способ и устройство для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах

Формула изобретения

1. Способ тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей или с фиксированной крышей и понтоном или в резервуарах с плавающей крышей путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне резервуара или на плавающей крыше, отличающийся тем, что газодисперсную огнетушащую смесь образуют в два этапа:

первый - в емкости в форкамере с дисперсным гетерогенным химическим ингибитором горения путем подачи под давлением не менее 2,5 МПа не менее одной пятой части газообразного и/или сжиженного ингибитора горения или смеси газообразного и/или сжиженного флегматизатора с метил-, этил-, пропилкарбинолом или их смесью и/или 5-20%-ном раствором йода или йодида щелочного металла или аммония или их смеси в вышеназванных растворителях-карбонолах, причем впуск в форкамеру газообразных и/или сжиженных компонентов смеси производят из баллона или системы баллонов или газогенератора с пускозапорными устройствами по сигналу от извещателя или вручную через трубчатый аэратор, установленный внутри форкамеры, соединенной через выпускной клапан со вторичной разгонно-смесительной камерой, и открывающийся при давлении не менее 0,9 МПа, где формируют окончательно газодисперсную смесь при соотношении газовой и дисперсной фазы в пределах от 0,35:1 до 100:1, причем отношение газовых и сжиженных флегматизаторов берут в соотношении, обеспечивающем давление в газобаллонной системе не менее 4МПа при температуре -50°С,

второй - из разгонно-смесительной камеры через трубопровод газодисперсную смесь подают в сопловый блок, имеющий запорный клапан, вскрывающий сопловый блок, при этом последний выполнен со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе сопла не менее 0,11 МПа и массовый расход не менее 15 кг/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода и/или фторуглероды, или шестифтористую серу, в качестве газообразных и/или сжиженных гомогенных ингибиторов используют бром- и/или йодгалоген-углеводороды, в качестве газовых флегматизаторов используют азот или аргон, а в качестве гетерогенного ингибитора используют огнетушащие порошки на основе хлоридов, сульфатов, фосфатов или карбонатов щелочного, щелочноземельного металла или аммония или их смесь.

3. Устройство для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей, или с фиксированной крышей и понтоном, или с плавающей крышей, содержащее емкость-форкамеру с дисперсным химическим ингибитором горения с герметичной крышкой, источником или источниками газа, обеспечивающими инжекцию дисперсного ингибитора, находящегося в указанной емкости, пускозапорное устройство и выходной трубопровод с сопловым блоком, размещенным в верхней части резервуара над поверхностью жидкости, понтоном или плавающей крышей, отличающееся тем, что источник или источники газа связаны с полостью емкости с дисперсным ингибитором через трубчатый аэратор, закрепленный в крышке, имеющей выходной трубопровод с выпускным клапаном, открывающимся при давлении не менее 0,9 МПа и соединяющим емкость-форкамеру с разгонно-смесительной камерой, которая, в свою очередь, через трубопровод с мембранным, механическим или электрическим клапаном соединена с сопловым блоком, выполненным со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе не менее 0,11 МПа и скорость истечения не менее 240 м/с.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пускозапорное устройство выполнено с автоматическим, автономным и с ручным запуском.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области противопожарной техники и предлагает способ и устройство для тушения легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих (ГЖ) жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей (РВС), с фиксированной крышей и понтоном (РВСП) или в резервуарах с плавающей крышей (РВСПК) с помощью огнетушащей газодисперсной смеси.

Известен способ тушения горящих жидкостей, заключающийся в подаче в очаг пожара твердой двуокиси углерода в раздробленном виде с диаметром гранул 3-4 см. Гранулы подают под слой горящей жидкости компактными порциями (Авторское свидетельство СССР № 1687266 от 30.10.91). К недостаткам способа тушения горящих жидкостей твердой двуокисью углерода относится затруднительная ее подача в горящий резервуар по сливо-наливным технологическим трубопроводам, большой расход на тушение очага (не менее 0,7 кг/м³) и ее хранение в изотермических резервуарах.

Известен также способ газопорошкового тушения из порошкового огнетушителя, предназначенного для локального тушения пожаров, который содержит баллон-пушку с огнетушащим порошком, газогенерирующую камеру с взрывчатым зарядом и пиропатроном, систему автоматического управления и контроля. Данный огнетушитель описан в рекомендациях ВНИИПО МВД РФ СССР, 1978 г., стр.12, 16, 30, рис.5 и 4(2). К недостаткам данного способа следует отнести:

- повышенный удельный вес устройства к весу его огнетушащего заряда;

- высокое давление (100 МПа) и высокая температура (1500-2000°С) в газогенерирующей камере;

- высокое давление (10 МПа) в корпусе огнетушителя. Сложность использования данного способа тушения из-за высокой скорости истечения (до 250 м/с) огнетушащего состава и его повышенной опасности для обслуживающего персонала.

