УСТРОЙСТВО ПОЖАРОТУШЕНИЯ ПОДАВЛЕНИЕМ КОНВЕКЦИИ ДЛЯ ГОРЯЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
THE DEVICE FOR FIRE EXTINGUISHING BY MEANS OF CONVECTION SUPPRESSION OF BURNING LIQUIDS

Изобретение относится к пожарной технике и может быть использовано в производственных помещениях для локализации и тушения пожаров горящих при аварийном разливе горючих жидкостей.
Устройство является эффективным средством тушения горящих жидкостей и может быть применено в различных отраслях промышленности, в том числе на предприятиях нефтегазового комплекса, где постоянно находятся в обращении жидкости, способные воспламеняться и гореть в атмосфере воздуха.
Применение устройства пожаротушения подавлением конвекции для тушения горящих при аварийном проливе жидкостей не требует использования огнетушащих средств и участия человека в процессе тушения.
экв
экв
Известна конструкция устройства для тушения горящих жидкостей, содержащая емкость с размещенными в ней трубами, боковые стенки которых параллельны стенкам емкости и установлены по всему поперечному сечению емкости [1]. Высота каждой трубы «H», не заполняемая жидкостью при максимальном проливе, и ее эффективный диаметр «d» определяются из соотношения Н≥12d. При этом нижняя часть труб, опирающихся на дно емкости, снабжена перфорированными отверстиями для выравнивания уровня жидкости в емкости.
Недостатками известной конструкции устройства для тушения жидкостей являются ее высокая металлоемкость и неопределенность расположения уровня перфорационных отверстий, поскольку при малом уровне пролитой жидкости в емкости между вертикальными каналами возможно возникновение естественной конвекции и продолжение процесса горения, который будет иметь очаговый характер. Кроме того, известная конструкция не позволяет создать плоскую систему пожаротушения небольшой высоты.
Известна конструкция устройства для тушения и предотвращения загораний горючих жидкостей, выбранная в качестве прототипа [2]. Устройство содержит емкость с размещенным в ней по всему поперечному сечению слоем осесимметричных вертикальных каналов (труб), образующих ячеистую структуру, на нижней поверхности которой установлен отсекающий пламя элемент из металлических сеток, образующих плоский горизонтально расположенный теплоизолирующий газовый слой высотой h≤10 мм.
экв
Недостатками известной конструкции являются ее относительно большая металлоемкость, сложность изготовления, обусловленная жесткими требованиями к сборке и установке сеточных элементов, а также значительная суммарная высота устройства. Так, например, при малом эквивалентном диаметре канала d=30 мм общая высота устройства будет составлять не менее 120 мм.
Целью изобретения является повышение эффективности тушения, снижение металлоемкости, упрощение технологии сборки и минимизация размера устройства в вертикальном направлении.
Указанная цель достигается тем, что устройство пожаротушения подавлением конвекции для горящих жидкостей собирается из двух или более слоев вертикальных осесимметричных каналов (труб) одинаковых размеров в сечении и расположенных так, что боковые стенки верхнего слоя строго совмещаются со стенками вертикальных каналов нижних слоев, образуя общий составной вертикальный канал. Между каждым слоем вертикальных каналов установлены металлические сетки. При этом на нижнем срезе последнего слоя ячеистой структуры вертикальных каналов сетки не устанавливаются. Указанные элементы сборки плотно стягиваются, и в результате образуется устройство, в котором каждый вертикальный составной канал снабжен одним или несколькими слоями металлических сеток. В этом устройстве практически мгновенно происходит подавление газообмена между зоной пламени и окружающей средой, обусловленного естественной конвекцией, и, следовательно, подавление процесса горения жидкости.
Конструкция устройства позволяет существенно уменьшить выделение паров жидкости в защищаемое помещение, задерживая их в подсеточных пространствах после тушения пламени, снижая тем самым возможность возникновения взрывоопасной ситуации.
Сборка слоев вертикальных каналов, в которой каждый слой отделен металлической сеткой от расположенного ниже слоя каналов, обладает самой высокой эффективностью тушения по сравнению с ранее созданными конструкциями.
Предлагаемое устройство может изготавливаться в виде двух основных вариантов.
Первый вариант. Устройство состоит из двух слоев вертикальных каналов, разделенных одной металлической сеткой (или одним слоем из нескольких сеток), которая(ый) устанавливается на расстоянии «Н» от верхней плоскости структуры вертикальных каналов.
Расстояние «Н» определяется из соотношения:
экв
где d=4S/F,
s - площадь поперечного сечения одного канала,
F - периметр сечения одного канала.
При этом нижний слой структуры вертикальных каналов выполняет дополнительную функцию поджимного устройства. Размер его по высоте определяется исходя из требований к прочностным характеристикам устройства пожаротушения. Минимальный размер их может составлять 15-20 мм. Данный вариант конструкции устройства применим для тушения горючих жидкостей, обладающих низким давлением насыщенных паров, таких, например, как различные виды масел, мазутов, дизтоплива.
Второй вариант. Устройство состоит из трех слоев вертикальных каналов, разделенных двумя слоями металлических сеток. Расстояние «Н», отсчитываемое от верхней плоскости структуры вертикальных каналов до второй, нижней, сетки, определяется из соотношения:
При этом верхний слой сеток должен находиться на расстоянии
от верхней плоскости структуры вертикальных каналов.
