СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FIRE-FIGHTING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области противопожарной техники и предназначено для тушения пожаров автоматическими стационарными или мобильными установками путем мелкодисперсионного распыла жидкости. Наиболее целесообразно использовать предполагаемое изобретение на пожаро-взрывоопасных объектах, примерами которых могут быть объекты утилизации боеприпасов, объекты снаряжения и расснаряжения боеприпасов.
Известны автоматизированные установки пожаротушения, осуществляющие процесс пожаротушения путем разбрызгивания огнегасящей жидкости над очагом возгорания [1], обычно называемые сплинкерными установками (от английского слова «брызгать»).
К спринклерным системам предъявляются жесткие требования - вода должна равномерно и в достаточном количестве поступать на защищаемую площадь.
Согласно НПБ 88 - 2001 [2], ГОСТ Р 50680 - 94 [3] и ГОСТ Р 51043-97 [4] водяное пожаротушение применяется, в основном, для ликвидации поверхностным способом пожаров классов А и В и используется для защиты различных складов, универмагов, помещений производства горючих натуральных и синтетических смол, пластмасс, резиновых технических изделий, кабельных каналов. В воде в качестве добавок могут быть использованы водорастворимые полимеры для образования так называемой вязкой или скользкой воды, антифризы, соли и т.д.
Автоматические установки водяного пожаротушения подразделяются в соответствии с ГОСТ Р 50680 - 94 [3] по конструктивному использованию оросителя на спринклерные и дренчерные. Спринклерные установки пожаротушения предназначены для локального тушения в помещениях распыленной водой или низкотемпературной пеной, а дренчерные установки пожаротушения, предназначены для обнаружения и тушения пожара по всей охраняемой (расчетной) площади, а также для создания водяных завес. Свое название они получили от применяемого в них оросителя - дренчера от английского слова drench (мочить, орошать).
Классификация, типы и основные параметры оросителей приведены в ГОСТ Р 51043-97 [4].
Сплинклерные и дренчерные установки водяного пожаротушения имеют ряд существенных недостатков, главным из которых является низкая эффективность пожаротушения. Для таких систем диаметр капель, попадающих на очаг возгорания, составляет порядка 0,4...0,2 мм. Это приводит к тому, что только около 30% объема воды соответственно идет на тушение огня, а остальная часть проливается и в процессе тушения не участвует. Однако при уменьшении размеров водяной капли менее 100 мкм механизм тушения огня существенно меняется. Обладая высокой проникающей и охлаждающей способностью, тонкораспыленная вода (водяной туман) позволяет надежно тушить пожары при значительно меньшем расходе огнегасящего (огнетушащего) вещества. Более того, тонко распыленная вода эффективно поглощает твердые частицы дыма [5].
Мелкий распыл воды за счет увеличения поверхности охлаждения повышает эффективность тушения возгорания. Для создания тонкого распыла жидкости, создания «водяного тумана» используют специальные распылители, в которые жидкость подается под давлением. Обычно такие установки делаются модульными, т.е. с ограниченным запасом воды. Примером подобной установки может быть модуль пожаротушения с дренчерными головками по патенту РФ на изобретение №2407597 [6], который может быть взят за прототип.
По патенту [6] модуль пожаротушения состоит из корпуса, изготовленного из профилированных стальных полос, в который вертикально установлен баллон с сифонной трубкой, разделенной уровнем жидкости на жидкостный и газовый объемы, и заполненный огнегасящей жидкостью, находящейся под давлением сжатого газа. В состав модуля входит сигнализатор давления, причем на выходе из баллона установлено запорно-пусковое устройство пиротехнического типа, соединенное электрически через прибор управления с дымовыми извещателями, а гидравлически - с распылителем, соединенным с сифонной трубкой. Распылитель выполнен в виде дренчерной головки, содержащий полый корпус в виде сферы, на котором размещены дросселирующие элементы, при этом корпус размещается между патрубками и обоймой, фиксирующими его таким образом, что плоскость входного отверстия корпуса расположена перпендикулярно оси симметрии патрубка и обоймы. Выходной дросселирующий элемент выполнен в виде цилиндрических дроссельных отверстий, равномерно расположенных на сферической поверхности корпуса, оси которых расположены на радиальных прямых, соединяющих центр сферической поверхности корпуса с центром отверстия, при этом коэффициент перфорирования сферической поверхности корпуса лежит в оптимальном интервале величин - 0,5-0,8.
