СПОСОБ ИНЕРТИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ОПАСНОСТИ ВОЗГОРАНИЯ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
INERTING METHOD USED TO REDUCE INFLAMMATION HAZARD IN CLOSED SPACE, AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF THAT METHOD

Изобретение относится к способу инертирования с целью снижения опасности возгорания в замкнутом пространстве, а также к устройству для осуществления этого способа.
Известной мерой предотвращения возгорания в замкнутых пространствах, таких как, например, пространства, в которые редко заходят люди и в которых находится оборудование, чувствительное к попаданию воды, является снижение содержания кислорода в соответствующем пространстве, например, до 12% по объему. При таком содержании кислорода прекращается горение большинства горючих материалов. Настоящее изобретение может применяться в залах вычислительных центров, помещениях с электрическим щитовым и распределительным оборудованием, в замкнутых вспомогательных помещениях и в складских помещениях, где хранят товары высокой стоимости.
Например, в патентной публикации DE 19811851 С1 описано устройство для инертирования с целью снижения опасности возникновения возгорания и его тушения в замкнутых пространствах. На его основе разработана система для снижения содержания кислорода в замкнутом пространстве до заданного уровня основного инертирования, и в случае возникновения возгорания или при необходимости в других случаях, для быстрого снижения содержания кислорода далее до заданного уровня полного инертирования с целью обеспечения эффективного тушения возгорания при использовании баллонов для хранения инертного газа минимального объема. С этой целью известное устройство содержит систему инертного газа, управляемую блоком управления, а также систему труб подачи, соединенную с системой инертного газа и защищаемым пространством, через которую инертный газ подается в защищаемое пространство. Возможен такой вариант выполнения, при котором система инертного газа будет представлять собой либо батарею газовых баллонов высокого давления, в которой содержится инертный газ в сжатой форме, либо систему для выработки инертного газа, либо комбинацию и того, и другого.
Описанный выше тип системы относится к способу и соответствующему устройству для снижения опасности возникновения возгорания и при необходимости его тушения в наблюдаемом защищаемом пространстве, вследствие чего с целью предотвращения или контроля возгорания также используется непрерывное инертирование защищаемого пространства. Как указано выше, способы инертирования основаны на принципе, согласно которому в нормальных условиях в замкнутом пространстве возникновение возгорания может быть предотвращено путем снижения содержания кислорода в соответствующем пространстве до постоянного значения, например, до 24% по объему.
Предотвращение и тушение возгорания вследствие такого непрерывного инертирования основаны на принципе замещения кислорода. Общеизвестно, что обычный атмосферный воздух состоит приблизительно из 21% по объему кислорода, приблизительно 78% по объему азота и приблизительно 1% по объему других газов. Для эффективного снижения опасности возникновения возгорания в защищаемом пространстве уменьшают концентрацию кислорода в атмосфере защищаемого пространства путем введения инертного газа, например азота. Как известно, для большинства горючих твердых материалов тушение происходит, когда содержание кислорода ниже 15% по объему. В зависимости от характера горючих материалов, которые присутствуют в защищаемом помещении, может потребоваться дополнительное уменьшение содержания кислорода, например до 12% по объему.
Иными словами, при непрерывном инертировании защищаемого пространства до так называемого «уровня основного инертирования», при котором содержание кислорода в атмосфере пространства, например, ниже 15% по объему, опасность возникновения возгорания внутри защищаемого помещения может быть эффективно уменьшена.
Используемый здесь термин «уровень основного инертирования» в общем относится к концентрации кислорода в атмосфере защищаемого помещения, которая уменьшена по сравнению с концентрацией кислорода в обычном атмосферном воздухе, но тем не менее эта уменьшенная концентрация кислорода в принципе с медицинской точки зрения не представляет никакой опасности для людей или животных, так что они могут войти в защищаемое помещение при некоторых обстоятельствах и некоторых защитных мерах.
Как упомянуто выше, установление уровня основного инертирования, который, в отличие от так называемого уровня полного инертирования, не обязательно соответствует пониженному содержанию кислорода, при котором происходит эффективное тушение возгорания, прежде всего служит снижению опасности возникновения возгорания в защищаемом пространстве. Уровень основного инертирования соответствует содержанию кислорода, которое составляет - в зависимости от обстоятельств в каждом конкретном случае - например, от 13% по объему до 15% по объему.
В отличие от уровня основного инертирования, так называемый «уровень полного инертирования» соответствует далее сниженному до значения эффективного тушения возгорания содержанию кислорода, при котором воспламеняемость большинства материалов уменьшена настолько, что они становятся негорючими. В зависимости от пожарной нагрузки, присутствующей в защищаемом помещении, уровень полного инертирования в общем расположен в пределах концентрации кислорода от 11% по объему до 12% по объему.
Решения, известные из уровня техники, в которых используется способ инертирования для тушения возгорания или минимизирования опасности возникновения возгорания в замкнутых пространствах, разработаны так, что все товары, хранящиеся в замкнутом пространстве, объединены по принципу защиты от возгорания. Однако часто нет необходимости подвергать все пространство замкнутого помещения непрерывному инертированию в качестве предупредительной меры, так как, например, только определенные части этого пространства могут быть использованы для хранения легковоспламеняющихся товаров, в то время как другие части пространства остаются неиспользованными или в них хранятся негорючие материалы. В частности, непрерывное инертирование всего пространства для складирования материалов на больших складах будет лишь тогда экономически оправданным, когда все пространство будет действительно использоваться для хранения горючих материалов.