Этот вариант конструкции устройства предназначен для тушения не только горючих, но и легковоспламеняющихся жидкостей, таких, например, как спирты, ацетоны, бензины, керосины различных марок и т.п.
В сборке устройство пожаротушения подавлением конвекции для горящих жидкостей представляет собой плоскую структуру вертикальных каналов, в каждом канале которой размещены металлические сетки на различных по высоте уровнях. Сетки практически не оказывают сопротивление падающему потоку горящей жидкости, но в то же время полностью отсекают необходимые для существования процесса горения жидкости конвективные потоки воздуха, вызванные естественной конвекцией. Для металлических сеток определены параметры, создающие максимальный эффект тушения пламени падающих и горящих при падении потоков жидкостей.
Таким образом, заявляемое устройство пожаротушения подавлением конвекции для горящих жидкостей соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».
Изобретение поясняется Фиг.1, Фиг.2, на которых представлены принципиальные схемы устройства пожаротушения подавлением конвекции (в поперечном сечении) для двух приведенных выше технических решений.
На Фиг.1 приведена схема устройства пожаротушения подавлением конвекции для тушения горючих жидкостей, в которой применяется всего один слой металлических сеток (первый вариант). Устройство состоит из двух слоев (1) и (2) осесимметричных вертикальных каналов и одного слоя сеток (3). При этом в пространстве, расположенном под устройством, может устанавливаться любая емкость, например плоская (4), объем которой позволяет вместить весь объем аварийно пролитой горючей жидкости, находящейся в защищаемом помещении.
В этом варианте общая высота ячеистой структуры вертикальных каналов, состоящая из двух слоев вертикальных каналов, определяется для верхнего слоя по формуле (1); для нижнего слоя рассчитывается исходя из требований, предъявляемых к прочностным характеристикам устройства.
На Фиг.2 приведена схема устройства пожаротушения подавлением конвекции, в котором применяются два слоя металлических сеток (второй вариант). Устройство представляет собой плотно сжатый пакет, состоящий из трех слоев осесимметричных вертикальных каналов (1), (2), (3), разделенных двумя слоями металлических сеток (4), (5). При этом емкость (6), расположенная под устройством, должна соответствовать требованиям, указанным в первом варианте конструкции устройства.
Общая высота двух верхних слоев ячеистой структуры вертикальных каналов определяется по формулам (2) и (3). Высота нижнего слоя рассчитывается исходя из требований, предъявляемых к прочностным характеристикам устройства.
На Фиг.3 представлен график зависимости минимального числа горизонтальных сеток (n) в слое сеток, разделяющих вертикальные каналы; от размера одной квадратной ячейки сетки «в свету» (а), позволяющий подобрать параметры металлических сеток, при которых обеспечивается надежное отсекание пламени от жидкости, падающей в устройство пожаротушения подавлением конвекции. Область I характеризует параметры сеток, при которых проскок пламени отсутствует. Область II - это область значений параметров, при которых проскок пламени будет иметь место. В зависимости от параметра «а» по графику можно определить число сеток, которое необходимо установить между каждым слоем вертикальных каналов. Зависимость n(а), представленная на Фиг.3, получена в экспериментальных исследованиях. При этом использовались следующие легковоспламеняющиеся и горючие жидкости:
⊙ - изопропиловый спирт;
⊗ - керосин ТС-1;
- дизельное топливо;
- трансформаторное масло.
Конструкция предлагаемого устройства пожаротушения подавлением конвекции для горючих жидкостей позволяет реализовать условия, когда в каждом вертикальном канале устанавливается один или несколько слоев металлических сеток. Назначение верхнего слоя сеток во втором варианте конструкции заключается в том, что с его помощью создаются наилучшие условия для реализации процесса тушения жидкостей. Наличие этого слоя сеток полностью изменяет схему движения газовой среды в структуре вертикальных каналов. Так, например, сетка, установленная на уровне «h», выполняет функцию элемента, устраняющего поступление воздуха в межсеточное пространство, образуя замкнутую область и исключая возможность существования пламени на нижнем уровне расположения сеток. Это позволило уменьшить высоту устройства примерно в 1,5 раза.
экв
экв
экв
Данные подтверждены исследованиями. Так, например, для дизельного топлива при d=30 мм и одном слое сеток расстояние Н уменьшается до Н=2d=60 мм. При наличии двух слоев сеток Н=4/3 d=40 мм и h=20 мм.
Конструкция устройства пожаротушения подавлением конвекции для горючих жидкостей обеспечивает прием вертикально падающих и одновременно горящих потоков жидкости малых и больших расходов. При этом отсекается пламя, ликвидируется разбрызгивание, а потушенная жидкость может либо оставаться в емкости под устройством, либо сливаться в специальную резервную емкость.
Устройство пожаротушения подавлением конвекции для горючих жидкостей может применяться не только в виде полов, устанавливаемых в пожароопасных помещениях.
Кроме этого существует еще несколько вариантов их применения, например:
- устройство может устанавливаться в открытых баках или емкостях под поверхностью жидкости, в случае ее загорания процесс тушения будет достигнут посредством слива небольшого объема жидкости из нижней части емкости, при этом при снижении уровня поверхности горящей жидкости ниже уровня устройства происходит эффективное тушение пламени;
- устройство может устанавливаться в специальную емкость, в которую по наклонной поверхности в аварийной ситуации будет сливаться горящая жидкость.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №787046, кл. А62С 3/12, 1980.
2. Патент на изобретение №2252804, 2003.