УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗГОРАНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ

Полезная модель относится к средствам пожаротушения и защиты от возгорания резервуаров, заполненных горючими веществами, в частности газообразными углеводородами, сжиженными газами и нефтепродуктами. Полезная модель предназначена для обеспечения безопасной эксплуатации резервуаров на территории нефте- и газохранилищ, перерабатывающих предприятий и топливозаправочных станций.
В настоящее время применяются различные пожарно-технические средства, обеспечивающие безопасность при эксплуатации резервуаров, заполненных горючими и, в частности, легковоспламеняющимися веществами. Так, например, известна установка пожаротушения, описанная в Авторском свидетельстве СССР №1611350 (МПК-5: А62С 35/00, опубликовано 07.12.1990). Установка включает в свой состав емкость с водой, дозатор с пенообразователем, систему подачи рабочей жидкости к защищаемому объекту, распределительный коллектор с оросителями (форсунками), пожарные извещатели и блок управления, подключенный к контрольно-пусковому узлу, установленному в напорной магистрали, и к приводу насоса системы подачи рабочего вещества.
При срабатывании пожарных извещателей блок управления формирует управляющий сигнал для включения привода насоса и открытия контрольно-пускового узла подачи рабочей жидкости. Генерируемый раствор пенообразователя подается по распределительному коллектору и распределяется по поверхности защищаемого объекта через оросители.
Наиболее близким аналогом полезной модели является установка для защиты от возгорания горючих жидкостей в резервуарах, которая представлена в патенте РФ №2126702 С1 (МПК-6: А62С 3/06; А62С 35/00, опубликован 27.02.1999). Установка содержит емкость с пенообразующим раствором, вытеснительную систему подачи рабочего вещества к защищаемому резервуару, заполненному горючим веществом и включающему в свой состав блок распределительной арматуры. Вытеснительная система подачи рабочего вещества содержит баллон со сжатым инертным газом,
который подключен к напорной магистрали через редуктор-запорный клапан, снабженный управляемым приводом.
Установка включает также в свой состав распределительный коллектор с жидкостными форсунками, обеспечивающими подачу пенообразующего раствора в рабочую зону. Система подачи рабочего вещества соединена с распределительным коллектором через запорный клапан, управляемый сигналами блока управления.
По сигналам пожарного извещателя, который контролирует параметры горючего вещества в резервуаре, в блоке автоматической регистрации и обработки параметров формируется сигнал, направляемый в блок управления, который вырабатывает управляющее воздействие на открытие запорного клапана магистрали подачи сжатого инертного газа и запорного клапана распределительного коллектора пенообразующего раствора. С помощью жидкостных форсунок пенообразующий раствор распределяется непосредственно в полости резервуара, заполненной горючим веществом.
Описанные выше устройства-аналоги предназначены, главным образом, для эффективного тушения возникших возгораний горючего вещества в замкнутом пространстве резервуара. Однако такие системы не исключают полностью возможности воспламенения горючего вещества и взрыва паров рабочего вещества в резервуарах. Кроме того, используемые для защиты резервуаров растворы неэффективно расходуются, заполняя внутреннюю полость резервуара и выливаясь из него без повторного использования.
Полезная модель направлена на создание эффективной системы защиты от возгорания резервуаров, заполненных горючими веществами, за счет использования замкнутой циркуляционной системы подачи жидкого рабочего вещества к внешней поверхности резервуара в виде потока мелкодисперсной распыленной жидкости.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении эффективности использовании жидкого рабочего вещества для предотвращения возгорания резервуара, заполненного горючим веществом.
Достижение данного технического результата обеспечивается при использовании установки для защиты от возгорания резервуаров, заполненных горючими веществами и включающих в свой состав блоки распределительной арматуры, которая содержит систему подачи жидкого рабочего вещества, распределительный коллектор, соединенный с форсунками, емкость, заполняемую жидким рабочим веществом, и средство регистрации параметров горючего вещества. Вход системы подачи жидкого
рабочего вещества соединен с емкостью, а выход - с входом распределительного коллектора.