Так как индустрия, в особенности в сфере потребительских товаров и продуктов питания, напрямую зависит от поведения покупателя, а изменения в его поведении напрямую влияют на рынок, желательно, чтобы розничный рынок был способен как можно гибче реагировать на любую необходимость разделения складских помещений или условий перевозки. Вследствие этого востребованы склады, вместимость и условия хранения которых возможно довольно легко адаптировать к сложившейся на рынке ситуации. Это же требование касается и систем инертирования, которые часто используются на таких складах в качестве систем предотвращения возгораний.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка системы инертирования (способа и устройства) для использования в замкнутом помещении, которая, с одной стороны, позволяет эффективно снизить опасность возникновения возгорания при помощи непрерывного инертирования защищаемого пространства, а с другой стороны, такая превентивная защита от возникновения возгорания при помощи такого непрерывного инертирования может ограничиваться созданием в замкнутом пространстве пространственно разделенных зон без необходимости проведения структурного разделения.
Эта задача решена согласно настоящему изобретению при помощи способа инертирования, относящегося к типу, описанному выше, согласно которому в замкнутое пространство вводят инертный газ или смесь инертных газов, обладающие плотностью, отличной от средней плотности атмосферы среды замкнутого пространства, такой, при которой в замкнутом пространстве без проведения структурного разделения формируется стратификация газа, состоящая из первого газового слоя, второго газового слоя и переходного слоя, расположенного между первыми двумя, вследствие чего содержание кислорода в первом газовом слое по существу соответствует содержанию кислорода в атмосфере среды, содержание кислорода во втором газовом слое соответствует конкретному заданному значению содержания кислорода, которое ниже содержания кислорода в атмосфере среды.
Что касается устройства, задача данного изобретения решается при помощи использования системы инертирования для снижения опасности возникновения возгорания в замкнутом пространстве, вследствие чего в рамках настоящего изобретения предусмотрена система инертирования, содержащая по меньшей мере один источник инертного газа для подачи инертного газа или смеси инертных газов и систему входных и выходных форсунок, управляемых блоком управления, для введения инертного газа или смеси газов, поданных из источника инертного газа, в атмосферу среды замкнутого пространства, причем инертный газ или смесь инертных газов имеют плотность, отличную от средней плотности атмосферного воздуха в замкнутом пространстве, при этом инертный газ или смесь инертных газов могут быть регулируемым образом поданы в замкнутое пространство так, что в замкнутом пространстве без проведения структурного разделения формируется стратификация газа, состоящая из первого газового слоя, второго газового слоя и переходного слоя, расположенного между первыми двумя слоями.
Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению относится к возможной реализации способа инертирования согласно настоящему изобретению. В рамках такой реализации содержание кислорода в зоне первого газового слоя соответствует по существу содержанию кислорода в окружающей атмосфере. С другой стороны, содержание кислорода в зоне второго газового слоя соответствует конкретному заданному значению содержания кислорода, которое ниже содержания кислорода в атмосфере среды.
Преимущества, достигаемые в результате реализации решения согласно настоящему изобретению, очевидны. Продукция или товары для хранения могут соответственно быть размещены в особых зонах замкнутого пространства без проведения каких-либо пространственных разделений и без необходимости принятия комплексных мер для изолирования этих товаров друг от друга таким образом, что эти товары могут быть всегда легко доступны, вследствие чего содержание кислорода в зонах замкнутого пространства может быть адаптировано в каждом конкретном случае к свойствам воспламенения и сгорания товаров, хранящихся в этих зонах. Например, восприимчивые к огню или легковоспламеняющиеся товары будут размещаться в зоне второго газового слоя со сниженным содержанием кислорода относительно содержания кислорода в окружающей атмосфере, тогда как товары с низким уровнем воспламеняемости или негорючие товары могут храниться в зоне первого газового слоя. С другой стороны, конечно, также возможно хранить товары лишь в зоне второго газового слоя, в то время как в зоне первого газового слоя товар не размещать. Это будет иметь смысл, например, если все товары, предназначенные для хранения в замкнутом пространстве, являются воспламеняющимися или легковоспламеняющимися, но не занимают полного объема замкнутого пространства для хранения.
Содержание кислорода в зоне первого газового слоя соответствует содержанию кислорода в атмосфере среды. Таким образом, содержание кислорода в первом газовом слое составляет приблизительно 21% по объему, а содержание кислорода в атмосфере среды замкнутого пространства во время формирования стратификации газа соответствует содержанию кислорода в воздухе внешней среды (то есть приблизительно 21% по объему). С учетом вышесказанного можно, конечно же, предположить, что замкнутое пространство уже подвергается непрерывному инертированию до уровня основного инертирования к моменту формирования стратификации газа. Например, когда уровень основного инертирования при содержании кислорода, равном, например, 15% по объему, уже установлен в замкнутом пространстве до формирования стратификации газа, после формирования стратификации в зоне, содержащей первый газовый слой, содержание кислорода будет тоже составлять 15% по объему.
Под термином "инертный газ" в рамках настоящего изобретения предполагаются все применимые газы, которые являются химически инертными и проявляют огнегасящий эффект, основанный на замещении кислорода. Эффект тушения, достигаемый при помощи использования инертных газов, имеет место при снижении ниже конкретного критического, обусловленного типом материала предела, необходимого для горения. Как уже было ранее сказано, в большинстве случаев тушение возгорания происходит, когда содержание кислорода падает даже до 13,8% по объему. Поэтому лишь около 1/3 объема второго газового слоя среды замкнутого пространства должно замещаться вводимым инертным газом, в этом случае концентрация инертного газа будет равна 34% по объему. Зажигательные агенты, которым требуется значительно меньше кислорода для того, чтобы воспламениться, требуют соответственно большей концентрации инертного газа, как в случае, например, с ацетиленом, оксидом углерода или водородом. Аргон, азот, углекислый газ или смеси этих веществ (Инертен, Аргонит) особенно подходят для использования в качестве инертных газов, подавляющих горение агентов согласно настоящему изобретению.
Gas
Более того, термин «плотность газа» в рамках настоящего изобретения означает плотность газа, определяемую в соответствии с законом идеального газа. В соответствии с этим законом плотность газа ρ рассчитывается по следующей формуле:
Уравнение 1
Gas
3
где ρ - плотность газа, кг/м,
р - абсолютное давление, кПа,
М - молярная масса вещества, г/моль,
m
R - универсальная газовая постоянная (=8,134 Дж/моль/К),
Т - абсолютная температура, К.
