СПОСОБ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ГРУЗА ВНУТРИ ЗАКРЫТОГО КОНТЕЙНЕРА, ВАГОНА ИЛИ ФУРГОНА
METHOD OF FIRE PROTECTION OF LOAD INSIDE CLOSED CONTAINER, CAR OR VAN

Изобретение относится к пожарной технике, в частности к способам предотвращения и тушения пожаров перевозимых грузов в закрытых объемах.
При перевозке различных грузов - твердых грузов в закрытых контейнерах (сухогрузных, изотермических, перегружаемых в море), в закрытых железнодорожных вагонах и автомобильных фургонах или контейнерах, жидких горючих грузов в сосудах контейнеров-цистерн, железнодорожных и автомобильных цистернах существует вероятность их возгорания. Возникновение пожара, в зависимости от вида груза, способно вызвать серьезные последствия вплоть до взрыва контейнера и цистерны, и, особенно, при перевозке опасных грузов. Наиболее часто возгорание может быть обусловлено двумя причинами.
Во-первых, самая распространенная ситуация, когда транспортное средство, перевозящее груз в контейнере или в цистерне, попадает в транспортную аварию, вследствие которой возникает пожар транспортного средства. Пламя с горящего транспортного средства начинает воздействовать на корпус контейнера или цистерны, в конечном счете вызывая возгорание груза внутри контейнера или воспламенение жидкости в цистерне. Несмотря на то что объем контейнера или цистерны закрыт (при отсутствии отверстий в корпусе контейнера или цистерны вследствие, например, коррозии) и поступление воздуха в контейнер или цистерну ограничено (через уплотнения в дверях или люках), при достижении определенной температуры груз в контейнере загорается и тлеет вплоть до полного выгорания, а в цистерне происходит воспламенение горючей жидкости с возможным последующим взрывом.
Во-вторых, существует ряд химических веществ, имеющих физическое свойство при определенных условиях самовозгораться на воздухе. Эти вещества относят к ряду опасных веществ, перевозка которых в контейнерах или цистернах, согласно ДОПОГ [1], требует проведения специальных защитных мероприятий. Перевозку таких опасных веществ необходимо осуществлять в специализированных контейнерах или цистернах. Например, перевозка радиоактивных грузов разрешена в специализированных транспортных упаковочных комплектах, выдерживающих воздействие пламени в течение продолжительного времени.
Основными показателями пожаро- и взрывоопасности веществ являются группы горючести вещества, температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, самонагревания и тления, концентрационные и температурные пределы воспламенения (взрыва) и др. [2].
Группа горючести - свойство вещества, определяющее способность его к самостоятельному горению, зависящее от параметров состояния системы вещество - окислительная среда (температуры, давления, объема), а также от агрегатного состояния вещества, окислительной среды и степени измельчения. По горючести вещества разделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.
Температура вспышки - самая низкая температура горючести вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания или самостоятельно, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. Температура вспышки служит для оценки пожаро- и взрывоопасности в основном горючих жидкостей. Однако некоторые твердые вещества (камфара, нафталин, фосфор, сера и др.), заметно испаряющиеся при относительно невысоких температурах, также могут оцениваться в отношении пожаро- и взрывоопасности температурной вспышки.
В зависимости от значения температуры вспышки сгораемые жидкости разделяют на два класса [3]:
- легковоспламеняющаяся жидкость - жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки не выше 61°С (в закрытом тигле) или 66°С в открытом тигле;
- горючая жидкость - жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 61°С (в закрытом тигле) или выше 66°С в открытом тигле.
Учитывая то, что одним из критериев предлагаемого способа является температурное значение раскрытия пор сенсорной трубки, равное 110-120°С, то данный способ осуществляет противопожарную защиту горючих и трудногорючих веществ и материалов, и горючих жидкостей. (Воспламенение легковоспламеняющейся жидкости предлагаемый способ защиты не предотвращает, но в случае возникновения пожара процесс его тушения будет обеспечен).
Известен способ противопожарной защиты контейнера «Север» [4], внутри которого установлена программируемая система автоматического пожаротушения для защиты размещенной в контейнере дизель-генераторной установки. Система автоматического пожаротушения работает только при возникновении пожара в процессе эксплуатации дизель-генератора, когда контейнер установлен на стационарном месте. При пожаре, регистрируемом противопожарными датчиками, система автоматического пожаротушения подает светозвуковой сигнал тревоги, сообщает о пожаре на пульт диспетчера, останавливает работу генераторной установки, перекрывает поступление воздуха в контейнер, и только тогда происходит подрыв огнетушителей с порошком, которые тушат очаг воспламенения.