Известен способ тушения пожара по патенту РФ № 2129031 от 18.08.92 г., заключающийся в подаче на горящую поверхность твердотопливного аэрозолеобразующего вещества в виде пеногранул или пеношашек с удельным весом 800 кг/м³ , покрытых гидроизолирующим составом, причем температура воспламенения состава 120-140°С. Согласно изобретению подачу состава ведут вручную (забрасывают мешочки с пеногранулами на горящую поверхность резервуара с нефтью) либо подают по шлангу из автомобиля. Данный способ, по нашему мнению, практически нереализуем из-за очень высокой опасности подачи твердотопливной или пиротехнической композиции с вышеуказанными параметрами на поверхность горящего резервуара, тем более с поверхностью горения 375 м² . Диаметр резервуара РВС-3000 составляет 21,8 м, а площадь горения 375 м². Высота пламени при пожаре составляет 1-2 диаметра. Так, если высота пламени равна диаметру, т.е. 21,8 м, то объем пламени составит 8000 м³. Согласно описанию, 24 кг пеногранул диаметром 8-10 мм и плотностью 600 кг/м³ закроют всего 1% площади горящей поверхности, а создаваемая концентрация аэрозоля (при условии коэффициента использования состава равным единице) составит 24000 г: 8000 м³ = 3 г/м³, в то время как авторы приводят С_туш. =63 г/м³.

Если учесть, как пишут авторы, что объем выделившихся газов в 1600раз больше объема пеношашек, то объем продуктов сгорания составит 64 м³, что составит 0,8% от объема пламени. Таких огнетушащих веществ с огнетушащей концентрацией 3 г/м³ или 0,8% по объему, или 24 кг: 375 м² = 0,064 кг/м² до настоящего времени не найдено, поэтому этот способ тушения физически нереализуем. Известен также способ тушения пожаров в резервуарах по патенту РФ № 2096053 А62С 2/00 от 05.08.94 г., сущность которого заключается в сжигании твердотопливной композиции (ТТК) и подаче газо-аэрозольной смеси к горящей поверхности снизу вверх в охлажденном состоянии, причем охлаждение ведут в 2 этапа. На первом этапе продукты сгорания твердотопливной композиции охлаждаются в трубопроводе, куда поступает вода или водный раствор солей. На втором этапе оставшаяся (не растворившаяся, не осевшая и не сконденсировавшаяся в трубопроводе) часть газо-аэрозольной смеси (ГАС) барботируется через слой горючей или легковоспламеняющейся жидкости к поверхности горения. Удельный расход относительно горящей поверхности составил 0,2 кг/м ² при площади горения 1 м², объеме ЛВЖ 0,75 м³ и высоте столба ЛВЖ 0,75 м.

Основным недостатком данного способа является повышенная огнеопасность (применение пирофорных ТТК на объектах повышенной пожароопасности), термический пиролиз нефти и нефтепродуктов продуктами горения, а также относительно высокий расход огнетушащего состава при барботировании ГАС в натурных РВС (резервуарах вертикальных стальных). Так, например, наиболее часто используемые в Российской Федерации РВС-5000 объемом 5000 м³ имеют диаметр зеркала 22,8 м и высоту столба хранящейся жидкости 11,92 м. Поверхность зеркала составляет 408 м². Отсюда для равномерного распределения ГАС по зеркалу РВС-5000 в натурных условиях к дополнительно описанным в патенте мероприятиям необходимо использовать трубную развертку для барботирования ГАС, причем диаметр d_o отверстий барботера определяется по формуле:

где _ж - коэффициент поверхностного натяжения горючей жидкости;

_г - плотность газообразных продуктов сгорания;

Н - высота столба жидкости над барботером;

P_a - атмосферное давление;

g - ускорение земного тяготения;

а расстояние L, м, между центрами отверстий барботера находится из соотношения:

(см. Я.Е.Гегузин). Пузыри. - М.: 1985 г.)

По экспериментальным данным (И.В.Белов, Е.В.Проколов. Скорость движения и формы воздушных пузырей в воде. // ПМТФ, № 3, 1968) скорость всплытия пузырей составляет в среднем u_пуз 0,23 м/с при d_пуз 2 мм. Расчеты показывают, что оптимальный диаметр отверстий барботера d₀=3 мм, а расстояние между отверстиями L=9 мм (см. патент РФ № 2126702 А62С 3/06).

Таким образом, для эффекта тушения пожара в РВС-5000 необходим барботер с 50000 отверстий.