Gas
В Таблице представлен в качестве примера список соответствующих значений плотности газа ρ для различных инертных газов, которые могут, например, быть использованы в решении согласно настоящему изобретению в чистом виде или в виде смеси. Представленные в таблице данные являются значениями при нормальных условиях, то есть при давлении р равном 1013,25 гПа (=1,01325 бар) и температуре Т равной 273,15 К (=0°С).
Инертный газ
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Символ
Гелий
0,178
Не
Азот
1,251
N<sub>2</sub>
Аргон
1,784
Аr
Углекислый газ
1,977
СО<sub>2</sub>
Криптон
3,479
Kr
Ксенон
5,897
Хе
Воздух при 0°С
1,292
Очевидно, что решение согласно настоящему изобретению позволит эффективно снизить эксплуатационные расходы, а вместе с этим обеспечит предупредительную защиту от возникновения возгорания, и, таким образом, снизит затраты владельцев складов на логистику, так как больше не будет необходимости в предупредительных мерах для обеспечения непрерывного инертирования всего объема пространства инертным газом или смесью инертных газов. Вместо этого без необходимости осуществления структурного разделения в рамках всего объема пространства могут быть сформированы разные пространственно разделенные зоны с различным заданным содержанием кислорода, а следовательно, с различными уровнями инертирования. Это может стать значительным преимуществом для складского дела, так как и товары с высокой возгораемостью, и товары с низкой возгораемостью могут храниться на одном складе (замкнутом пространстве) без пространственного разделения и без необходимости применения комплексных мер для их изолирования.
Основная идея, лежащая в основе решения согласно настоящему изобретению, заключается в физическом расслоении газов с различной плотностью. Такая стратификация газа является относительно стабильной и, в идеальном случае, особенно при отсутствии воздушных потоков и циркуляции воздуха в пределах замкнутого пространства, на нее влияет лишь диффузионный поток газовых частиц в двух газовых слоях. Принимая необходимые меры, которые будут детально описаны ниже, можно достигнуть соответствующего компенсирования для диффузионных коэффициентов соответствующих газовых частиц для того, чтобы поддерживать стратификацию газа, установившуюся в замкнутом пространстве за продолжительный период времени.
Переходный слой, то есть зона, находящаяся между первым и вторым газовыми слоями, является пограничным слоем между двумя газовыми слоями сравнительно небольшой толщины по сравнению с первым и вторым газовыми слоями. Переходный слой содержит смесь газовых частиц, имеющихся в двух газовых слоях, вследствие чего эта смесь зависит, прежде всего, от диффузионного потока газовых частиц.
Обладающие преимуществами варианты выполнения решения согласно настоящему изобретению сформулированы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, для непрерывного поддержания зон для хранения, сформированных в замкнутом пространстве двумя газовыми слоями стратификации газа, сформированной в замкнутом пространстве, в рамках настоящего изобретения с достижением преимущества предусматриваются регулируемое введение инертного газа или смеси инертных газов во второй газовый слой, а также соответствующее извлечение газа из второго газового слоя и/или из переходного слоя. Таким образом, это является мерой, которая эффективно компенсирует противодействующее влияние диффузионного потока на стратификацию газа.
По закону распределения Больцмана, который лежит в основе газовой динамики, и согласно которому из-за внутренней энергии частиц газа (энтропии) диффузия газовых частиц в первом газовом слое и диффузия во втором газовом слое могут оказывать обратный эффект на стратификацию газа в замкнутом пространстве, необходимо извлекать газ предпочтительно из переходного слоя либо непрерывно, либо в установленные моменты времени, либо при наступлении заданных событий, вследствие чего инертный газ или смесь инертных газов одновременно регулируемо вводятся в один из двух газовых слоев, например, во второй газовый слой. Путем извлечения газа из переходного слоя, в частности часть инертного газа, перешедшего в переходный слой из второго газового слоя, по меньшей мере частично рассеивается с целью как можно более систематического разделения первого и второго газовых слоев. В течение этого процесса, в частности, поддерживается также и небольшая толщина переходного слоя.
С другой стороны, одновременно с извлечением газа из переходного слоя, во второй газовый слой регулируемо вводится достаточное количество инертного газа для того, чтобы содержание кислорода в зоне второго газового слоя всегда было равно конкретному сниженному содержанию кислорода относительно содержания кислорода в атмосферном воздухе, содержанию кислорода в первом газовом слое соответственно. В частности, эти меры позволяют поддерживать пространственное разделение газовых слоев, формирующих стратификацию газа, в особенно эффективном и легко реализуемом состоянии.
Один особенно предпочтительный вариант выполнения решения согласно настоящему изобретению предусматривает измерение температуры, осуществляемое либо непрерывно, либо в определенные моменты времени, либо при наступлении заданных событий, после формирования газовой стратификации, в результате которой формируются, с одной стороны, зона первого газового слоя, а с другой, зона второго газового слоя; вследствие чего определенные значения температуры в зонах первого и второго газовых слоев используются для установления и поддержания определенной температурной разницы между зонами первого газового слоя и зоной второго газового слоя. Этот эффективный дополнительный вариант выполнения соответственно позволяет в рамках замкнутого пространства, без необходимости каких-либо структурных разделений или других подобных изменений, сформировать и поддерживать обе зоны (слоя) с различным содержанием кислорода, а также зоны (слои) с различными температурами. Таким образом, для достижения термической стратификации, которая, как известно, отличается чрезвычайно высокой стабильностью, особенно предпочтительно, чтобы в нижнем из двух газовых слоев температура была ниже, чем в верхнем.