Недостатком данного способа является то, что система автоматического пожаротушения не работает в процессе транспортировки контейнера, когда перевозимый в контейнере дизель-генератор может рассматриваться как груз. Кроме того, автоматическая система пожаротушения защищает объем контейнера, а не сам груз - дизель-генератор. При возгорании дизель-генератора пройдет определенное время, когда дым или огонь (в зависимости от установленных на потолке контейнера датчиков) в своей определенной концентрации достигнет датчиков, заставив их сработать. Также к недостатку можно отнести то, что подрывом огнетушителей с порошком управляет автоматическая система пожаротушения с противопожарными датчиками, которую нужно заранее программировать и, кроме того, для ее работы требуется электрическое питание, либо от аккумуляторных батарей, либо от электрической сети дизель-генератора (или внешней электрической сети).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является использование огнегасительного средства для тушения пожара в резервуарах с горючей жидкостью [5]. Огнегасительное средство для тушения пожара выполнено из пустотелых тел, оболочка которых выполнена из неразрушающихся при нагревании материалов, не растворяющихся в горючих жидкостях и не реагирующих с ними. Пустотелые тела снабжены внутри перегородкой. Полости внутри пустотелых тел заполнены огнегасительным средством, причем верхняя полость заполнена огнегасительным средством, обеспечивающим повышение интенсивности теплоотвода от зоны реакции, например веществом, изменяющим свое агрегатное состояние, а нижняя полость заполнена огнегасительным средством, обеспечивающим снижение интенсивности тепловыделения в зоне реакции, например химически активными ингибиторами. Верхняя и нижняя части пустотелых тел имеют замки в виде легкоплавких заглушек, встроенных в их оболочку.
Огнегасительное средство для тушения пожара в резервуарах с горючей жидкостью работает следующим образом.
Пустотелые тела на поверхности горящей жидкости резко сокращают испарение жидкости. При расплавлении легкоплавких заглушек обеспечивается ввод в зону реакции огнегасительного средства. Причем снижение интенсивности тепловыделения в зоне реакции осуществляется одним из наиболее эффективных способов, а именно, например, химическим торможением скорости реакции введением в зону реакции активных ингибиторов. Одновременно при расплавлении легкоплавких заглушек в верхней части пустотелых тел обеспечивается ввод в зону реакции огнегасительного средства и повышается интенсивность теплоотвода от зоны реакции, а следовательно, и снижение температуры. Снижение температуры достигается также одним из наиболее эффективных способов, например введением в зону реакции компонентов с высоким значением теплоты фазовых превращений, т.е. веществ, изменяющих свое агрегатное состояние.
При создании на поверхности горящей жидкости слоя пустотелых тел и подачи из них огнегасительного средства горение жидкости прекращается.
Применение данного огнегасительного средства для тушения пожара горючей жидкости в резервуаре оправдано тем, что один раз засыпанные пустотелые тела с огнетушащим составом плавают на поверхности жидкости длительное время, не мешая процессам сливания и заливания жидкости в резервуар. Применение данного средства для защиты горючей жидкости при перевозке ее в цистерне в принципе возможно, но это составляет определенные сложности.
Недостатком данного способа является то, что применяемое огнегасительное средство для тушения пожара в резервуарах с горючей жидкостью не может быть использовано для защиты твердых грузов при транспортировании их в контейнерах, закрытых железнодорожных вагонах или автомобильных фургонах. К недостаткам защиты горючей жидкости можно отнести то, что при транспортировке горючей жидкости в цистерне перед транспортировкой необходимо засыпать в цистерну пустотелые тела с огнегасительным средством, а после слива жидкости из цистерны требуется проводить дополнительные мероприятия по отделению их от жидкости и складированию. Возможно их повторное использование с «совместимыми» горючими жидкостями, однако для использования с «несовместимыми» горючими жидкостями требуется их обязательная промывка. Кроме того, к недостатку известного способа защиты горючей жидкости можно отнести то, что во время пожара и срабатывания огнегасительных пустотелых тел меняется химический состав горючей жидкости за счет того, что в ее составе остается огнетушащее вещество и ингибиторы.
Авторы прототипа не указывают материал, из которого выполняется легкоплавкая вставка, но вставки из органических материалов (например, полиэтилен, температура плавления - 103-110°С [6]) или легкоплавкого сплава Вуда (температура плавления 65°С [7]) делают также не применимым данный способ-прототип для тушения легковоспламеняющихся жидкостей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является противопожарная защита и обеспечение сохранности твердого груза в контейнерах, закрытых железнодорожных вагонах или автомобильных фургонах и жидких горючих грузов в сосудах контейнеров-цистерн, железнодорожных и автомобильных цистернах и повышение пожарной безопасности при транспортировании грузов и их хранении, снижение последствий при авариях, возникших в процессе транспортирования грузов.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения, достигается тем, что в способе противопожарной защиты груза внутри закрытого контейнера, вагона или фургона устанавливается автономная установка пожаротушения, предназначенная для тушения газовым огнетушащим составом пожара, в состав которой входит наполненный газовым огнетушащим составом баллон с запорным устройством и подключенной к нему сенсорной трубкой, выполняющей одновременно функции обнаружения пожара и доставки огнетушащего вещества к очагу возгорания, сенсорная трубка, локально вскрывающаяся от нагрева, прокладывается по поверхности груза в местах возможного возгорания.
