СПОСОБ НОРМАЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ГЕРМЕТИЧНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ОБИТАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ ПОСЛЕ ПОЖАРА И ПОЖАРОТУШЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК A62C3/00 

Изобретение относится к области живучести объектов, пожаробезопасности, химической безопасности, обитаемости, химической технологии и может быть применено при ликвидации последствий возгораний и пожаров в герметичных помещениях обитаемых космических, подводных и подземных объектов, таких как орбитальные станции, подводные лодки, бункеры и др., где предусматривается применение систем пожаротушения азотом, аргоном или другими инертными газами и их смесями, а также инергеном, порошками, тонкораспыленной водой, сухой водой и другими, не содержащими хладоны, огнегасителями.

Отличительной особенностью нормализации параметров газовоздушной среды (ГВС) герметичных помещений обитаемых объектов после пожара и пожаротушения является необходимость очистки ГВС от большого количества разнородных вредных химических веществ в высоких концентрациях, высокая температура и давление ГВС после пожаротушения, нежелательность или невозможность вентилирования атмосферным воздухом. Особенно это относится к подводным, космическим, подземным и другим автономным обитаемым объектам.

Параметры ГВС в герметичном помещении, насыщенном различной горючей нагрузкой так же, например, как в подводной лодке, после пожара и пожаротушения могут достигать следующих значений:

- избыточное давление до 0,2 МПа и выше;

- среднеобъемная температура при своевременном пожаротушении - до 400°С и выше;

- концентрация твердых и жидких аэрозолей до 700 мг/м³ и выше;

- концентрация оксида углерода до 10000 мг/м³ и выше;

- концентрация оксидов азота до 20 мг/м³ и выше;

- концентрация диоксида серы до 80 мг/м³ и выше;

- концентрация галогенводородов до 250 мг/м³ и выше;

- концентрация цианистого водорода до 5 мг/м³ и выше;

- концентрация фосгенов до 0,05 мг/м³ и выше;

- концентрация ароматических углеводородов до 200 мг/м³ и выше;

- концентрация предельных углеводородов до 350 мг/м³ и выше;

- концентрация иных продуктов горения кислотного и нейтрального характера до 100 мг/м³ и выше.

Нормализация параметров ГВС в герметичном помещении после возгорания, пожара и пожаротушения без вентилирования атмосферным воздухом в настоящее время является проблемой.

В настоящее время известно множество устройств и способов нормализации параметров ГВС и ее очистки от вредных химических веществ.

Известен способ нормализации ГВС после пожара (СП 7.13130.2013 от 21.02.2013), в котором нормализация производится посредством удаления газов и дыма из помещений, защищаемых установками газового, аэрозольного или порошкового пожаротушения, путем вентилирования атмосферным воздухом.

Данный способ имеет существенные недостатки, связанные, например, с необходимостью всплытия подводных обитаемых объектов, что приводит к прерыванию выполнения целевой функции, или с принципиальной невозможностью вентилирования ввиду отсутствия атмосферы, например, в космосе или под водой.

Известно устройство для очистки воздуха в обитаемых герметичных объектах от вредных примесей (RU 2491109 С1), содержащее воздушные камеры с каталитически активными газодиффузионными катодами, через которые проходит очищаемый воздух, воздушные камеры с каталитически активными газодиффузионными анодами, из которых отводится газовая смесь с удаленными вредными примесями, и электролитные камеры с жидким или мембранным электролитом, расположенные между катодом и анодом. Указанное устройство обеспечивает возможность непрерывного удаления углекислого газа и газофазных примесей из герметичного жилого помещения.

Недостатками данного устройства являются:

- невысокие скорости и объемы очистки ГВС;

- невысокие концентрации очищаемых газодиффузионными катодами вредных примесей;

- применение генератора озона при необходимости быстрой очистки более 1000 м³ сильно загрязненной ГВС делает предложенное устройство источником повышенной опасности.

