Система газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота
GAS FIRE EXTINGUISHING SYSTEM FOR ISOLATED ROOMS OF SPECIAL STRUCTURE WITH USE OF COMPRESSED NITROGEN

Изобретение относится к системам газового пожаротушения и может быть использовано, например, в закрытых помещениях и подземных сооружениях, в частности, подземных специальных фортификационных сооружений (СФС).
Известно устройство специальных фортификационных сооружений, которые строятся глубоко под землей для размещения в них командных пунктов, узлов связи, укрытий для особо важной военной техники и боеприпасов, медицинских учреждений и др. Специальные фортификационные сооружения могут быть многоэтажными и включают в себя: основные помещении, входные галереи с прочными входными оголовками, оборудованными защитными дверями или воротами, вентиляционные и технологические отверстия с защитными устройствами. В состав внутреннего оборудования специальных фортификационных сооружений входят технологические системы (средства связи, электронные устройства) и технические системы: фильтровентиляции, отопления, холодоснабжения, освещения, кондиционирования воздуха, автономного энергоснабжения, водоснабжения, канализации, пожаротушения и т.д. (Левыкин В.И. Фортификация: прошлое и современность. - М.: Воениздат, 1987. - стр. 101-102).
Известно устройство подземного специального фортификационного сооружения, в котором связь с дневной поверхностью осуществляется по вертикальной шахте, примыкающей к стене сооружения. Такие входы называются шахтными входами (Лапшин Г.А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. - стр. 95-96).
Известен способ объемного тушения пожара, включающий хранение жидкого хладона, транспортировку его, подачу в помещение и ингибирование реакции горения парами хладона, и устройство, содержащее емкость с жидким хладоном, баллон со сжатым газом для вытеснения хладона, трубопровод для транспортировки хладона и распылители для подачи хладона в помещение (Борьба с пожарами на судах. Под ред. М.Г. Ставицкого. Л. Судостроение, 1976, с. 185-190).
Недостатком таких установок является вредное влияние хладонов на окружающую среду, кроме того эти установки имеют достаточно большие массо-габаритные характеристики, что снижает эффективность их использования для тушения пожаров. Применение хладонов ограничено в закрытых помещениях, так как продукты термического разложения хладонов обладают высокой токсичностью и высокой коррозионной активностью. Кроме того, проведение международных мероприятий по охране озонового слоя Земли в соответствии с Монреальским протоколом (1987 г.) потребует сокращения использования упомянутых хладонов, как веществ с высоким озоноразрушающим потенциалом.
Известны способы и системы, обеспечивающие тушение пожара путем подачи в зону горения распыленной воды, пены, порошка и инертного газа (Пожарная безопасность. Взрывобезопасность /Под ред. Баратова А.Н. М.: «Химия», 1987).
Однако известное решение использования воды наряду с преимуществами обладает высокой инерционностью и может привести к порче электрооборудования, а при тушении пожара в герметичном объекте к опасному повышению давления вплоть до взрыва. Использование пены или порошка является высоко затратным способом пожаротушения и недостаточно эффективным из-за небольшой защищаемой площади и невозможности подачи огнетушащего вещества в очаг возгорания, расположенный в труднодоступном месте. Кроме того, огнетушащая способность перечисленных веществ в условиях избыточного давления мало изучена. Поэтому данные технологии не могут применяться в закрытых специализированных помещениях.
Известна система газового пожаротушения на основе использования азота и предназначенная для снижения концентрации кислорода в закрытых помещениях до значения приблизительно 12% по объему. При таких концентрациях кислорода большинство горючих материалов не могут больше воспламеняться. Основными сферами применения являются, в частности, закрытые производственные помещения, помещения для коммутации и распределения электрической энергии, а также помещения, в которых расположено или хранится ценное оборудование (Патент РФ №2690062, опубл. от 30.05.2019, Бюл. №16).
Известна система газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота, включающая блок хранения сжатого азота с давление до 30 МПа, расположенным на поверхности земли, газоподающую магистраль сжатого азота, имеющую несколько распределительных линий, содержащих запорную арматуру с приводами для подачи сжатого азота в каждое изолированное помещение, пожарные извещатели и датчики концентрации кислорода, установленные в каждом помещении, и блок управления, регистрирующий показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода и соединенный с приводами запорной арматуры распределительных линий сжатого азота для обеспечения регулирования подачи азота в помещения в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах. При этом газоподающая магистраль выполнена в виде замкнутого кольца по форме закрытого пространства, равномерно разделена посредством запорной арматуры на три сектора, средства размещения сжатого газа выполнены в виде трех батарей, имеющих по меньшей мере по три отделенных запорной арматурой от соответствующего коллектора емкости (Патент РФ №2066217, опубл. от 10.09.1996).
