Система азотного пожаротушения специального сооружения
NITROGEN FIRE EXTINGUISHING SYSTEM FOR SPECIAL STRUCTURE

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.
Известен способ и устройство объемного тушения пожара, заключающиеся в подаче газа в помещение с очагом пожара дымовых газов (П.П. Грузинский, П.М. Хохлов. Аварийно-спасательное дело и борьба за живучесть судна. М. Транспорт, 1977, - с. 195).
Известно устройство газового эжектора, содержащий корпус с трубопроводами подачи потоков активного и пассивного газов и с установленным в нем соплом подачи потока активного газа, камеру смешения потоков газов и сообщенный с ней диффузор, при этом трубопровод подачи потока активного газа, сопло подачи потока активного газа, камера смешения потоков газов и диффузор установлены по оси эжектора, а трубопровод пассивного газа подведен к камере смешения сбоку (Патент РФ №2559115, опубл. от 10.08.2015, Бюл. №22).
Принцип работы газового эжектора основан на эжектировании (подсасывания) потока пассивного газа (с более низким давлением) потоком активного газа (газ с более высоким давлением). При этом поток активного газа по трубопроводу поступает из сопла эжектора, а поток пассивного газа по другому трубопроводу поступает в пространство, образованное соплом и камерой смешения потоков газов. При этом поток активного газа смешивается с потоком пассивного газа в камере смешения потоков газов. Давление этой газовой смеси выравнивается и становится по величине больше, чем величина давления в потоке пассивного газа. Далее смешанный поток активного и пассивного газов из камеры смешения потоков газов поступает в диффузор, где происходит повышение статического давления в смешанном потоке газов.
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 установка газового пожаротушения специального сооружения с изолированными помещениями, включающая средства размещения сжатого азота, установленную в закрытом пространстве газоподающую магистраль, имеющую распределительные узлы, запорную арматуру с приводами, пожарные извещатели, датчики концентрации кислорода, установленные в закрытом пространстве и соединенные с блоком управления, который связан с приводами запорной арматуры и обеспечивает регулирование подачи азота в изолированном помещения в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах (Авторское свидетельство СССР №1151246, опубл. от 23.04.1985, Бюл. №15).
Недостатками данного технического решения являются размещение источника сжатого газа в месте со свободным доступом обслуживающего персонала, невозможности продувки внутреннего объема изолированного помещения после тушения пожара и осветление помещения, а также наличие необходимости больших объемов сжатого газа для тушения пожара внутри сооружения.
Технический результат, который может быть получен в результате реализации предлагаемого изобретения заключается в возможности повышения безопасности эксплуатации системы газового пожаротушения, снижение расхода азота для тушения очагов пожара, возможности продувки внутреннего объема изолированного помещения после тушения пожара, а также повышение скорости тушения за счет интенсификации объема тушащего газа вследствие использования смеси азота и дымовых газов, засасываемых из внутреннего объема помещения, где возник пожар.
Для достижения данного технического результата предлагаемая система азотного пожаротушения специального сооружения, включающая блок хранения сжатого азота, расположенного внутри сооружения, 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 азотного 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 отводящей магистралью дымоудаления с компрессором, размещенной в шахте подземного специального фортификационного сооружения и связывающей специальное фортификационного сооружение с поверхностью земли, и промежуточной емкостью дымовых газов, связанной, с одной стороны, с поверхностью земли отводящей магистралью дымоудаления, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением отдельной линией отвода дымовых газов, заведенной в соответствующее помещение на уровне потолка, при этом блок хранения сжатого азота, блок управления и промежуточная емкость дымовых газов размещены в отдельном изолированном помещении специального фортификационного сооружения, а каждая распределительная линия для подачи сжатого азота заведена в соответствующее изолированное помещение на нижнем уровне у поверхности пола и снабжена на конце газовым эжектором, в котором в качестве активного газа используется сжатый азот, а в качестве пассивного газа дымовые газы, засасываемые в газовый эжектор по трубопроводу пассивного газа из верхней части помещения.
Введение в предлагаемую систему азотного пожаротушения специального сооружения отводящей магистрали дымоудаления с компрессором, размещенной в шахте подземного специального фортификационного сооружения и связывающей специальное фортификационного сооружение с поверхностью земли, и промежуточной емкости дымовых газов, связанной, с одной стороны, с поверхностью земли отводящей магистралью дымоудаления, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением отдельной линией отвода дымовых газов, заведенной в соответствующее помещение на уровне потолка, заведение каждой распределительной линии для подачи сжатого азота в соответствующее изолированное помещение на нижнем уровне у поверхности пола и снабжение ее на конце газовым эжектором, в котором в качестве активного газа используется сжатый азот, а в качестве пассивного газа дымовые газы, засасываемые в газовый эжектор по трубопроводу пассивного газа из верхней части помещения, а также размещение системы азотного 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 хранения сжатого азота, блока управления и промежуточной емкости дымовых газов в отдельном изолированном помещении позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании дымовых газов, образовавшихся в результате горения, в качестве дополнительного источника нейтрального газа для снижения концентрации кислорода и тушения пожара внутри горящего изолированного помещения, что обеспечивает с одной стороны, снижение расхода азота для тушения пожара, а с другой стороны, повышение скорости тушения за счет интенсификации объема тушащего газа вследствие использования смеси азота и дымовых газов, засасываемых из внутреннего объема помещения, где возник пожар, при одновременной подаче смеси азота и дымовых газов на уровне пола и откачки дымовых газов у поверхности потолка изолированного помещения, возможности быстрой продувки внутреннего объема изолированного помещения после тушения пожара за счет эффекта одновременного поступления воздуха при открытии выхода из общего транспортного тоннеля и удаления оставшихся дымовых газов по отводящей магистрали дымоудаления в окружающую среду, а также повысить надежность и безопасность эксплуатации системы азотного пожаротушения за счет размещения блока хранения сжатого азота, блока управления и промежуточной емкости дымовых газов в отдельном изолированном помещении, что, с одной стороны, позволяет исключить несанкционированный доступ персонала и вывода из строя блока управления, а с другой стороны, защищает обслуживающий персонал от действия выброса азота или дымовых газов в случае аварийной разгерметизации блока хранения азота или промежуточной емкости дымовых газов.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема система азотного пожаротушения специального сооружения.