В предлагаемом способе противопожарной защиты груза внутри контейнера устанавливается автономная установка пожаротушения (АУП), например АУП-01Ф [8], предназначенная для тушения газовым огнетушащим составом пожаров классов А, В и С [9] и электрооборудования, находящегося под напряжением. В состав установки АУП-01Ф входит наполненный газовым огнетушащим составом баллон с запорным устройством и подключенной к нему сенсорной трубкой (длиной 10 м), выполняющей одновременно функции обнаружения пожара и доставки огнетушащего вещества к очагу возгорания. Сенсорная трубка прокладывается в защищаемом объеме контейнера по его любой внутренней поверхности либо по поверхности груза в местах наиболее возможного возгорания. АУП в зависимости от модификации может иметь баллоны с огнетушащим веществом различного объема (например, 2, 8, 25, 50, 100 л). В качестве газового огнетушащего состава используются некоторые виды хладонов, не запрещенные к применению Монреальским протоколом [10]. Установка пожаротушения автономна, не требует электропитания, проста в монтаже и эксплуатации. Срок ее эксплуатации составляет 10 лет.
Для защиты от пожара горючего груза внутри контейнера автономная установка пожаротушения размещается внутри защищаемого объема контейнера, что делает его недоступным для посторонних лиц после закрытия дверей контейнера.
Для защиты от пожара горючего груза внутри цистерны автономная установка пожаротушения устанавливается снаружи цистерны и сенсорная трубка через специальную герметичную проходку вводится во внутренний объем цистерны, так что запорное устройство остается снаружи. Запорное устройство служит для ручного пуска АУП. В зависимости от плотности перевозимой жидкости сенсорная трубка может плавать как на поверхности жидкости, так и находиться внутри ее.
В случае возникновения пожара внутри или снаружи контейнера, а также при разогреве горючей жидкости в цистерне от внешнего пожара происходит локальный нагрев сенсорной трубки до температуры 110-120°С. При этом ее стенка размягчается и в ней вскрывается отверстие диаметром 4-6 мм, через которое огнетушащее вещество поступает в очаг пожара.
Установка не требует размещения в контейнере специальных сигнализирующих о пожаре датчиков, т.к. сенсорная трубка, присоединенная к запорному устройству баллона, выполняет одновременно функции обнаружения пожара и доставки огнетушащего вещества к очагу возгорания.
Опишем последовательность операций предлагаемого способа.
Для предотвращения и противопожарной защиты груза, перевозимого в контейнере, от пожара, в зависимости от объема контейнера выбирается соответствующего объема наполненный газовым огнетушащим составом АУП с запорным устройством и подключенной к нему сенсорной трубкой. Длина одной трубки составляет 10 м. Однако для больших баллонов (25, 50, 100 л) к запорному устройству присоединяется несколько трубок. Чтобы исключить свободное перемещение АУП внутри контейнера, его баллон крепится либо к внутренней поверхности контейнера, в удобном месте, либо к самому грузу, если он допускает это. Если объем контейнера предполагается полностью занять грузом, то для защиты груза сенсорную трубку целесообразно разместить, закрепив ее, на любой внутренней поверхности контейнера. В случае если объем занимаемого груза значительно меньше внутреннего объема контейнера, то сенсорную трубку целесообразно разместить на верхней поверхности защищаемого груза, в местах возможного возгорания. После размещения автономной установки пожаротушения и укладки груза (или, наоборот) двери контейнера закрывают и пломбируют. В таком виде контейнер готов к транспортированию и хранению в местах перегрузки.
