СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА В ЗАМКНУТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ
METHOD OF FIRE EXTINCTION IN CLOSED SPACE

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в строительстве, добыче и переработке нефти и газа, транспортировке продуктов переработки, энергетике, на надводных и подводных судах морского флота и в других областях при ликвидации пожаров, возникших в замкнутых пространствах (объемах).
Известно, что для возникновения и развития процесса горения, обуславливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего вещества, окислителя и непрерывного теплового потока от очага пожара к горючему материалу. Поэтому для прекращения горения достаточно исключить какой-либо из этих элементов.
Способы прекращения горения (тушения пожаров) вытекают из анализа уравнения скорости реакции окисления горючего вещества:
а
b
W=A[г][o]exp(-E/RТ),
где W - скорость реакции окисления горючего;
[г] и [o] - концентрации горючего и окислителя соответственно;
А - предэкспонента; а и b - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции;
Е - энергия активации реакции; R - газовая постоянная;
Т - температура в зоне реакции.
Как видно из уравнения, подавление горения прежде всего связано с уменьшением скорости реакции, чего добиваются уменьшением величины каждого из сомножителей, входящих в это уравнение:
- снижением содержания горючего компонента;
- уменьшением концентрации окислителя;
- увеличением энергии активации реакции;
- снижением температуры процесса.
В соответствии с этим существуют следующие способы пожаротушения:
- охлаждение очага горения или горящего материала ниже определенных температур;
- изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода в воздухе путем разбавления негорючими газами;
- торможение (ингибирование) скорости реакции окисления;
- механический срыв пламени сильной струей газа или воды;
- создание условий огнепреграждения, при которых пламя распространяется через узкие каналы, сечение которых ниже тушащего диаметра.
Реализацию перечисленных способов осуществляют применением различных огнетушащих веществ и составов, называемых средствами тушения. В настоящее время в качестве средств тушения используют:
- воду, которая может подаваться в очаг пожара сплошными или распыленными струями;
- пены (воздушно-механическая различной кратности и химическая), представляющие собой коллоидные системы, состоящие из пузырьков воздуха (в случае воздушно-механической пены) или диоксида углерода (в случае химической пены), окруженных пленками воды;
- инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, аргон, водяной пар, дымовые газы);
- гомогенные ингибиторы - низкокипящие галогеноуглеводороды (хладоны);
- гетерогенные ингибиторы - огнетушащие порошки;
- комбинированные составы.
Применительно к замкнутым пространствам может быть использован любой из перечисленных выше способов и средств тушения или их комбинация.
3
4
-5
-6
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ объемного тушения с использованием охлажденного аэрозольного огнетушащего состава (АОС), получаемого сжиганием твердотопливной композиции (ТТК) окислителя и восстановителя (горючего), принятый авторами за прототип. В качестве окислителя в ТТК обычно используют неорганические соединения щелочных металлов (преимущественно нитрат (КNО) и перхлорат (КСlO) калия), в качестве горючего-восстановителя - органические смолы (например, такие, как эпоксидная, идитол и т.п.). Образующийся в качестве продукта сгорания аэрозоль, состоящий из газовой фазы - преимущественно диоксида углерода - и взвешенной конденсированной фазы в виде тончайшего порошка, аналогичного огнетушащим порошкам на основе хлорида и карбоната калия и отличающегося от обычных порошков значительно большей дисперсностью (размер частиц обычных порошков около 5·10 м, а твердых частиц в АОС - около 10 м, т.е. различие примерно в 50 раз), охлаждают (так как температура АОС на выходе из зоны реакции ~1500 К) и подают в замкнутый объем. Частицы АОС ингибируют процесс горения вследствие гибели активных центров пламени на их поверхности или взаимодействия активных центров с газообразными продуктами разложения частиц.
Однако данному способу присущ недостаток, связанный с высокой температурой АОС после охлаждения (413-473 К). Этот недостаток обуславливает снижение огнетушащей способности из-за того, что горячий аэрозоль за счет конвекции поднимается в верхнюю часть замкнутого пространства и только по мере охлаждения достигает очагов пожара на его нижней отметке. За это время заметное количество аэрозоля теряется через неплотности в ограждениях, и тушение начинается с задержкой, составляющей до 1-3 мин. Кроме того, возникает необходимость создавать запас хладагента в генераторе АОС.
