способ тушения пожара сложного технологического объекта и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ тушения пожара сложного технологического объекта, заключающийся в направлении огнетушащего вещества в очаг пожара, отличающийся тем, что огнетушащее вещество в очаг пожара направляют импульсно путем циклической подачи сначала однофазной жидкости со скоростью, близкой к 1500 м/с, а затем газа-пропеллента, предварительно заправленного в баллон под сверхвысоким давлением.

2. Устройство тушения пожара сложного технологического объекта, содержащее блок датчиков пожарной сигнализации, контроллер, по крайней мере два баллона с запорно-пусковыми клапанами, соединенных через трубопроводы, снабженные заправочными штуцерами, с коллектором, имеющим распылители, отличающееся тем, что в него дополнительно введены две подвижные перегородки, установленные между запорно-пусковыми клапанами первого и второго баллонов через мембраны в первом и втором трубопроводах, а третья мембрана введена в первый трубопровод перед индивидуальным трубопроводом коллектора, при этом датчик давления установлен в первом трубопроводе и соединен со вторым входом контроллера, первый вход которого соединен с выходом блока датчиков пожарной сигнализации, а первый выход контроллера является управляющим входом первого запорно-пускового клапана баллона, заправленного газом-пропеллентом, а второй выход одновременно соединен с управляющими входами запорно-пускового клапана баллона с огнетушащим веществом и дополнительно введенного третьего запорно-пускового клапана между первым и вторым трубопроводами с огнетушащим веществом, причем на конце первого трубопровода установлен карман-ловушка.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что по крайней мере один из баллонов перевернут и в нижней части, соприкасающейся с запорно-пусковым клапаном, расположена жидкостная компонента огнетушащего вещества, а в верхней части баллона - газ-пропеллент.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пожаротушения и может быть использовано при ликвидации пожаров на сложных технологических объектах.

Известен способ тушения пожара сложного технологического объекта, основанный на подаче огнетушащего вещества (ОТВ) в очаг пожара [1, с.126-138].

Однако известный способ обладает большим временем подачи ОТВ в зону очага пожара (примерно, 30 с) и большой вероятностью возникновения взрыва.

Известно также устройство для тушения пожара сложного технологического объекта, содержащее блок датчиков пожарной сигнализации, контроллер, по крайней мере два баллона с запорно-пусковыми клапанами, соединенные через трубопроводы, снабженные заправочными штуцерами, с коллектором, имеющим распылители [1, с.295-297].

Однако известное устройство имеет большое время доставки ОТВ в очаг пожара.

Техническим результатом изобретения является подавление взрыва при тушение пожара и повышение быстродействия за счет сокращения времени подачи ОТВ в зону очага пожара.

Указанный технический результат достигнут за счет того, что ОТВ в зону пожара подают циклически, чередуя однофазную жидкость и газ-пропеллент.

Для пожаров, начальная фаза развития которых не сопровождается повышением давления, критичным для прочности конструкции строения, в котором находится защищаемой объект, быстродействие, т.е. время от подачи сигнала датчиков пожарной сигнализации на включение запорно-пусковых клапанов огнетушителя до полного опорожнения огнетушителя с учетом времени доставки, составляет примерно 25 с и является приемлемым [1].

При возникновении пожарной ситуации на сложных технологических объектах, например на газоперекачивающих агрегатах, на объектах нефтяной или химической промышленности, особо опасен взрыв. Возникающая в защищаемых замкнутых помещениях взрывоопасная концентрация горючего вещества в случае начала химической реакции горения сопровождается повышением давления и при этом время достижения предельно допустимого давления определяется конкретным местоположением источника воспламенения в защищаемом объеме и пропорционально радиусу сферы развития взрыва.

На фиг.1 приведена зависимость изменения давления в замкнутом объеме от радиуса взрыва и относительные параметры начальной стадии развития взрыва, где Р - приращение давления в защищаемом помещении (атм), R - радиус защищаемого помещения (м).

На фиг.2 приведены зависимости изменения относительных параметров начальной стадии развития взрыва от относительного времени, где:

Р - приращение давления в защищаемом помещении (атм),

r_отн=r/R - относительное значение радиуса развития взрыва,

r_взр - текущее значение радиуса развития взрыва (м),

_отн = _взр/_гор - относительное время развития взрыва,

_взр - время горения до предельного значения приращения давления: Р=0,1 атм в защищаемом помещении (с),

_гор - время горения в помещении радиуса R до касания стены (с).

Зависимости, приведенные на фиг.1 и фиг.2, получены на основании экспериментальных данных, приведенных в [2 и 3].

