Система пожаротушения специального сооружения
FIRE EXTINGUISHING SYSTEM OF SPECIAL STRUCTURE

Изобретение относится к противопожарной технике, преимущественно к тушению пожара инертными газами в замкнутых помещениях специальных фортификационных сооружений.
Известно устройство специальных фортификационных сооружений (СФС), которые строятся глубоко под землей для размещения в них командных пунктов, узлов связи, укрытий для особо важной военной техники и боеприпасов, медицинских учреждений и др. Специальные фортификационные сооружения могут быть многоэтажными и включают в себя: основные помещении, входные галереи с прочными входными оголовками, оборудованными защитными дверями или воротами, вентиляционные и технологические отверстия с защитными устройствами. В состав внутреннего оборудования специальных фортификационных сооружений входят технологические системы (средства связи, электронные устройства) и технические системы: фильтровентиляции, отопления, холодоснабжения, освещения, кондиционирования воздуха, автономного энергоснабжения, водоснабжения, канализации, пожаротушения и т.д. (Левыкин В.И. Фортификация: прошлое и современность.- М.: Воениздат, 1987. - стр. 101-102).
Известно устройство подземного специального фортификационного сооружения, в котором связь с дневной поверхностью осуществляется по вертикальной шахте, примыкающей к стене сооружения. Такие входы называются шахтными входами (Лапшин Г.А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. - стр. 95-96).
Известен способ объемного тушения пожара, включающий хранение жидкого хладона, транспортировку его, подачу в помещение и ингибирование реакции горения парами хладона, и устройство, содержащее емкость с жидким хладоном, баллон со сжатым газом для вытеснения хладона, трубопровод для транспортировки хладона и распылители для подачи хладона в помещение (Борьба с пожарами на судах. Под ред. М.Г. Ставицкого. Л. Судостроение, 1976, с. 185-190).
Недостатком таких установок является вредное влияние хладонов на окружающую среду, кроме того эти установки имеют достаточно большие массо-габаритные характеристики, что снижает эффективность их использования для тушения пожаров. Применение хладонов ограничено в закрытых помещениях, так как продукты термического разложения хладонов обладают высокой токсичностью и высокой коррозионной активностью. Кроме того, проведение международных мероприятий по охране озонового слоя Земли в соответствии с Монреальским протоколом (1987 г.) потребует сокращения использования упомянутых хладонов, как веществ с высоким озоноразрушающим потенциалом.
Известны способы и системы, обеспечивающие тушение пожара путем подачи в зону горения распыленной воды, пены, порошка и инертного газа (Пожарная безопасность. Взрывобезопасность / Под ред. Баратова А.Н. М.: «Химия», 1987).
Однако известное решение использования воды наряду с преимуществами обладает высокой инерционностью и может привести к порче электрооборудования, а при тушении пожара в герметичном объекте к опасному повышению давления вплоть до взрыва. Использование пены или порошка является высоко затратным способом пожаротушения и недостаточно эффективным из-за небольшой защищаемой площади и невозможности подачи огнетушащего вещества в очаг возгорания, расположенный в труднодоступном месте. Кроме того, огнетушащая способность перечисленных веществ в условиях избыточного давления мало изучена. Поэтому данные технологии не могут применяться в закрытых специализированных помещениях.
Известно дросселирующее устройство, состоящее из цилиндрического корпуса с фланцами на концах, штуцера с пропускным каналом, установленного в осевом канале цилиндрического корпуса с образованием кольцевой камеры, при этом пропускной канал выполнен в виде конического расширения, переходящим в средней части на конический сужающийся канал в направлении к пропускному каналу фланца, и имеет в сечении имеет форму эллипса (Патент РФ №2690289, опубл. от 31.05.2019, Бюл. №16).
Однако при значительном перепаде давления газа в дросселирующем устройстве и при наличии влаги в воздухе существуют условия, при которых происходит замерзание паров воды за счет снижения температуры при снижении давления.
Известно дроссельное устройство, содержащее корпус, в котором размещены дроссельные элементы, выполненные в виде звеньев цепи, уложенных витками в объеме корпуса, пространство между которыми образует проходы для протока рабочей среды (Патент на полезную модель РФ №156204, опубл. от 10.11.2015, Бюл. №31). Предлагаемое дроссельное устройство состоит в обеспечении необходимого плавного дросселирования для снижения генерации шума потоком газообразной среды при умеренных массогабаритных характеристиках, создающим необходимый расход среды.
