Способ противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ и огнестойкое теплоизолирующее покрытие
METHOD FOR FIRE PROTECTION OF TANKS FOR STORAGE OF LIQUID COMBUSTIBLES AND FIRE-RESISTANT HEAT-INSULATING COATING

Изобретение относится к способам тушения больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах.
В работе (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 188) отмечено, что известны различные способы пожаротушения, которые можно классифицировать по виду используемых огнетушащих веществ (составов), методу их применения (подачи), окружающей обстановке, назначению и т.д. Пожаротушение подразделяется, прежде всего, на поверхностное, заключающееся в подаче огнетушащих веществ непосредственно на очаг горения, и объемное, заключающееся в создании в районе пожара среды, не поддерживающей горение.
Известен способ тушения горящих жидкостей (Авторское свидетельство SU №1687266, А62 С 3/06 (2000.01), опубл. 30.10.1991), «сухим льдом» путем локального введения раздробленного диоксида углерода под слой горящей жидкости компактными порциями. Диаметр дроби составляет 3-4 см.
Известен способ тушения горящих жидкостей (Авторское свидетельство SU №776616, МПК А62С 1/10 (2000.01), опубл. 07.11.1980), в котором на горящую поверхность жидкости подают двуокись углерода в виде пористых сферических гранул, которые, интенсивно испаряясь, свободно перемещаются по поверхности жидкости за счет реактивных сил оттекающих газов. При этом происходит интенсивный теплообмен между двуокисью углерода и прогретым или гомеотермическим слоем жидкости, в результате чего поверхностный слой охлаждается до температуры, меньшей температуры вспышки, после чего горение прекращается.
Эффективность этих способов низка, так как подача твердого диоксида углерода производится в поверхностную зону в ограниченное пространство. Слипание гранул, а также их дробление на более мелкие части затрудняет подачу гранул в зону горения и их распределению в горящем пространстве.
Известно огнетушащее средство для тушения нефти и нефтепродуктов (Патент RU №2263525, МПК A62D 1/00 (2000.01), опубл. 10.11.2005), принятое за прототип заявляемого технического решения.
Средство содержит тушащий состав, нанесенный на гранулы из огнеупорного поризованного материала диаметром 10-50 мм с рабочим слоем толщиной 1-5 мм. Тушащий состав содержит бикарбонат кальция в количестве 0,2-0,8 вес. ч., жидкое стекло в количестве 0,2-0,8 вес. ч. и 0,1-0,3 вес. ч. ингибирующей добавки. Огнетушащее средство работает следующим образом.
При возникновении загорания гранулы из огнеупорного поризованного материала вбрасывают их в очаг пожара. Так как удельный вес гранул средства меньше удельного веса нефти и нефтепродуктов, то при вбрасывании их в очаг пожара они плавают по зеркалу горения.
Тушащий состав из смеси реагентов, покрывающий каждую гранулу керамзита, при нагревании выше 100°С начинает вспениваться и разлагаться с получением химических соединений, отсекающих доступ кислорода к поверхности горения.
Однако указанное техническое решение не учитывает динамично протекающие процессы, происходящие при горении горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах (csu-konda-mp4.ru/sentyabr2012/nov/102.doc. Раздел: п. 10.2. Тушение ЛВЖ и ГЖ в резервуарных парках).
Было установлено, что сырая нефть, бензин, мазут и другие легковоспламеняющиеся жидкости при длительном горении у поверхности образуется кипящий слой.
Бывают случаи, когда нет слоя воды, но она имеется в виде эмульсии в самой горючей жидкости. При уменьшении вязкости верхнего слоя нефти капли воды опускаются вглубь и накапливаются там, где вязкость нефти еще велика. Одновременно капли воды нагреваются и закипают. Пары воды вспенивают нефть, которая переливается через борт и происходит вскипание (то есть вскипание воды, содержащейся в нефти). Вскипание возникает раньше, чем выброс.
Огнетушащее средство (Патент RU №2263525, МПК A62D 1/00 (2000.01), опубл. 10.11.2005) представляет собой «подвижное» укрытие зеркала горения, поэтому совершенно очевидно, что при вскипании, например, нефти сплошность укрытия зеркала горения будет нарушена.
В заявляемом техническом решении после создания дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия на наружную поверхность слоя из пористых сферических гранул, размещенных на поверхности горения жидких горючих веществ, образуется жесткое укрытие зеркала горения.
