СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУШЕНИЯ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ И ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ В РЕЗЕРВУАРАХ
METHOD AND DEVICE FOR EXTINGUISHING FLAMMABLE AND COMBUSTIBLE LIQUIDS FIRING IN RESERVOIRS

Изобретение относится к области противопожарной техники и предлагает способ и устройство для тушения легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих (ГЖ) жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей (РВС), с фиксированной крышей и понтоном (РВСП) или в резервуарах с плавающей крышей (РВСПК) с помощью огнетушащей газодисперсной смеси.
3
Известен способ тушения горящих жидкостей, заключающийся в подаче в очаг пожара твердой двуокиси углерода в раздробленном виде с диаметром гранул 3-4 см. Гранулы подают под слой горящей жидкости компактными порциями (Авторское свидетельство СССР №1687266 от 30.10.91). К недостаткам способа тушения горящих жидкостей твердой двуокисью углерода относится затруднительная ее подача в горящий резервуар по сливо-наливным технологическим трубопроводам, большой расход на тушение очага (не менее 0,7 кг/м) и ее хранение в изотермических резервуарах.
Известен также способ газопорошкового тушения из порошкового огнетушителя, предназначенного для локального тушения пожаров, который содержит баллон-пушку с огнетушащим порошком, газогенерирующую камеру с взрывчатым зарядом и пиропатроном, систему автоматического управления и контроля. Данный огнетушитель описан в рекомендациях ВНИИПО МВД РФ СССР, 1978 г., стр.12, 16, 30, рис.5 и 4(2). К недостаткам данного способа следует отнести:
- повышенный удельный вес устройства к весу его огнетушащего заряда;
- высокое давление (100 МПа) и высокая температура (1500-2000°С) в газогенерирующей камере;
- высокое давление (10 МПа) в корпусе огнетушителя. Сложность использования данного способа тушения из-за высокой скорости истечения (до 250 м/с) огнетушащего состава и его повышенной опасности для обслуживающего персонала.
3
2
2
3
3
3
3
3
туш.
Известен способ тушения пожара по патенту РФ №2129031 от 18.08.92 г., заключающийся в подаче на горящую поверхность твердотопливного аэрозолеобразующего вещества в виде пеногранул или пеношашек с удельным весом 800 кг/м, покрытых гидроизолирующим составом, причем температура воспламенения состава 120-140°С. Согласно изобретению подачу состава ведут вручную (забрасывают мешочки с пеногранулами на горящую поверхность резервуара с нефтью) либо подают по шлангу из автомобиля. Данный способ, по нашему мнению, практически нереализуем из-за очень высокой опасности подачи твердотопливной или пиротехнической композиции с вышеуказанными параметрами на поверхность горящего резервуара, тем более с поверхностью горения 375 м. Диаметр резервуара РВС-3000 составляет 21,8 м, а площадь горения 375 м. Высота пламени при пожаре составляет 1-2 диаметра. Так, если высота пламени равна диаметру, т.е. 21,8 м, то объем пламени составит 8000 м. Согласно описанию, 24 кг пеногранул диаметром 8-10 мм и плотностью 600 кг/м закроют всего 1% площади горящей поверхности, а создаваемая концентрация аэрозоля (при условии коэффициента использования состава равным единице) составит 24000 г: 8000 м = 3 г/м, в то время как авторы приводят С=63 г/м.
3
3
2
2
2
2
3
Если учесть, как пишут авторы, что объем выделившихся газов в 1600раз больше объема пеношашек, то объем продуктов сгорания составит 64 м, что составит 0,8% от объема пламени. Таких огнетушащих веществ с огнетушащей концентрацией 3 г/м или 0,8% по объему, или 24 кг: 375 м= 0,064 кг/м до настоящего времени не найдено, поэтому этот способ тушения физически нереализуем. Известен также способ тушения пожаров в резервуарах по патенту РФ №2096053 А62С 2/00 от 05.08.94 г., сущность которого заключается в сжигании твердотопливной композиции (ТТК) и подаче газо-аэрозольной смеси к горящей поверхности снизу вверх в охлажденном состоянии, причем охлаждение ведут в 2 этапа. На первом этапе продукты сгорания твердотопливной композиции охлаждаются в трубопроводе, куда поступает вода или водный раствор солей. На втором этапе оставшаяся (не растворившаяся, не осевшая и не сконденсировавшаяся в трубопроводе) часть газо-аэрозольной смеси (ГАС) барботируется через слой горючей или легковоспламеняющейся жидкости к поверхности горения. Удельный расход относительно горящей поверхности составил 0,2 кг/м при площади горения 1 м, объеме ЛВЖ 0,75 м и высоте столба ЛВЖ 0,75 м.