Автор патента считает, что использование вытеснительной подачи огнегасящей жидкости через дренчерные головки позволит повысить быстродействие модуля, а распыление жидкости нейтральным газом повысит дисперсность капель и, соответственно, эффективность пожаротушения. Однако изменение среднеквадратического отклонения интенсивности орошения и времени тушения в два раза в сторону уменьшения никак не характеризует эффективность пожаротушения, поскольку такими параметрами являются среднеарифметические значения рабочих характеристик любой установки.
Имеет устройство по патенту №2407507 и ряд других недостатков. Емкость (баллон) с огнегасящей жидкостью всегда находится под давлением заключенного в нее газа, например азота. Величина требуемого давления достигает значения 1-3 МПа, что из-за коррозионной агрессивности воды требует постоянного контроля и увеличения массы самого баллона с жидкостью для обеспечения прочностных характеристик стенки баллона.
Вызывает сомнение и эффективность тонкого распыла жидкости дренчерными головками по патенту-прототипу. Известны более эффективные конструкции мелкодисперсных распылителей жидкости, основанные на использовании двухфазных течений, примером которых может быть Европейский патент ЕP 0610853 В1 или основанная на нем заявка на изобретение того же автора №94003823/26 от 09.02.1994 [7, 8]. При этом такие распылительные устройства требуют раздельной подачи фазовых потоков до зоны их смешения, что значительно усложняет конструкцию распылителя. Более просты конструкции распылительных головок, например, по патенту РФ на изобретение №2284868 [9], что соответствует международному патенту WO 2006/104418 A3, в соответствии с которыми для распыла жидкости и создания газокапельных потоков используется в качестве газовой среды окружающий воздух. Такой распылитель жидкости позволяет генерировать высокоскоростные плоские широконаправленные газокапельные потоки, обладающие пространственной однородностью при минимальных потерях энергии, связанных с генерацией потока. Однако использование таких распылителей для систем пожаротушения является неэффективным - образующиеся капли достаточно большие, а подвод к поверхности горения воздуха в составе водовоздушной смеси не будет способствовать процессу пожаротушения, да и плоские газокапельные потоки малоэффективны при тушении пожаров: средний размер капель в потоке [9] составляет примерно 200 мкм.
По патенту РФ на изобретение №2050203 [10] устройство для распыления жидкости позволяет получать капли от 30 до 150 мкм. Однако это устройство, представляющее собой многосопельную форсунку, сложно не только в изготовлении, но и имеет относительно высокий средний медиальный диаметр капель.
Аналогичным недостатком обладает и устройство по патенту РФ на изобретение №2150336 [11].
Таким образом, известный способ гашения воспламенения путем вытеснительной подачи огнегасящей жидкости из баллона, предварительно заполненного частично газом под высоким давлением, не позволяет эффективно использовать весь объем баллона для залива в него огнегасящей жидкости, а подача газоводяной смеси в распылительные устройства не позволяет получить качественного распыла жидкости, а соответственно, снижается эффективность пожаротушения.
Известен также модуль пожаротушения тонкораспыленной водой МУПТВ-60 «Тайфун» (МУПТВ-60-Г-ГВ (ТУ 4854-004-11776979-00)).
Модуль состоит из корпуса для хранения огнегасящей жидкости, автономного источника сжатого газа (баллона) с узлом вскрытия и пускового устройства с газогенерирующим элементом.
При возникновении пожара поступает электрический импульс на пусковое устройство, после чего происходит срабатывание газогенерирующего элемента и разрыв мембраны в узле вскрытия. Рабочий газ из баллона через аэратор поступает в корпус модуля. После повышения давления в корпусе до рабочего значения происходит вскрытие мембраны в горловине корпуса и огнегасящая смесь в виде газоводяной смеси поступает в распределительный трубопровод и далее через насадки на защищаемую площадь. С целью обеспечения безопасности при повышении давления в корпусе сверх рабочего значения модуль оснащен предохранительным клапаном.
