способ борьбы с пожарами
Классы МПК: | A62C2/00 Способы и устройства для предотвращения пожара или сдерживания огня |
Автор(ы): | Портола В.А. |
Патентообладатель(и): | Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-02-18 публикация патента:
10.10.1997 |
Использование: в противопожарной технике. Сущность изобретения: способ борьбы с пожарами включает подачу в зону обработку замороженной жидкости, при этом жидкость распыляют и замораживают в потоке охлаждающегося при расширении газа. 26 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ борьбы с пожарами, включающий подачу в зону обработки замороженной жидкости, отличающийся тем, что жидкость распыляют и замораживают в потоке охлаждающегося при расширении газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость предварительно испаряют, а образующийся пар вводят в поток газа. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в пар предварительно распыляют жидкость и образующуюся смесь вводят в поток газа. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что ведут контроль за температурой образующейся при расширении газа смеси и поддерживают ее ниже значения, при котором замерзают жидкость и сконденсировавшаяся из пара жидкость. 5. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что расширение газа осуществляют в сопле, например сопле Лаваля. 6. Способ по пп.1,2,3,5, отличающийся тем, что жидкость, пар или их смесь вводят в поток газа в наиболее суженной части сопла. 7. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что осуществляют контроль и регулирование перепада давления газа при его расширении. 8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что регулирование перепада давления газа при подаче в него жидкости осуществляют по формулегде Pн начальное давление газа, Па;
Pк давление газа после расширения, Па;
Gж расход жидкости, кг/с;
Gг расход газа, кг/с;
Qзж теплота замерзания жидкости, Дж/кг;
Cж теплоемкость жидкости, Дж/(кгК);
Cг теплоемкость газа, Дж/(кгК);
Tзж температура замерзания жидкости, К;
Tн начальная температура газа, К;
Tж температура вводимой жидкости, К;
K показатель адиабаты. 9. Способ по пп. 2 и 7, отличающийся тем, что регулирование перепада давления газа при подаче в него пара осуществляют по формуле
где Gп расход пара, кг/с;
Cп теплоемкость пара, Дж/(кгК);
Cкп теплоемкость сконденсировавшейся из пара жидкости, Дж/(кгК);
Qкп теплота конденсации пара, Дж/кг;
Qзкп теплота замерзания сконденсировавшейся жидкости, Дж/кг;
Tп температура пара, К;
Tкп температура конденсации пара, К;
Tзкп температура замерзания сконденсировавшейся жидкости, К. 10. Способ по пп. 3 и 7, отличающийся тем, что соотношение перепада давления газа при подаче в него смеси пара и жидкости устанавливают по уравнению
11. Способ по пп. 1 -3, отличающийся тем, что осуществляют контроль и регулирование температуры подаваемого газа. 12. Способ по пп.1 и 11, отличающийся тем, что температуру подаваемого газа при распылении в него жидкости устанавливают по соотношению
13. Способ по пп.2 и 11, отличающийся тем, что температуру подаваемого газа при распылении в него пара устанавливают по соотношению
14. Способ по пп.3 и 11, отличающийся тем, что температуру подаваемого газа при распылении в него пара и жидкости устанавливают по формуле
15. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что осуществляют контроль и регулирование соотношения расхода вводимого компонента и газа. 16. Способ по пп. 1 и 15, отличающийся тем, что соотношение расхода вводимой жидкости и газа определяют по формуле
17. Способ по пп. 2 и 15, отличающийся тем, что соотношение вводимого пара и газа устанавливают по формуле
18. Способ по пп.1-17, отличающийся тем, что в качестве газа используют инертный газ. 19. Способ по пп.1 17, отличающийся тем, что в качестве газа используют воздух. 20. Способ по пп.1 17, отличающийся тем, что в качестве газа используют смесь воздуха и инертного газа с концентрацией кислорода ниже значения, поддерживающего процессы самовозгорания и горения. 21. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют воду. 22. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют состав антипирогена и(или) хладагента. 23. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют углекислый газ. 24. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что в качестве пара используют водяной пар. 25. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в образующуюся смесь дополнительно вводят твердое вещество в виде порошка. 26. Способ по пп.1 3, 25, отличающийся тем, что вводимый порошок взаимодействует с жидкостью с поглощением теплоты и(или) образованием антипирогенного состава. 27. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что жидкость, пар или их смесь вводят в охлаждающийся при расширении газ порциями периодически.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к противопожарной технике, в том числе служит для подавления подземных пожаров и самонагреваний в шахтах и рудниках. Известен способ борьбы с пожарами, включающий подачу в зону горения инертного газа (см. а. с. 1588837, кл. E 21 F 5/00). Недостатком способа является низкий теплосъем от очага пожара и зон повышенной температуры. Наиболее близким техническим решением является способ борьбы с пожарами, включающий подачу в зону горения замороженной жидкости, полученной при смешивании с жидким газом (а. с. 1718981 кл. A 62 C 5/00, а. с. 17114159, кл. E 21 F 5/00). Данный способ позволяет повысить теплосъем с очагов пожара за счет дополнительных потерь тепла на перевод частиц из твердого в жидкое состояние. Однако его недостатком является потребность в дорогостоящем и дефицитном сжиженном газе, сложном и дорогом оборудовании для его хранения и выдачи, а также низкая эффективность из-за небольшой дальности транспортирования образованной смеси. Целью изобретения является расширение области применения способа, снижение стоимости и повышение эффективности работ при борьбе с пожарами. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу борьбы с пожарами, включающему подачу в зону обработки замерзшей жидкости, жидкость распыляют и замораживают в потоке охлаждающегося при расширении газа. Дополнительным отличием является предварительное испарение жидкости и подача в газ пара или смеси пара и жидкости. Расширение газа осуществляют в сопле, например сопле Лаваля, а пар, жидкость или их смесь вводят в поток газа в наиболее суженной части пола. Ведут контроль за температурой образующейся при расширении газа смеси и поддерживают ее ниже значения, при котором замерзают жидкость и конденсат. Контролируют и регулируют перепад давления газа при расширении. При подаче в газ жидкости перепад давления газа устанавливают по формуле:где Pн начальное давление газа, Па; Pк давление газа после расширения, Па; Gж -расход жидкости, кг/с; Gг расход газа, кг/с; Qзж теплота замерзания жидкости, Дж/кг; Cж - теплоемкость жидкости, Дж/(кгК); Cг теплоемкость газа, Дж/(кгК); Tзж температура замерзания жидкости, К; Tн - начальная температура газа, К; Tж температура вводимой жидкости, К; K показатель адиабаты. Перепад давления расширяющегося газа при подаче в него пара устанавливают по формуле:
где Gп расход пара, кг/с; Cп теплоемкость пара, Дж/(кгК); Cкп теплоемкость сконденсировавшейся из пара жидкости, Дж/(кгК); Qкп теплота конденсации пара, Дж/кг; Qзкп - теплота замерзания сконденсировавшейся жидкости, Дж/кг; Tп температура пара, К; Tкп температура конденсации пара, К; Tзкп температура замерзания сконденсировавшейся жидкости, К. Перепад давления расширяющегося при подаче в него смеси пара и жидкости устанавливают по формуле:
где Tз температура замерзания жидкости и сконденсировавшегося пара, К. Дополнительным отличием является контроль и регулирование температуры подаваемого газа. В случае подачи в газ жидкости, температуру его устанавливают по уравнению:
При подаче в газ пара начальную температуру газа устанавливают по формуле:
Начальную температуру газа при подаче в него смеси пара и жидкости устанавливают по формуле:
Отличием является также контроль и регулирование соотношения расхода вводимого компонента и газа. В случае ввода в газ жидкости соотношение расхода жидкости и газа устанавливают по формуле:
Соотношение расхода пара и газа устанавливают по формуле:
В качестве газа может использоваться инертный газ, воздух или их смесь с содержанием кислорода ниже значения, поддерживающего процесс самовозгорания и горения. В качестве жидкости используют воду, составы антипирогена и/или/ хладагента, а также жидкий углекислый газ. В качестве пара можно использовать водяной пар. Дополнительно в образующуюся смесь вводят твердое вещество в виде порошка, взаимодействующего с жидкостью с поглощением теплоты и/или образованием антипирогенного состава. Замораживание жидкости возможно газом, температура которого снижается в процессе адиабатического расширения. В ходе такого расширения измерение параметров газа происходит по формуле:
где Tк конечная температура газа, К; Tн начальная температура газа, К; Pк конечное давление газа после расширения, Па; Pн давление пара перед расширением, Па; K показатель адиабаты. Для определения конечной температуры расширяющегося газа, необходимой для замораживания вводимой в газ жидкости, можно воспользоваться теплового баланса:
GтCг(Tзж-Tк)GжCж (Tж-Tсж)+GжQзж (10)
где Gг расход газа, кг/с; Gж расход жидкости, кг/с; Cг теплоемкость газа, Дж/(кгК); Cж теплоемкость жидкости, Дж/(кгК); Qзж теплота замерзания жидкости, Дж/кг; Tж температура замерзания жидкости, К; Tж температура жидкости, К. Преобразуя уравнение (10) и подставляя получаемое значение в (9), имеем следующее выражение для определения перепада давления, необходимого для замораживания жидкости расширяющимся газом:
Замораживание пара газом происходит при соблюдении условия
GгCг(Tзкп-Tк)Gп[Cп (Tп-Tкп)+Cкп(Tкп-Tзкп)+Qкп+ Qзкп] (12)
где Gп расход пара, кг/с; Qкп теплота конденсации пара, Дж/кг; Qзкп теплота замерзания сконденсировавшейся жидкости, Дж/кг; Cп теплоемкость пара, Дж/(кгК); Cкп теплоемкость сконденсировавшейся жидкости, Дж/(кгК); Tп температура пара, К; Tкп температура конденсации пара, К; Tзкп температура замерзания сконденсировавшегося пара, К. Преобразуя (12), получаем уравнение, описывающее температуру газа, необходимую для замораживания вводимого в него пара:
Подставляя (13) в (9) и преобразуя уравнение, получим выражение, описывающее перепад давления расширяющегося газа, обеспечивающий замораживание вводимого пара:
Замораживание смеси жидкости и пара при перемешивании с газом происходит при выполнении условия:
GгCг(Tз-Tк)GпCп (Tп-Tкп)+GпCкп(Tкп-Tз)+Gп Qкп+GпQзкп+GжCж(Tж-Tз)+ GжQзж, (15)
где Tз температура замораживания жидкости и пара, К. Используя уравнение (15) для получения температуры газа, необходимой для замораживания смеси пара и жидкости (Tк), и подставляя его в (9) имеем выражения для определения необходимого перепада давления газа.
Использование уравнений (11), (14) и (16) позволяет замораживать вводимые в газ компоненты путем регулирования перепада давления расширяющегося газа в зависимости от его температуры, расхода и параметров вводимых веществ. Показатель адиабаты для двухатомных газов (воздух, азот и др.) равен 1,4. Для перегретого пара показатель адиабаты равен 1,3. Сжатый газ намного проще и дешевле получить, чем сжиженный газ. Поэтому применение принципа замораживания жидкости в струе расширяющегося газа значительно расширит область применения данного способа борьбы с пожарами, удешевит и упростит его. Кроме того, повысится качество получаемой смеси из-за того, что происходит интенсивное перемешивание распыляемой жидкости в поток расширяющегося газа. Наиболее эффективно температура газа снижается при адиабатическом расширении в сопле, например, сопле Лаваля. Для лучшего распыления вводимых компонентов целесообразно вводить их в наиболее суженную часть сопла. В этом случае вводимое вещество проходит весь путь расширения и лучше распыляется. Кроме того, в этом случае частицы набирают наибольшую скорость, что увеличивает дальность их транспортировки и эффективность тушения. Подача и замораживание в газе пара позволяет существенно уменьшить размер замораживаемых частиц. Это приводит к лучшему проникновению таких частиц в различные трещины, поры и пр. а также увеличивает общую поверхность хладагента, что способствует повышению эффективности борьбы с пожарами. Использование смеси пара и жидкости позволит варьировать в широких пределах содержание замороженных частиц в газе и их размеры, что приведет к повышению охлаждающего и профилактического действия обработки. Одним из способов поддержания непрерывного замораживания вводимых частиц является контроль за температурой образующейся смеси и поддержание ее ниже значения, при котором замерзает жидкость и сконденсировавшаяся из пара жидкость. В некоторых случаях, когда невозможно создать необходимый перепад давления, целесообразно осуществлять контроль и регулировку температуры подаваемого газа. Для получения выражения, описывающего требуемую температуру газа при вводе в него жидкости используемом уравнение (9), подставляя