3
2
o
Основным недостатком данного способа является повышенная огнеопасность (применение пирофорных ТТК на объектах повышенной пожароопасности), термический пиролиз нефти и нефтепродуктов продуктами горения, а также относительно высокий расход огнетушащего состава при барботировании ГАС в натурных РВС (резервуарах вертикальных стальных). Так, например, наиболее часто используемые в Российской Федерации РВС-5000 объемом 5000 мимеют диаметр зеркала 22,8 м и высоту столба хранящейся жидкости 11,92 м. Поверхность зеркала составляет 408 м. Отсюда для равномерного распределения ГАС по зеркалу РВС-5000 в натурных условиях к дополнительно описанным в патенте мероприятиям необходимо использовать трубную развертку для барботирования ГАС, причем диаметр d отверстий барботера определяется по формуле:
ж
где σ - коэффициент поверхностного натяжения горючей жидкости;
г
ρ - плотность газообразных продуктов сгорания;
Н - высота столба жидкости над барботером;
a
P - атмосферное давление;
g - ускорение земного тяготения;
а расстояние L, м, между центрами отверстий барботера находится из соотношения:
(см. Я.Е.Гегузин). Пузыри. - М.: 1985 г.)
пуз
пуз
0
По экспериментальным данным (И.В.Белов, Е.В.Проколов. Скорость движения и формы воздушных пузырей в воде. // ПМТФ, №3, 1968) скорость всплытия пузырей составляет в среднем u≈0,23 м/с при d≥2 мм. Расчеты показывают, что оптимальный диаметр отверстий барботера d=3 мм, а расстояние между отверстиями L=9 мм (см. патент РФ №2126702 А62С 3/06).
Таким образом, для эффекта тушения пожара в РВС-5000 необходим барботер с 50000 отверстий.
2
Потери огнетушащего аэрозоля в трубопроводах и на охладителях составляют до 50% соответственно (В.В.Агафонов, Н.П.Копылов. Установки аэрозольного пожаротушения. М.: 1999. 302 с.). В результате в натурных условиях реальный расход составляет 0,8 кг/м, при этом время подачи ГАС на поверхность горящей жидкости с учетом времени работы генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА) составит не менее 2 минут.
3
2
2
Известен способ тушения пожара в резервуарах с легковоспламеняющимися (ЛВЖ) и горючими жидкостями (ГЖ) по патенту РФ №2241508, который выбран нами за прототип. Тушение в данном способе осуществляется путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси (ГДС) в зону горения снизу вверх, а огнетушащую ГДС образуют путем подачи под давлением не менее 2 МПа газообразного и/или сжиженного газового флегматизатора, и/или газообразного, и/или сжиженного гомогенного ингибитора горения, и/или углеводородофобного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в емкость с порошкообразным или жидким гетерогенным ингибитором горения, имеющую клапан, обеспечивающий выпуск ГДС при достижении давления в емкости не ниже 0,42 кПа через перфорированный распылитель или через несколько распылителей, обеспечивающих распыление ГДС на 180° с расходом не менее 1 кг/с в направлении, параллельном поверхности горящей жидкости, и в верхнюю полусферу над поверхностью вышеуказанной жидкости с интенсивностью, обеспечивающей создание концентрации ГДС в центре объема пламени над зеркалом горящей поверхности не менее 0,09 кг/м, причем, соотношение масс между газовой и дисперсной фазами огнетушащей смеси находится в пределах от 0,2:1 до 15:1. В качестве газовой составляющей используют инертный газ (например, СО, N, Ar или их смесь) и/или озононеразрушающий галогено-углеводород, а в качестве гетерогенного ингибитора горения используют огнетушащий порошковый состав на основе карбонатов и/или хлоридов, и/или фосфатов щелочного, и/или щелочноземельного металла, и/или аммония или туманообразующий раствор ортофосфорной кислоты.