Gas
Gas
Так как в этом дополнительном предпочтительном варианте выполнения зона верхнего газового слоя имеет более высокую температуру, чем зона нижнего газового слоя, предпочтительно первого газового слоя, термическая стратификация газа далее будет способствовать подержанию стратификации газа, сформировавшейся в замкнутом пространстве. Таким образом показано, что плотность ρ инертного газа или смеси инертных газов по вышеприведенному уравнению 1 является обратно пропорциональной температуре Т, так что, когда в зоне второго газового слоя температура выше, чем в зоне первого газового слоя, наблюдается существенная разница между плотностью Δρ инертного газа, использованного для формирования второго газового слоя, и плотностью газа, составляющего атмосферу среды.
Измерение температуры, описанное в вышеупомянутом дополнительном варианте выполнения, осуществляется известными способами, вследствие чего одним особенным преимуществом является измерение соответствующих значений температуры в различных местах замкнутого пространства, в сформировавшихся в замкнутом пространстве зонах газовых слоев соответственно, для того чтобы обеспечить как можно более четкое и, в частности, избыточное измерение температуры.
Техническая реализация установления и поддержания указанных температурных различий между первым и вторым газовыми слоями может также производиться разными способами. В частности, можно заранее разогреть или охладить инертный газ или смесь инертных газов, вводимый для создания стратификации газа в замкнутом пространстве, соответственно, для того чтобы установить температуру в зоне, содержащей второй газовый слой, которая выше или ниже средней температуры в зоне первого газового слоя. С другой стороны, однако, можно также установить и поддерживать различную температуру, используя соответствующие разогревающие/охлаждающие элементы, расположенные в подходящих местах в рамках зон соответствующих газовых слоев. Однако в рамках настоящего изобретения возможны и другие решения.
Для того чтобы обеспечить надежное поддержание системы предупредительной защиты от возгораний, предлагаемой в рамках изобретательского решения, в рабочем состоянии в течение долгого периода времени предлагается один дополнительный предпочтительный вариант выполнения, предусматривающий непрерывное измерение содержания кислорода в зоне второго газового слоя либо в определенные моменты времени, либо при наступлении заданных событий, и поддержание содержания кислорода в зоне второго газового слоя на заданном уровне инертирования, соответствующем сниженному содержанию кислорода по сравнению с содержанием кислорода в первом газовом слое, при помощи регулируемой подачи инертного газа или смеси инертных газов в зону второго газового слоя, а также при помощи регулируемого извлечения газа из зоны второго газового слоя и/или из переходного слоя. Таким образом, в замкнутом пространстве, в зоне, содержащей второй газовый слой, можно установить и поддерживать непрерывное инертирование, которое в зависимости от того, какие товары хранятся в зоне второго газового слоя, их горючести и поведения в случае воспламенения соответственно, гарантирует эффективную защиту от возникновения возгорания. Очевидно, что заданное и сниженное содержание кислорода в зоне второго газового слоя относительно содержания кислорода в зоне первого газового слоя может быть соответственно адаптировано согласно степени горючести или воспламеняемости товаров, хранящихся или предполагаемых для хранения в указанной зоне.
Измерение содержания кислорода в зоне второго газового слоя осуществляется обычным способом, причем для выполнения задачи настоящего изобретения особенно подходит аспиративная система, которая предпочтительно активно извлекает в качестве образца достаточное количество атмосферы среды из второго газового слоя во множестве мест зоны второго газового слоя через трубопровод или систему каналов, а затем вводит названные образцы в измерительную камеру, содержащую датчик для определения содержания кислорода. Конечно, в рамках настоящего изобретения также могут рассматриваться другие варианты решения.
Gas
Gas
Gas
Особенно предпочтительно, чтобы инертный газ или смесь инертных газов, используемых в решении согласно настоящему изобретению, имел плотность ρ, которая отлична от плотности ρ атмосферы среды при одной и той же температуре. Как уже было показано на примерах, приведенных в Таблице, в рамках настоящего изобретения могут быть использованы различные инертные газы. Наиболее возможным является использование в качестве инертного газа аргона, углекислого газа, криптона или ксенона, или их смеси; то есть газов, имеющих плотность ρ выше, чем плотность «обычного» воздуха, или соответственно выше, чем плотность атмосферы среды в замкнутом пространстве, в момент, когда в период формирования стратификации газа в замкнутом пространстве атмосфера среды представляет собой химическую композицию, которая соответствует химической композиции обычного атмосферного воздуха.
Когда температура в зоне второго газового слоя, то есть в той, в которую ввели инертный газ с целью формирования стратификации, ниже, чем температура в зоне первого газового слоя, то есть ниже температуры атмосферы среды, в замкнутом пространстве формируется особенно четкая и стабильная стратификация, причем зона второго газового слоя расположена под зоной первого газового слоя.
С другой стороны, конечно, можно использовать в качестве инертного газа, например, азот или гелий, или их смесь, то есть газ, средняя плотность которого ниже газовой плотности воздуха. Таким образом, особенно в случае использования в качестве инертного газа азота, целесообразно до введения инертного газа в пространство, в зону второго газового слоя соответственно, нагреть этот инертный газ для того, чтобы дополнительно понизить его плотность, что позволит провести стратификацию газа в замкнутом пространстве, в которой второй газовый слой расположен над первым газовым слоем.
Для того чтобы обеспечить хранение товаров с различными свойствами воспламенения в замкнутом помещении, один предпочтительный дополнительный вариант выполнения изобретения предусматривает обеспечение непрерывного инертирования не только в зоне замкнутого пространства, в которой сформирован второй газовый слой, но и в зоне, где сформирован первый газовый слой. Особенностью такого предпочтительного дополнительного варианта выполнения является возможность изменения атмосферы среды замкнутого пространства до формирования в нем газовой стратификации путем введения такого инертного газа или смеси инертных газов, что содержание кислорода в атмосфере среды снижается до конкретного уровня основного инертирования, который соответствует сниженному содержанию кислорода по сравнению с содержанием кислорода в обычном воздухе (приблизительно 21% по объему). При помощи такого способа, примененного перед формированием газовой стратификации в замкнутом помещении, достигается пространственное разделение в замкнутом пространстве двух зон с различным содержанием кислорода, формирующееся после формирования газовой стратификации, вследствие чего соответствующее содержание кислорода в этих двух зонах, в газовых слоях соответственно, снижено по сравнению с содержанием кислорода в обычном атмосферном воздухе. Путем выбора подходящего уровня основного инертирования, который устанавливается перед формированием в замкнутом пространстве газовой стратификации, и путем выбора подходящего конкретного содержания кислорода, устанавливаемого для второго газового слоя при формировании газовой стратификации, можно установить соответствующее содержание кислорода в двух газовых слоях, включающих газовую стратификацию, до уровня инертирования, который подходит для товаров, которые будут храниться в соответствующих зонах.