Однако в данном техническом решении не рассматривается возможность использования холодильного потенциала, образующегося при дросселирование газа. Дросселирование газа - понижение давления в потоке газа при прохождении его через дроссельное устройство - местное гидродинамическое сопротивление, сопровождающееся изменением (снижением) температуры. В технике процесс дросселирования используется для охлаждения газов.
Известна система газового пожаротушения на основе использования азота и предназначенная для снижения концентрации кислорода в закрытых помещениях до значения приблизительно 12% по объему. При таких концентрациях кислорода большинство горючих материалов не могут больше воспламеняться. Основными сферами применения являются, в частности, закрытые производственные помещения, помещения для коммутации и распределения электрической энергии, а также помещения, в которых расположено или хранится ценное оборудование (Патент РФ №2690062, опубл. от 30.05.2019, Бюл. №16).
Известна система пожаротушения специального сооружения заглубленного типа (тоннелей), включающая три блока хранения сжатого азота в виде емкостей сжатого азота высокого давления (до 30 МПа), расположенные на поверхности земли и связанные между собой магистралью с разделительными вентилями, которая выполнена в виде замкнутого кольца по форме закрытого пространства, распределительные линии, содержащие запорную арматуру с приводами для подачи из емкостей сжатого азота во внутренний объем сооружения, пожарные извещатели и датчики концентрации кислорода, установленные в сооружении, а также блок управления, регистрирующий показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода и соединенный с приводами запорной арматуры распределительных линий сжатого азота для обеспечения регулирования подачи азота в сооружение в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах. Расчетное давление на входе в кольцевую магистраль поддерживается за счет предварительного снижения давления в запорной арматуре (редукторах) и предохранительных клапанах (Патент РФ №2066217, опубл. от 10.09.1996).
Недостатками данного технического решения являются размещение блока хранения сжатого азота высокого давления, состоящего из отдельных емкостей сжатого азота на поверхности земли, вне пределов сооружения, что значительно удлиняет транспортные магистрали сжатого азота до мест тушения очагов пожара в заглубленном сооружении (тоннеле) и количества сжатого азота для их заполнения, отсутствие оборудования для осветления зоны пожара, а также неиспользование потенциала сжатого азота для снижения температуры в зоне горения ввиду предварительного снижения давления в кольцевой магистрали в запорной арматуре (редукторах) и предохранительных клапанах.
Технический результат, который может быть получен в результате реализации предлагаемого изобретения заключается в возможности повышения скорости тушения пожара и осветления внутреннего пространства изолированного помещения с очагом пожара, а также надежности эксплуатации системы газового пожаротушения и сокращение необходимого объема азота для тушения пожара.
Для достижения данного технического результата предлагаемая система пожаротушения специального сооружения, включающая блоки хранения сжатого азота в виде емкостей сжатого азота высокого давления, связанных между собой магистралью с разделительными вентилями, распределительные линии, содержащие запорную арматуру с приводами для подачи из емкостей сжатого азота во внутренний объем сооружения, пожарные извещатели и датчики концентрации кислорода, установленные в сооружении, а также блок управления, регистрирующий показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода и соединенный с приводами запорной арматуры распределительных линий сжатого азота для обеспечения регулирования подачи азота в сооружение в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах, согласно изобретения, система пожаротушения размещена внутри подземного специального фортификационного сооружения, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений с открывающимися выходами в общий транспортный тоннель для обслуживающего персонала, и снабжена в каждом изолированном помещении блоком хранения сжатого азота в виде емкостей сжатого азота высокого давления, распределительной линией, содержащей запорную арматуру с приводом для подачи из емкостей сжатого азота во внутренний объем помещения, пожарными извещателями и датчиками концентрации кислорода, а также блоком управления, регистрирующим показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода в соответствующим изолированном помещении и соединенным с приводом запорной арматуры соответствующей распределительной линии сжатого азота, отводящей магистралью дымоудаления с компрессором для удаления дымовых газов в окружающую среду, связанной с каждым помещением отдельной линией отвода дымовых газов с заборным устройством и запорной арматурой с приводом, соединенным с соответствующим блоком управления, при этом распределительные линии для подачи азота из емкостей сжатого азота выведены в каждом помещении на нижнем уровне у поверхности пола и снабжены на конце дроссельное устройством, линии отвода дымовых газов заведены в каждое помещение на верхнем уровне у поверхности потолка, а отводящая магистраль дымоудаления для удаления дымовых газов в окружающую среду размещена в шахте подземного фортификационного сооружения, при этом емкости сжатого азота высокого давления, размещенные в изолированных помещениях, связаны между собой соединительной магистралью с разделительными вентилями.
