УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ ОБЪЕМНОГО ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ
IMPROVED DEVICE LIMITING CONSEQUENCES OF THREE-DIMENSIONAL FIRE IN PREMISES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области пассивных устройств ограничения последствий пожара, которые обеспечивают нераспространение тепла или огня и очистку выделяющихся газов и позволяют ограничить явления избыточного давления или разрежения при возникновении пожара, которые могут быть вызваны самим пожаром или устройством тушения этого пожара, или выходом из строя какого-либо другого оборудования.
В частности, изобретение касается устройства, предназначенного для сооружений, которые должны сохранять стойкость кожуха или помещения по отношению к явлениям избыточного давления или избыточного разрежения, обеспечивая при этом нераспространение тепла или огня.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В сооружениях, содержащих опасные вещества, для соблюдения требований по защите окружающей среды необходимо упаковывать эти опасные вещества и располагать их в соответствующем изолированном месте. Таким местом может быть контейнер-хранилище.
Требования в области защиты окружающей среды предусматривают учет возможных нарушений герметичности контейнера.
В некоторых областях, например, в случае контейнера для хранения ядерных веществ обычно применяют один или два дополнительных принципа защиты в комбинации или отдельно для изолирования опасных веществ от окружающей среды.
Первый принцип состоит в установке нескольких статических барьеров для ограничения последствий выхода из строя одного из них. При этом контейнер-хранилище можно поместить внутри замкнутого пространства, в частности внутри изолирующей камеры, которая, в свою очередь, изолирована от внешней окружающей среды. Эта изолированная камера играет роль второго защитного барьера. Герметичность контейнера-хранилища и герметичность изолирующей камеры обеспечиваются герметичными перегородками или герметичными дверями.
Второй принцип состоит в создании системы динамического изолирования посредством применения механической вентиляции, которая создает каскад разрежения от наружного пространства сооружения к контейнеру-хранилищу, чтобы противостоять нарушению герметичности статических барьеров. Как изолирующая камера, так и контейнер-хранилище могут иметь собственную независимую систему вентиляции, состоящую из магистрали нагнетания свежего воздуха снаружи и магистрали удаления воздуха из контейнера наружу. В дополнение к изолированию за счет поддержания разрежения в подверженных риску помещениях системы вентиляции могут обеспечивать дополнительные функции, такие как замена и очистка воздуха при помощи очистных фильтров, адаптированных к типам опасных веществ. Эти функции способствуют поддержанию чистой атмосферы контейнера-хранилища и изолирующей камеры, чтобы ограничивать риски попадания опасных веществ в окружающую среду.
Два вышеуказанных принципа защиты, применяемые в комбинации или по отдельности, можно считать достаточными в условиях нормальной работы, но при этом следует также учитывать аварийные ситуации, такие как пожар.
В некоторых случаях анализ риска пожара приводит к необходимости учета развернутого сценария объемного и неконтролируемого пожара в помещении с огнеупорными стенками, то есть в помещении, стенки которого сохраняют целостность при воздействии огня.
Изучение пожаров в изолированных средах позволило выявить три последовательные фазы развития пожара, которые показаны в виде кривой на фиг. 1, которая является кривой теоретического давления объемного и неконтролируемого пожара в контейнере-хранилище опасных веществ и на которой ось абсцисс соответствует времени (Т), а ось ординат соответствует давлению (Р).
Первая фаза, обозначенная на фиг. 1 позицией 200, является фазой развития пожара. Эта первая фаза 200 соответствует периоду, в течение которого количество окислителя не лимитировано. В отсутствие системы пожаротушения в контейнере-хранилище термодинамические условия, такие как давление и температура, зависят от эволюции пожара. Начиная с момента 202 возгорания, давление Р повышается от отрицательного значения 204 первоначального разрежения до пика 206 избыточного давления при максимальном огне. Было установлено, что значительное и быстрое повышение температуры и давления в контейнере-хранилище порядка несколько сот градусов и нескольких десятков тысяч паскаль может привести к нарушению целостности статического изолирования контейнера-хранилища, его устройств изолирования от окружающей среды, в частности противопожарных клапанов и фильтров, его устройств локализации огня, в частности его герметичных перегородок и дверей.
Вышеупомянутые экстремальные условия могут привести к попаданию опасных веществ в изолирующую камеру и в окружающую среду и к распространению пожара на остальную часть сооружения. Стратегия управления вентиляцией и, в частности, автоматическое перекрывание сети нагнетания воздуха в контейнер-хранилище с момента обнаружения пожара позволяет ограничить развитие огня в контейнере-хранилище, так как пожар питается только присутствующим кислородом. При этом пожар ограничен окислителем, присутствующим в контейнере-хранилище, но не горючим.
