготовления пены с наддувом инертного газа (азота) в централизованном генераторе за счет турбулентности образуется «конечная» пена с равными по величине пузырьками, что повышает ее стойкость. «Добавленная» к мощности потока пенообразующего раствора мощность компрессоров блока для получения газообразного азота из воздуха способствует подаче потока пены без разрушения по трубопроводам и рукавам на большие расстояния и высотные отметки. При падении с высоты, а также под действием высокой температуры газонаполненная пена частично разрушается. Выделяющаяся при этом жидкая фаза охлаждает очаг пожара, а инертный газ понижает концентрацию кислорода.

Однако с помощью этой установки невозможно эффективно потушить пожар на больших площадях в емкостных хранилищах.

Известен способ защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва при пожаре и устройство для их осуществления (патент РФ №2334532, МПК А62С 3/06). Способ заключается в том, что из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара подают, по меньшей мере, две горизонтальные струи огнетушащего вещества - пены низкой кратности.

Струи подают по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались, при этом огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества. В качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду, а дополнительно к ним используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар, причем в резервуар подают один или одновременно несколько видов огнетушащих веществ.

Однако создание на стенках резервуара кольца из огнетушащего вещества при подаче его с напором ограничено пропускной способностью водопроводных сетей, а резкое повышение давления в них приводит к выходу из строя последних (Е.Н. Иванов, Противопожарная защита открытых технологических установок, издание 2-е переработанное и дополненное. М., Химия, 1986, с. 225).

Следует отметить, что для охлаждения стенок горящего и соседних с ним резервуаров достаточно создания кольца водяного орошения (Е.Н. Иванов, Противопожарная защита открытых технологических установок, издание 2-е переработанное и дополненное. М., Химия, 1986, с. 200).

Известна система тушения пожаров в резервуаре с нефтью (Заявка JP 2009284999А, А62С 3/06, 10.12.2009), принятая за прототип заявляемого способа. Система установлена внутри резервуара с нефтью и состоит из вертикально расположенного пенного ствола (сухотруба), проложенного сквозь слой топлива и имеющего вывод в надтопливное пространство, а также ряда необходимых для нормального функционирования (выявления пожара, выработки и подачи пены и т.д.) устройств. Через вывод сухотруба, расположенного на уровне горящей поверхности, подают из стволов пену разной степени кратности, обеспечивая тем самым растекание пены по горящей поверхности.

Недостатком данного устройства является то, что при частичном заполнении резервуара пена падает вниз с большой высоты, проходя слой пламени и горячих газов, которые препятствуют быстрому попаданию ее на поверхность нефти или нефтепродуктов.

Кроме этого при тушении очага пожара большой площади возможности равномерного распределения пены с помощью этого способа довольно ограничены без ее перерасхода.

Известно устройство для тушения пожара в резервуаре (патент BY 11919 С1, А62С 3/06, 30.06.2009), принятое за прототип заявляемого устройства, предназначенное для формирования потока раствора пенообразователя. Оно содержит трубопровод подачи пенообразующего раствора с раструбом и характеризуется тем, что трубопровод установлен внутри резервуара вертикально, основание раструба расположено с превышением по высоте над максимальным уровнем жидкости в резервуаре. На стенках трубопровода расположены равномерно по высоте обратные клапаны пропуска пенообразующего раствора в резервуар, а внутри трубопровода подачи пенообразующего раствора соосно с ним установлен с зазором трубопровод меньшего диаметра, срез которого выше максимального уровня жидкости в ловушке.