Недостатками данного технического решения являются наличие внутри специального сооружения (протяженных закрытых помещений) большого количества трубопроводов с азотом под давлением 30 МПа, что приводит к низкой безопасность эксплуатации данной системы обслуживающим персоналом, необходимость создания для каждого блока изолированных помещений (сектора) отдельного источника сжатого газа высокого давления, что значительно усложняет системы газового пожаротушения, а также невозможность быстрого удаления дымовых газов из внутреннего пространства изолированных помещений после прекращении горения и или тушения пожара.
Технический результат, который может быть получен в результате реализации предлагаемого изобретения заключается в повышении безопасности эксплуатации обслуживающим персоналом системы газового пожаротушения и уменьшении времени тушения пожара и удаления дымовых газов удаления дымовых газов из внутреннего пространства подземных изолированных помещений.
Для достижения данного технического результата предлагаемая система газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота, включающая блок хранения сжатого азота с высоким давление до 30 МПа, расположенным на поверхности земли, газоподающую магистраль сжатого азота, имеющую несколько распределительных линий, содержащих запорную арматуру с приводами для подачи сжатого азота в каждое изолированное помещение, пожарные извещатели и датчики концентрации кислорода, установленные в каждом помещении, и блок управления, регистрирующий показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода и соединенный с приводами запорной арматуры распределительных линий сжатого азота для обеспечения регулирования подачи азота в помещения в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах, согласно изобретения, система газового пожаротушения размещена внутри подземного специального фортификационного сооружения, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений с открывающимися выходами в общий транспортный тоннель для обслуживающего персонала, и снабжена расширительной емкостью азота, связанной, с одной стороны, с блоком хранения сжатого азота заправочной магистралью сжатого азота с регулирующим вентилем, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением через газоподающую магистраль сжатого азота и отдельные распределительные линии для подачи азота, заведенные в каждое помещение на уровне пола, промежуточной емкостью дымовых газов, связанной, с одной стороны, с поверхностью земли отводящей магистралью дымоудаления с компрессором, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением отдельной линией отвода дымовых газов, заведенной в каждое помещение на уровне потолка, при этом блок управления, расширительная емкость азота и промежуточная емкость дымовых газов размещены в отдельном изолированном помещении специального фортификационного сооружения, а заправочная магистраль сжатого азота и отводящая магистраль дымоудаления размещены в шахте подземного специального фортификационного сооружения, связывающей специальное фортификационного сооружение с поверхностью земли.
Введение в предлагаемую систему газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота расширительной емкостью азота, связанной, с одной стороны, с блоком хранения сжатого азота заправочной магистралью сжатого азота с регулирующим вентилем, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением через газоподающую магистраль сжатого азота и отдельные распределительные линии для подачи азота, заведенные в каждое помещение на уровне пола, промежуточной емкостью дымовых газов, связанной, с одной стороны, с поверхностью земли отводящей магистралью дымоудаления с компрессором, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением отдельной линией отвода дымовых газов, заведенной в каждое помещение на уровне потолка, а также размещение системы газового пожаротушения внутри подземного фортификационного сооружения, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений с открывающимися выходами в общий транспортный тоннель для обслуживающего персонала, при этом размещение блока управления, расширительной емкости азота и промежуточной емкости дымовых газов отдельном изолированном помещении специального фортификационного сооружения, а заправочной магистрали сжатого азота и отводящей магистрали дымоудаления в шахте подземного специального фортификационного сооружения, связывающей специальное фортификационного сооружение с поверхностью земли, позволяет получить новое свойство, заключающееся в хранении азота внутри специального сооружения в расширительной емкости азота, газоподающей магистрали сжатого азота и отдельных распределительных линиях для подачи азота, заведенных в каждое помещение, при более низких значениях давления, чем в блоке хранения сжатого азота, расположенного на поверхности земли, за счет возможности снижения давлением азота в регулирующем вентиле заправочной магистрали сжатого азота с 30 МПа до 0,6-1,0 МПа, исключении несанкционированного доступа персонала и вывода из строя блока управления, а также защите обслуживающего персонала от действия выброса от действия азота и дымовых газов в случае аварийной разгерметизации расширительной емкости азота или промежуточной емкости дымовых газов за счет их размещения в отдельном изолированном помещении специального сооружения, что обеспечивает повышение безопасности эксплуатации обслуживающим персоналом системы газового пожаротушения, а также уменьшении времени тушения пожара и удаления дымовых газов из внутреннего пространства подземных изолированных помещений после прекращении горения за счет откачки дымовых газов у поверхности потолка изолированных помещений и удаления их из специального сооружения на поверхность земли за счет предварительного сброса в промежуточную емкость дымовых газов, имеющую значительно больший объем, чем линии отвода дымовых газов из изолированных помещений.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота.