Известно [3] , что нормальная скорость горения углеводородных топлив V составляет примерно 0,4 м/с. Согласно фиг.1 прирост давления в замкнутом объеме Р= 0,1 кгс/см² определяет значение максимального радиуса развития взрыва r_max=0,225R, который еще может быть подавлен. В то же время из фиг.2 следует, что относительное время развития взрыва для указанного значения приращения давления составляет _отн=0,06, а это означает, что для конкретного значения R можно определить предельное значение времени, при котором ситуация взрыва может быть ликвидирована.

Пример 1. При R=1 м для точечного источника воспламенения, расположенного в центре защищаемого объема, время _гор=R/V=1/0,4=2,5 с, а следовательно, время, при котором еще возможно подавление взрыва, составляет не более _взр = _отнгор=0,06 2,5=0,15 с, при этом r_взр=0,225 м.

Пример 2. При R=1,5 м для точечного источника воспламенения, расположенного в центре защищаемого объема, время _гор=R/V=1,5/0,4=3,75 с, и соответственно время, при котором еще возможно подавление взрыва, составляет не более _взр = _отнгор=0,06 3,75=0,225 с, при r_взр=0,337 м.

Пример 3. При R=2 м для точечного источника воспламенения, расположенного в центре защищаемого объема, время _гор=R/V=2/0,4=5 с, и соответственно время, при котором еще возможно подавление взрыва, составляет не более _взр = _отнгор =0,06 5=0,3 с, при этом при r_взр=0,45 м.

Из приведенных расчетов видно, что время подавления пожара, сопровождающегося в начальной стадии его развития резким повышением давления, составляет для реальных конструкций десятые доли секунды и определяет требования к быстродействию систем. Указанные выше известные системы пожаротушения основаны на использовании огнетушителей, в которых хранение ОТВ осуществляется под давлением газа-пропеллента, ориентированных при установке запорно-пусковым клапаном вверх. В связи с этим уже при хранении часть газа растворяется в ОТВ, а при срабатывании запорно-пусковых клапанов за счет резкого падения давления этот процесс интенсифицируется, происходит выделение растворенного газа и ОТВ переходит в состояние со значительно возрастающей фазой газовой составляющей, т.е. в жидкость со значительно худшими гидравлическими характеристиками. В нашем случае наиболее важным параметром является максимально возможная скорость транспортировки ОТВ по трубопроводу.

Этот технический результат достигается с помощью способа тушения сложного технологического объекта, заключающегося в том, что в очаг пожара направляют огнетушащее вещество, и отличается тем, что огнетушащее вещество в очаг пожара направляют импульсно путем циклической подачи сначала однофазной жидкости со скоростью, близкой к 1500 м/с, а затем газа-пропеллента, предварительно заправленного в баллон под сверхвысоким давлением.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройство тушения пожара сложного технологического объекта, содержащее блок датчиков пожарной сигнализации, контроллер, по крайней мере, два баллона с запорно-пусковыми клапанами, соединенные через трубопроводы, снабженные заправочными штуцерами, с коллектором, имеющим распылители, дополнительно введены две подвижные перегородки, установленные между запорно-пусковыми клапанами первого и второго баллонов через мембраны в первом и втором трубопроводах, а третья мембрана введена в первый трубопровод перед индивидуальным трубопроводом коллектора, при этом датчик давления установлен в первом трубопроводе и соединен со вторым входом контроллера, первый вход которого соединен с выходом блока датчиков пожарной сигнализации, а первый выход контроллера является управляющим входом первого запорно-пускового клапана баллона, заправленного газом-пропеллентом, а второй выход одновременно соединен с управляющими входами запорно-пускового клапана баллона с огнетушащим веществом и дополнительно введенного третьего запорно-пускового клапана между первым и вторым трубопроводом с огнетушащим веществом, причем на конце первого трубопровода установлен карман-ловушка, при этом по крайней мере один из баллонов перевернут и в нижней части, соприкасающейся с запорно-пусковым клапаном, расположена жидкостная компонента ОТВ, а в верхней части баллона - газ-пропеллент.

На фиг.3 представлена функциональная схема устройства, где блок датчиков пожарной сигнализации 1, контроллер 2, запорно-пусковые клапаны 3.1-3.3, баллоны 4.1-4.2, газ-пропеллент 5.1-5.2, подвижная преграда 6.1-6.2, первый трубопровод 7, заправочные штуцеры 8.1-8.2, огнетушащий состав 9.1-9.2, индивидуальный трубопровод 10, мембраны 11.1-11.3, карман-ловушка 12, коллектор 13, распылители 14, датчик давления 15, второй трубопровод 16.

Реализация предложенного способа и достижение указанного технического результата показаны на примере работы устройства.

Работает устройство следующим образом (фиг.3).