Вторая фаза, обозначенная на фиг. 1 позицией 208, является фазой затухания пожара. Эта вторая фаза 208 соответствует периоду, в течение которого сила огня оказывается ограниченной с учетом нехватки окислителя. Затухание пожара приводит к понижению температуры и, следовательно, к значительному падению давления порядка нескольких тысяч паскаль до отрицательных значений 216. Это сильное разрежение в контейнере-хранилище тоже может привести к нарушению целостности конструкций, уже ослабленных экстремальными условиями пожара. Во время фазы затухания 208, как только давление в контейнере-хранилище становится отрицательным, разрушение конструкций может привести к новому поступлению воздуха и к повторному воспламенению и возобновлению пожара.
Третья фаза, обозначенная на фиг. 1 позицией 212, является фазой возобновления пожара. Учитывая поступление окислителя во второй фазе 208, может произойти возобновление пожара в контейнере-хранилище. В результате развиваются новые циклы затухания и повторного воспламенения между пиками 214 избыточного давления при повторном воспламенении и пиками 216 разрежения при затухании, которые соответствуют подъемам давления и температуры и, следовательно, возможным выбросам в окружающую среду. Однако термодинамические условия нового цикла пожара являются менее экстремальными, чем во время первой фазы 200, так как количество кислорода, попавшего в контейнер-хранилище в результате разрушений во время предыдущих фаз, меньше, чем во время первой фазы 200.
В некоторых случаях стационарные системы пожаротушения, например газовые системы, при срабатывании могут создавать в контейнере-хранилище избыточное давление, которое может привести к нарушению целостности элементов, формирующих статический барьер.
В других случаях пожар может привести к разрушению находящейся под давлением емкости, что может поставить под угрозу элементы, участвующие в статическом барьере, так же, как и в предыдущих случаях.
Таким образом, возникает потребность в устройстве, пассивно ограничивающем риск прямого выброса веществ из контейнера-хранилища в окружающую среду путем разрушении устройств изолирования контейнера-хранилища и препятствующем любое распространение огня из контейнера-хранилища в окружающее его пространство.
Необходимо разработать такое устройство, которое позволяет также ограничить значения давления и охлаждать газы. Такое устройство должно отвечать тем же условиям огнестойкости, что и контейнер-хранилище.
В документе FR 2879471 раскрыто устройство ограничения последствий неконтролируемого объемного пожара в контейнере-хранилище, находящемся в изолирующей камере.
Это устройство содержит закрытый резервуар с жидкостью, оборудованный внутренней камерой, напрямую сообщающейся с упомянутым контейнером-хранилищем, и пузырьковой камерой, напрямую сообщающейся с упомянутой изолирующей камерой, по меньшей мере, через одно верхнее отверстие упомянутого резервуара, противопожарной защитой и системой регулирования уровня жидкости.
Это устройство сохраняет активность, так как содержит несколько систем регулирования. Кроме того, согласно характеристикам этого устройства, расход обрабатываемого газа является ограниченным.
Таким образом, задачей изобретения является разработка нового устройства ограничения последствий пожара, усовершенствованного с точки зрения производительности обработки газовых потоков и имеющего более пассивный режим работы, чем существующие устройства, при эквивалентных габаритных размерах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Прежде всего, объектом настоящего изобретения является устройство ограничения последствий пожара в помещении, таком как контейнер-хранилище, установленный в изолирующей камере, содержащее резервуар, оборудованный емкостью с жидкостью, при этом упомянутый резервуар содержит одну или несколько камер, называемых «внутренними камерами», сообщающихся с упомянутым контейнером-хранилищем, и одну или несколько других камер, сообщающихся с упомянутой изолирующей камерой, при этом резервуар дополнительно содержит, по меньшей мере, один первый встроенный переливной бак и, по меньшей мере, один второй встроенный переливной бак, расположенные с двух сторон резервуара, при этом каждый бак выполнен с возможностью заполнения упомянутой жидкостью, когда она превышает заранее определенную заданную высоту в упомянутой емкости.
Такое устройство позволяет ограничивать явления избыточного давления и разрежения, возникающие при пожаре в помещении.
Кроме того, такое устройство отличается повышенной реакцией срабатывания.
Конструкция резервуара выполнена таким образом, чтобы внутренняя(ие) камера(ы) сообщалась(ись) с одной или несколькими из упомянутых других камер и чтобы газовый поток, возникающий, в частности, в результате повышения давления при пожаре и переходящий между одной или несколькими упомянутыми внутренними камерами и одной или несколькими упомянутыми другими камерами, проходил через жидкость, содержащуюся в емкости.