Согласно полезной модели в качестве емкости использован открытый поддон, размещенный под резервуаром и блоком распределительной арматуры резервуара. Система подачи жидкого рабочего вещества включает в свой состав, по меньшей мере, один насос с приводом. В качестве форсунок, соединенных с распределительным коллектором использованы центробежные форсунки, выполненные с возможностью генерации мелкодисперсных газокапельных потоков с углом факела распыленного потока не менее 60°. Форсунки расположены, по меньшей мере, в два ряда над верней частью резервуара и блока распределительной арматуры резервуара. Расстояние d между близлежащими форсунками и минимальное расстояние l между выходными отверстиями форсунок и поверхностью резервуара выбираются из условия: 0,8≤l/d≤1,2.
Совокупность перечисленных выше существенных признаков полезной модели обеспечивает создание замкнутого контура циркуляции рабочей жидкости, в частности воды, с определенным пространственным расположением центробежных форсунок, с помощью которых формируются перекрывающие друг друга мелкодисперсные газокапельные потоки, направленные на охлаждаемую поверхность защищаемого резервуара. Плотный поток мелкодисперсных капель жидкости создает защиту охлаждаемой поверхности от теплового излучения и конвективных потоков, исходящих от внешних очагов возгораний. При генерации плотной газокапельной завесы с пространственно однородным распределением монодисперсных капель рабочей жидкости создается преграда для распространения тепловых потоков и одновременно происходит интенсивное охлаждение самого резервуара за счет испарения капель жидкости на нагретой поверхности резервуара.
Существенное значение для данных эффектов имеет выбор расстояний между близлежащими форсунками и между выходными отверстиями форсунок и поверхностью резервуара согласно зависимости: 0,8≤l/d≤1,2. Важно также, чтобы используемые центробежные форсунки обеспечивали угол факела распыленного потока не менее 60°. Кроме того, необходимо установить центробежные форсунки не мене, чем в два параллельных ряда вдоль резервуара и блока распределительной арматуры резервуара. В этом случае происходит взаимное перекрытие газокапельных потоков над верхней частью резервуара, что необходимо для достижения требуемого уровня объемной плотности капель жидкости с целью формирования плотной завесы, защищающей резервуар от внешних тепловых потоков.
Применение замкнутого контура циркуляции рабочей жидкости, распыляемой с помощью центробежных форсунок над поверхностью резервуара и блока распределительной арматуры резервуара, позволяет существенно повысить эффективность использования рабочего вещества для надежной защиты пожароопасного объекта от возгорания.
В предпочтительном варианте выполнения установки минимальное расстояние l между выходными отверстиями форсунок и поверхностью резервуара выбрано из условия: 300 мм≤l≤600 мм.
В качестве жидкого рабочего вещества может использоваться вода либо водные растворы.
С целью автоматизации работы в состав установки может быть включен блок автоматической регистрации и обработки параметров, подключенный к средству регистрации параметров горючего вещества. В данном варианте выполнения установка включает также в свой состав блок управления, вход которого соединен с блоком автоматической регистрации и обработки параметров, а выход - с приводом насоса.
Далее полезная модель поясняется описанием предпочтительного примера ее реализации и прилагаемым чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки для защиты от возгорания резервуаров.
Установка предназначена для защиты резервуара 1, заполненного в рассматриваемом примере реализации полезной модели сжиженным природным газом, и блока 2 распределительной арматуры резервуара 1. Установка включает в свой состав систему подачи жидкого рабочего вещества, в качестве которого используется вода, распределительный коллектор 3, соединенный с центробежными форсунками 4, поддон 5, заполняемый водой, и автоматическую систему управления. В состав системы управления входит датчик температуры 6, выполненный в виде термопары, который служит в качестве средства измерения параметров горючего вещества, блок 7 автоматической регистрации и обработки параметров и блок управления 8. Датчик температуры 6 установлен на охлаждаемой поверхности резервуара 1.
Поддон 5 размещен под резервуаром 1 и блоком 2 распределительной арматуры резервуара и открыт со стороны установленного над ним резервуара 1. Для предотвращения попадания листвы и иного мусора поддон 5 может быть снабжен легким ограждением (на чертеже не показано), которое не должно препятствовать отеканию рабочей жидкости (воды) в открытую полость поддона 5 при работе установки.