Известно устройство для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении и способ для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении (патент РФ на изобретение №2094098, МПК B01D 53/74, А62B 11/00, опубл. 27.10.1997 г.). Устройство содержит трубопровод, предадсорбционный фильтр, вентилятор, рекуперационную магистраль с теплообменником, низкотемпературный каталитический фильтр, постадсорбционный фильтр, а согласно изобретению оно снабжено плазмохимическим реактором, размещенным в рекуперационной магистрали, последовательно соединенной с трубопроводом посредством теплообменника, при этом низкотемпературный каталитический фильтр установлен в рекуперационной магистрали и механически соединен с плазмохимическим реактором. В способе вводят носитель в низкотемпературный каталитический фильтр, наносят катализатор на носитель и осуществляют процесс окисления, а согласно изобретению в качестве носителя используют оксид алюминия и в качестве катализатора используют оксиды металлов переменной валентности седьмой-восьмой групп четвертого периода с концентрацией активной фазы 1-5 вес. %, при этом вредные микропримеси окисляют в рекуперационной магистрали озоном при температуре 60-70°С.

Недостатком вышеописанного устройства является невозможность быстрой очистки ГВС с высокими концентрациями загрязнителей, а также необходимость применения озона, что снижает химическую безопасность объекта и требует дополнительных мер защиты и контроля.

Известна система объемного пожаротушения по патенту РФ №221719, МПК A62C 35/00, опубл. 27.11.2003 г., для использования в подводных лодках, обитаемых снарядах, капсулах, в которых возникает необходимость тушения пожара без эвакуации людей и без вентиляции атмосферным воздухом, в которой предусмотрено устройство для нормализации ГВС после пожара.

В данной системе для очистки ГВС от продуктов горения предусмотрен нагнетатель с фильтрами и модульной мембранной установкой для разделения воздуха на кислород и азот (О₂ и N₂). После установления факта тушения пожара запускается установка для нормализации ГВС, при этом ГВС отсека подается нагнетателем в фильтры, где освобождается от влаги и продуктов горения, а затем в мембранной установке происходит ее разделение на кислород и азот (О₂ и N₂). Кислород возвращается в отсек, а азот закачивается по трубопроводу обратно в баллоны. Для нормализации ГВС отсека после тушения пожара система снабжена фильтрами от продуктов горения - оксида и диоксида углерода (СО и СО₂).

Недостатком указанного изобретения является то, что согласно описанию обеспечивается очистка от оксида и диоксида углерода, хотя в процессе пожара образуются в высоких концентрациях и множество других вредных химических веществ. Также согласно изобретению очистка ГВС происходит после применения азотной системы пожаротушения, что не предусматривает ее использование после применения систем пожаротушения аргоном или другими инертными газами и их смесями, например, ввиду того, что мембранного разделения воздуха (кислорода, азота) и аргона до настоящего времени не реализовано.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному по изобретению способу является способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2549055, МПК A62C 3/00, A62C 2/00, опубл. 20.04.2015 г.), выбранный в качестве прототипа, в котором описывается способ восстановления нормальных или начальных параметров ГВС после регулирования без вентилирования в атмосферу.

Способ включает восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической ГВС путем разделения ее на кислород и азот или инертный газ, компримирования азота или инертного газа в соответствующий узел баллонов с азотом или инертным газом, компримирования ГВС в узел баллонов воздуха высокого давления, добавления кислорода из узла баллонов с кислородом, удаления из ГВС оксида углерода и обогащения ее кислородом с помощью узла регенерации воздуха и ее очищения с помощью фильтров очистки от механических примесей, вредных химических веществ и оксида углерода.

Однако данный способ направлен на восстановление нормальных или начальных параметров ГВС после регулирования содержания кислорода в ГВС герметичного помещения, из которого получен сигнал о предаварийном состоянии источников пожарной опасности, то есть тогда, когда пожара еще не случилось и не было акта пожаротушения, а значит, не было значительного роста температуры, давления и загрязнения продуктами горения и пожаротушения, как после пожара.