Действительно, переливные баки позволяют четко установить максимальное значение давления, достигаемое в помещении, которое соответствует порогу срабатывания в сумме с напором системы. Иначе говоря, переливные баки позволяют зафиксировать пороговое значение давления срабатывания независимо от расхода обрабатываемого газа и от уровня жидкости в резервуаре. Поскольку высота уровня жидкости напрямую связана с изменением давления, переливание жидкости на определенном значении высоты позволяет установить значение давления срабатывания, независимо от расхода обрабатываемого газа. Переливная система позволяет также повысить скорость переливания и, следовательно, способность устройства компенсировать резкое изменение уровня жидкости, соответствующее резкому повышению давления в помещении.
Переливные баки позволяют также обеспечивать порог срабатывания устройства в случае нарушения в работе системы подачи жидкости, например, в результате протечки. Действительно, избыток жидкости попадает в эти баки.
Преимуществом этой системы является то, что она не зависит от скорости потока избытка жидкости в контуре потока, ограниченном диаметром трубопроводов. Эта функция сбора в баки посредством переливания в конечном итоге не замедляет весь процесс ограничения давления в помещении.
Присутствие переливных баков позволяет упростить контур подачи жидкости и сделать его более пассивным и отказаться, по меньшей мере, от одной системы регулирования.
Переливные баки, связанные с упрощенным контуром подачи воды, позволяют повысить надежность работы устройства и сделать его более быстрым в реагировании.
Используемой жидкостью может быть вода.
Упомянутые камеры, сообщающиеся с изолирующей камерой, могут включать в себя одну или несколько так называемых «пузырьковых» камер.
Пузырьковые камеры сообщаются с так называемой «замедляющей» камерой, находящейся в верхней части резервуара и сообщающейся с изолирующей камерой через одно или несколько отверстий.
Пузырьковые камеры могут быть отделены от внутренних камер при помощи разделительных элементов, расположенных перпендикулярно к дну резервуара, при этом упомянутые разделительные элементы оборудованы волнорезными устройствами, выполненными в виде пластин, закрепленных на внутренних концах разделительных элементов и направленных внутрь упомянутой, по меньшей мере, одной пузырьковой камеры.
Пузырьковые камеры могут содержать устройство разбивания пузырьков.
Пузырьковые камеры могут дополнительно содержать противоразбрызгивающее устройство.
Замедляющая камера в сочетании с каплеотделителем, соответствующей высотой пузырьковых камер и противоразбрызгивающими устройствами над пузырьковыми камерами является средством ограничения выбросов жидкости в верхней части устройства.
В качестве варианта устройство ограничения последствий пожара может дополнительно содержать водостоки, выполненные с возможностью переливания упомянутой жидкости в переливные баки, когда ее уровень достигает заданной высоты вдоль переливных баков.
Устройство ограничения последствий пожара и ограничения давления или разрежения в помещении может дополнительно содержать разделительные стенки, расположенные по обе стороны от комплекса пузырьковых камер и внутренних камер, при этом каждая из этих разделительных стенок погружена в жидкость и находится между внутренней камерой и входом первого переливного бака.
Согласно варианту, одна из упомянутых стенок может содержать отверстия в своей верхней части.
Согласно другому варианту, одна из упомянутых стенок может содержать отверстия в верхней части своей боковой части.
Устройство ограничения последствий пожара может дополнительно содержать систему регулирования уровня жидкости в резервуаре, оборудованную контуром подачи жидкости в резервуар.
Система регулирования может быть оборудована поплавковым вентилем, при этом открывание этого поплавкового вентиля обеспечивает подачу жидкости в упомянутую емкость. Преимуществом такой системы является, например, возможность компенсации испарения.
Подача жидкости может быть дополнена аварийным устройством принудительной подачи, не зависящим от системы регулирования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего подробного описания вариантов его осуществления, представленных в качестве неограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает кривую теоретического давления при объемном и неконтролируемом пожаре в контейнере-хранилище опасных веществ.
Фиг. 2 - схема установки устройства ограничения последствий пожара, соединенного с контейнером-хранилищем, который находится в изолирующей камере.
Фиг. 3А-3K изображают различные виды устройства ограничения пожара, в изометрии и в разрезе.
Фиг. 4А-4J - различные состояния работы устройства.
Идентичные, аналогичные или эквивалентные части, показанные на разных фигурах, обозначены одинаковыми цифровыми позициями для облегчения перехода от одной фигуры к другой.
Различные части не обязательно показаны на фигурах в одинаковом масштабе для более легкого прочтения фигур.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧАСТНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
На фиг. 2 представлен пример установки устройства 10 ограничения пожара в соответствии с изобретением, предусмотренного в помещении, таком как контейнер-хранилище опасных веществ, например ядерных отходов.
На этой фигуре в продольном разрезе и в фронтальной проекции показано складское сооружение, которое содержит изолирующую камеру 2, в которой находится контейнер-хранилище 4. Опасные вещества находятся в контейнере-хранилище 4.