Потери огнетушащего аэрозоля в трубопроводах и на охладителях составляют до 50% соответственно (В.В.Агафонов, Н.П.Копылов. Установки аэрозольного пожаротушения. М.: 1999. 302 с.). В результате в натурных условиях реальный расход составляет 0,8 кг/м² , при этом время подачи ГАС на поверхность горящей жидкости с учетом времени работы генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА) составит не менее 2 минут.

Известен способ тушения пожара в резервуарах с легковоспламеняющимися (ЛВЖ) и горючими жидкостями (ГЖ) по патенту РФ № 2241508, который выбран нами за прототип. Тушение в данном способе осуществляется путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси (ГДС) в зону горения снизу вверх, а огнетушащую ГДС образуют путем подачи под давлением не менее 2 МПа газообразного и/или сжиженного газового флегматизатора, и/или газообразного, и/или сжиженного гомогенного ингибитора горения, и/или углеводородофобного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в емкость с порошкообразным или жидким гетерогенным ингибитором горения, имеющую клапан, обеспечивающий выпуск ГДС при достижении давления в емкости не ниже 0,42 кПа через перфорированный распылитель или через несколько распылителей, обеспечивающих распыление ГДС на 180° с расходом не менее 1 кг/с в направлении, параллельном поверхности горящей жидкости, и в верхнюю полусферу над поверхностью вышеуказанной жидкости с интенсивностью, обеспечивающей создание концентрации ГДС в центре объема пламени над зеркалом горящей поверхности не менее 0,09 кг/м³, причем, соотношение масс между газовой и дисперсной фазами огнетушащей смеси находится в пределах от 0,2:1 до 15:1. В качестве газовой составляющей используют инертный газ (например, СО₂, N₂, Ar или их смесь) и/или озононеразрушающий галогено-углеводород, а в качестве гетерогенного ингибитора горения используют огнетушащий порошковый состав на основе карбонатов и/или хлоридов, и/или фосфатов щелочного, и/или щелочноземельного металла, и/или аммония или туманообразующий раствор ортофосфорной кислоты.

Подачу ГДС ведут одновременно из генераторов, плавающих на поверхности жидкости, находящейся в резервуаре, и расположенных как по периметру резервуара, так и в его центре, причем результирующий вектор горизонтального распыла периферийных генераторов направлен к центру, а центральных - к периферии, результирующий вектор распыла периферийных генераторов в верхнюю полусферу направлен к центру объема пламени, центрально-расположенных генераторов - от центра зеркала горящей поверхности к периферии под углом 90° к вышеуказанному вектору.

Известно устройство для тушения нефти в резервуарах, содержащее газопорошковый инжектор и/или газожидкостный инжектор (пеногенератор), нагнетающий в систему кольцевых и радиальных трубопроводов через пуско-запорное устройство ОТВ. Трубопроводы расположены в нефти горизонтально дну резервуара и соединены с системой вертикальных труб, в верхней части которых, выступающей над поверхностью нефти, расположены сопловые распылители, обеспечивающие при пожаре подачу огнетушащего вещества (ОТВ) над горящей поверхностью ГЖ (Патент, США № 5573068 МКИ А62С 3/06 от 12.11.1996 г.). Данное устройство выбрано нами за прототип заявляемого устройства.

К недостаткам этого устройства можно отнести следующее:

высокая металлоемкость устройства.

Возьмем к примеру резервуар РВС-5000, имеющий диаметр зеркала нефти 22,8 м и высоту столба 11,92 м. Согласно описанию патента-прототипа количество кольцевых трубопроводов определяется, как , т.е. в нашем случае количество кольцевых трубопроводов будет , т.е. три кольцевых трубопровода, причем наибольший по радиусу отстоит от внутренней стенки РВС не менее чем на 1 м, т.е. максимальный диаметр кольца составит 21 м, средний 14 м, а внутренний диаметр 7 м. Все три кольца соединены, как минимум, шестью пересекающимися радиальными трубами, т.е. еще 6 труб по 21 м. На пересечениях кольцевых и радиальных труб установлены вертикальные сливные трубы высотой 11 м. Это еще 13 труб длиной по 11 м. Таким образом, общая длина трубопроводов составит:

L= Д₁+ Д₂+ Д₃+Д₁+13·11м=66м+44м+22м+126м+143м=401 м.

Внутренний диаметр трубопровода для пенного тушения составляет 200 мм, для порошкового 50 мм. Вес пенного стального трубопровода при толщине стенки 5 мм составит 9,6 т, для порошковой системы тушения при толщине стенки 3 мм вес только трубопровода составит 1,5 т. Вес устройства для тушения РВС-1000 составит 2,5 т.