Введение в предлагаемую систему пожаротушения специального сооружения, размещенной внутри подземного фортификационного сооружения, имеющего в своем составе несколько изолированных помещений с открывающимися выходами в общий транспортный тоннель для обслуживающего персонала, блока хранения сжатого азота в виде емкостей сжатого азота высокого давления, распределительной линии, содержащей запорную арматуру с приводом для подачи из емкостей сжатого азота во внутренний объем помещения, пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода, а также блока управления, регистрирующим показатели пожарных извещателей и датчиков концентрации кислорода и соединенным с приводом запорной арматуры распределительной линии сжатого азота, расположенных в каждом изолированном помещении, отводящей магистрали дымоудаления с компрессором, размещенной в шахте подземного фортификационного сооружения, для удаления дымовых газов в окружающую среду, связанной с каждым помещением отдельной линией отвода дымовых газов с заборным устройством и запорной арматурой с приводом, соединенным с соответствующим блоком управления, при этом распределительные линии для подачи азота из емкостей сжатого азота выведены в каждом помещении на нижнем уровне у поверхности пола и снабжены на конце дроссельное устройством, линии отвода дымовых газов заведены в каждое помещение на верхнем уровне у поверхности потолка, а емкости сжатого азота высокого давления, размещенные в изолированных помещениях, связаны между собой соединительной магистралью с разделительными вентилями, позволяет получить новое свойство, заключающееся в быстром уменьшении концентрации кислорода в изолированном помещении, где возник пожар, за счет одновременной подачи азота - инертного газа на уровне пола помещения и откачки дымовых газов у поверхности потолка, что обеспечивает резкое изменение состава смеси воздушной массы и дымовых газов внутри помещения и снижение концентрации кислорода до уровней, исключающих процесс горения, тем самым повышается скорость тушения пожара и осветления внутреннего пространства изолированного помещения с очагом пожара, также на повышение скорости тушения пожара положительно сказывается эффект дросселирования сжатого азота высокого давления, заключающийся в значительном снижении температуры азота, непосредственно в изолированном помещении с очагом пожара при проходе сжатого азота из емкостей сжатого азота через дроссельное устройство, расположенным на каждой распределительной линии, а соединение емкостей сжатого азота, расположенных в разных помещениях, соединительной магистралью с разделительными вентилями позволяет повысить надежность эксплуатации системы пожаротушения за счет возможности перераспределения сжатого азота между помещениями в случае возникновения пожара в одном из них путем открытия разделительных вентилей на соединительной магистрали, а также сократить необходимый объема азота для тушения пожара вследствие отсутствия трубопроводов сжатого азота от поверхности земли за счет размещения емкостей сжатого азота внутри каждого изолированного помещения подземного фортификационного сооружения.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы пожаротушения специального сооружения.
Система газового пожаротушения размещена внутри подземного специального фортификационного сооружения 1, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений 2 с открывающимися выходами 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала. Специальное фортификационное сооружение 1 имеет шахту 4 для связи с поверхностью земли.
Система газового пожаротушения включает в себя ряд однотипного оборудования, размещаемого в каждом изолированном помещении 2. Так, в каждом изолированном помещении 2 расположены блок хранения сжатого азота в виде емкостей сжатого азота высокого давления 6, при этом емкости сжатого азота высокого давления 6, размещенные в изолированных помещениях 2, связаны между собой соединительной магистралью 7, распределительная линия 8, содержащая запорную арматуру 9 с приводом, для подачи сжатого азота из емкостей 6 в помещение 2, пожарные извещатели 10 и датчики концентрации кислорода 11, а также блок управления 12, регистрирующий сигналы пожарных извещателей 10 и датчиков концентрации кислорода 11 и соединенный с приводом запорной арматуры 9 распределительной линии 8 и обеспечивающий регулирование подачи азота в помещения 2 в зависимости от концентрации кислорода в дымовых газах.