Изолирующая камера 2 может содержать нижнюю перегородку 22, верхнюю перегородку 23 и боковые перегородки 24. Контейнер-хранилище 4 расположен внутри изолирующей камеры 2 на нижней перегородке 22 изолирующей камеры 2. Контейнер-хранилище 4 содержит нижнюю перегородку 42, которая совпадает с нижней перегородкой 22 изолирующей камеры 2. Он содержит также верхнюю перегородку 43 и боковые перегородки 44. В этом примере выполнения изолирующая камера 2 и контейнер-хранилище 4 могут иметь две общие боковые перегородки. Перегородки 42, 43, 44 контейнера-хранилища 4 могут быть выполнены, например, из бетона. Внутри контейнера-хранилища 4 они покрыты огнеупорным покрытием, например из гипса и/или из бетона.
Нижняя перегородка 22 изолирующей камеры 2 может быть выполнена, например, из бетона. Верхние 23 и боковые 24 перегородки изолирующей камеры 2 могут быть выполнены, например, из металла.
Перегородки 22, 23, 24, 42, 43, 44 являются непроницаемыми для жидкостей и для газов. Для доступа персонала, обслуживающего изолирующую камеру 2 и контейнер-хранилище 4, из наружного пространства 8 без нарушения изоляции можно предусмотреть герметичные шлюзы 6.
Как изолирующая камера 2, так и контейнер-хранилище 4 оборудованы системой вентиляции. Каждая из этих систем вентиляции содержит магистраль 12 нагнетания воздуха из наружного пространства 8, магистраль 14 удаления воздуха в наружное пространство 8 и фильтр 16 очистки воздуха. Система вентиляции контейнера-хранилища 4 содержит также противопожарные клапаны 18, установленные на трубопроводах нагнетания и удаления вентиляционной системы для обеспечения непрерывности локализации огня.
Устройство 10 ограничения установлено внутри изолирующей камеры 2 и снаружи контейнера-хранилища 4. Это устройство ограничения можно закрепить на опорной перегородке, которая является верхней перегородкой 43 контейнера-хранилища 4. Согласно варианту, параллельно можно объединить несколько устройств ограничения для повышения производительности обработки.
Далее со ссылками на фиг. 3А-3K следует описание заявленного устройства ограничения последствий пожара (на фиг. 3K устройство показано в разобранном виде).
Различные составные элементы устройства 10 ограничения могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали.
Устройство 10 ограничения содержит резервуар 28, предназначенный для заполнения жидкостью 26, например, такой как вода.
Резервуар 28, оборудованный емкостью 29, содержит боковые стенки 34 и дно 32, называемое также нижней стенкой 32.
На верхней части резервуара 28 противоположно нижней стенке 32 находятся одно или несколько отверстий 36, при этом отверстия 36 сообщаются с изолирующей камерой 2 (фиг. 3А, 3В, 3С).
Соединительный канал (на фиг. 3А-3K канал не показан) обеспечивает газообмен между контейнером-хранилищем 4 и резервуаром 28 устройства 10 ограничения.
Так, один конец соединительного канала выходит в контейнер-хранилище 4, тогда как другой конец соединительного канала соединен с впускным трубопроводом 48 резервуара 28, содержащим множество входных отверстий 481а, 481b. Впускной трубопровод 48 может содержать центральные входные отверстия 481а заданного сечения и другие входные отверстия 481b, находящиеся по краям с двух сторон от центральных отверстий 481а и имеющие меньшее сечение, например, приблизительно в соотношении 1/2 по сравнению с центральными входными отверстиями 481а. Это позволяет уравновешивать распределение потоков.
Входные отверстия 481а, 481b могут иметь прямоугольную форму и могут быть разделены отражателями 482, выполняющими функцию средств направления газов или дымов, которые могут попадать во впускной трубопровод 48. В представленном примере впускной трубопровод 48 имеет расширяющуюся форму для ограничения напора и интегрирован в металлический кожух 483 (фиг. 3А, 3Е, 3F, 3H, 3I, 3K).
Резервуар 28 содержит одну или несколько камер 54а, 54b, 54c, 54d, 54e, в дальнейшем называемых «внутренними камерами», которые сообщаются с контейнером-хранилищем 4 через впускные трубопроводы 48 и соединительный канал.
Резервуар 28 содержит также одну или несколько камер 52а, 52b, 52c, 52d, называемых «пузырьковыми камерами», которые сообщаются с так называемой «замедляющей» камерой 53, которая, в свою очередь, сообщается с изолирующей камерой 2 через отверстия 36 резервуара 28.
Устройство может содержать, например, четыре пузырьковые камеры 52а, 52b, 52c, 52d и пять внутренних камер 54а, 54b, 54c, 54d, 54e, распределенных с двух сторон от пузырьковых камер (фиг. 3С, 3D, 3F, 3K).