Один предпочтительный дополнительный вариант вышеупомянутого варианта выполнения предпочтительно предусматривает либо непрерывное, либо выполняемое в заданные моменты времени измерение содержания кислорода в первом газовом слое, а также то, что поддержание на уровне основного инертирования содержания кислорода в первом газовом слое путем регулируемой подачи инертного газа или смеси инертных газов в первый газовый слой, а также путем управляемого извлечения газа из первого газового слоя и/или из переходного слоя. Это гарантирует то, что сформировавшаяся стратификация со временем не рассеется под влиянием диффузионного потока отдельных частиц газа.

Для того чтобы решение настоящего изобретения было применимо не только в качестве средства предупреждения возникновения возгорания, но и как средство его контроля, предпочтительный дополнительный вариант выполнения предусматривает непрерывное, либо в заданные моменты времени, либо при заданных условиях, измерение по меньшей мере одного признака возгорания, предпочтительно во втором газовом слое, вследствие чего при регистрации по меньшей мере одного признака возгорания или самого возгорания содержание кислорода во втором газовом слое или во всем пространстве снижается путем внезапного введения инертного газа, предпочтительно в зону второго газового слоя, до достижения уровня полного инертирования, который соответствует далее сниженному содержанию кислорода по сравнению с заданным уровнем инертирования, и при котором воспламеняемость товаров, хранящихся в зоне второго газового слоя, может быть эффективно нейтрализована, соответственно при котором огонь может быть эффективно потушен. Дополнительно или в качестве альтернативы установлению уровня полного инертирования при возникновении огня можно, конечно же, вводить для тушения в пространство химический газ, не являющийся удушающим. Возможно использование в качестве химического газа для тушения таких газов, как, например, HFC-227ea или Novec1230, или их смеси.
Термин «признак возгорания» в рамках настоящего изобретения означает физическую переменную, изменения значения которой можно измерить и зарегистрировать непосредственно перед началом возгорания, например, такая как температура среды, содержание твердых, жидких или газообразных веществ в воздухе среды (содержание частиц дыма, твердых частиц или газов) или радиоактивный фон.
Характерные признаки возгорания предпочтительно регистрируются в системе труб аспиративного всасывания, которая производит извлечение образцов из атмосферы, например, второго газового слоя, а затем вводит эти образцы в измерительную камеру, которая содержит датчик для определения характерных признаков возгорания. Конечно же, возможно использование и других средств измерения.
Альтернативным или дополнительным вариантом вышеописанного выполнения является возможное непрерывное, либо в заданные моменты времени, либо при наступлении заданных событий измерение по меньшей мере одного признака возгорания в зоне первого газового слоя, вследствие чего в случае регистрации признака возгорания содержание кислорода в первом газовом слое снижается путем внезапного введения инертного газа или смеси инертных газов в зону первого газового слоя до уровня инертирования, который соответствует сниженному содержанию кислорода в атмосфере среды воздухе и при котором воспламеняемость товаров, хранящихся в зоне первого газового слоя, эффективно снижается.
Наконец, также выгодной согласно способу в рамках настоящего изобретения будет возможность регулировать толщину соответствующего слоя, то есть толщину зоны первого газового слоя и зоны второго газового слоя. Этот дополнительный вариант выполнения позволяет особенно быстро и просто расширить огнестойкие зоны в пространстве, благодаря гибкому формированию соответствующих газовых слоев в пределах пространства склада.
При технической реализации устройства в рамках настоящего изобретения предпочтительно, чтобы система выходных форсунок включала по меньшей мере одну вертикально-передвижную выходную форсунку, выполненную с возможностью изменения в рамках замкнутого пространства вертикальной позиции или расположения второго газового слоя, а значит, и позиции или расположения первого газового слоя.
Также предпочтительно, чтобы устройство для реализации способа инертирования согласно настоящему изобретению в дальнейшем включало систему всасывания, управляемую блоком управления, для извлечения газа из второго газового слоя и/или, в частности, из переходного слоя, с одновременной подачей инертного газа в зону второго газового слоя через систему выходных форсунок, вследствие чего содержание кислорода в зоне второго газового слоя поддерживается на уровне инертирования, соответствующего заданному содержанию кислорода.
Далее приведены сопровождающие чертежи, на которые сделаны ссылки в описании предпочтительных вариантов выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению, на которых проиллюстрированы:
Фиг.1 - первый предпочтительный вариант выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - второй предпочтительный вариант выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению.
На Фиг.1 представлен предпочтительный вариант выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению для снижения опасности возникновения возгорания в замкнутом пространстве 10, в соответствии с которым эта система особым образом соответствует реализации способа инертирования согласно настоящему изобретению.
Система, схематично представленная на Фиг.1, содержит источник 20 инертного газа для подачи инертного газа или смеси инертных газов, который содержит, например, генератор 20а инертного газа, в частности генератор азота, и батарею 20b газовых баллонов, в которой инертный газ или смесь инертных газов хранится под высоким давлением. Компрессор 20а' атмосферного воздуха подсоединен к генератору 20а инертного газа. Блок 15 управления соответственно управляет скоростью подачи воздуха из компрессора 20а' атмосферного воздуха. Это позволяет при помощи блока 15 управления устанавливать скорость подачи инертного газа из инертной системы 20а, 20а'.
