СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРОЗАЩИЩЕННОСТИ МАЛЫХ ГЛУБОКОВОДНЫХ ОБИТАЕМЫХ АППАРАТОВ И ДРУГИХ СРЕДСТВ ОСВОЕНИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА, А ТАКЖЕ АВТОНОМНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
FIRE-PROTECTION METHOD FOR SMALL MANNED SUBMERSIBLE AND OTHER DEVICES FOR OCEANEERING AND ALSO SELF-CONTAINED SPACE OBJECTS

Изобретение относится к области способов и средств обеспечения пожаробезопасности малых глубоководных обитаемых аппаратов и других средств освоения мирового океана, автономных космических объектов и других герметичных обитаемых объектов (далее - ГОО), включая подводные лодки (далее - ПЛ), межпланетные станции и другое.
Повышение пожаробезопасности ГОО является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит уменьшить риск гибели людей и техники.
В последние годы широко исследуется возможность применения на ГОО газовоздушных сред, обеспечивающих снижение вероятности возгорания и пожара вследствие низкого содержания в них кислорода, т.е. применение гипоксических газовоздушных сред (далее - ГГВС).
Известен способ создания условий для жизнедеятельности человека в гермообъекте по патенту РФ №2138421, МПК В63С 11/00, В63С 11/36, опубл. 27.09.1999 г. Согласно способу для повышения пожаробезопасности ПЛ предлагается использовать кислородно-азотную среду с содержанием кислорода 14±1 об. % и поддержанием повышенного давления воздушной среды таким образом, чтобы парциальное давление кислорода в среде соответствовало нормоксическому и составляло 20-21 кПа, что необходимо, чтобы предотвратить гипоксическое состояние членов экипажа.
Этот способ не является безопасным для корабля и личного состава в целом. Давление воздушной среды на ПЛ при реализации этого способа будет соответствовать 150 кПа, то есть почти в 1,5 раза выше нормального атмосферного давления. Это приводит к высокой вероятности повышения давления в герметичном помещении ПЛ выше уровня, допустимого для корабельного оборудования, которое составляет от 1,3 до 1,6 нормального для основных технических средств. Например, для турбины предельное рабочее давление составляет 1,4 нормального, а для системы регенерации воздуха - 1,3.
Также необходимым при реализации данного способа является проведение длительной декомпрессии экипажа после периода автономного плавания, которое для современных ПЛ составляет от 60 до 90 суток.
Известна также гипоксическая система подавления огня и предупреждения пожара по патенту Норвегии №NO 20024955 (A), МПК А62С 2/00; А62С 3/00; А62С 99/00; A62D 1/00; A62D 1/02; B01D 53/02, опубл. 05.12.2002 г., согласно которому предлагается использовать для всех герметичных обитаемых объектов, в том числе и ПЛ, системы предупреждения и ликвидации пожаров при стандартном атмосферном давлении, в которой подается огнетушащий состав смеси азота и кислорода с содержанием кислорода от 12 до 17 об. % с возможным добавлением двуокиси углерода. При реализации этого способа для герметичных ПЛ при подаче смеси азота и кислорода с процентным содержанием кислорода от 12 об. % в ПЛ будет происходить понижение концентрации кислорода до значений, препятствующих горению. Однако одновременно повысится давление выше допустимого для корабельного оборудования, причем для здоровья и работоспособности экипажа повышение давления также может оказаться негативным фактором. Так, для достижения в воздушной среде концентрации кислорода в 14 об. %, при которой невозможно самоподдерживающееся горение большинства основных корабельных материалов, являющихся потенциальными источниками возгорания и распространения пожара на ПЛ, придется повысить давление в герметичном помещении в 2,3 раза до 232 кПа. Экипажу после работы в этих условиях в течение автономного плавания потребуется проведение длительной декомпрессии. Кроме того, предложенный способ не устанавливает допустимые временные пределы пребывания экипажа в создаваемых условиях без ущерба для здоровья, что необходимо при содержании кислорода ниже 17 об. %.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, по патенту РФ №2549055, МПК А62С 3/00, А62С 2/00, опубл. 20.04.2015 г., выбранный в качестве прототипа. В данном изобретении предлагается способ повышения пожаробезопасности ПЛ, согласно которому внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта формируют гипоксическую среду с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении газовоздушной среды (ГВС), причем содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения, обусловленного временем нахождения и интенсивностью работы членов экипажа в нем, а именно:
- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - не менее 12 об. %;
- для периодически посещаемых помещений - не менее 14 об. %;
- с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - не менее 16 об. %;
- с постоянной вахтой продолжительностью 10-14 часов - не менее 18 об. %;
- для помещений постоянного пребывания - не менее 19 об. %.