Резервуар 28 содержит боковые разделительные элементы 50 между внутренними камерами 54а, 54b, 54c, 54d, 54e и пузырьковыми камерами 52а, 52b, 52c, 52d, выполненные в виде пластин, проходящих в направлении, перпендикулярном к нижней стенке 32 резервуара 28. В условиях нормальной работы разделительные элементы 50 погружены в жидкость 26, не доходя до нижней стенки 32 резервуара 28.
Среди всех внутренних камер камеры 54b, 54c, 54d, находящиеся соответственно между пузырьковыми камерами 52а, 52b, 52c, 52d, ограничены сбоку с каждой стороны разделительными элементами 50.
Каждая из остальных внутренних камер 54а, 54е, находящихся с двух сторон от комплекса пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d, ограничена разделительным элементом 50 и пластиной 55а, 55b, образующей перегородку, которая проходит в направлении, перпендикулярном к нижней стенке 32 резервуара 28. Пластины 55а, 55b, образующие перегородки, имеют высоту, превышающую высоту разделительных элементов 50, и тоже при нормальной работе погружены в жидкость 26. В случае необходимости пластины 55а, 55b, образующие перегородки, могут достигать нижней стенки 32 резервуара 28 (фиг. 3С, 3D). Концы пластин 55а, 55b, образующих перегородки, находящиеся вблизи нижней стенки 32, могут содержать дугообразные отверстия, предусмотренные для пропускания жидкости 26 и в то же время позволяющие пластинам 55а, 55b сохранять свою нормальную жесткость.
Другие пластины 51а, 51b, 51c, 51d, 51e, расположенные в верхней части резервуара 28 в одной плоскости, параллельной его нижней стенке 32, ограничивают верх или верхнюю часть внутренних камер 54а, 54b, 54c, 54d, 54e.
Замедляющая камера 53, находящаяся в верхней части резервуара 28, ограничена с каждой стороны боковыми стенками 34 резервуара 28, а также пластинами 51а, 51b, 51c, 51d, 51e.
Замедляющая камера 53 имеет большее сечение, чем пузырьковые камеры 52а, 52b, 52c, 52d (фиг. 3С).
Как показано на фиг. 3С, каждый разделительный элемент 50 резервуара 28 может быть связан на уровне своего верхнего конца с одной из пластин 51а, 51b, 51c, 51d, 51e и на уровне своего нижнего конца с так называемой «волнорезной» пластиной 56, погруженной в жидкость 26 при нормальной работе устройства 10 ограничения.
Волнорезные пластины 56 проходят внутрь пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d в направлении, которое может быть параллельным дну 32 резервуара.
Впускные трубопроводы 48 расположены таким образом, чтобы газовый поток, поступающий в эти впускные трубопроводы 48, направлялся под волнорезными пластинами 56.
3
В заявленном устройстве ограничения развернутая длина волнореза 56 соответствует совокупности всех длин L пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d, то есть равна 8 L, например, приблизительно 12 метров. Такая длина образования пузырьков позволяет обрабатывать газ с большим расходом, например, порядка 20000 м/ч, заставляя воздух проходить в воду.
Устройство 10 ограничения содержит также устройства 58 разбивания пузырьков, предназначенные для разбивания газовых пузырей на более мелкие пузырьки, чтобы максимально увеличить площадь обмена между газом и жидкостью 26 во время фазы 200 развития пожара, описанной выше со ссылками на фиг. 1.
Устройства 58 разбивания пузырьков (фиг. 3C, при этом на фиг. 3D устройства 58 разбивания пузырьков не показаны) способствуют теплообмену между газами и жидкостью 26 и обеспечивают также компромисс между ограничением напора и предупреждением слияния пузырьков.
Каждое устройство 58 разбивания пузырьков расположено в нижней части пузырьковой камеры 52а, 52b, 52c, 52d и опирается на волнорезные пластины 56 пузырьковой камеры 52а, 52b, 52c, 52d. При нормальной работе устройства 58 разбивания пузырьков погружены в жидкость 26 устройства 10 ограничения. Каждое устройство 58 разбивания пузырьков может быть выполнено, например, посредством наложения друг на друга слоев переплетенной металлической проволоки, при этом каждый слой расположен между удерживающими решетками.
Устройство 10 ограничения может также содержать противоразбрызгивающие устройства 64, предназначенные для ограничения разбрызгивания жидкости 26 во время выхода газов из помещения 4 (фиг. 3С, при этом на фиг. 3D противоразбрызгивающие устройства 64 не показаны). Каждое противоразбрызгивающее устройство 64 расположено в верхней части пузырьковой камеры 52а, 52b, 52c, 52d и может быть выполнено, например, в виде слоя переплетенной металлической проволоки, при этом упомянутый слой расположен между двумя удерживающими решетками. Пузырьковые камеры и противоразбрызгивающие устройства 64 соединены в виде корзин и закреплены на поперечинах 66, опирающихся на пластины 51а, 51b, 51c, 51d, 51e.