Инертный газ, производимый системой 20а, 20а' инертного газа, и/или инертный газ, поставляемый из батареи 20b газовых баллонов, вводится в контролируемое пространство 10 через систему 17а труб подачи; конечно, множество дополнительных защищаемых помещений могут быть подключены к системе 17а труб подачи. Особым образом инертный газ, получаемый из источника 20 инертного газа, подается в пространство 10 через выходные форсунки 17b, расположенные в надлежащих местах в рамках пространства 10.
Как показано, этот вариант выполнения предполагает наличие инертного газа, предпочтительно азота, выделенного из атмосферного воздуха. Генератор инертного газа, генератор 20а азота соответственно, функционирует, например, на основе мембранной технологии или технологии адсорбции при переменном давлении, известной из уровня техники, для выработки обогащенного азотом воздуха, содержащего, например, от 90 до 95% азота по объему. Этот обогащенный азотом воздух служит в качестве инертного газа, который вводится в пространство 10 через систему 17а труб подачи. Обогащенный азотом воздух, получающийся в результате производства инертного газа, выпускается в пространство через добавочную систему 13 труб.
Как указано выше, источник 20 инертного газа подсоединен к замкнутому пространству 10 при помощи системы 17а труб подачи и системы 17b выходных форсунок. Система 17b выходных форсунок предпочтительно содержит множество выходных форсунок, которые расположены в изображенном варианте исполнения в горизонтальной плоскости в рамках внутренней части пространства 10. Регулируемая подача инертного газа, получаемого из системы 20 инертного газа, в атмосферную среду замкнутого пространства 10 осуществляется управляющим клапаном V1 в системе 17а труб подачи. В частности, управляющий клапан V1 соответственно управляется вышеупомянутым блоком 15 управления так, что соответственно объем инертного газа, поставляемого системой 20 инертного газа, введенный в замкнутое пространство 10 через систему 17а труб подачи и систему 17b выходных форсунок, может регулироваться.
3
Например, в предпочтительном варианте выполнения в качестве инертного газа используется азот, плотность которого в обычных условиях составляет 1,251 кг/м.
Система 17b форсунок в изображенном варианте выполнения имеет такую конфигурацию, которая позволяет осуществлять управление, используя блок 15 управления, для того чтобы в замкнутом пространстве 10 без структурного разделения образовывалась стратификация газа, состоящая из первого газового слоя А, второго газового слоя В и переходного слоя С, расположенного между слоями А и В. В этой стратификации газа содержание кислорода в зоне первого газового слоя А по существу соответствует содержанию кислорода в атмосфере среды, вследствие чего содержание кислорода в зоне второго газового слоя В соответствует конкретному, заданному содержанию кислорода, которое ниже содержания кислорода в атмосфере среды. Конкретное содержание кислорода в зоне второго газового слоя В таким образом устанавливается по объему инертного газа, введенного посредством системы труб подачи 17а и системы выходных форсунок 17b в зону второго газового слоя В.
В рамках изображенного варианта выполнения с целью достижения как можно более стабильной стратификации в атмосфере среды пространства предусмотрено, что азот, используемый в качестве инертного газа, до его введения в замкнутое пространство 10 может быть нагрет по сравнению со средней температурой атмосферы среды в пространстве 10, в результате удельная плотность инертного газа (азота) становится значительно ниже удельной плотности воздуха в замкнутом пространстве до введения инертного газа. Так как система 17b выходных форсунок в изображенном варианте выполнения расположена в верхней части замкнутого пространства 10, в момент, когда предпочтительно нагретый азот вводится в замкнутое пространство 10, инертный газ вначале распространяется в верхней части пространства 10, тогда как обычный воздух заполняет нижнюю часть пространства.
Если подача инертного газа будет остановлена до того момента, когда весь объем пространства будет заполнен инертным газом, в замкнутом пространстве 10 может быть сформирована заранее разогретая двухслойная стратификация газа, вследствие чего нижний газовый слой (первый газовый слой А) имеет содержание кислорода, соответствующее содержанию кислорода в обычном атмосферном воздухе (21% по объему). С другой стороны, при введении инертного газа в верхнюю часть пространства 10, формируется зона (второй газовый слой В), в которой содержание кислорода ниже содержания кислорода в обычном атмосферном воздухе, соответственно ниже содержания кислорода в первом газовом слое А.
Следовательно, в зоне второго газового слоя В, то есть в верхней части пространства 10, наблюдается непрерывное инертирование, благодаря которому воспламеняемость товаров, хранящихся в этой зоне, понижается. Содержание кислорода в зоне второго газового слоя В, таким образом, устанавливается на уровне инертирования, соответствующем конкретному содержанию кислорода, которое является сниженным, по сравнению с содержанием кислорода в первом газовом слое А, вследствие чего данный уровень инертирования может быть соответствующим образом задан соответствующим количеством инертного газа, поданного в зону второго газового слоя В.
В предпочтительном варианте выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению в качестве инертного газа используется разогретый азот. Возможно также, чтобы источник 20 инертного газа в нижней части содержал соответствующую систему 18 для разогрева инертного газа, подаваемого через систему 17а труб из источника 20 инертного газа. Однако в альтернативном или дополнительном варианте выполнения можно также предусмотреть, чтобы выходные форсунки 17b имели соответствующие элементы для разогрева инертного газа в момент его выпуска из форсунок.
Для того чтобы поддерживать сформированный слой газа в течение долгого периода времени, система инертирования, изображенная на Фиг.1, дополнительно содержит систему 12 всасывания, расположенную в переходном слое С между первым газовым слоем А и вторым газовым слоем В. Эта система 12 всасывания извлекает газ из переходного слоя С непрерывно, либо в заданные периоды времени, либо при наступлении заданных событий, определяемых блоком 15 управления, в то время как свежий инертный газ одновременно вводится в зону второго газового слоя В через систему 17b форсунок. Эта мера эффективно подавляет смешивание двух газовых слоев А, В.