Аналогичным конструкции модуля пожаротушения «Тайфун» является модуль пожаротушения распыленной жидкостью по патенту РФ на изобретение №2112572 [12], включающий в своем составе баллон с огнегасящей жидкостью, находящийся под давлением сжатого газа, с установленной в него сифонной трубкой, имеющей сквозные боковые отверстия, и соединенной через запорно-пусковое устройство с распылителем, имеющим внутреннюю цилиндрическую полость, в которую с радиальным зазором установлен инверсор газожидкостного потока, выполненный в виде глухого стакана с боковыми отверстиями. Кроме того, баллон модуля установлен вертикально, а модуль пожаротушения снабжен сигнализатором давления, прибором давления и извещателями. Применение в конструкции распылителя инверсора позволяет снизить среднеквадратичное отклонение интенсивности орошения, а время тушения пожара уменьшить в два раза, причем средний размер капель распыленной жидкости уменьшается почти в четыре раза, по сравнению с известными устройствами без инверсора газожидкостного потока.
Однако распыление газожидкостной среды для тушения пожара через дренчерные распылители не позволяет получить мелкодисперсный распыл огнегасящей жидкости, а вытеснительная подача жидкости в дренчерные распылители из-за падения давления газа в баллоне по мере расходования жидкости не позволяет получить постоянство интенсивности орошения, которая будет падать в процессе тушения возгорания.
Целью изобретения является повышение мелкодисперсности распыла огнегасящей жидкости, повышение ее теплопоглащающих свойств и обеспечение постоянства расхода огнегасящей жидкости в процессе тушения (гашения) возгорания.
Цель достигается тем, что при тушении возгорания производится подача огнегасящей жидкости через центробежные форсунки, объединенные в форсуночные головки, причем для подачи жидкости в форсуночные головки используется вытеснительная система подачи, а в качестве рабочего тела для вытеснения применяется углекислота, которая не только вытесняет жидкость из баллона, но и растворена в ней. Растворимость углекислоты в жидкости определяется парциальным давлением углекислоты над жидкостью, то есть давлением в баллоне с огнегасящей жидкостью. Поэтому при подаче углекислоты в баллон с огнегасящей жидкостью, например водой, давление над зеркалом в огнегасящей жидкости будет постоянным даже в процессе гашения (тушения) возгорания, т.е. будет обеспечиваться постоянство расхода огнегасящей жидкости. Для качественного мелкодисперсного распыла жидкости вместо дренчерных распылителей целесообразно использовать центробежные форсунки, объединенные в форсуночные головки по аналогии с форсуночными головками жидкостных ракетных двигателей. Тем самым возможно использовать форсуночные головки от утилизируемых ракет с ЖРД в качестве узла распыла гасящей жидкости [13].
Объемное распыление мелкодисперсной жидкости может быть обеспечено путем объединения форсуночных головок в гирлянды.
Устройство, реализующее предлагаемый способ тушения очагов возгорания, изображено на фиг.1.
Устройство состоит из баллона 1, внутри которого находится огнегасящая жидкость 2. Баллон имеет фланцы 3 и 4, а внутри баллона находится заборник огнегасящей жидкости в виде патрубка 5. На выходном конце патрубка 5 установлен запорно-пусковой узел 6, например пиротехнического типа или электропневмаклапан, и трубопровод 7, который направляет огнегасящую жидкость к распылителям 8. Распылители выполнены в виде связки многофорсуночных головок, ориентированных в пространстве охраняемого помещения таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное гашение пожара, чтобы воздействовать не только на площадь пожара, но и оказывать воздействие на пламя пожара. К фланцу 4 баллона 1 крепится кассета 9 с жидкой углекислотой. И баллон 1, и кассета 9 располагаются внутри термоконтейнера, состоящего из корпуса 10 и крышки 11. В термоконтейнер встроена система термостатирования, не показанная на фиг.1. Управление работой запорно-пускового узла 6 осуществляется силовым приводом 12, в качестве которого может быть использован электромагнит или пиропатрон. Управление работой силового привода осуществляется прибором управления 13, который имеет коммутативную связь с сигнализаторами возгорания 14. Для предотвращения попадания в заборник 5 вместе с огнегасящей жидкостью жидкой углекислоты, непосредственно перед входом в заборник 5 установлен отражающий экран 15.