Кроме того, все оборудование в герметичном помещении работает нормально в штатном режиме и нормализация параметров ГВС производится собственным штатным оборудованием, расположенным внутри отсека находящимся там же персоналом, что невозможно после пожара и пожаротушения.

Кроме того, в изобретении не раскрываются вопросы нормализации ГВС после пожаротушения азотом, аргоном или другими инертными газами и их смесями, а также инергеном, порошками, тонкораспыленной водой, сухой водой и другими, не содержащими хладоны, огнегасителями.

Технический результат заявленного изобретения выражается в возможности комплексной нормализации до требуемых значений таких параметров ГВС как:

- избыточное давление до 0,2 МПа и выше;

- среднеобъемная температура - до 400°С и выше;

- концентрация твердых и жидких аэрозолей до 700 мг/м³ и выше;

- концентрация оксида углерода до 10000 мг/м³ и выше;

- концентрация оксидов азота до 20 мг/м³ и выше;

- концентрация диоксида серы до 80 мг/м³ и выше;

- концентрация галогенводородов до 250 мг/м³ и выше;

- концентрация цианистого водорода до 5 мг/м³ и выше;

- концентрация фосгенов до 0,05 мг/м³ и выше;

- концентрация ароматических углеводородов до 200 мг/м³ и выше;

- концентрация предельных углеводородов до 350 мг/м³ и выше;

- концентрация иных продуктов горения кислотного и нейтрального характера до 100 мг/м³ и выше.

Технический результат - нормализация ГВС в аварийном помещении (в помещении, где произошел пожар и пожаротушение) достигается предложенным способом и предложенным устройством для его осуществления.

1. В способе нормализация производится следующим образом: снижение давления в аварийном помещении, получившегося в результате пожара и пожаротушения, до нормального, производится путем свободного перетока ГВС или с помощью побудителя расхода, в другое - неаварийное герметичное помещение по трубопроводу и, далее, через узел нормализации, производящий очистку от дыма, аэрозолей, вредных химических веществ, окисление оксида углерода до диоксида углерода и нормализацию температуры ГВС. Поступившая в неаварийное герметичное помещение ГВС очищается от диоксида углерода штатной системой регенерации воздуха, которая, кроме того, добавляет необходимое количество кислорода. Давление ГВС в неаварийном помещении возрастает, поэтому его избыток компримируется компрессором в баллоны воздуха высокого давления. Когда давление в аварийном помещении достигает нормального значения или близкого к нему, включением побудителя расхода производится либо забор ГВС по трубопроводу из аварийного помещения и, после прохождения ею узла нормализации по всем параметрам, кроме содержания диоксида углерода и кислорода, возврат обратно в аварийное помещение через другой трубопровод, либо возврат в аварийное помещение из неаварийного полностью очищенной ГВС. Процесс нормализации ГВС аварийного помещения продолжается до достижения заданного уровня ее параметров. Описанный способ нормализации параметров ГВС эффективен после пожара и пожаротушения азотом, аргоном, инергеном, тонкораспыленной водой, сухой водой, порошками, смесями инертных газов и другими, не содержащими хладоны, огнегасителями.

2. Устройство для нормализации параметров ГВС герметичных помещений обитаемых объектов после пожара и пожаротушения включает узел нормализации, блок управления расходом ГВС, штатную систему регенерации, переборочные трубопроводы, компрессор, баллоны воздуха высокого давления.

Узел нормализации предпочтительно состоит из блока нормализации температуры ГВС, блока очистки ГВС, блока теплообмена, блока термокаталитической очистки ГВС, блока контроля и управления технологическим процессом, воздуховодов.

В качестве блока нормализации температуры ГВС предпочтительно применяются теплообменные аппараты с жидким теплоносителем, при этом часть тепла может сниматься при адиабатическом расширении нормализуемой ГВС при ее выходе из аварийного отсека с повышенным давлением в другой герметичный отсек с нормальным давлением ГВС через блок нормализации температуры. Конструктивно блок частично или полностью может быть вне узла нормализации.