Сливное отверстие поддона соединено с входной магистралью системы подачи жидкого рабочего вещества, подключенной к входу центробежного насоса 9, снабженного электроприводом 10. Выход насоса 9 соединен с напорной магистралью системы подачи жидкого рабочего вещества. Для контроля параметров воды, подаваемой в распределительный коллектор 3, на напорной магистрали установлен расходомер 11 и датчик давления 12. Система подачи жидкого рабочего вещества или поддон 5 подключаются к внешней системе подачи жидкости из емкости, в которой жидкость хранится при заданной рабочей температуре (на чертеже не показаны).
Центробежные форсунки 4 установлены на распределительном коллекторе 3 в два параллельных ряда над верхней частью резервуара 1 и блока 2 распределительной арматуры резервуара. Используемые центробежные форсунки 4 обеспечивают генерацию мелкодисперсного газокапельного потока с углом факела распыленного потока ~90°. Расстояние l между выходными отверстиями форсунок 4 и поверхностью резервуара составляет 450 мм. Расстояние d между близлежащими форсунками 4 каждого ряда равно 500 мм. Соотношение расстояний d и l для рассматриваемого примера реализации полезной модели выбрано согласно заданному условию: 0,8≤l/d=0,9≤1,2.
Работа установки для защиты от возгорания резервуара 1 осуществляется следующим образом.
В исходном (нерабочем) состоянии система подачи жидкого рабочего вещества и поддон 5 не заполнены жидкостью. Установка находится в «сухом» состоянии.
При возникновении опасности возгорания либо при возгорании внешнего очага пожара по команде оператора либо по сигналу системы пожаротушения защищаемого объекта осуществляется подключение системы подачи жидкого рабочего вещества и поддона 5 к внешней системе подачи жидкости, соединенной с емкостью, в которой жидкость хранится при заданной температуре хранения (на чертеже не показаны). После заполнения системы подачи жидкого рабочего вещества и поддона 5 водой установка переводится в рабочий режим контроля параметров горючего вещества в резервуаре 1.
В процессе непрерывного измерения температуры поверхности резервуара 1 с помощью датчика температуры 6 фиксируются текущие усредненные значения температуры сжиженного природного газа. Обработка сигнала датчика температуры производится с помощью блока 7 автоматической регистрации и обработки параметров. Оцифрованные сигналы поступают в блок управления 8, в котором, при превышении порогового значения температуры, вырабатывается управляющее воздействие на
включение электропривода 10 центробежного насоса 9. В иных примерах реализации полезной модели управление электроприводом 10 может непосредственно выполняться оператором, осуществляющим визуальный контроль параметров горючего вещества в резервуаре 1, на основании показаний датчика 6 либо нескольких датчиков температуры и давления, установленных на резервуаре 1.
Насос 9 обеспечивает подачу воды из поддона 5 (через сливное отверстие поддона 5) в напорную магистраль системы подачи жидкого рабочего вещества. Параметры потока воды в напорной магистрали контролируются с помощью расходомера 11 и датчика давления 12. Давление в напорной магистрали, соединенной с распределительным коллектором 3, поддерживается в диапазоне от 0,3 до 0,5 МПа.
Жидкость, подаваемая в распределительный коллектор 3, поступает затем в центробежные форсунки 4, установленные в два параллельных ряда над верхней частью резервуара 1 и блоком 2 распределительной арматуры. В спиралеобразных каналах центробежных форсунок 4 происходит закручивание потоков жидкости и последующее распыление жидкости через выходные отверстия форсунок в виде мелкодисперсных газокапельных потоков конусообразной формы.