Схема кассеты с жидкой углекислотой приведена на фиг.2.
Кассета содержит корпус 16 с фланцем 17, которым она крепится к фланцу 4 баллона 1, а сам корпус 16 выполнен в виде стакана. Снаружи стакана 16 посредством кольцевых пластин 19 и 22 закреплена обечайка 18, которые в совокупности образуют полость А. На верхней кольцевой пластине 19 выполнен патрубок 20 для заполнения полости А жидкой углекислотой, а для стравливания из полости А газа (воздуха) на ней же установлен предохранительный клапан 21. В стенке корпуса 16 (в обечайке) выполнены отверстия Б, продольные оси которых лежат в одной полости, и для которых шаг по углу их расположения одинаков. Внутри стакана 16 установлен стакан 23, имеющий хвостовик 24, выведенный через днище корпуса 16 за пределы кассеты для жидкой углекислоты. При этом стенки стакана 23 перфорированы такими же отверстиями В, что и обечайка стакана 16, причем плоскость расположения продольных осей этих отверстий совпадает с плоскостью расположения продольных осей отверстий и шаг по углу расположения этих отверстий равен аналогичному шагу для отверстий стакана 16.
Использование в устройстве пожаротушения многофорсуночных головок с центробежными форсунками, например от утилизируемых ракет с жидкостными ракетными двигателями [13], позволяет обеспечить не только высококачественный мелкодисперсный распыл огнегасящей жидкости, но и сделать это при значительно меньшем давлении в магистралях ее подачи (0,3-0,4 МПа вместо 3-4 МПа). Термостатирование баллона 1 с огнегасящей жидкостью и кассетой 9 с жидкой углекислотой позволяет обеспечить постоянство давления над поверхностью жидкости в баллоне 1 как в процессе дежурного состояния, так и в процессе непосредственно тушения пожара. Вместо кассеты 9 с жидкой углекислотой может быть использован углекислотный огнетушитель, размещенный в полости баллона 1.
Работа установки (модуля) пожаротушения распыленной огнегасящей жидкостью осуществляется следующим образом:
Сначала производится заполнение кассеты 9 жидкой углекислотой, для чего посредством хвостовика 24 проворачивается стакан 23, так чтобы стенками стакана 23 были полностью перекрыты перфорированные отверстия в обечайке 16. К патрубку 20 подсоединяется источник жидкой углекислоты и от ее источника, непоказанного на фиг.2, через патрубок 20 производится заполнение рабочей полости А кассеты жидкой углекислотой. Для стравливания газов из рабочей полости кассеты 9 при ее заполнении жидкой углекислотой служит предохранительный клапан 21. После заполнения рабочего объема кассеты 9 жидкой углекислотой источник углекислоты отсоединяется от патрубка 20, а сам патрубок 20 глушится. Далее кассета с жидкой углекислотой фланцем 17 крепится к фланцу 4 баллона 1, а корпус 10 термоконтейнера закрывается крышкой 11.
Следующим этапом подготовки модуля (устройства) пожаротушения к работе является заливка в баллон 1 через запорно-пусковой узел 6 огнегасящей жидкости 2, например воды. При заполнении баллона 1 огнегасящей жидкостью 2, газ дренируется через дренажный вентиль на запорно-пусковом узле 6, который не показан на фиг.1. После заполнения баллона 1 огнегасящей жидкостью 2 дренажный вентиль закрывается. Баллон 1 и кассету 9 с жидкой углекислотой термостатируют до расчетной температуры, при которой углекислота создает давление газа в баллоне 1 не более 0,5 МПа. Далее посредством хвостовика 24 проворачивают стакан 23 так, чтобы отверстия В в стакане 23 и отверстия Б в стакане 16 совпали друг с другом. В этом случае жидкая углекислота начинает поступать в баллон 1, растворяясь в гасящей жидкости 2 и испаряясь в газовую полость баллона 1, поднимает в ней давление до расчетного значения в 0,5 МПа. После выполнения этих операций модуль пожаротушения готов к охране (работе) объекта от возгорания. В процессе дежурства модуля по охране помещения от возгорания в полости баллона 1 поддерживается постоянная расчетная температура жидкости 2 за счет системы термостатирования термоконтейнера.