в него вместо Tк значение, получаемое из формулы (10). В результате получим уравнение (4), позволяющее определить температуру газа при заданном перепаде давления, необходимую для замораживания вводимой жидкости. Аналогично получаем уравнения (5) и (6), позволяющие определить температуру подаваемого газа для замораживания пара и смеси с жидкостью, используя формулу (9) и соответственно (12) и (15). В случае невозможности регулирования в требуемых интервалах перепада давления газа и его начальной температуры осуществляют контроль и регулировку соотношения расхода вводимого компонента и газа. Для определения формулы, описывающей соотношение расхода подаваемой жидкости и газа, используем уравнение (10)
Подставляя в (17) значение Tк, получаемое из (9), имеем выражение (7), позволяющее получить соотношение расхода исходных компонентов, обеспечивающее замораживание вводимой жидкости. Аналогично получаем уравнение (8), позволяющее заморозить пар, используя формулы (12) и (9). В качестве газа можно использовать инертный газ, воздух или их смесь с концентрацией кислорода ниже значения поддерживающего процесс самовозгорания и горения. В качестве жидкости можно использовать воду или состав антипирогена и/или хладагента. Если в качестве жидкости использовать углекислый газ, то, охлаждаясь и расширяясь, он образует твердую фазу, которая в очаге пожара испаряется, поглощая теплоту и создавая инертную среду. Водяной пар можно использовать в качестве вводимого в газ пара, что упрощает и удешевляет способ борьбы с пожарами. Дополнительно в образующуюся смесь можно вводить твердое вещество в виде порошка, которое может взаимодействовать в жидкостью с поглощением теплоты и/или образованием антипирогенного состава. Это позволит повысить эффективность борьбы с пожарами за счет дополнительного теплосъема, увеличения дальности транспортирования смеси и роста антипирогенного действия. При необходимости, например, подаче смеси в выработанное пространство шахт, жидкость, пар или их смесь целесообразно вводить в газ порциями периодически. В этом случае увеличивается дальность транспортирования замерзших частиц и дополнительное замораживание продуваемого массива за счет меньшей температуры газа. Способ реализуется следующим образом. Для подавления возникшего пожара или предупреждения самовозгорания окисляющегося материала устанавливают сопло, которое подключают к источнику сжатого газа (компрессору, емкости газа и др.). В поток расширяющегося в сопле газа разбрызгивают жидкость, пар или их смесь. Потенциальная энергия газа при расширении переходит в кинетическую, происходит его охлаждение и замораживание введенных компонентов. С большой скоростью частицы льда и газа вылетают из сопла и направляются в очаг пожара или место обработки. Жидкость можно подавать по патрубку из емкости или трубопровода, а пар получать в парогенераторе. устанавливают сопло в наибольшей близости от очага или места обработки, а при невозможности этого образующиеся продукты подают к объекту обработки по трубопроводу. При необходимости в образовавшиеся в сопле продукты добавляют порошок, являющийся хладагентом и/или антипирогеном. В качестве жидкости также могут использоваться составы аналогичного действия. В установке предусмотрены приборы для контроля за расходом компонентов, перепадом давления газа и температурой входящего газа и образуемой смеси. Установка имеет также регуляторы расхода компонентов. Для регулирования температуры подаваемого газа могут использоваться холодильники, теплообменники м пр. Перепад давления газа можно регулировать подбором компрессоров и др. Образующиеся частицы льда охлаждают горящие поверхности за счет поглощения тепла на таяние, нагревание и испарение жидкости или предотвращают самовозгорание за счет антипирогенного действия жидкости, порошка и инертизации атмосферы. Применение предложенного способа позволит повысить эффективность борьбы с пожарами за счет возможности широкого его применения, (не требует криогенных жидкостей), увеличения дальности транспортирования смеси и снижения стоимости проводимых работ. Одновременно повышается безопасность работ за счет быстрого развертывания работ. Сокращается время тушения пожаров за счет возможности резко увеличить производительность подачи требуемой смеси.
Класс A62C2/00 Способы и устройства для предотвращения пожара или сдерживания огня