Подачу ГДС ведут одновременно из генераторов, плавающих на поверхности жидкости, находящейся в резервуаре, и расположенных как по периметру резервуара, так и в его центре, причем результирующий вектор горизонтального распыла периферийных генераторов направлен к центру, а центральных - к периферии, результирующий вектор распыла периферийных генераторов в верхнюю полусферу направлен к центру объема пламени, центрально-расположенных генераторов - от центра зеркала горящей поверхности к периферии под углом 90° к вышеуказанному вектору.
Известно устройство для тушения нефти в резервуарах, содержащее газопорошковый инжектор и/или газожидкостный инжектор (пеногенератор), нагнетающий в систему кольцевых и радиальных трубопроводов через пуско-запорное устройство ОТВ. Трубопроводы расположены в нефти горизонтально дну резервуара и соединены с системой вертикальных труб, в верхней части которых, выступающей над поверхностью нефти, расположены сопловые распылители, обеспечивающие при пожаре подачу огнетушащего вещества (ОТВ) над горящей поверхностью ГЖ (Патент, США №5573068 МКИ А62С 3/06 от 12.11.1996 г.). Данное устройство выбрано нами за прототип заявляемого устройства.
К недостаткам этого устройства можно отнести следующее:
высокая металлоемкость устройства.
Возьмем к примеру резервуар РВС-5000, имеющий диаметр “зеркала” нефти 22,8 м и высоту столба 11,92 м. Согласно описанию патента-прототипа количество кольцевых трубопроводов определяется, как , т.е. в нашем случае количество кольцевых трубопроводов будет , т.е. три кольцевых трубопровода, причем наибольший по радиусу отстоит от внутренней стенки РВС не менее чем на 1 м, т.е. максимальный диаметр кольца составит ≈21 м, средний ≈14 м, а внутренний диаметр ≈7 м. Все три кольца соединены, как минимум, шестью пересекающимися радиальными трубами, т.е. еще 6 труб по 21 м. На пересечениях кольцевых и радиальных труб установлены вертикальные сливные трубы высотой ≈11 м. Это еще 13 труб длиной по 11 м. Таким образом, общая длина трубопроводов составит:
1
2
3
1
L=πД+πД+πД+Д+13·11м=66м+44м+22м+126м+143м=401 м.
Внутренний диаметр трубопровода для пенного тушения составляет 200 мм, для порошкового 50 мм. Вес пенного стального трубопровода при толщине стенки 5 мм составит 9,6 т, для порошковой системы тушения при толщине стенки 3 мм вес только трубопровода составит 1,5 т. Вес устройства для тушения РВС-1000 составит 2,5 т.
Целью настоящего изобретения является расширение температурного диапазона применения газодисперсного способа тушения пожаров до (-50°С)÷(+50°С) вместо (-20°С)÷(+50°С) у прототипа), увеличения эффективности тушения за счет увеличения массового расхода газодисперсной смеси (ГДС), скорости ее истечения, при снижении металлоемкости пожаротушащего модуля.
Поставленная задача решается при реализации заявляемого способа и устройства для тушения ЛВЖ и ГЖ в резервуарах с фиксированной крышей и в резервуарах с фиксированной крышей и понтоном или с плавающей крышей, а именно, путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне резервуара или на плавающей крыше. Газодисперсную огнетушащую смесь образуют в два этапа:
первый - в емкости-форкамере с дисперсным гетерогенным химическим ингибитором горения путем подачи под давлением не менее 2,5 МПа не менее одной пятой части газообразного и/или сжиженного ингибитора горения или смеси газообразного и/или сжиженного флегматизатора с метил-, этил-, пропилкарбинолом или их смесью и/или 5-20% раствором йода или йодида щелочного металла, или аммония, или их смеси в вышеназванных растворителях-карбинолах, причем впуск в форкамеру газообразных и/или сжиженных компонентов смеси производят из баллона или системы баллонов, или газогенератора с пускозапорными устройствами по сигналу от извещателя, или вручную через трубчатый аэратор, установленный внутри форкамеры, соединенной через выпускной клапан со вторичной разгонно-смесительной камерой и открывающейся при давлении не менее 0,9 МПа, где формируют окончательно газодисперсную смесь при соотношении газовой и дисперсной фазы в пределах от 0,35:1 до 100:1, причем отношение газовых и сжиженных флегматизаторов берут в соотношении, обеспечивающем давление в газобаллонной системе не менее 4 МПа при температуре (-50°С),
второй - из разгонно-смесительной камеры через трубопровод газодисперсную смесь подают в сопловой блок, имеющий запорный клапан, вскрывающий сопловой блок, имеющий не менее одного сопла, выполненного со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе сопла не менее 0,11 МПа и массовый расход не менее 15 кг/с.
В качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, и/или фторуглероды или шестифтористую серу, в качестве газообразных и/или сжиженных гомогенных ингибиторов используют бром- и/или йодгалогенуглеводороды, в качестве газовых флегматизаторов используют азот или аргон, или их смесь, а в качестве гетерогенного ингибитора используют огнетушащие порошки на основе хлоридов, сульфатов, фосфатов или карбонатов щелочного, щелочноземельного металла или аммония, или их смесь.
Устройство для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей или с фиксированной крышей и понтоном, или с плавающей крышей содержит емкость-форкамеру с дисперсным химическим ингибитором горения с герметичной крышкой, источником (источниками) газа, обеспечивающим(ми) инжекцию дисперсного ингибитора, находящегося в указанной емкости, пуско-запорное устройство и выходной трубопровод с сопловым блоком, размещенным в верхней части резервуара над поверхностью жидкости, понтоном или плавающей крышей, и отличается тем, что источник(и) газа связан(ы) с полостью емкости с дисперсным ингибитором через трубчатый аэратор, закрепленный в крышке, имеющей выходной трубопровод с выпускным клапаном, открывающимся при давлении не менее 0,9 МПа и соединяющим форкамеру с разгонно-смесительной камерой, которая, в свою очередь, через трубопровод с мембранным, механическим или электрическим клапаном соединена с сопловым блоком, имеющим не менее одного сопла, выполненным со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе не менее 0,11 МПа и скорость истечения не менее 240 м/с.
Устройство отличается тем, что пускозапорное устройство выполнено с автоматическим, автономным и с ручным запуском.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1-3, на которых показаны устройства и их расположение для различных резервуаров.
На фиг.1 представлена схема резервуара (РВС) 4 с фиксированной крышей 1, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2.
На фиг.2 представлена схема резервуара (РВСП) 6 с фиксированной крышей 1 и понтоном 7, с обваловкой 8, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2 и трубопроводом 9.
На фиг.3 представлена схема резервуара (РВСПК) 10 с плавающей крышей 11, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2.
Устройство, реализующее способ тушения пожара в РВС, поясняется фиг.4. Устройство содержит емкость-форкамеру 12 с герметичной крышкой 13 и с дисперсным химическим ингибитором горения 14, источниками газа (газовый баллон 15 и газообразный и/или сжиженный флегматизатор, и/или ингибитор 16, пуско-запорное устройство (ПЗУ) 17, выпускной клапан 18, открывающийся при давлении не менее 0,9 МПа, трубчатый аэратор 19, соединяющий полость форкамеры 12 через ПЗУ 17 с источником газа 15, смесительно-разгонную камеру 20, трубопровод 9, с запорным клапаном 22, сопловой блок 2 со сверхзвуковым конфузором 23.
Устройство выполнено с автоматическим, с автономным и с ручным запуском.