Система газового пожаротушения размещена внутри подземного специального фортификационного сооружения 1, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений 2 с открывающимися выходами 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала. Специальное фортификационное сооружение 1 имеет шахту 4 для связи с поверхностью земли.
Система газового пожаротушения включает в себя блок хранения сжатого азота 6, газоподающую магистраль сжатого азота 7, имеющую несколько распределительных линий 8, содержащих запорную арматуру 9 с приводами, для подачи сжатого азота в каждое помещение 2, пожарные извещатели 10 и датчики концентрации кислорода 11, установленные в каждом помещении 2, и блок управления 12, регистрирующий сигналы пожарных извещателей 10 и датчиков концентрации кислорода 11 и соединенный с приводами запорной арматуры 9 распределительных линий сжатого азота 8, для обеспечения регулирование подачи азота в помещения 2 в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах.
Система газового пожаротушения снабжена отводящей магистралью дымоудаления 13 с компрессором 14, связанной с каждым помещением 2 через промежуточную емкость дымовых газов 15 линиями отвода дымовых газов 16.
Распределительные линии для подачи сжатого азота 8 заведены в каждое помещение 2 на нижнем уровне у поверхности пола, а линии отвода дымовых газов 16 заведены в каждое помещение 2 на верхнем уровне у поверхности потолка.
Блок хранения сжатого азота 6 связан с газоподающей магистралью сжатого азота 7 через заправочную магистраль сжатого азота 17 с регулирующим вентилем 18 и расширительную емкостью азота 19.
Блок управления 12, расширительная емкость азота 19 и промежуточная емкость дымовых газов 15 размещены в отдельном изолированном помещении 20 специального фортификационного сооружения 1.
Заправочная магистраль сжатого азота 17 и отводящая магистраль дымоудаления 13 размещены в шахте 4 подземного специального фортификационного сооружения 1.
Работа предлагаемой системы газового пожаротушения изолированных помещений специального сооружения с применением сжатого азота осуществляют следующим образом.
Система газового пожаротушения специального сооружения предназначена для тушения пожара в изолированных помещениях подземного специальных фортификационных сооружений 1. В связи с этим система газового пожаротушения размещается внутри подземного фортификационного сооружения 1, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений 2 с открывающимися выходами 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала. Специальное фортификационное сооружение 1 имеет шахту 4 для связи с поверхностью земли.
Обслуживающий персонал периодически выходит и входит в помещения 2 через выходы 3 и перемещается между помещениями 2 по общему транспортному тоннелю 5, при закрытии выходов 3 помещения 2 становятся изолированными.
В случае возникновения пожара в одном (или нескольких) из помещений 2 и появления дыма срабатывает пожарный извещатель 10, размещенный в данном помещении 2, и от него сигнал поступает в блок управления 12. От блока управления 12 управляющий сигнал поступает на привод запорной арматуры 9 соответствующей распределительной линии 8. Данный управляющий сигнал дает команду на открытие запорной арматуры 9 распределительной линии 8.
В результате открытия запорной арматуры 9 распределительной линии 8 сжатый азот из расширительной емкости азота 19 по газоподающей магистрали сжатого азота 7 подается по соответствующей распределительной линии для подачи сжатого азота 8 в помещение 2 с очагом пожара, при этом подается на нижнем уровне у поверхности пола.
В начальном периоде возникновения пожара очень важна быстрая и безопасная эвакуация обслуживающего персонала из помещения 2 с очагом пожара в общий транспортный тоннель 5. Для этого открывается выход 3 и обслуживающий персонал покидает помещение 2 с очагом пожара. Поскольку в помещение 2 с очагом пожара уже начал подаваться азот от уровня пола и создается определенный подпор давления, при открытии выхода 3 воздух из тоннеля 5 в горящее помещение 2 практически не поступает, что позволяет не поддерживать горение и обеспечивает необходимое время для эвакуации обслуживающего персонала.
Дымовые газы из горящего помещения 2 на уровне поверхности потолка засасываются в соответствующую линию отвода дымовых газов 16 и далее поступают в промежуточную емкость дымовых газов 15, откуда с помощью компрессора 14 по отводящей магистрали дымоудаления 13 удаляются из специального фортификационного сооружения 1 через шахту 4 в окружающую среду.