В случае возникновения по каким-либо причинам пожара внутри контейнера и локальном нагреве сенсорной трубки до температуры 110-120°С ее стенка размягчается и в ней вскрывается отверстие диаметром 4-6 мм, через которое огнетушащее вещество поступает в очаг пожара. Так как сенсорная трубка максимально приближена к очагу возгорания, то действие автономной установки пожаротушения очень эффективно. При выходе огнетушащего вещества из баллона происходит изменение параметров состояния системы вещество (из которого состоит груз) - окислительная среда, т.е. уменьшается содержание кислорода в зоне возгорания груза, и пожар прекращается. В дальнейшем, при выходе всего огнетушащего состава из баллона за счет смешения его с атмосферным воздухом в контейнере происходит уменьшение (по крайней мере, в 2 раза, в зависимости от загрузки контейнера грузом) содержания кислорода во всем объеме контейнера при небольшом повышении давления газовой смеси в контейнере, при этом также увеличивается температура воспламенения вещества (из которого состоит груз). В последующем реализуется ситуация, когда контейнер представляет собой замкнутый объем, заполненный в основном смесью азота и хладона. При этом повышается стойкость к возгоранию всего содержимого (груза) контейнера при дальнейшем воздействии наружного источника нагревания. Контейнер с грузом более длительное время способен выдерживать воздействие огня. Для обеспечения этих процессов оснащение контейнера АУП должно быть выбрано таким образом, чтобы при полном выделении огнетушащего вещества из баллона АУП огнетушащий газ занимал полный объем свободного от груза контейнера. Известно, что содержание кислорода в атмосферном воздухе составляет 20%. При выделении огнетушащего вещества в объем контейнера содержание кислорода в нем уменьшается, по крайней мере, в 2 раза, в зависимости от объема размещенного в нем груза. Эта искусственно созданная противопожарная атмосфера внутри контейнера будет сохраняться в нем в зависимости от износостойкости материалов, применяемых для уплотнения дверей. Согласно [11] закрытие дверей контейнера должно быть плотным и обеспечивать непроницаемость при воздействии погоды, а изолированные контейнеры также должны быть воздухонепроницаемы. Стойкость материала, применяемого для уплотнения дверей, к пожару будет определять пожарную стойкость самого контейнера. Чем дольше в контейнере будет сохраняться искусственная противопожарная атмосфера, тем большее время контейнер будет выдерживать внешнее воздействие огня.
В случае возгорания горючей жидкости в цистерне происходит саморазогрев горючей жидкости, или при нагреве (без загорания) ее от внешнего источника огня, при температуре 110-120°С в сенсорной трубке, находящейся в горючей жидкости внутри цистерны вскрывается отверстие диаметром 4-6 мм, и огнетушащее вещество поступает в объем цистерны. Так как огнетушащее вещество представляет собой газ, то он быстро локализуется в свободном пространстве цистерны над горючей жидкостью и локализует возгорание или создает искусственную противопожарную атмосферу, при которой также изменяются параметры состояния системы горючая жидкость - окислительная среда, т.е. уменьшается содержание кислорода и изменяется давление насыщенных паров горючей жидкости в цистерне.
Автономная установка пожаротушения, находясь внутри контейнера, сопровождает груз, но не смешивается с ним, а после разгрузки груза может быть либо удалена, либо остается в контейнере. Автономная установка пожаротушения может быть стационарно размещена в контейнере. Тогда такой контейнер должен иметь специальную метку и, в основном, специализированно предназначаться для перевозки грузов, требующих защиты, или опасных грузов. Для защиты цистерн целесообразно стационарно устанавливать АУП.
Предлагаемый способ обеспечивает предотвращение и противопожарную защиту при перевозке различных грузов - твердых грузов в закрытых контейнерах (сухогрузных (сменный кузов), изотермических, перегружаемых в море), закрытых железнодорожных вагонах и автомобильных фургонах, жидких горючих грузов в сосудах контейнеров-цистерн, железнодорожных или автомобильных цистернах.
Литература
1. Европейское соглашение о международной дорожной перевозке опасных грузов (ДОПОГ). Организация объединенных наций. Нью-Йорк и Женева, 2006 г.
2. ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожароопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
3. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
4. Способ противопожарной защиты контейнера «Север» для защиты размещенной в контейнере дизель-генераторной установки. http://www.energo-status.ru/stan.php?raz=57
5. Авторское свидетельство СССР SU №1836970 А1. Огнегасительное средство для тушения пожара в резервуарах с горючей жидкостью. Класс А62С 3/06.
6. ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления.
7. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич. Справочник по элементарной физике. Изд. «Наука», 1972.
8. Автономная установка пожаротушения АУП-01Ф. ОАО «Приборный завод «Тензор» (г.Дубна). http://www.tenzor.net/rus/viewitem.php?id=a287078d96a66d2al8e4aea5eb298bd6
9. ГОСТ 27331-87. Классификация пожаров.
10. Обновленное издание 1997 года Руководства по международным договорам в области охраны озонового слоя. Венская конвенция (1985 год). Монреальская конвенция (1987 год). Секретариат по озону Программа Организации Объединенных наций по окружающей среде. ЮНЕП.
11. Правила изготовления контейнеров. Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург. 2006.