Задачей заявляемого технического решения является создание эффективного огнестойкого теплоизолирующего покрытия на всей площади горения жидких горючих веществ, обладающего повышенной термостойкостью и газонепроницаемостью.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ, включающем создание теплоизолирующего слоя из пористых сферических гранул на поверхности горения жидких горючих веществ и тушение очага пожара доступными средствами пожаротушения, при этом после образования теплоизолирующего слоя создают дополнительное огнестойкое теплоизолирующее покрытие на всей площади наружной поверхности пористых сферических гранул, причем при формировании этого покрытия используют быстротвердеющую пену, а в качестве материала для образования пористых сферических гранул применяют вулканическую пемзу.
Сущность заявляемого покрытия заключается в том, что в огнестойком теплоизолирующем покрытии, содержащем теплоизолирующие пористые сферические гранулы, размещенные в виде слоя на поверхности горения и покрытие, нанесенное на гранулы, причем гранулы изготовлены из вулканической пемзы, а покрытие выполнено из негорючего материала, представленного в виде быстротвердеющей пены, нанесенного при создании дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия на наружную поверхность слоя из пористых сферических гранул, размещенных на поверхности горения жидких горючих веществ.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом, обуславливается следующим.
Создание после образования теплоизолирующего слоя дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия на всей площади наружной поверхности пористых сферических гранул позволяет сформировать покрытие, обладающее повышенной термостойкостью и газонепроницаемостью (Патент RU №2590379, С01В 33/16 (2006.01), опубл. 10.07.2016, Патент RU №2645542, А62С 3/02 (2006.01), опубл. 21.02.2018).
Использование при формировании этого покрытия быстротвердеющей пены позволяет практически исключить поступления паров, газов и тепловых потоков в зону горения.
Применение в качестве материала для образования пористых сферических гранул вулканической пемзы позволяет повысить огнестойкость теплоизолирующего слоя из пористых сферических гранул на поверхности горения жидких горючих веществ.
Технический эффект, реализуемый заявляемым покрытием, обуславливается следующим.
Изготовление гранул из вулканической пемзы позволяет применить химически инертный огнестойкий материал, имеющий интервал размягчения 1300-1400°С, обладающий плавучестью, пористостью, способностью к абсорбции различных веществ (Пемза - Википедия.html).
Исполнение покрытия из негорючего материала, представленного в виде быстротвердеющей пены, нанесенной при создании дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия на наружную поверхность слоя из пористых сферических гранул, размещенных на поверхности горения жидких горючих веществ, позволяет:
- образовать жесткое укрытие зеркала горения (Н.Д. Гуцев, Н.В. Михайлова, Г.Н. Куприн, Д.С. Куприн, А.В. Виноградов, В.В. Виноградов. Результатами лабораторных исследований свойств быстротвердеющей пены с целью оценки возможности использования ее для создания противопожарных пенных полос. Труды Санкт-Петербургского научно - исследовательского института лесного хозяйства, №1, 2016; http://journal.spb-niilh.ru/pdf; Патент RU №2645542, А62С 3/02 (2006.01), опубл. 21.02.2018);
- улучшить сплошность укрытия зеркала горения после окончательного отверждения быстротвердеющей пены, которая может быть нарушена, по мнению авторов изобретения, только при взрыве на поверхности горения названных веществ.
По мнению авторов изобретения, признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают условию патентоспособности «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к средствам тушения больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах.
Известен огнезащитный вспучивающийся материал (Патент RU №2091424, C09K 21/12 (1995.01), C09K 21/14 (1995.01), C08L 27/06 (1995.01), C08K 5/521 (1995.01), опубл. 27.09.1997).
Сущность изобретения: огнезащитный материал выполнен из стеклоткани с покрытием из поливинилхлоридной вспучивающейся композиции, содержащей поливинилхлорид, диоктилфталат, пентаэритрит и диаммонийфосфат в массовом соотношении, соответственно, 1: 1-1,8: 1-1,7: 1-1,7. Композиция может содержать дополнительно в качестве адгезива 1,5-5,0 мас. ч. эпоксидиановой смолы и 0,3-1,5 мас. ч. кремнекислого свинца на 100 мас. ч. поливинилхлорида. Материал монтируют в виде листов или рулонов на поверхности защищаемого изделия. Свойства материала: температура на тыльной поверхности образца после 15-минутного воздействия открытым пламенем паяльной лампы с температурой 900-1000°С на расстоянии от образца 80 мм 130-145°С.