Реализация способа осуществляется следующим образом. В случае пожара в резервуаре, содержащем ЛВЖ и ГЖ от независимого извещателя, установленного, например, внутри резервуара, подается сигнал на пускозапорное устройство 17, которое вскрывает газовый баллон 15 с газовым и/или сжиженным флегматизатором или ингибитором 16, который через трубчатый аэратор 19 при давлении не менее 2,5 МПа подается в емкость-форкамеру 12 с дисперсным химическим ингибитором 14. При превышении в емкости 12 давления 0,9 МПа, вскрывается выпускной клапан 18 и смесь газа, порошка, сжиженного и твердого (“замерзшего газа”, например, углекислоты) попадает в смесительно-разгонную камеру 20, где окончательно формируется огнетушащая газодисперсная смесь, которая по трубопроводу 7 через запорный клапан 22 попадает в сопловой блок 2 со сверхзвуковым конфузором 23, где разгоняясь до скорости не менее 240 м/с подается в зону пожара с расходом не менее 15 кг/с. Оценку эффективности предлагаемого способа и устройства, и способа прототипа проводили в резервуаре с фиксированной крышей РВС-1000. Перед испытанием устройства пожаротушащие модули “BiZone-RG”, “BiZone-RT” (для тушения пожара на плавающей крыше резервуара) выдерживали в течение суток при температуре от (-21°С) до (-50°С). Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из приведенных в таблице данных, диапазон применения предлагаемого способа расширен на 30°С и применим при (-50°С), увеличение скорости истечения ГДС в 1,05-10,2 раза, увеличение расхода в 1,94-75,8 раза, причем снижение металлоемкости устройства-прототипа в 3,57-5,2 раза.
Таблица
Характеристики газодисперсного модуля “BiZone-RG” и параметры тушения пожара.
№ п/п
Наименование характеристик и параметров
Значения характеристик ГДМ и параметров тушения
Параметры тушения по способу прототипу, патент №2241508
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Масса газа<sup>1</sup>, кг
35
39
50
75
140
148,5
148,6
1,92-10,8
2
Масса дисперсной фазы<sup>2,3,4</sup>, кг
115
111
100
75
10
1,5
1,4
0,72-9,6
3
m<sub>газа</sub>/m<sub>дисп.фазы</sub>
0,3
0,35
0,5
1
14
100
106
0,35-100
4
Давление в газовом баллоне, МПа
3,5
4
7,7
12
16
19,6
20
2,0-15
5
Рабочее давление в форкамере не менее, МПа
2,4
2,5
4,8
7,5
10
12,2
12,8
0,42-2,8
6
Скорость истечения ГДС, м/с
230
240
251
266
292
320
325
31-229
Продолжение таблицы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7
Время выпуска ГДС, сТ=(-50°С)÷(+50°С)
11-15
8-10
5-6,5
3,5-4,8
2,7-3,2
2-3
1,9-2,8
1,5-11
8
Расход ГДС, кг/с,Т=(-50°С)÷(+50°С)
10-13,6
15-21,4
23-30
31,25-42,85
46,8-55,5
50-75
53,5-78,9
1,04-7,7
9
Время тушения РВС-1000<sup>3</sup>, с
Не тушит
~10
~7
~4
~3
~2
Не тушит
Не тушит
Примечание. 1. В качестве газовой составляющей ГДС были использованы: диоксид углерода, азот, аргон, инерген, хладон 114 В2, раствор йода или раствор его соединений в сочетании со сжиженным диоксидом углерода или “Игмером” (хладоном 318-Ц).2. В качестве дисперсной фазы ГДС были использованы огнетушащие порошковые составы на основе аммофоса “Вексон АВС-50”, “Феникс АВС-70”, П-2АП, П-2АПМ, П-2АШ, на основе гидрокарбоната: ПСБ-3 и ПСБ-3М, на основе хлорида калия: огнетушащий порошок ПХК (см. С.В.Собур. Установки пожаротушения автоматические: Справочник. Спецтехника. - M. 2002; а также А.Я.Корольченко. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов:, ч.1. Справочник. Ассоциация пожнаука. M. 2000, 109 с.Вес устройства “BiZone-RG” в зависимости от соотношения газовой и дисперсной составляющих смеси находится в пределах 0,48-0,7 тн.3. При тушении ЛВЖ в РВС-1000 по способу-прототипу №2241508 было взято 13 модулей “Бизон” по патенту РФ №2193427 с общей массой ГДС, равной 150 кг, т.е. равной массе ГДС “BiZone-RG” заявляемого устройства. Тушение проводилось после выдержки изделий в течение суток в термокамере при температуре от (-21°С) до (-50°С).