В частности, система 12 всасывания содержит систему 12а форсунок и вентилятор 12b, расположенные в переходном слое С. Скорость вращения и/или направление вращения вентилятора 12b управляется при помощи блока 15 управления. Клапан V2 управления, также управляемый блоком 15 управления, может быть дополнительно размещен между вентилятором 12b и системой 12а форсунок всасывания. При надлежащей регулируемой скорости вращения вентилятора 12b достаточное, необходимое для поддержания стратификации газа количество газа, извлекается из переходного слоя С через систему форсунок всасывания и выпускается в окружающую атмосферу. С другой стороны, надлежащим образом управляемый вентилятор 12b может также изменять направление вращения так, что система 12 всасывания может также при необходимости подавать в переходный слой С свежий воздух.
В предпочтительном варианте выполнения особенно устойчивая стратификация газа достигается путем формирования в замкнутом пространстве 10 двух газовых слоев А и В. Данная разница в температурах может поддерживаться в течение более долгого времени благодаря установке надлежащих элементов разогрева/охлаждения в замкнутом пространстве 10, в соответствующих зонах газовых слоев А, В соответственно. Эти элементы разогрева/охлаждения (не показаны детально на Фиг.1), расположенные в соответствующих зонах газовых слоев А, В, предпочтительно управляются при помощи блока 15 управления.
В изображенном варианте выполнения согласно настоящему изобретению предусматривается система 12 всасывания и, в частности, система 12а форсунок всасывания, выполненная так, чтобы она была размещена вертикально для того, чтобы можно было изменять толщину слоя в соответствии с толщиной зоны второго газового слоя В и в связи с этим при необходимости также толщину зоны первого газового слоя А. Очевидно, что когда система 12 всасывания располагается в верхней части пространства 10, зона второго газового слоя В будет соответственно уже, чем в случае, если система 12 всасывания расположена в нижней части пространства 10.
В предпочтительном варианте выполнения система 12а форсунок всасывания расположена ориентировочно посередине замкнутого пространства 10, что является преимуществом, поскольку на нижнюю часть пространства 10, в которой формируется первый газовый слой А, не влияет инертный газ, вводимый таким образом, что остается возможным неограниченное проникновение в пространство 10, например через дверь 9.
В описанном предпочтительном варианте выполнения система инертирования выполнена не только как предупредительная система защиты от возгораний в верхней части пространства. Вместо этого можно использовать данный вариант выполнения для снижения содержания кислорода в атмосфере среды до уровня основного инертирования перед формированием стратификации газа путем соответствующего понижения содержания кислорода во всем пространстве 10 относительно содержания кислорода в обычном воздухе, например, путем введения инертного газа. После того, как сформируются два газовых слоя А и В, содержание кислорода в зоне первого газового слоя А ниже, чем в обычном атмосферном воздухе, вследствие чего в зоне второго газового слоя В содержание кислорода еще более низкое.
В дополнение к вышеупомянутому источнику 20 инертного газа в принципе можно предусмотреть дальнейшую систему инертного газа (не показана на Фиг.1) с тем, чтобы непрерывно поддерживать пространство инертированным до начала формирования газовой стратификации. Инертный газ, использованный для этих целей, должен, однако, обладать удельной плотностью, отличной от плотности инертного газа, использованного для стратификации газа. В этом случае возможно использование либо различных инертных газов и/или инертных газов разной температуры.
Особенно предпочтительным является использование в качестве системы форсунок для непрерывного инертирования всего пространства системы 17b форсунок, которая спроектирована для как можно более равномерного рассеивания вводимого инертного газа в атмосфере среды. Конечно, можно также предусмотреть циркуляцию воздуха в пространстве 10.
В дополнение к этому, обладающим преимуществом варианта будет система, содержащая по меньшей мере устройство 19 для измерения содержания кислорода и определения содержания кислорода в атмосфере среды замкнутого пространства 10. В варианте выполнения настоящего изобретения, изображенном на Фиг.1, устройство 19 для измерения содержания кислорода предусмотрено и в зоне первого газового слоя А, и в зоне второго газового слоя В. Эти устройства 19 для замера содержания кислорода предпочтительно разработаны как аспиративные системы.
Для того чтобы использовать систему инертирования не только как средство предотвращения возгорания, но и как средство контроля огня, предусмотрено измерение по меньшей мере одного признака возгорания в зоне первого газового слоя А или в зоне второго газового слоя В непрерывно, либо в заданные промежутки времени, вследствие чего, когда определяется по меньшей мере один признак возгорания, содержание кислорода в зоне второго газового слоя В снижается до уровня полного инертирования, предпочтительно путем внезапного введения инертного газа в указанный газовый слой. Конечно, возможно, как бы то ни было, определять наличие по меньшей мере одного признака возгорания в зоне первого газового слоя А, в случае возгорания обеспечить получение определенных данных в зоне второго газового слоя В.
В частности, дополнительно система обеспечена системой 16 определения возгорания для определения по меньшей мере одного признака возгорания в атмосферной среде замкнутого пространства 10. Система 16 определения возгорания предпочтительно разработана как аспиративная система, которая извлекает образцы представленного воздуха или газа из атмосферы и первого газового слоя А, и второго газового слоя В, и подает эти образцы в детектор по меньшей мере одного признака возгорания (не показано детально на Фиг.1). Сигналы, направляемые системой 16 определения возгорания в блок 15 управления предпочтительно непрерывно, либо в заданные периоды времени, либо при наступлении заданных событий, используются блоком 15 управления (в случае необходимости после дальнейшей обработки или вычислений) для надлежащего управления, например, регулирующим клапаном V1. В частности, когда система 16 определения возгорания определяет огонь в замкнутом пространстве 10, блок 15 управления передает соответствующий сигнал клапану V1.