Согласно варианту выполнения, каждое противоразбрызгивающее устройство 64 может быть соединено с устройством 58 разбивания пузырьков, которое находится в той же пузырьковой камере, при помощи корзин и крепежных штырей 61 (фиг. 3С).
Эти крепежные штыри 61 позволяют производить одновременный монтаж противоразбрызгивающих устройств 64 и устройств 58 разбивания пузырьков в пузырьковых камерах 52а, 52b, 52c, 52d.
Противоразбрызгивающие устройства 64 находятся на входе замедляющей камеры 53, тогда как на ее выходе находится каплеотделитель 63, установленный на верхней части резервуара 28. Каплеотделитель 63 предназначен для отделения жидких частиц, находящихся во взвешенном состоянии в выходящем из него газовом потоке. Такой каплеотделитель 63 позволяет ограничить выбросы жидкости наружу резервуара (см. фиг. 3А-3С, при этом на фиг. 3D, 3E, 3I, 3K резервуар показан без каплеотделителя). На выходе каплеотделителя 63 предусмотрены отверстия 36, сообщающиеся с изолирующей камерой 2.
Вблизи входа замедляющей камеры 53 и выхода пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d находятся отверстия 551 сбора жидкости, выполненные в пластине 51а.
Резервуар 28 содержит также камеру 82 регулирования уровней жидкости, работа которой будет описана ниже и которая отделена от пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d и от внутренних камер 54а, 54b, 54c, 54d, 54e стенкой 340 (на фиг. 3I камера 82 регулирования не показана).
Стенка 340 выполнена ажурной и содержит отверстия 341, пропускающие жидкость 26, находящуюся в резервуаре 28.
В заявленном устройстве ограничения встроенные в резервуар 28 переливные баки 72а, 72b предусмотрены с каждой стороны резервуара и сообщаются с ним через отверстия 341, выполненные в стенках 34.
Эти переливные баки 72а, 72b предназначены для сбора жидкости 26, когда ее уровень превышает в резервуаре 28 определенную пороговую высоту. В частности, баки 72а, 72b позволяют ограничивать напор во время работы устройства, поскольку высота воды напрямую связана с разностью давления.
Эта пороговая высота зависит от порога срабатывания, который необходимо предусмотреть для устройства. Когда переливание излишка жидкости 26 предусматривают на определенной пороговой высоте, тем самым устанавливают пороговое значение давления жидкости 26 в емкости 29. Переливные баки позволяют повысить надежность устройства за счет фиксирования порогового значения давления срабатывания при любом расходе обрабатываемого газа и при любом уровне жидкости в резервуаре.
Таким образом, переливные баки 72а, 72b позволяют отбирать жидкость 26, в частности, в случае нарушения в работе контура подачи жидкости 26. Действительно, избыток жидкости 26, появляющийся в результате утечки в контуре подачи жидкости, может быть отобран в переливные баки 72а, 72b и не будет мешать работе устройства 10 ограничения, поскольку уровень давления срабатывания, связанный с высотой жидкости 26, будет сохранен.
Переливные баки 72а, 72b позволяют также применять более простую систему регулирования уровней жидкости по сравнению с известным устройством ограничения, например, описанным в документе FR 2879471.
Переливные баки 72а, 72b позволяют также удалять большое количество воды за короткое время и при очень ограниченном напоре, например, от 100 до 200 литров менее чем за 5 секунд, при напоре в 100 Па.
Для направления упомянутой жидкости 26 в баки 72а, 72b предусмотрены водостоки 73. Эти водостоки 73 позволяют увеличить длину перелива и улучшают способность устройства компенсировать резкое изменение уровня жидкости 26, например, связанное с резким повышением давления в контейнере-хранилище.
Для облегчения транспортировки резервуара 28 можно предусмотреть соответствующие элементы. В частности, на верхних углах резервуара можно предусмотреть проушины 485 для продевания в них средств, таких как один или несколько стропов для подъема резервуара 28.
Можно также предусмотреть отверстия 487 на нижних углах резервуара для захождения вилок транспортировочных средств, таких как погрузчики поддонов для перемещения резервуара 28 (фиг. 3Е, фиг. 3K).
Резервуар может быть оборудован несколькими фланцами, расположенными с одной стороны резервуара 28, в частности водоналивным фланцем 91, нижним 92 и верхним 93 фланцами, между которыми расположен водяной столбик для визуального контроля уровня, нижние 95 и верхние 96 фланцы измерения уровня, фланцы 97 для осушения баков (фиг. 3J).