Далее при обнаружении предаварийного предпожарного состояния или возгорания производят кратковременное регулирование содержания кислорода в газовоздушной среде на заданное время путем разбавления ее подачей азота или инертного газа с последующим возвратом к исходному содержанию кислорода.
При этом заданное время, с одной стороны, должно быть достаточным для выявления и ликвидации возгорания или предаварийного предпожарного состояния оборудования, но не должно превышать допустимого времени пребывания личного состава в гипоксической ГВС (ГГВС) с данным содержанием кислорода. Сам процесс регулирования не должен приводить к угрозе безопасности личного состава и функционирования оборудования.
Этот способ безусловно повышает пожаробезопасность ПЛ, но имеет ограничения по эффективности, а также безопасности для личного состава.
Указанные противоречия не позволяют считать предложенный способ оптимальным с точки зрения здоровья личного состава и пожаробезопасности ПЛ.
Заявленное изобретение решает следующие задачи:
- не допустить пожар или возгорание на малых глубоководных обитаемых аппаратах и других средствах освоения мирового океана, автономных космических объектах и других ГОО при их автономном нахождении в подводном положении или в космическом пространстве, на время, когда не предполагается контакта с внешней воздушной средой;
- обеспечить длительную работу экипажа в течение 1-100 и более суток в условиях нормобарической ГГВС без значимого снижения работоспособности и ущерба здоровью;
- обеспечить сохранение основных режимов функционирования ГОО и сохранение работоспособности оборудования ГОО.
Техническим результатом от реализации заявленного изобретения является повышение пожарозащищенности ГОО на время автономной работы и других герметичных обитаемых объектов на время герметизации путем создания в них гипоксических газовоздушных сред с повышенным содержанием аргона, обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в них кислорода и при этом сохранение условий для нормальной жизнедеятельности экипажа ГОО в условиях длительной герметизации. Оценка вероятности возникновения и развития пожара в условиях предлагаемой ГГВС дает величину уменьшения вероятности пожара в несколько десятков и более раз.
Для достижения этого технического результата в способе обеспечения пожарозащищенности малых глубоководных обитаемых аппаратов и других средств освоения мирового океана, а также автономных космических объектов, (в том числе подводных лодок и орбитальных и межпланетных станций) на время автономной работы внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта или на объекте в целом формируют гипоксическую газовоздушную среду с установленным пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием аргона при нормальном давлении газовоздушной среды, причем содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения, обусловленного временем нахождения и интенсивностью работы членов экипажа в нем:
- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - не менее 8 об. %;
- для остальных помещений от 10 до 13 об. % на все время герметизации;
- можно также предусмотреть запас аргона в баллоне высокого давления для кратковременного снижения процента кислорода до 8 об. % во всех помещениях в случае подозрения на возможность пожара.
При этом содержание аргона в ГВС повышают до 25-35 об. % также на весь период автономного плавания, а содержание азота и других возможных газов составляет остальную часть ГВС.
С точки зрения пожарозащищенности указанные концентрации кислорода находятся на уровне или ниже тех, которые не допускают возгорания и пожара подавляющего большинства горючих материалов и оборудования, применяемых на ГОО (см., например, статью «Газовое пожаротушение» по ссылке в сети интернет: http://os-info.ru/pojarotuschenie/gazovoe-pozharotushenie.html).
Повышенное содержание аргона в указанных пределах дает возможность обеспечить экипажу ГОО сохранение условий для нормальной жизнедеятельности в условиях длительной герметизации в гипоксической газовоздушной среде, поскольку аргон обладает антигипоксическим действием, доказанным в ряде исследований [Павлов Б.Н., Солдатов П.Э., Дьяченко А.И. Выживаемость лабораторных животных в аргонсодержащих гипоксических средах // Авиационная и экологическая медицина. 1998. Т. 32, №4. С. 33-37; Павлов Б.Н., Буравкова Л.Б., Смолин В.В., Соколов Г.М. Кислородно-азотно-аргоновая газовая среда при длительном пребывании человека в барокамере при избыточном давлении // Морской медицинский журнал. 1999. №2. С. 18-21].
2
2
Возможность длительного нахождения человека в таких условиях установлена также в результате проведенного авторами 14-суточного научного эксперимента, заключавшегося в непрерывном пребывании 6 испытателей в герметизированном объекте с гипоксической кислородно-аргоно-азотной газовой средой состава 10-13 об. % О, 25-35 об. % Ar и остальное N и кратковременном пребывании при содержании кислорода до об. 8%.