В качестве блока очистки ГВС используется фильтр или блок фильтров, состоящий из корпуса и сменных кассет, включающих предпочтительно противоаэрозольные полотна для грубой и тонкой очистки из полиэстера, стекловолокна или других материалов, активированный уголь, а также поглотители кислых газов на основе активных углей, а равно силикагелей, алюмогелей, цеолитов или др. носителей.

В качестве блока теплообмена используется теплообменник, предпочтительно включающий электрический нагреватель ГВС. При необходимости блок может дополнительно снабжаться охладителем очищенной ГВС или рекуперационным теплообменником.

В качестве блока термокаталитической очистки ГВС используется фильтр или блок фильтров, состоящий из корпуса и сменных кассет, включающих низкотемпературный катализатор окисления оксида углерода с температурой функционирования, как правило, не более 200°С.

В качестве блока контроля и управления технологическим процессом предпочтительно используются средства автоматического и ручного управления, например датчики температуры и давления, манометры, средства преобразования сигналов первичных преобразователей в сигналы управления и др. Конструктивно блок частично или полностью может быть объединен с другими блоками узла нормализации.

В качестве блока управления расходом ГВС используется конструкция, включающая в себя: побудитель расхода ГВС, предпочтительно вентилятор или блок вентиляторов; распределительное устройство; арматуру редуцирования - предпочтительно либо газовый редуктор, либо регулируемый дроссель, либо распределительный блок нерегулируемых дросселей. Конструктивно блок частично или полностью может быть объединен с блоками узла нормализации.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана структурная схема изобретения.

Устройство включает герметичное аварийное помещение 1, ГВС которого подлежит нормализации, герметичное неаварийное помещение 2, в котором размещены узел нормализации 3, блок управления расходом ГВС 4, штатная система регенерации 5, компрессор 6 с баллонами высокого давления 7.

Узел нормализации 3 содержит блок нормализации температуры ГВС 3.1, блок очистки ГВС 3.2, блок теплообмена 3.3, блок термокаталитической очистки ГВС 3.4, блок контроля и управления технологическим процессом 3.5. Воздуховоды и трубопроводы условно не показаны.

Нормализация параметров ГВС осуществляется следующим способом: ГВС, подлежащая нормализации, поступает из аварийного помещения 1 по трубопроводу путем свободного перетока или с помощью побудителя расхода блока управления расходом ГВС 4 в узел нормализации 3, где производится нормализация ее температуры на блоке 3.1, отчистка от аэрозолей и других продуктов горения (кроме оксида и диоксида углерода) на блоке очистки ГВС 3.2, нагрев в блоке теплообмена 3.3, до температуры, необходимой для требуемой эффективности очистки ГВС от оксида углерода, которая далее производится в блоке термокаталитической очистки ГВС 3.4, далее непосредственно, либо через блок теплообмена 4.3, если требуется ее охлаждение, направляется блоком управления расходом ГВС 4 в неаварийное помещение 2, где производится ее нормализация по параметрам содержания диоксида углерода и кислорода штатной системой регенерации 5 и компримируется компрессором 6 в баллоны высокого давления 7, а после того как давление в аварийном помещении достигает нормальных значений или близких к ним, обратно в аварийное помещение 1, образуя замкнутый цикл нормализации, продолжающийся до достижения заданного уровня параметров ГВС. В процессе функционирования узла нормализации 3 и блока управлением расходом ГВС 4 осуществляется контроль и управление режимами их функционирования блоком контроля и управления технологическим процессом 3.5 и (или) оператором.

В отличие от прототипа, способ нормализации параметров газовоздушных сред герметичных помещений обитаемых объектов и устройство для его осуществления, позволяют:

- производить нормализацию ГВС после применения пожаротушения азотом, аргоном или другими инертными газами и их смесями, а также инергеном, порошками, тонкораспыленной водой и сухой водой;

- очищать от большого числа продуктов горения, находящихся в ГВС в высокой концентрации, опасных для жизни и здоровья людей;

- производить нормализацию ГВС по температуре.