Устройство 10 ограничения дополнительно содержит систему 80 регулирования уровней жидкости, которая позволяет:
- поддерживать уровень жидкости 26 в резервуаре 28 при нормальной работе, и
- заполнять резервуар 28 жидкостью 27 при выбросе газов во время фазы 200 развития пожара, чтобы компенсировать расход жидкости 26 при испарении или при переливе в баки 72а, 72b, а также обеспечивать непрерывность теплообмена между газами и жидкостью 26, чтобы охлаждать газообразные продукты горения до температуры ниже пороговой температуры повторного воспламенения.
Система 80 регулирования уровней жидкости является механической системой и схематично показана на фиг. 4B, 4D, 4F, 4H, 4J.
Пластины, образующие перегородку 55а, 55b, находятся на расстоянии от входа переливных баков 72а, 72b и обеспечивают разделение между входами баков 72а, 72b и внутренними камерами 54а, 54е. В верхней части на боковой стороне пластины 55b выполнены отверстия 552, в частности, для повторной подачи жидкости и для обеспечения установления давления в переливных баках (фиг. 3D).
Система 80 регулирования уровней жидкости содержит закрытый отсек 82 регулирования.
В примере, показанном на фиг. 4А-4I, отсек 82 регулирования примыкает к резервуару 28 и находится в зонах, не подверженных образованию пузырьков газов во время различных фаз работы устройства 10 ограничения, то есть фаз выпуска (фиг. 4G и 4Н) и фаз впуска (фиг. 4I и 4J).
Отсек 82 регулирования отделен стенкой от пузырьковых камер и внутренних камер, причем эта стенка содержит соединительные отверстия 86.
В примере, показанном на фиг. 4А-4I, отсек 82 регулирования находится под давлением контейнера-хранилища 4, благодаря наличию аэрационного отверстия 86, напрямую связанного с соединительным трубопроводом 46, и соединен с резервуаром 28 через соединительное отверстие 341, находящееся в нижней части общей стенки 340.
Отсек 82 регулирования уровней жидкости выполняет также функцию резерва жидкости 36. Он находится на высоте по отношению к устройству 10 ограничения, что позволяет производить из него слив одновременно с устройством. Резерв позволяет пополнять картер жидкостью 26 в случае понижения уровня жидкости 26 в устройстве 10 ограничения. Его емкость определяют в зависимости от интенсивности огня.
Система 80 регулирования уровней жидкости содержит также контур питания и удаления, который содержит трубку 102 подачи жидкости 26, трубку заполнения 118, питающую отсек 82 регулирования через поплавковый вентиль 140.
Ниже следует более подробное описание функций различных элементов системы 80 регулирования уровней жидкости.
Поплавковый вентиль 140, закрытый при нормальной работе, находится в отсеке 82 регулирования, соединенном с внутренней камерой 54; положение этого поплавкового вентиля 140 в отсеке 82 регулирования определяет количество жидкости 26, которое находится в устройстве 10 ограничения.
Далее следует описание работы устройства 10 ограничения со ссылками на фиг. 4С, 4Е, 4G, 4I, с одной стороны, на которых в продольном вертикальном разрезе показан резервуар с его переливными баками 72а, 72b и внутренними и пузырьковыми камерами в соответствующих ситуациях состояния равновесия, фазы непосредственно перед срабатыванием, фазы выпуска и фазы впуска воздуха.
Точно также на фиг. 4D, 4F, 4H, 4J отсек 82 регулирования показан в соответствующих ситуациях состояния равновесия, фазы непосредственно перед срабатыванием, фазы срабатывания и фазы впуска воздуха.
При нормальной работе или в «состоянии равновесия» (фиг. 4С и 4D) устройство 10 ограничения обеспечивает статическое изолирование контейнера-хранилища 4. Действительно, присутствие жидкости 26 над концом разделительных элементов 50, ограничивающих пузырьковые камеры и внутренние камеры, обеспечивает герметичность контейнера-хранилища 4 на уровне устройства 10 ограничения.
В ситуации пожара описанное выше устройство 10 ограничения работает автономно и пассивно следующим образом:
во время первой фазы 200 пожара (фиг. 4Е и 4F), соответствующей развитию объемного и неконтролируемого пожара в контейнере-хранилище 4, давление и температура в нем резко повышаются. Внутренние камеры 54b, 54c, 54d резервуара 28 сообщаются с охваченным огнем контейнером-хранилищем 4 через впускной трубопровод 48. Следовательно, повышение давления выталкивает жидкость 26 из внутренних камер и приводит к ее кипению в пузырьковых камерах и к ее переливу в переливной бак 72а.