Изобретение относится к области химии, в частности к материалу, способному защитить расположенную за ним подложку от воздействия открытого огневого пламени или высокотемпературных тепловых потоков, а более конкретно к огнезащитному вспучивающемуся материалу.
Однако этот огнезащитный вспучивающийся материал не обладает необходимой плавучестью на поверхности жидких горючих веществ, а монтаж этого огнезащитного материала в виде листов или рулонов на поверхности сетчатого экрана в заявляемом случае займет много времени, а сам материал из стеклоткани с покрытием из поливинилхлоридной вспучивающейся композиции имеет значительно большую массу по сравнению с известными покрытиями из быстротвердеющей пены.
Известен теплозащитный огнестойкий комплект для защиты объектов повышенной опасности гражданского и оборонного комплексов (Патент RU №2537819, А62С 2/00 (2006.01), опубл. 10.01.2015), содержащий наружное огнестойкое покрытие, представляющее собой гомогенизированную композицию на основе органических растворителей и состоящее из полимеров, неорганических пигментов, антипиренов и модифицирующих добавок, и внутренний теплозащитный слой в виде последовательно расположенных подслоев.
Комплект обеспечивает надежную защиту объектов от тепловых полей непрерывного действия в диапазоне температур от 100°С до 1100°С, а также от температурных полей кратковременного и импульсного действия в диапазоне температур от 1500°С до 2500°С.
Однако этот теплозащитный огнестойкий комплект не обладает необходимой плавучестью на поверхности жидких горючих веществ.
Известны способ и устройство противопожарной защиты резервуаров с нефтепродуктами (Патент RU №2320385, А62С 3/06 (2006.01), опубл. 27.03.2008).
Изобретение относится к способам тушения легковоспламеняющихся жидкостей, например нефти или бензина, находящихся на хранении в резервуарных парках. Сущность предлагаемого способа и реализующего его устройства заключается в доставке после обнаружения загорания на плавучей платформе дополнительных генераторов со дна резервуара. Это позволяет осуществить интенсивное комбинированное гомогенно-гетерогенное ингибирование процесса горения непосредственно внутри факела над поверхностью горящей жидкости путем доставки необходимого количества огнетушащего средства, что приводит, в конечном счете, к полному тушению основного очага пожара. Причем платформа после отработки дополнительных генераторов термически разлагается, так как температура в зоне нахождения указанной платформы остается еще какое-то время достаточно высокой. Для ликвидации небольших очагов горения производится подача огнетушащего средства из генераторов, размещенных стационарно на дне резервуара. При этом аэрозоль барботирует через жидкость, охлаждается и затем концентрируется внутри факела над поверхностью небольших очагов горящей жидкости. В результате происходит тушение очагов повторного возгорания.
Однако, хотя платформа и обладает хорошей плавучестью на поверхности легковоспламеняющихся жидкостей, но изготовлена из материала, не обладающего требуемой огнестойкостью для выполнения задач, поставленных при создании настоящего изобретения.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом и устройством.
На основании изложенного, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано следующим образом.
На фиг. 1 представлена схема реализации способа противопожарной защиты резервуаров для хранения жидких горючих веществ после образования теплоизолирующего слоя, выполненного в виде дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия, нанесенного на всей площади наружной поверхности пористых сферических гранул; на фиг. 2 представлен увеличенный вид заявляемого огнестойкого теплоизолирующего покрытия (в разрезе).
На схеме реализации заявляемого способа (фиг. 1) изображен в дежурном режиме резервуар 1, заполненный жидким горючим веществом 2. Резервуар 1 выполнен в виде вертикального цилиндрического корпуса, изготовленного из стали.
При пожаре на поверхности 3 горения жидких горючих веществ 2 создают теплоизолирующий слой 4 из пористых сферических гранул 5 (фиг. 1, фиг. 2).
После образования теплоизолирующего слоя 4 создают дополнительное огнестойкое теплоизолирующее покрытие 6 (фиг. 1, фиг. 2) на всей площади наружной поверхности 7 пористых сферических гранул 5. При формировании покрытия 6 используют быстротвердеющую пену, а в качестве материала для образования пористых сферических гранул 4 применяют вулканическую пемзу.