Поскольку промежуточная емкость дымовых газов 15 имеет значительно больший объем, чем линии отвода дымовых газов 16 из изолированных помещений 2, то данное обстоятельство позволяет уменьшить время тушения пожара и удаления дымовых газов из внутреннего пространства подземных изолированных помещений 2 за счет более быстрой откачки дымовых газов у поверхности потолка изолированных помещений 2 и замещение дымовых газов нейтральной средой.
Поскольку принцип тушения пожара азотом, основывается на снижение в изолированном горящем помещении 2 концентрации кислорода до уровня 10-12% в составе смеси воздушной среды и дымовых газов, то одновременная подача азота на уровне пола и откачка дымовых газов у поверхности потолка горящего помещения 2 обеспечивает резкое изменение состава воздушной массы внутри изолированного горящего помещения 2 и снижение концентрации кислорода (парциального давления) до уровней, исключающих процесс горения, тем самым повышается скорость тушения пожара внутри изолированного горящего помещения 2.
Необходимость подачи азота в горящее помещение 2 на уровне пола объясняется тем обстоятельством, что азот легче воздуха, и в этом случае он будет подниматься снизу вверх, снижая концентрацию кислорода.
При снижении в замкнутом горящем помещении 2 концентрации кислорода до уровня 10-12% в составе смеси воздушной среды и дымовых газов, процесс горения прекращается. Одновременно данный параметр смеси воздушной среды и дымовых газов фиксируется датчиком концентрации кислорода 11 в помещении 2 с очагом пожара, после чего от датчика концентрации кислорода 11 подается сигнал в блок управления 12. От блока управления 12 управляющий сигнал поступает на привод запорной арматуры 9 соответствующей распределительной линии 8 подачи сжатого азота в помещении 2 с очагом пожара. Данный управляющий сигнал дает команду на закрытие запорной арматуры 9 распределительной линии 8.
В результате закрытия запорной арматуры 9 распределительной линии 8 сжатый азот из расширительной емкости азота 19 по газоподающей магистрали сжатого азота 7 перестает подаваться по соответствующей распределительной линии для подачи сжатого азота 8 в помещение 2 с очагом потухшего пожара.
После тушения пожара, для проветривания помещения 2 с очагом потухшего пожара, открывается выход 3 и воздух из тоннеля 5 поступает в помещение 2 при еще работающим компрессором 14, в результате чего повышается скорость очистки внутреннего объема изолированного помещения 2 от дымовых газов после прекращении горения и за счет его удаления по отводящей магистрали дымоудаления 13 в окружающую среду.
Для постоянного поддержания необходимого количества азота в расширительной емкости азота 19, азот по мере его расходования при ликвидации пожара добавляется из блока хранения сжатого азота 6 через заправочную магистраль сжатого азота 17, при этом давлением азота снижается с 30 МПа до 0,6-1 МПа за счет регулирующего вентилем 18. Данное давление постоянно поддерживается в расширительной емкости азота 19, газоподающей магистрали сжатого азота 7 и отдельных распределительных линиях 8 для подачи азота, заведенных в каждое помещение 2. Соответственно, внутри специального фортификационного сооружения 1 отсутствуют трубопроводы, имеющие высокое до 30 МПа давление, что обеспечивает безопасную для обслуживающего персонала эксплуатацию системы газового пожаротушения внутри специального фортификационного сооружения 1.
Блок управления 12, расширительная емкость азота 19 и промежуточная емкость дымовых газов 15 размещены в отдельном изолированном помещении 20 с открывающимся выходом 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала, что, с одной стороны, позволяет исключить несанкционированных доступ персонала и вывода из строя блока управления 12, а с другой стороны, защищает обслуживающий персонал от действия азота и дымовых газов в случае аварийной разгерметизации расширительной емкости азота 19 или промежуточной емкости дымовых газов 15.
Заправочная магистраль сжатого азота 17 и отводящая магистраль дымоудаления 13 размещены в шахте 4 подземного специального фортификационного сооружения 1.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Левыкин В.И. Фортификация: прошлое и современность. - М.: Воениздат, 1987. - стр. 101.
2. Лапшин Г.А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. - стр. 95-96.
3. Борьба с пожарами на судах. Под ред. М.Г. Ставицкого. Л. Судостроение, 1976, с. 185-190.
4. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность /Под ред. Баратова А.Н. М.: «Химия», 1987.
5. Патент РФ №2690062, опубл. от 30.05.2019, Бюл. №16.
6. Патент РФ №2066217, опубл. от 10.09.1996 - прототип.