Уровень жидкости 26 во внутренних камерах 54а, 54b, 54c, 54d, 54e понижается до уровня волнорезных пластин 56, находящихся на концах разделительных элементов 50. Когда давление во внутренних камерах 54а, 54b, 54c, 54d, 54e достигает порогового давления срабатывания р_есн (фиг. 4G и 4Н), горячие газы из зоны пожара проходят под волнорезными пластинами 56 и образуют большие газовые пузыри.
Во время подъема на поверхность пузырьковых камер 52а, 52b, 52c, 52d большие газовые пузыри разбиваются на очень мелкие пузырьки при помощи устройств 58 разбивания пузырьков. Мелкие пузырьки поднимаются на свободную поверхность воды. Энергия, передаваемая в воду от газовых пузырьков, вызывает кипение, которое приводит к выбросам воды (при этом газовые пузырьки превращаются в водяные капли), останавливаемым замедляющей камерой 53, противоразбрызгивающими устройствами 64 и каплеотделителем 63. Уровень жидкости 26 в отсеке 82 регулирования, который регулирует внутреннюю камеру 54, понижается и, следовательно, поплавковый вентиль 140 открывается (фиг. 4Н).
Как следствие, приводится в действие система 80 регулирования уровней жидкости, и жидкость 26 поступает в устройство 10 ограничения.
s
Устройство 10 ограничения сработало автономно и пассивно при пороговом давлении р_есн, меньшем «безопасного давления» P органов изолирования контейнера-хранилища 4.
Горячие газы при пожаре охлаждаются при кипении в пузырьковых камерах 52а, 52b, 52c, 52d до температуры ниже пороговой температуры повторного воспламенения, что препятствует распространению пожара в изолирующую камеру 2.
Высокая степень подачи свежего воздуха при вентиляции изолирующей камеры 2 относительно объема охлажденных газов, выходящих из устройства 10 ограничения, обеспечивает разбавление газов. Система вентиляции изолирующей камеры 2 может обеспечивать динамическое изолирование и обработку атмосферы изолирующей камеры 2 за счет последнего фильтрующего барьера 16 перед выбросом во внешнюю окружающую среду.
Во время второй фазы 208 пожара (фиг. 4I и 4J), соответствующей фазе затухания пожара, температура и давление резко понижаются, и возникающее таким образом разрежение может достигать несколько тысяч паскалей. Как только контейнер-хранилище 4 оказывается под разрежением, внутренняя камера или внутренние камеры 54b, 54c, 54d и отсек 82 регулирования, который регулирует эту внутреннюю камеру или эти внутренние камеры 54b, 54c, 54d, сообщающиеся с контейнером-хранилищем 4, тоже оказываются под разрежением. Как только разрежение во внутренней камере или внутренних камерах 54b, 54c, 54d достигает порога p_adm, устройство 10 ограничения работает полностью в реверсивном режиме.
s
Свежий воздух, поступающий из изолирующей камеры 2, проходит под волнорезными пластинами 56 пузырьковых камер 52, при этом происходит образование воздушных пузырьков, поднимающихся на поверхность жидкости 26 во внутренней камере 54 и попадающих в контейнер-хранилище 4, что ограничивает разрежение в контейнере-хранилище 4 значением, меньшим безопасного разрежения: -P.
Уровни жидкости 26 внутренней камеры 54 и отсека 82 регулирования, сообщающегося с этой внутренней камерой 54, повышаются, поплавковый вентиль 140 закрывается и, следовательно, система 80 подачи жидкости не срабатывает. Поступление свежего воздуха в очаг пожара может привести к повторному воспламенению, с которым эффективно борется устройство 10 ограничения.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ
s
Обычно размеры различных компонентов устройства 10 ограничения определяют на основе общей оценки предельных термодинамических условий неконтролируемого объемного пожара в контейнере-хранилище 4. Это предварительное исследование позволяет определить пороги давления срабатывания р_есн и p_adm устройства 10 ограничения и расход потока, который должен выходить через устройство 10 ограничения, для поддержания давления в контейнере-хранилище 4 в значении, меньшем «безопасного давления» P органов изолирования, то есть противопожарных клапанов, шлюзовых дверей, перегородок.
Ниже приведен пример размеров для случая объемного пожара с очень медленной кинетикой, что может соответствовать случают отходов, упакованных в металлические бочки:
s
- безопасное давление P изолирующих органов: +/- 2100 Па,
3
- объем изолирующей камеры 2: 15000 м,
3
- объем контейнера-хранилища 4: 3000 м,
- степень обновления воздуха при вентиляции: 2 объема/час,
- давление срабатывания устройства 10, 11 ограничения во время первой фазы 200 развития пожара: + 1200 Па,
- давление срабатывания устройства 10, 11 ограничения во время фазы впуска: - 1200 Па,
3
- теоретический расход газов, выходящих из контейнера-хранилища 4: 20000 м/час.