Система азотного 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 азотного 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 и обеспечивает регулирование подачи азота в помещения 2 в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах.
Система азотного пожаротушения снабжена промежуточной емкостью дымовых газов 13, связанной, с одной стороны, с поверхностью земли отводящей магистралью дымоудаления 14 с компрессором 15, а, с другой стороны, с каждым изолированным помещением 2 отдельной линией отвода дымовых газов 16, заведенной в соответствующее помещение 2 на уровне потолка.
Отводящая магистраль дымоудаления 13 размещена в шахте 4 подземного специального фортификационного сооружения 1 и связывает специальное фортификационного сооружение 1 с поверхностью земли.
Блок хранения сжатого азота 6, блок управления 12 и промежуточная емкость дымовых газов 13 размещены в отдельном изолированном помещении 19 специального фортификационного сооружения 1 с открывающимся выходом 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала.
Каждая распределительная линия 8 для подачи сжатого азота заведена в соответствующее изолированное помещение 2 на нижнем уровне у поверхности пола и снабжена на конце газовым эжектором 17, в котором в качестве активного газа используется сжатый азот, а в качестве пассивного газа дымовые газы, засасываемые в газовый эжектор 17 по трубопроводу пассивного газа 18 из верхней части помещения 2.
Работа предлагаемой системы азотного пожаротушения специального сооружения осуществляют следующим образом.
Система азотного пожаротушения специального сооружения предназначена для тушения пожара в изолированных помещениях подземного специальных фортификационных сооружений 1. В связи с этим система азотного 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 этом после прохода обслуживающего персонала выходы 3 закрываются и 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 подачи сжатого азота. 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 блока хранения сжатого азота 6 по газоподающей магистрали сжатого азота 7 подается по распределительной линии для подачи сжатого азота 8 в соответствующее помещение 2 с очагом пожара, при этом подается на нижнем уровне у поверхности пола через газовый эжектор 17, расположенный на конце распределительной линии 8. 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.
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.
После этого запускается компрессор 15 и 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 13, откуда с помощью компрессора 15 по отводящей магистрали дымоудаления 14 удаляются из специального фортификационного сооружения 1 через шахту 4 в окружающую среду.
Расположение газового эжектора 17 на конце каждой распределительной линии 8 позволяет использовать дымовые газы, образовавшиеся в результате горения, в качестве дополнительного источника нейтрального газа для снижения концентрации кислорода и тушения пожара внутри горящего изолированного помещения 2, что обеспечивает с одной стороны, снижение расхода азота для тушения пожара, а с другой стороны, повышение скорости тушения за счет интенсификации объема тушащего (нейтрального газа - смеси азота и дымовых газов) газа вследствие использования смеси азота и дымовых газов, засасываемых из внутреннего объема помещения 2, где возник пожар, через трубопровод пассивного газа 18 из верхней части помещения 2.
Поскольку принцип тушения пожара инертным газом - смеси азотом и дымовых газов, 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 инертного газа 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.
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 распределительной линии 8 подачи сжатого азота, который расположен в соответствующем 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 блока хранения сжатого азота 6 по газоподающей магистрали сжатого азота 7 перестает податься 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 компрессоре 15, 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 14 в окружающую среду через промежуточную емкость дымовых газов 13.
Для повышения надежности и безопасности эксплуатации системы газового пожаротушения Блок хранения сжатого азота 6, блок управления 12 и промежуточная емкость дымовых газов 13 размещают в отдельном изолированном помещении 19 с открывающимся выходом 3, 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 выброса азота или дымовых газов в случае аварийной разгерметизации блока хранения азота 6 или промежуточной емкости дымовых газов 13.
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. П.П. Грузинский, П.М. Хохлов. Аварийно-спасательное дело и борьба за живучесть судна. М. Транспорт, 1977, - с. 195.
6. Патент РФ №2559115, опубл. от 10.08.2015, Бюл. №22.
7. Патент РФ №2690062, опубл. от 30.05.2019, Бюл. №16.
8. Авторское свидетельство СССР №1151246, опубл. от 23.04.1985, Бюл. №15 - прототип.