При возникновении возгорания в защищаемом помещении извещатели 14 подают сигнал на прибор управления 13, который, в свою очередь, вырабатывают электрический импульс на открытие запорно-пускового узла 6, например, на подрыв пиропатрона или срабатывание электромагнитного клапана. Под действием давления сжатого газа в баллоне 1 огнегасящая жидкость (вода) 2 с растворенной в ней углекислотой через заборник 5, запорно-пусковой узел 6 и трубопровод 7 поступает в многоярусную гирлянду с форсуночными головками 8.
При выходе из сопел форсунок форсуночных головок 8 из-за резкого понижения давления огнегасящая жидкость из-за растворенной в ней углекислоты вскипает и капли еще более дробятся. Более того, при вскипании и выделении из капель огнегасящей жидкости углекислоты будет происходить и дополнительное охлаждение огнегасящей жидкости, что будет еще более способствовать эффективности пожаротушения. Оптимальное размещение форсуночных головок по объему охраняемого помещения и высокое качество диспергирования капель огнегасящей жидкости позволяет повысить также распыленность жидкости по очагу возгорания, следовательно, повышается и эффективность орошения, а также эффективность теплоотвода по объему пламени. Перемещение гирлянды форсуночных головок по объему охраняемого помещения позволяет эффективно погасить возгорание.
В процессе гашения огнегасящая жидкость вытесняется из баллона 1, при этом увеличивается объем газовой полости в баллоне 1 и падает давление. В связи с падением давления в газовой полости жидкая углекислота имеет возможность дополнительно раствориться в огнегасящей жидкости и за счет испарения углекислоты повысить давление над поверхностью гасящей жидкости в баллоне 1 до расчетного значения, равного 0,5 МПа.
Список литературы
1. Собурь С.В. Установки пожаротушения: Справочник. - 2-е изд., доп.- М.: Спецтехника, 2002. - 400 с.
2. НПБ 88 - 2001. Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.
3. ГОСТ Р 50680-94 Установки водяного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний.
4. ГОСТ Р 5104300-097 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители спринкерные и дренчерные. Общие технические требования. Методы испытаний.
5. Абросимов Ю.Г. Гидравлика и противопожарное водоснабжение: Учебник / Ю.Г.Абросимов, А.И.Иванов, А.А.Качалов и др. // - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. - 392 с.
6. Патент РФ на изобретение №2407597/ Модуль пожаротушения с дренчерными головками // Кочетов О.С./ МПК В05 В1/14, A62C 31/02. Опубл. 27.12.2010.
6
7. European patent specification NEP 0610853 B1/Tavor, Elhanan/Anf.Cl: B05B 7/10, B05B 17/04. Date of filing: 07.02.1994.
8. Заявка на изобретение №94003823/26 от 09.02.1994/ Распылитель// Эльканин Тавор/ Опубл 20.06.1996.
9. Патент РФ на изобретение №2284868 / Распылитель жидкости // Душкин А.Л., Карпышев А.В. / МПК-6. B05B 1/14. Опубл. 10.10.2006.
10. Патент РФ на изобретение №2050203 / Устройство для распыления жидкости / Гудылгов Э.А. и др. // МКИ-6 B05B 1/М. Опубл. 20.12.1995.
11. Патент РФ на изобретение №2150336 / Мелкодисперсный распылитель жидкости / Душкин А.Л., Рязанцев И.Н. // МКИ-6 B05B 1/14 Опубл. 10.06.2000.
12. Патент РФ на изобретение №2112572. МПК A62C 5/00. Модуль пожаротушения распыленной жидкостью / А.Л.Душкин, Донотказин В.И., Н.Н.Рязанцев, В.Д. Смирнов. - Опубл. 10.06.1998.
13. Кузнецов Н.П. Утилизация ракет с ЖРД (на примере ракеты 8К14). /Н.П. Кузнецов, М.Г. Кургузкин, В.А. Николаев В.А. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика, 2004. - 288 с.