На Фиг.2 изображен второй предпочтительный вариант выполнения системы инертирования согласно настоящему изобретению. Этот вариант выполнения, во-первых, включает генератор 20а инертного газа как источник инертного газа 20, который подключен к компрессору 20а' атмосферного воздуха. Как и в первом варианте выполнения, представленном на Фиг.1, блок управления 15 соответственно регулирует скорость подачи атмосферного воздуха из компрессора 20а' для того, чтобы установить скорость подачи инертного газа системой 20а, 20а' инертного газа.
2
Дополнительно к системе 20а, 20а' инертного газа батарее газовых баллонов, резервуару 20b высокого давления соответственно, предусмотрена система, изображенная на Фиг.2, в которой в качестве инертного газа хранится сжиженный СO. Батарея 20b газовых баллонов, которая может быть, конечно, выполнена как резервуар для сжиженного газа, соединена с системой 17а труб подачи при помощи трехходового клапана V1, управляемого блоком 15 управления. Система 17а труб подачи подает инертный газ, производимый системой 20а, 20а' инертного газа (обогащенный азотом воздух) в замкнутое пространство 10. Конечно, возможен вариант выполнения, в котором батарея 20b газовых баллонов подключена к замкнутому пространству 10 посредством отдельной системы труб подачи.
В варианте выполнения, изображенном на Фиг.2, для образования газовой стратификации в замкнутом пространстве 10 использованы два различных типа инертного газа. В качестве первого инертного газа использован обогащенный азотом воздух, полученный из системы 20а, 20а' инертного газа. Этот обогащенный азотом воздух предпочтительно служит для того, чтобы установить непрерывное инертирование в атмосфере среды замкнутого пространства 10, в котором воспламеняемость большинства хранящихся в пространстве 10 товаров уже значительно снижена. Применяющееся таким образом непрерывное инертирование будет, например, уровнем основного инертирования при содержании кислорода, составляющем, например, 15% по объему.
Уровень основного инертирования, установленный в пространстве 10, например, на длительный период, контролируется при помощи блока 15 управления и устройства 19 измерения содержания кислорода либо непрерывно, либо в заданные периоды времени, либо при заданных событиях. Например, содержание кислорода в атмосфере среды в пространстве 10 снова возрастает после установления уровня основного инертирования из-за просачивания через пространственную обшивку замкнутого пространства 10 или благодаря (намеренной или случайной) вентиляции, блок 15 управления направляет контрольный сигнал в систему 20а, 20а' инертного газа. Затем система 20а, 20а' инертного газа вводит обогащенный азотом воздух в систему 17а труб подачи. Этот обогащенный азотом воздух, введенный в систему 17а труб подачи, таким образом затем вводится в пространство 10 через подходящий контрольный выход трехвыходного клапана V1. Это введение далее обогащенного азотом воздуха будет продолжаться до тех пор, пока устройство 19 определения содержания кислорода не зарегистрирует, что содержание кислорода в атмосфере среды опять не снизилось до желаемого уровня основного инертирования.
2
2
В варианте выполнения, представленном на Фиг.2, стратификация газа, состоящая из слоев с различным содержанием кислорода, устанавливается при помощи использования СO, хранящегося в батарее 20b газовых баллонов, введенного предпочтительно в нижний отдел пространства 10. В предпочтительном варианте выполнения СOвводится в пространство 10 после вышеописанного введения обогащенного азотом воздуха, в результате которого уже устанавливается уровень инертизации (например, основной или полный уровень инертизации).
2
2
2
2
2
3
Блок 15 управления соответственно управляет клапаном V1, установленным в системе 17а труб подачи для формирования стратификации газа. Так как СO (в газообразной форме) имеет плотность, равную 1,977 кг/м, и таким образом является значительно более плотным, нежели, например, обычный воздух, и более плотным, чем азот, введение СO в нижнюю часть замкнутого пространства 10 приводит к формированию так называемого «озера СO», то есть газового слоя В - в нижней части 10, в котором наблюдается повышенная концентрация СO, и содержание кислорода, которое дополнительно понижают по сравнению с содержанием кислорода в верхней части пространства (слой А). СO может быть введен в пространство 10 либо в газообразной, либо в жидкой форме.
2
2
Таким образом, в пространстве 10 формируется газовая стратификация, которая состоит из газового слоя А в верхней части пространства и газового слоя В, сформированного в нижней части пространства. Газовый слой А в верхней части пространства 10 имеет содержание кислорода, по существу соответствующее уровню основного инертирования, установленного до введения СO. Газовый слой В, сформированный в пространстве, содержит введенный газ СO и таким образом далее пониженное содержание кислорода по сравнению с газовым слоем А.
Между газовыми слоями А и B в результате смешивания формируется переходный слой С. В варианте выполнения, изображенном на Фиг.2, такой переходный слой С должен быть сравнительно узким, так как в этом случае разница между средней плотностью газа в слое А и средней плотностью газа в слое В сравнительно велика; таким образом, смешивание первоначально происходит лишь из-за диффузионного потока газовых частиц.
Очевидно, что в случае второго предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения, описанного со ссылкой на Фиг.2, чрезвычайно легко воспламеняющиеся товары или товары, которые со временем выделяют легко воспламеняющиеся вещества, такие как газ (например, углеводороды), предпочтительно должны храниться в нижнем газовом уровне В, тогда как товары с нормальными свойствами воспламенения могут храниться в верхнем газовом уровне А.
В случае появления возгорания или угрозы возгорания в атмосфере среды замкнутого пространства стратификация газа должна регулироваться. С этой целью в замкнутом пространстве 10 в рамках настоящего изобретения предусмотрены различные системы 16 обнаружения возгорания.
Осуществление настоящего изобретения не ограничивается вариантами выполнения системы инертирования, проиллюстрированными на чертежах. Все преимущества и дальнейшие усовершенствования, описанные в общих чертах и определенные в формуле изобретения, напротив, должны считаться неотъемлемой составляющей настоящего изобретения.
В частности, изобретательское решение не ограничивается использованием азота в качестве инертного газа. Также не является обязательным доведение используемого инертного газа до соответствующей температуры перед введением в замкнутое помещение.