Изобретение относится к области живучести объектов, пожаробезопасности, химической безопасности, обитаемости, химической технологии и может быть применено при ликвидации последствий пожаров в герметичных помещениях обитаемых объектов, где предусматривается применение систем пожаротушения азотом, аргоном или другими инертными газами и их смесями, а также инергеном, порошками, тонкораспыленной и сухой водой и другими, не содержащими хладоны, огнегасителями. Способ нормализации параметров газовоздушной среды герметичных помещений обитаемых объектов после пожара и пожаротушения путем восстановления начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды разделением ГВС на кислород и азот или инертный газ, компримированием азота или инертного газа в соответствующий узел баллонов с азотом или инертным газом, компримированием ГВС в узел баллонов воздуха высокого давления, добавления кислорода из узла баллонов с кислородом, удаления из ГВС диоксида углерода и обогащения ее кислородом с помощью узла регенерации воздуха и ее очищения с помощью фильтров очистки от механических примесей, вредных химических веществ и оксида углерода, Согласно изобретению для нормализации параметров ГВС после пожара и пожаротушения воздух из аварийного помещения направляют по трубопроводу в неаварийное герметичное помещение с нормальными параметрами ГВС путем свободного перетока или с помощью побудителя расхода, при этом происходит снижение величины давления в аварийном помещении, получившегося в результате пожара и пожаротушения, при этом ГВС проходит через узел нормализации, производящий очистку от дыма, аэрозолей, вредных химических веществ, окисление оксида углерода до диоксида углерода и нормализацию температуры, а поступившая в неаварийное герметичное помещение ГВС очищается от диоксида углерода штатной системой регенерации воздуха, которая, кроме того, добавляет необходимое количество кислорода, в результате чего давление ГВС в неаварийном помещении возрастает, поэтому его избыток компримируется компрессором в баллоны воздуха высокого давления, а когда давление в аварийном помещении достигает нормального значения или близкого к нему, включают побудитель расхода и забирают им ГВС по трубопроводу из аварийного помещения и возвращают обратно через другой трубопровод нормализованную по всем параметрам, кроме содержания диоксида углерода, ГВС, после прохождения ею узла нормализации, или возвращают полностью очищенную ГВС из неаварийного помещения по трубопроводу в аварийное помещение за счет перепада давления, создаваемого побудителем расхода, и продолжают процесс нормализации в аварийном помещении до достижения заданного уровня параметров ГВС. Технический результат - возможность комплексной нормализации газовоздушной среды (ГВС) аварийного помещения по параметрам избыточного давления, температуры, содержания вредных химических веществ. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ нормализации параметров газовоздушной среды герметичных помещений обитаемых объектов после пожара и пожаротушения путем восстановления начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды разделением ГВС на кислород и азот или инертный газ, компримированием азота или инертного газа в соответствующий узел баллонов с азотом или инертным газом, компримированием ГВС в узел баллонов воздуха высокого давления, добавления кислорода из узла баллонов с кислородом, удаления из ГВС диоксида углерода и обогащения ее кислородом с помощью узла регенерации воздуха и ее очищения с помощью фильтров очистки от механических примесей, вредных химических веществ и оксида углерода, отличающийся тем, что для нормализации параметров ГВС после пожара и пожаротушения воздух из аварийного помещения направляют по трубопроводу в неаварийное герметичное помещение с нормальными параметрами ГВС путем свободного перетока или с помощью побудителя расхода, при этом происходит снижение величины давления в аварийном помещении, получившегося в результате пожара и пожаротушения, при этом ГВС проходит через узел нормализации, производящий очистку от дыма, аэрозолей, вредных химических веществ, окисление оксида углерода до диоксида углерода и нормализацию температуры, а поступившая в неаварийное герметичное помещение ГВС очищается от диоксида углерода штатной системой регенерации воздуха, которая, кроме того, добавляет необходимое количество кислорода, в результате чего давление ГВС в неаварийном помещении возрастает, поэтому его избыток компримируется компрессором в баллоны воздуха высокого давления, а когда давление в аварийном помещении достигает нормального значения или близкого к нему, включают побудитель расхода и забирают им ГВС по трубопроводу из аварийного помещения и возвращают обратно через другой трубопровод нормализованную по всем параметрам, кроме содержания диоксида углерода, ГВС, после прохождения ею узла нормализации, или возвращают полностью очищенную ГВС из неаварийного помещения по трубопроводу в аварийное помещение за счет перепада давления, создаваемого побудителем расхода, и продолжают процесс нормализации в аварийном помещении до достижения заданного уровня параметров ГВС.