Однако данное техническое решение не позволяет при подаче пенообразующего раствора из раструба, установленного внутри резервуара вертикально, распределить образующуюся пену на большой площади очага пожара и не учитывает специфические трудности растекания пены по поверхности горючего, а выходное отверстие раструба не имеет необходимого проходного сечения, которое способно сформировать поток раствора пенообразователя, насыщенного газом, путем излива вдоль поверхности горения.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ за счет создания при пожаре нескольких потоков раствора пенообразователя при образовании пены низкой кратности на поверхности горения.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающем в себя подготовку и подачу под давлением раствора пенообразователя для образования газонаполненной пены и тушение очага пожара с помощью названного огнетушащего вещества, первую часть потока раствора пенообразователя, насыщенного газом, подают вдоль поверхности горения по периметру стенок резервуара, вращают названный поток путем воздействия кориолисовой силы, возникающей на поверхности жидких горючих веществ, и удерживают в периферийной области поля центробежных сил, а вторую часть потока названного огнетушащего вещества подают вдоль поверхности горения от периферийной области в сторону центра емкости в виде веерообразного потока с отклонением угла раскрытия струи в сторону вращения первого потока, при этом оба потока подают на разных уровнях над поверхностью горения, а процесс пенообразования осуществляют непосредственно при контакте всех частей потока пенообразователя с поверхностью горения за счет изменения давления и нагрева огнетушащего средства на поверхности горения.

Сущность заявляемого технического решения, реализующего способ противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, заключается в том, что в системе противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающей в себя систему обнаружения загорания, питающий трубопровод, и средство подготовки и подачи раствора пенообразователя, средство подачи раствора пенообразователя выполнено в виде устройств для формирования двух частей потока раствора пенообразователя, установленных равномерно по периметру резервуара и смонтированных над поверхностью горения с чередованием ориентации подаваемых частей потока раствора пенообразователя из одних устройств в направлении вдоль стенок резервуара, а других - под углом к радиальному направлению в сторону центра со смещением в сторону потока, сориентированного вдоль стенок резервуара, при этом устройства для формирования каждой части потока раствора пенообразователя смонтированы на разных уровнях над поверхностью горения.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, обуславливается следующим.

Поток пенообразователя разбивают на две части.

Установлено (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е переработанное. М., Химия, 1979, с. 73), что к достоинствам пены относится тот факт, что в отличие от ряда других огнетушащих составов для поверхностного тушения пена не требует одновременного перекрытия всего зеркала (площади) горения. Поэтому первую часть потока раствора пенообразователя подают вдоль поверхности горения по периметру стенок резервуара, вращают названный поток путем воздействия кориолисовой силы, возникающей на поверхности жидких горючих веществ. Известно, что, во-первых, с увеличением подачи пены в n раз время тушения не уменьшается в n раз, и, во-вторых, на кривой (см. поясняющий рисунок к работе А.Н. Баратова, Е.Н. Иванова. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е переработанное. М., Химия, 1979, с. 76) расход пены-интенсивность подачи пены имеет минимум. В работе (Carrie J.G. Build. Res. Establ. Curr. Pap., 1975, v. 25, p. 6) это явление названо «парадоксом» пены.

В работе (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е переработанное. М., Химия, 1979, с. 77) отмечено, что причинами, обуславливающими увеличение расхода пены на единицу площади очага пожара с увеличением интенсивности ее подачи, являются механические трудности распределения пены на площади очага пожара и специфические трудности растекания пены по поверхности горючего. При тушении очага пожара большой площади возможности равномерного распределения пены довольно ограничены. Поэтому возникает проблема равномерного распределения пены по всей поверхности без ее перерасхода. Вторая причина связана с тем, что пена при движении и в спокойном состоянии имеет различные физические свойства. Изолирующая способность пены, находящейся в движении, уменьшается. В спокойном статическом состоянии пена создает «уплотненный» слой. Однако переход к статическому состоянию происходит во времени. Период этого перехода достигает 20 с.

Заявляемый способ реализует модель тушения, которая учитывает эти явления.

Подача первой части потока раствора пенообразователя вдоль поверхности горения по периметру стенок резервуара, вращение названного потока путем воздействия кориолисовой силы, возникающей на поверхности жидких горючих веществ, и удерживание его в периферийной области поля центробежных сил позволяет ускорить процесс растекания сначала раствора пенообразователя, а затем - пены (по мере ее образования) по поверхности горючего в самой опасной зоне резервуара: вдоль его стенок.