Задача, стоящая перед предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении времени от момента подачи сигнала на тушение и началом тушения (повышении огнетушащей способности), сокращении времени локализации и тушения пожара за счет дополнительного уменьшения температуры и концентрации окислителя в очаге пожара и уменьшении ущерба от пожара, а также в исключении необходимости создания запаса хладагента в генераторе АОС.
Решение задачи предлагается путем контактного охлаждения и насыщения парами жидкого хладагента (например, воды) смеси газообразных исходных реагентов, продуктов реакции и АОС с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы перед подачей ее в зону реакции (очаг пожара).
Новым в заявляемом изобретении является контактное охлаждение и насыщение парами жидкого хладагента смеси газообразных исходных реагентов, продуктов реакции и АОС с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы перед подачей ее в зону реакции (очаг пожара), которое осуществляют в контактном аппарате путем диспергирования смеси в жидкости за счет разрежения над ее поверхностью с образованием пены (газожидкостной эмульсии), при этом расход смеси на охлаждение изменяют пропорционально температуре в замкнутом пространстве, хладагента - пропорционально температуре жидкой фазы на выходе контактного аппарата, а уровень хладагента в контактном аппарате изменяют в требуемом диапазоне пропорционально расходу газовой фазы.
Кроме того, в состав жидкого хладагента вводят вещества, позволяющие удалять из состава смеси токсичные продукты сгорания с использованием процессов либо растворения, либо химического связывания последних в жидкой фазе. Высокотемпературный аэрозольный огнетушащий состав с содержащимися в нем частицами конденсированной твердой фазы подают под слой жидкого хладагента в контактный аппарат, охлаждают его и смешивают с охлажденной газовой фазой на выходе из контактного аппарата.
Указанные новые признаки не выявлены из существующего уровня развития техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена в соответствии со схемой, представленной на фигуре.
При возникновении возгорания в замкнутом пространстве 1 смесь воздуха и продуктов горения с повышенной температурой под действием разрежения, которое создают побудителем расхода 3, поступает в контактный аппарат 2 в слой хладагента. Туда же под действием избыточного давления из генератора 4 поступает и АОС с температурой ~1500 К. Одновременно через контактный аппарат 2, предварительно заполненный до заданного уровня жидким хладагентом, начинают осуществлять циркуляцию последнего. Контакт высокотемпературного АОС и смеси воздуха и продуктов горения с жидким хладагентом осуществляют в режиме эмульгирования, сопровождающегося образованием большого количества газовых пузырьков (пены). В газовых пузырьках через поверхность раздела фаз «газ-жидкость» осуществляется тепломассообмен между фазами. В результате тепломассообмена газовая фаза охлаждается и насыщается парами хладагента, т.е. изменяется ее состав, а температура хладагента изменяется на величину, определяемую разностью количеств теплоты, отдаваемой газовой фазой путем теплопередачи, и затрачиваемой на испарение хладагента. Содержащаяся в смеси воздуха, продуктов горения и АОС конденсированная твердая фаза также охлаждается, однако, ввиду высокой дисперсности, жидкой фазой не задерживается. Из контактного аппарата охлажденную и насыщенную парами хладагента газовую фазу, содержащую также высокодисперсную конденсированную твердую фазу, побудителем расхода 3 подают в замкнутое пространство. Для сокращения времени локализации и тушения пожара расход смеси через контактный аппарат увеличивают с помощью регулятора 5 в зависимости от температуры в замкнутом пространстве, а расход хладагента через побудитель расхода 6 изменяют регулятором 7 в зависимости от температуры жидкой фазы на выходе контактного аппарата и уровня хладагента в нем.
Подтверждением достижения решения поставленной задачи является следующее:
применение предлагаемого способа позволяет уменьшить время от момента подачи сигнала на тушение и началом тушения (повысить огнетушащую способность), сократить время локализации и тушения пожара (за счет уменьшения температуры и концентрации окислителя в очаге пожара), уменьшить ущерб от пожара, а также исключить необходимость создания запаса хладагента в генераторе АОС.
Указанное выше позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».
Библиография
1. А.Н.Баратов, В.А.Пчелинцев. Пожарная безопасность. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006.
2. Пожароопасность веществ и материалов и средства их тушения/ Справочник под ред. А.Н.Баратова и А.Я.Корольченко. - М.: 1990.
3. Системы аэрозольного тушения пожаров. Временные нормы проектирования и эксплуатации. НБП 21-94. - М.: 1994.