Модель создания заявляемого дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия основана на том, что быстротвердеющая пена способна полимеризироваться за короткий промежуток времени (Апробация новых огнетушащих химических составов и разработка рекомендаций по их применению: отчет о НИР (заключ.) / ФБУ «СПбНИИЛХ»; рук. Гуцев Н.Д.; исполн.: Арцыбашев Е.С., Михайлова Н.В., Корчунова И.Ю. - СПб., 2014. - 254 с. - Библиогр.: с. 112-120. - № ГР 01201255954. - Инв. №215022440055, 11). Время отверждения меняют путем подбора соотношения компонентов пены. Пену на наружную поверхность 7 пористых сферических гранул 5 подают в жидком виде, например, в виде плоского струйного факела.
При создании равномерного слоя дополнительного огнестойкого теплоизолирующего покрытия 6 быстротвердеющая пена растекается в жидкой фазе по наружной поверхности пористых сферических гранул 5.. При этом пена затекает в во все образованные названными гранулами пустоты, где она в связи с большой скоростью полимеризации быстро отвердевает. Причем временем отверждения можно легко варьировать, меняя соотношение компонентов быстротвердеющей пены (Н.Д. Гуцев, Н.В. Михайлова, Г.Н. Куприн, Д.С.Куприн, А.В. Виноградов, В.В. Виноградов. Результатами лабораторных исследований свойств быстротвердеющей пены с целью оценки возможности использования ее для создания противопожарных пенных полос. Труды Санкт - Петербургского научно - исследовательского института лесного хозяйства, №1, 2016; ht1p://joumal.spb-niilh.ru/pdf/l-2016/spbniilh-proceedings-1-2016-2-full.pdf; Патент RU №2645542, А62С 3/02 (2006.01), опубл. 21.02.2018).
Заявляемое огнестойкое теплоизолирующее покрытие обладает повышенной термостойкостью и газонепроницаемостью (Патент RU №2590379, С01В 33/16 (2006.01), опубл. 10.07.2016, Патент RU №2645542, А62С 3/02 (2006.01), опубл. 21.02.2018).
Использование при формировании этого покрытия быстротвердеющей пены позволяет практически исключить поступления паров, газов и тепловых потоков в зону горения. После полимеризации быстротвердеющей пены она образует жесткий каркас. Как было отмечено ранее, огнетушащее средство для тушения нефти и нефтепродуктов (Патент RU №2263525, МПК A62D 1/00 (2000.01), опубл. 10.11.2005), принятое за прототип, представляет собой «подвижное» укрытие зеркала горения.
По этой причине заявляемое огнестойкое теплоизолирующее покрытие имеет преимущество перед имеющимися аналогами, и при вскипании жидкого горючего вещества 2 при его длительном горении сплошность укрытия зеркала горения названным покрытием не будет нарушена.
Применение в качестве материала для образования пористых сферических гранул вулканической пемзы позволяет повысить огнестойкость теплоизолирующего слоя из пористых сферических гранул на поверхности горения жидких горючих веществ.
Удельный вес гранул вулканической пемзы меньше удельного веса нефти и нефтепродуктов, поэтому при вбрасывании их в очаг пожара они плавают по зеркалу горения.
3
Кроме того, удельный вес быстротвердеющей пены, так как она является газонаполненной, меньше удельного веса нефти и нефтепродуктов, поэтому дополнительное огнестойкое теплоизолирующее покрытие практически не будет значительно снижать плавучесть теплоизолирующего слоя 4 из пористых сферических гранул 5. Так, например, вспененный гель кремнезема (Патент RU №2590379, С01В 33/16 (2006.01), опубл. 10.07.2016) имеет в обезвоженном состоянии объемную массу 0,05-0,1 г/см.
Промышленная применимость заявленного технического решения заключается в следующем.
Компоненты, входящие в состав заявляемого огнестойкого теплоизолирующего покрытия (вулканическая пемза и быстротвердеющая пена), известны и широко применяются в настоящее время в России и за рубежом в промышленности, строительстве и т.д.
Средства для подачи пористых сферических гранул на поверхность горения жидких горючих веществ, а также - быстротвердеющей пены, применяются на практике и приведены в изобретениях, указанных в описании заявляемого технического решения.
Анализ современных теоретических представлений о механизмах тушения больших площадей горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, хранящихся в емкостных хранилищах и резервуарах и общеизвестные сведения из уровня техники показали большую перспективу применения предлагаемого технического решения.