Подача второй части потока раствора пенообразователя вдоль поверхности горения от периферийной области в сторону центра емкости в виде веерообразного потока с отклонением угла раскрытия струи в сторону вращения первого потока позволяет равномерно распределить раствор пенообразователя, а затем - пены (по мере ее образования) по оставшейся поверхности горения без ее перерасхода с использованием также кориолисовой силы.

Известно (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е переработанное. М., Химия, 1979, с. 72), что в случае растекания по горящему продукту движение пены замедляется по мере удаления от места слива и может в некоторой точке стать равной нулю. Этот эффект связан с тем, что разрушение пены с повышением температуры ускоряется и может наступить момент, когда скорости поступления пены и ее разрушения станут равными. Таким образом, минимальный расход пены должен обеспечивать превышение скорости движения пены над скоростью ее разрушения в самых отдаленных от мест слива точках.

Следует отметить, что сила Кориолиса является силой инерции. Эта сила действует на тело только тогда, когда неинерциальная система отсчета вращается, а тело движется относительно нее (Научно-технический энциклопедический словарь, http://yandex.ru).

Отсюда видно, что применение сил инерции в процессе распределения раствора пенообразователя, а затем - пены (по мере ее образования) по поверхности горения позволяет дополнительно повысить их скорость растекания по всему зеркалу (площади) горения.

Подача обеих потоков на разных уровнях над поверхностью горения позволяет:

- разделить потоки раствора пенообразователя таким образом, чтобы они практически не соприкасались до момента контакта каждого потока с поверхностью горения в емкости;

- увеличить скорость распределения раствора пенообразователя на большой площади очага пожара;

- равномерно распределить пену по всей поверхности емкостного хранилища без ее перерасхода.

Осуществление процесса пенообразования непосредственно после контакта всех частей потока пенообразователя с поверхностью горения позволяет значительно уменьшить процесс разрушения пены на горящей поверхности и ускорить процесс перевода пены в спокойное статическое состояние с образованием, как было отмечено ранее, «уплотненного» слоя.

Технический эффект, реализуемый заявляемой системой противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, обуславливается следующим.

Исполнение средства подачи раствора пенообразователя в виде устройств для подачи раствора пенообразователя, установленных равномерно по периметру резервуара и направленных над поверхностью горения с чередованием ориентации одних в направлении вдоль стенок резервуара, а других - под углом к радиальному направлению в сторону центра со смещением в сторону потока, сориентированного вдоль стенок резервуара позволяет:

- создать два независимых потока раствора пенообразователя вдоль поверхности горения;

- осуществить закрутку каждого потока с использованием сила Кориолиса;

- равномерно распределить образовавшуюся пену по всей поверхности горения без ее перерасхода.

Монтаж устройств для формирования потока раствора пенообразователя на разных уровнях позволяет эффективно распределить раствор пенообразователя на большой площади очага пожара без пересечения изливающихся на горящую поверхность потоков указанного раствора.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».

При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, которые возможно эффективно применить для тушения горючих жидкостей в резервуаре.

Известен способ тушения горючих жидкостей в резервуаре, согласно которому огнетушащее вещество подают на поверхность жидкости из центра резервуара к его стенкам струями, расположенными не менее чем на трех уровнях над поверхностью жидкости (авторское свидетельство СССР №1597201, МПК А62С 3/06).

Однако данный способ предусматривает подачу огнетушащего вещества в виде струй позонного орошения, причем струи на каждом уровне имеют распыление капель разной дисперсности. Применение этого способа для подачи раствора пенообразователя, а тем более пены, для тушения горючих жидкостей на больших площадях в резервуаре неэффективно по следующим причинам.

Известно (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е переработанное. М., Химия, 1979, с. 73), что разрушению пены способствует также механическое разбивание струи пены при ее подаче, а повышение температуры способствует разрушение пены. Поэтому подача раствора пенообразователя или пены в виде капельного потока приведет к ускорению процесса их нагрева, а следовательно, скажется на эффективности тушения горючих жидкостей в резервуаре.