Испытания проведены на Стенде-модели судовых помещений и оборудования «МОРЖ» (далее Стенд), в АО «АСМ», г. Санкт-Петербург (www.aoasm.ru) в октябре - ноябре 2015 года.
В ходе работы был использован комплекс стандартизированных и валидных клинико-физиологических, психофизиологических, лабораторных и иных методик исследований, позволяющих получить исчерпывающую информацию о состоянии соматического и психического здоровья испытателей, их функциональных резервов, внутренней среды организма, физической и интеллектуальной (в том числе операторской) работоспособности. Результаты исследований представлены в отчете по СЧ ОКР «Разработка, медико-биологическое обоснование и апробация методик и нормативных документов, регламентирующих использование технологии создания пожаробезопасных искусственных газовых сред на основе аргонокислородных газовых смесей, пригодных для дыхания при длительном пребывании в условиях гермообъекта» (шифр «Аргон-АСМ», АСДЕ.649360.004ПЗ).
В результате выполненных исследований доказана возможность непрерывного пребывания человека, выполняющего задачи деятельности без существенного ущерба для ее эффективности и надежности, в заданных нормобарических аргоносодержащих гипоксических газовых средах.
В ходе исследований, выполненных в АО «АСМ» во время и после повторной 14-суточной герметизации 6-ти испытателей в искусственной аргоносодержащей газововоздушной среде с содержанием кислорода 10-13 об. % и кратковременным, до 10 часов и более, снижением содержания кислорода до 8 об. %, доказано отсутствие у всех испытателей признаков нарушения состояния соматического и психического здоровья, недопустимого снижения физиологических и психофизиологических резервов, физической и умственной (в том числе операторской) работоспособности.
2
Тем самым подтверждена возможность реализации безопасного для человека способа повышения пожарозащищенности ГОО на время автономной работы путем применения гипоксических сред с содержанием кислорода 10-13 об. %, повышенным содержанием аргона 25-35 об. % Ar и остальное N и кратковременном пребывании, до 10 часов и более, при пониженном содержании кислорода до 8 об. %.
Способ осуществляют следующим образом.
В ГОО после герметизации с экипажем создают нормобарическую газовоздушную среду с пониженным содержанием кислорода (гипоксическую среду) путем разбавления ее кислородом, азотом и аргоном от внешнего источника аргона, азота и кислорода и отправляют ГОО в автономную работу. Причем содержание кислорода в помещениях, где экипаж отсутствует или может находиться кратковременно эпизодически, создают на заданном уровне 8 об. %, а в остальных помещениях, где личный состав проводит основное время - на уровне 10-13 об. %, концентрацию аргона при этом доводят от уровня порядка 1 об. % в атмосфере до уровня 25-35 об. % в ГГВС во всех помещениях. Содержание аргона поддерживают на заданном уровне в течение всего времени герметизации, при необходимости добавляя его из баллонов высокого давления или другого устройства. Содержание кислорода на заданном уровне в течение всего периода герметизации поддерживается системой регенерации ГОО или из другого источника.
Эффективность заявленного изобретения заключается в том, что только предложенным способом возможно безопасно для здоровья и без существенного снижения работоспособности установить на весь срок автономного плавания (герметизации) такое содержание кислорода при нормальном давлении, которое предотвратит возникновение и развитие пожара в подавляющем большинстве случаев, за исключением горения специальных кислородосодержащих веществ (топлив), повысив пожаробезопасность в несколько десятков и более раз.
Предлагаемый способ несложно реализовать на тех объектах, которые базируются на носителях и покидают их на время выполнения автономной работы без промежуточной разгерметизации, например, батискафах, малых подводных обитаемых аппаратах и подводных станциях, малых подводных лодках, космических кораблях, орбитальных станциях.
В этом случае ГОО могут заполняться (заправляться) требуемой ГГВС от расположенных на носителях емкостей с жидкими или находящимися под давлением газами или от устройств получения газов из воздуха криогенным, мембранным или другим способом.
Если предложенный способ реализовать на больших подводных лодках, межпланетных станциях, автономных герметичных сооружениях, предполагающих периодический контакт с атмосферой с разгерметизацией, сменой экипажа и тому подобное, то необходимо на борту этих сооружений иметь запас газа аргона, устройства получения газов из воздуха криогенным, мембранным или другим способом, систему шлюзования.