Система газового пожаротушения снабжена отводящей магистралью дымоудаления 13 с компрессором 14, связанной с каждым помещением 2 линией отвода дымовых газов 15 с заборным устройством 16 и запорной арматурой 17 с приводом.
Распределительные линии 8 для подачи сжатого азота заведены в каждое помещение 2 на нижнем уровне у поверхности пола, линии отвода дымовых газов 15 заведены в каждое помещение 2 на верхнем уровне у поверхности потолка, при этом отводящая магистраль дымоудаления 13 с компрессором 14, размещена в шахте 4 специального фортификационного сооружения 1.
Каждый привод запорной арматуры 17 на линии отвода дымовых газов 15 в каждом изолированном помещении 2 связан с соответствующим блоком управления 12 в данном помещении.
Распределительные линии 8 для подачи азота из емкостей сжатого азота 6 в каждом помещении снабжены на конце дроссельном устройством 18.
Соединительная магистраль 7, связывающая емкости сжатого азота высокого давления 6, размещенные в каждом изолированном помещении 2, имеет разделительные вентили 19.
Работа предлагаемой системы пожаротушения специального сооружения осуществляют следующим образом.
Система газового пожаротушения специального сооружения предназначена для тушения пожара в изолированных помещениях 2 подземного специальных фортификационных сооружений 1. В связи с этим система газового пожаротушения размещается внутри подземного фортификационного сооружения 1, имеющим в своем составе несколько изолированных помещений 2 с открывающимися выходами 3 в общий транспортный тоннель 5 для обслуживающего персонала. Специальное фортификационное сооружение 1 имеет шахту 4 для связи с поверхностью земли.
Обслуживающий персонал периодически выходит и входит в помещения 2 через выходы 3 и перемещается между помещениями 2 по общему транспортному тоннелю 5, при этом после прохода обслуживающего персонала выходы 3 закрываются и помещения 2 становятся изолированными.
В случае возникновения пожара в одном (или нескольких) из помещений 2 и появления дыма срабатывает соответствующий пожарный извещатель 10, размещенный в данном помещении 2, и от него сигнал поступает в блок управления 12, который также размещен в данном помещении 2. От блока управления 12 управляющий сигнал поступает на привод запорной арматуры 9 распределительной линии 8 подачи сжатого азота и на привод запорной арматуры 17 линии отвода дымовых газов 15, которые расположены в помещении 2 с очагом пожара. Данный управляющий сигнал дает команду на открытие запорной арматуры 9 распределительной линии 8 и запорной арматурой 17 линии отвода дымовых газов 15 в данном помещении 2.
В результате открытия запорной арматуры 9 распределительной линии 8 сжатый азот из емкостей хранения сжатого азота 6 подается по распределительной линии для подачи сжатого азота 8 в помещение 2 с очагом пожара, при этом подается на нижнем уровне у поверхности пола через дроссельное устройство 18. При прохождении сжатого азота высокого давления через дроссельное устройство 18 происходит дросселирование газа - понижение давления сжатого азота с одновременным значительным снижением его температуры.
В начальном периоде возникновения пожара очень важна быстрая и безопасная эвакуация обслуживающего персонала из помещения 2 с очагом пожара в общий транспортный тоннель 5. Для этого открывается выход 3 и обслуживающий персонал покидает помещение 2 с очагом пожара. Поскольку в помещение 2 с очагом пожара уже начал подаваться холодный азот от уровня пола и создается определенный подпор давления, при открытии выхода 3 воздух из тоннеля 5 в горящее помещение 2 практически не поступает, что позволяет не поддерживать горение и обеспечивает необходимое время для эвакуации обслуживающего персонала.