2. Устройство для нормализации параметров газовоздушной среды герметичных помещений обитаемых объектов после пожара и пожаротушения, включающее блок управления системой, узел датчиков контроля параметров газовоздушной среды и узел баллонов с инертным газом или смесью инертных газов, дополнительно содержащее соединенные информационно-управляющими и пневматическими связями узел датчиков предаварийного контроля, узел регенерации газовоздушной среды, узел баллонов с кислородом, узел раздатчиков кислорода, узел баллонов воздуха высокого давления, узел очистки газовоздушной среды с фильтром очистки от механических примесей и фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел разделения воздуха, узел компрессора высокого давления и блок управления отсечный в каждом контролируемом помещении герметичного объекта, отличающееся тем, что аварийное помещение соединено прямым и обратным трубопроводами с неаварийным помещением, в котором находятся: узел нормализации ГВС, состоящий из блока нормализации температуры ГВС, блока очистки ГВС, блока теплообмена, блока термокаталитической очистки ГВС, блока контроля и управления технологическим процессом и воздуховодов; блок управления расходом ГВС; штатная система регенерации; компрессор; баллоны воздуха высокого давления.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока нормализации температуры ГВС предпочтительно используются теплообменные аппараты с жидким теплоносителем, при этом часть тепла может сниматься при адиабатическом расширении нормализуемой ГВС при ее выходе из аварийного отсека с повышенным давлением в другой герметичный отсек с нормальным давлением ГВС через блок нормализации температуры, при этом конструктивно блок частично или полностью может быть вне узла нормализации.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока очистки ГВС используется фильтр или блок фильтров, состоящий из корпуса и сменных кассет, включающих предпочтительно противоаэрозольные полотна для грубой и тонкой очистки из полиэстера, стекловолокна или других материалов, активированный уголь, а также поглотители кислых газов на основе активных углей, а равно силикагелей, алюмогелей, цеолитов или др. носителей.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока теплообмена используется теплообменник, предпочтительно включающий электрический нагреватель ГВС, а при необходимости блок может дополнительно снабжаться охладителем очищенной ГВС или рекуперационным теплообменником.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока термокаталитической очистки ГВС используется фильтр или блок фильтров, состоящий из корпуса и сменных кассет, включающих низкотемпературный катализатор окисления оксида углерода с температурой функционирования, как правило, не более 200°C.

7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока контроля и управления технологическим процессом предпочтительно используются средства автоматического и ручного управления, например датчики температуры и давления, манометры, средства преобразования сигналов первичных преобразователей в сигналы управления и др. Конструктивно блок частично или полностью может быть объединен с другими блоками узла нормализации.

8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве блока управления расходом ГВС используется конструкция, включающая в себя: побудитель расхода ГВС, предпочтительно вентилятор или блок вентиляторов; распределительное устройство; арматуру редуцирования - предпочтительно либо газовый редуктор, либо регулируемый дроссель, либо распределительный блок нерегулируемых дросселей, при этом конструктивно блок частично или полностью может быть объединен с блоками узла нормализации.