При обнаружении пожара сигнал от блока датчиков пожарной сигнализации 1 поступает на первый вход контроллера 2, на первом выходе которого формируется сигнал, который поступает на управляющий вход первого запорно-пускового клапана 3.1, разрешая подачу предварительно заправленного в баллон 4.1 под давлением Р_бал= (100-150) атм газа-пропеллента 5.1 через первую подвижную газонепроницаемую преграду 6.1 в первый трубопровод 7, который выполняют из гладких труб с коэффициентом шероховатости не хуже 0.03 и конструктивно обеспечивают возможность продвижения по нему подвижных преград 6.1 и 6.2. Первый трубопровод 7 предварительно заполняют через штуцер 8.1 однофазным огнетушащим веществом (ОТВ) 9.1, что позволяет сократить время доставки ОТВ в зону пожара.

В начальной и конечной частях первого трубопровода 7 перед местом подключения, по крайней мере, одного индивидуального трубопровода 10 устанавливают разрушаемую под давлением Р>Р_пор мембрану 11.2 и карман-ловушку 12. Когда под давлением Р_бал подвижная преграда 6.1 создает в первом трубопроводе 7 давление больше порогового, то мембрана 11.2 разрушается и однофазное ОТВ 9.1 через короткий индивидуальный трубопровод 10 со скоростью, близкой к 1500 м/с, подается в коллектор 13 с распылителями 14. В распылителе ОТВ преобразовывается в мелкодисперсное состояние с явно выраженным фронтом и повышенной концентрацией, который поступает в защищаемое помещение.

Отличительной особенностью такой подачи ОТВ является близкая к предельной (1500 м/с) скорость движения жидкости по трубопроводам за счет ее однофазности, импульсный характер впрыска, создаваемый за счет сверхвысокого давления (100-150) атм, связанный с этим эффект гидравлического удара при впрыске ОТВ, а также связанная с этим эффектом повышенная скорость перемещения фронта в защищаемом объеме и концентрация ОТВ, которая существенно превышает обычную.

По завершении впрыска однофазной ОТВ 9.1 подвижная преграда 6.1 помещается в карман-ловушку 12 и тем самым разрешает подачу содержащегося в баллоне 4.1 газа-пропеллента 5.1 в защищаемый объем.

Для успешного решения поставленной задачи пожаровзрывоподавления необходимо предупредить возможность повторного воспламенения, что может произойти в случае, если объем ОТВ, заправленный в первый трубопровод 7, будет меньше, чем требуется для этих целей.

Общий объем жидкости, который необходимо подать в защищаемое помещение, определяется как его размерами, так и конкретными свойствами используемого ОТВ, исходя, например, из [1, с. 175-183].

В этом случае по сигналу от датчика давления 15, когда давление газа-пропеллента 5.1 в первом трубопроводе 7 опустится до устанавливаемого заранее порогового значения Р_газ, на второй вход контроллера 2 поступает сигнал, по которому на его втором выходе формируется сигнал, который одновременно подается на второй и третий запорно-пусковые клапаны 3.2 и 3.3? разрешая подачу в первый трубопровод 7 из предварительно заправленного в баллон 4.2 под сверхвысоким давлением (100-150) атм ОТВ 9.2 через второй трубопровод и соединяющий их запорно-пусковой клапан 3.3.

При установке баллон 4.2 специально ориентируют в пространстве запорно-пусковым клапаном вниз, обеспечивая очередность подачи в первый трубопровод 7 сначала заправленный в него ОТВ 9.2, а затем - газа-пропеллента 5.2. Второй запорно-пусковой клапан 3.2 также подключен к первому трубопроводу 7 через вторую подвижную газонепроницаемую перегородку 6.2 и предварительно заправленный ОТВ через штуцер 8.2 второй трубопровод 16. Наличие запорно-пускового клапана 3.3 препятствует вытеканию ОТВ из второго трубопровода 16 при срабатывании первой очереди пожаротушения. Эти меры препятствуют смешиванию остатка газа-пропеллентта 5.1 с ОТВ 9.2 в первом трубопроводе 7 и практически обеспечивают доставку жидкостного ОТВ в зону пожара со скоростью, близкой к скорости движения однофазной жидкости.

Таким образом, из работы устройства и теоретических предпосылок, приведенных выше, следует, что для пожаров, сопровождающихся в начальной стадии развития резким повышением давления, подавление взрыва происходит за счет циклической подачи ОТВ, чередуя однофазную жидкость и газ-пропеллент. Повышение быстродействия и эффективности пожаротушения происходит за счет хранения однофазной ОТВ в трубопроводах в непосредственной близости к охраняемому объекту, что исключает на первом этапе затраты времени на транспортировку ОТВ к колллектору. Повторные впрыски разделенных компонентов ОТВ (жидкостной и газа-пропеллента) обеспечивают транспортировку жидкостной компоненты ОТВ от места хранения к очагу пожара со скоростью, близкой к предельной (1500 м/с). В связи с этим время тушения пожара сложного технологического объекта практически сводится ко времени обнаружения возгорания и времени срабатывания запорно-пусковых устройств.