Одновременно с открытием запорной арматуры 9 распределительной линии 8 сжатого азота, за счет подачи управляющего сигнала от блока управления 12 на привод, открывается запорная арматура 17 линии отвода дымовых газов 15. Дымовые газы из горящего помещения 2 засасываются через заборное устройство 16 на уровне потолка помещения 2 и по линии отвода дымовых газов 15 поступают в отводящую магистраль дымоудаления 13, размещенном в шахте 4, из которой с помощью компрессора 14 удаляются из специального фортификационного сооружения 1 в окружающую среду.
Поскольку принцип тушения пожара инертным газом - азотом, основывается на снижение в изолированном горящем помещении 2 концентрации кислорода до уровня 10-12% в составе смеси воздушной среды и дымовых газов, то одновременная подача холодного азота, полученного за счет дросселирования в дроссельном устройстве 18, на уровне пола и откачка дымовых газов у поверхности потолка горящего помещения 2 обеспечивает резкое изменение состава воздушной массы внутри изолированного горящего помещения 2 и снижение концентрации кислорода (парциального давления) до уровней, исключающих процесс горения, тем самым повышается скорость тушения пожара и осветления внутреннего пространства изолированного помещения 2 с очагом пожара. Также на повышение скорости тушения пожара положительно сказывается эффект дросселирования сжатого азота высокого давления, заключающийся в значительном снижении температуры азота, непосредственно в изолированном помещении 2 с очагом пожара при проходе сжатого азота из емкостей сжатого азота 6 через дроссельное устройство 18, расположенным на распределительной линии 8. Данный эффект снижает температуру внутри помещения 2 с очагом пожара, что обеспечивает снижение интенсивности пожара.
Необходимость подачи азота в горящее помещение 2 на уровне пола объясняется тем обстоятельством, что азот легче воздуха, и в этом случае он будет подниматься снизу вверх, снижая концентрацию кислорода.
При снижении в замкнутом горящем помещении 2 концентрации кислорода до уровня 10-12% в составе смеси воздушной среды и дымовых газов, процесс горения прекращается. Одновременно данный параметр смеси воздушной среды и дымовых газов фиксируется датчиком концентрации кислорода 11 в помещении 2 с очагом пожара, после чего от датчика концентрации кислорода 11 подается сигнал в блок управления 12. От блока управления 12 управляющий сигнал поступает на привод запорной арматуры 9 распределительной линии 8 подачи сжатого азота, который расположен в соответствующем помещении 2 с очагом пожара. Данный управляющий сигнал дает команду на закрытие запорной арматуры 9 распределительной линии 8.
В результате закрытия запорной арматуры 9 распределительной линии 8 сжатый азот из емкостей сжатого азота 6 перестает податься по распределительной линии 8.
После тушения пожара, для проветривания помещения 2 с очагом потухшего пожара, открывается выход 3 и воздух из тоннеля 5 поступает в помещение 2 при еще работающем компрессоре 14, в результате чего повышается скорость очистки внутреннего объема изолированного помещения 2 от дымовых газов за счет его удаления по отводящей магистрали дымоудаления 13 в окружающую среду.
Размещение емкостей сжатого азота 6 внутри каждого изолированного помещения 2 подземного фортификационного сооружения 1, а также их соединение соединительной магистралью 7 обеспечивает сокращение необходимого объема азота, запасаемого внутри сооружения 1, для тушения пожара за счет отсутствия транспортных магистралей сжатого азота от поверхности земли и возможности перераспределения сжатого азота между помещениями 2 в случае возникновения пожара в одном из них за счет открытия разделительных вентилей 19 на соединительной магистрали 7.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Левыкин В.И. Фортификация: прошлое и современность.- М.: Воениздат, 1987. - стр. 101-102.
2. Лапшин Г.А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. -стр. 95-96
3. Борьба с пожарами на судах. Под ред. М.Г. Ставицкого. Л. Судостроение, 1976, с. 185-190.
4. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность / Под ред. Баратова А.Н. М.: «Химия», 1987.
5. Патент РФ №2690289, опубл. от 31.05.2019, Бюл. №16.
6. Патент на полезную модель РФ №156204, опубл. от 10.11.2015, Бюл. №31.
7. Патент РФ №2690062, опубл. от 30.05.2019, Бюл. №16.
8. Патент РФ №2066217, опубл. от 10.09.1996 - прототип.