Вследствие расположения форсунок на определенном расстоянии d между близлежащими форсунками каждого ряда и на определенном расстоянии от выходных отверстий форсунок до поверхности резервуара 1, в соответствии с зависимостью: 0,8≤l/d≤1,2, происходит генерация плотной туманообразной газокапельной завесы между очагом возгорания (источником тепловых потоков) и резервуаром. За счет взаимного перекрытия генерируемых распыленных потоков капли воды соударяются друг с другом и перераспределяются в пространстве над резервуаром, создавая защитную завесу с высокой объемной плотностью капель. Изменяя абсолютное минимальное расстояние l между выходными отверстиями форсунок 4 и поверхностью резервуара 1, можно регулировать пространственное положение генерируемой туманообразной охлаждающей завесы относительно охлаждаемой поверхности резервуара 1 и относительно очага возгорания.
В рассматриваемом примере реализации полезной модели минимальное расстояние l между выходными отверстиями форсунок 4 и охлаждаемой поверхностью резервуара 1 выбрано равным 450 мм. Данное значение выбрано на основании условия оптимизации охлаждающей способности генерируемой газокапельной завесы. Оптимальным диапазоном значений l является диапазон от 300 до 600 мм. В других примерах реализации полезной модели расстояние l может выбираться в более широких
диапазонах значений - в зависимости от конкретных условий хранения горючего вещества и вида горючего вещества.
Требуемое взаимное перекрытие генерируемых газокапельных потоков обеспечивается также за счет применения центробежных форсунок 4, позволяющих формировать мелкодисперсные потоки с углом факела распыленного потока не менее 60°. В рассматриваемом примере угол при вершине конуса, формообразующего факел распыленного потока, составляет примерно 90°. Применение центробежных форсунок обеспечивает существенное взаимное перекрытие соседних распыленных потоков воды и, как следствие, высокую объемную плотность капель жидкости в генерируемой газокапельной завесе.
Защитная газокапельная завеса, генерируемая с помощью центробежных форсунок 4, выполняет две функции. Во-первых, завеса, образуемая высокоскоростными мелкодисперсными каплями жидкости, имеет высокую объемную плотность капель. Данное свойство завесы позволяет значительно ограничить перенос тепловых потоков от очага возгорания (источника тепловых потоков) к защищаемой поверхности резервуара 1. Генерируемая газокапельная завеса выполняет функцию теплового экрана, препятствующего распространению конвективных и лучистых потоков за счет физических механизмов тепломассообмена и переизлучения с поверхности капель. Во-вторых, капли жидкости, осаждающиеся на поверхности резервуара 1, охлаждают резервуар 1 за счет процесса испарения на поверхности.
Вода, распыленная с помощью центробежных форсунок 4 и осажденная на поверхности резервуара 1 и блока 2 распределительной арматуры, стекает затем в открытый поддон 5, расположенный непосредственно под охлаждаемыми объектами. В результате повторного использования жидкости осуществляется замкнутый цикл циркуляции жидкого рабочего вещества в установке.
Часть распыленной воды может не возвращаться в систему подачи жидкого рабочего вещества из-за интенсивного испарения на поверхности резервуара 1 и уноса образовавшегося пара за пределы поддона 5. Для восполнения количества воды в замкнутом цикле системы подачи жидкого рабочего вещества может использоваться дополнительная подача воды из внешней емкости, в которой хранится запас жидкости, или из магистрального водопровода.
В результате проведенных испытаний установки, выполненной согласно полезной модели, было установлено, что устройство обеспечивает надежную защиту от возгорания резервуара, заполненную сжиженным углеводородным газом (смесью пропана и метана).
3
При проведении огневых испытаний емкость объемом 5 м находилась на расстоянии 2,5 м от модельного очага пожара ранга 283 В. При потребляемой мощности 12 кВт установка для защиты от возгорания резервуара обеспечила предотвращение возгорания сжиженного газа в резервуаре. В процессе работы установки использовался запас воды, заполняющий поддон установки в рабочем режиме работы, без дополнительной подачи воды в систему подачи жидкого рабочего вещества из внешних источников.
Таким образом, установка обеспечивает существенное повышение эффективности использовании жидкого рабочего вещества для предотвращения возгорания резервуара, заполненного горючим веществом.
Полезная модель может найти широкое применение в качестве пожарного оборудования станций заправки горючими веществами, в хранилищах нефтепродуктов и природного газа, а также на промышленных предприятиях, применяющих технологические процессы переработки углеводородов.