Известен способ образования пены для тушения пожара (Патент SU №1042759, МПК А62С 1/12, 1983), включающий смешивание воды, пенообразователя и обработку полученного раствора газом, при этом насыщение раствора газом производят под давлением.

На выходе трубопровода был установлен дроссель для создания перепада давления, выполненный в виде зауженного отрезка трубы, к которому крепилась простейшая форсунка, типа «душ». На выходе из форсунки раствор диспергировался, при этом разбрызгиваемый поток жидкости весьма активно превращался в пену.

Однако данное техническое решение также не решает в дальнейшем вопрос стойкости пены при механическом разбивании струи и ее распределения на большой площади очага пожара и не учитывает специфические трудности растекания пены по поверхности горючего.

Известно (http://ru.wikipedia.org), что диспергирование жидкостей обычно называют распылением, если оно происходит в газовой фазе, и эмульгированием, когда его проводят в другой жидкости, несмешивающейся с первой.

Для подтверждения эффективности заявляемых технических решений была проведена серия экспериментов, которая приведена в протоколе испытаний макета резервуара для подтверждения эффективности заявляемого способа противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ и системы для его осуществления.

Результаты огневых испытаний показали высокую эффективность заявляемых способа тушения горючих жидкостей в резервуаре и системы для его осуществления при тушении больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

Изобретение относится к способам тушения больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающем в себя подготовку и подачу под давлением раствора пенообразователя для образования газонаполненной пены и тушение очага пожара с помощью названного огнетушащего вещества, первую часть потока раствора пенообразователя, насыщенного газом, подают вдоль поверхности горения по периметру стенок резервуара, вращают названный поток путем воздействия кориолисовой силы, возникающей на поверхности жидких горючих веществ, и удерживают в периферийной области поля центробежных сил, а вторую часть потока названного огнетушащего вещества подают вдоль поверхности горения от периферийной области в сторону центра емкости в виде веерообразного потока с отклонением угла раскрытия струи в сторону вращения первого потока, при этом оба потока подают на разных уровнях над поверхностью горения, а процесс пенообразования осуществляют непосредственно при контакте всех частей потока пенообразователя с поверхностью горения за счет изменения давления и нагрева огнетушащего средства на поверхности горения. Заявляемая система противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ реализует заявляемый способ и подтверждает свою эффективность при проведении огневых испытаний на макете резервуара для хранения жидких горючих веществ. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающий в себя подготовку и подачу под давлением раствора пенообразователя для образования газонаполненной пены и тушение очага пожара с помощью названного огнетушащего вещества, отличающийся тем, что первую часть потока раствора пенообразователя, насыщенного газом, подают вдоль поверхности горения по периметру стенок резервуара, вращают названный поток путем воздействия кориолисовой силы, возникающей на поверхности жидких горючих веществ, и удерживают в периферийной области поля центробежных сил, а вторую часть потока названного огнетушащего вещества подают вдоль поверхности горения от периферийной области в сторону центра емкости в виде веерообразного потока с отклонением угла раскрытия струи в сторону вращения первого потока, при этом оба потока подают на разных уровнях над поверхностью горения, а процесс пенообразования осуществляют непосредственно при контакте всех частей потока пенообразователя с поверхностью горения за счет изменения давления и нагрева огнетушащего средства на поверхности горения.

2. Система противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающая в себя систему обнаружения загорания, питающий трубопровод, и средство подготовки и подачи раствора пенообразователя, отличающееся тем, что средство подачи раствора пенообразователя выполнено в виде устройств для формирования двух частей потока раствора пенообразователя, установленных равномерно по периметру резервуара и смонтированных над поверхностью горения с чередованием ориентации подаваемых частей потока раствора пенообразователя из одних устройств в направлении вдоль стенок резервуара, а других - под углом к радиальному направлению в сторону центра со смещением в сторону потока, сориентированного вдоль стенок резервуара, при этом устройства для формирования каждой части потока раствора пенообразователя смонтированы на разных уровнях над поверхностью горения.