Целью настоящего изобретения является расширение температурного диапазона применения газодисперсного способа тушения пожаров до (-50°С)÷(+50°С) вместо (-20°С)÷(+50°С) у прототипа), увеличения эффективности тушения за счет увеличения массового расхода газодисперсной смеси (ГДС), скорости ее истечения, при снижении металлоемкости пожаротушащего модуля.

Поставленная задача решается при реализации заявляемого способа и устройства для тушения ЛВЖ и ГЖ в резервуарах с фиксированной крышей и в резервуарах с фиксированной крышей и понтоном или с плавающей крышей, а именно, путем подачи огнетушащей газодисперсной смеси из пожаротушащего модульного устройства или блока устройств, установленных вне резервуара или на плавающей крыше. Газодисперсную огнетушащую смесь образуют в два этапа:

первый - в емкости-форкамере с дисперсным гетерогенным химическим ингибитором горения путем подачи под давлением не менее 2,5 МПа не менее одной пятой части газообразного и/или сжиженного ингибитора горения или смеси газообразного и/или сжиженного флегматизатора с метил-, этил-, пропилкарбинолом или их смесью и/или 5-20% раствором йода или йодида щелочного металла, или аммония, или их смеси в вышеназванных растворителях-карбинолах, причем впуск в форкамеру газообразных и/или сжиженных компонентов смеси производят из баллона или системы баллонов, или газогенератора с пускозапорными устройствами по сигналу от извещателя, или вручную через трубчатый аэратор, установленный внутри форкамеры, соединенной через выпускной клапан со вторичной разгонно-смесительной камерой и открывающейся при давлении не менее 0,9 МПа, где формируют окончательно газодисперсную смесь при соотношении газовой и дисперсной фазы в пределах от 0,35:1 до 100:1, причем отношение газовых и сжиженных флегматизаторов берут в соотношении, обеспечивающем давление в газобаллонной системе не менее 4 МПа при температуре (-50°С),

второй - из разгонно-смесительной камеры через трубопровод газодисперсную смесь подают в сопловой блок, имеющий запорный клапан, вскрывающий сопловой блок, имеющий не менее одного сопла, выполненного со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе сопла не менее 0,11 МПа и массовый расход не менее 15 кг/с.

В качестве газообразного и/или сжиженного флегматизатора используют диоксид углерода, и/или фторуглероды или шестифтористую серу, в качестве газообразных и/или сжиженных гомогенных ингибиторов используют бром- и/или йодгалогенуглеводороды, в качестве газовых флегматизаторов используют азот или аргон, или их смесь, а в качестве гетерогенного ингибитора используют огнетушащие порошки на основе хлоридов, сульфатов, фосфатов или карбонатов щелочного, щелочноземельного металла или аммония, или их смесь.

Устройство для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах с фиксированной крышей или с фиксированной крышей и понтоном, или с плавающей крышей содержит емкость-форкамеру с дисперсным химическим ингибитором горения с герметичной крышкой, источником (источниками) газа, обеспечивающим(ми) инжекцию дисперсного ингибитора, находящегося в указанной емкости, пуско-запорное устройство и выходной трубопровод с сопловым блоком, размещенным в верхней части резервуара над поверхностью жидкости, понтоном или плавающей крышей, и отличается тем, что источник(и) газа связан(ы) с полостью емкости с дисперсным ингибитором через трубчатый аэратор, закрепленный в крышке, имеющей выходной трубопровод с выпускным клапаном, открывающимся при давлении не менее 0,9 МПа и соединяющим форкамеру с разгонно-смесительной камерой, которая, в свою очередь, через трубопровод с мембранным, механическим или электрическим клапаном соединена с сопловым блоком, имеющим не менее одного сопла, выполненным со сверхзвуковым конфузором с соотношением длины сопла к его диаметру, обеспечивающим давление на срезе не менее 0,11 МПа и скорость истечения не менее 240 м/с.

Устройство отличается тем, что пускозапорное устройство выполнено с автоматическим, автономным и с ручным запуском.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-3, на которых показаны устройства и их расположение для различных резервуаров.

На фиг.1 представлена схема резервуара (РВС) 4 с фиксированной крышей 1, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2.

На фиг.2 представлена схема резервуара (РВСП) 6 с фиксированной крышей 1 и понтоном 7, с обваловкой 8, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2 и трубопроводом 9.

На фиг.3 представлена схема резервуара (РВСПК) 10 с плавающей крышей 11, заполненного ЛВЖ (ГЖ) 5 и снабженного устройством для тушения 3 с сопловым блоком 2.

Устройство, реализующее способ тушения пожара в РВС, поясняется фиг.4. Устройство содержит емкость-форкамеру 12 с герметичной крышкой 13 и с дисперсным химическим ингибитором горения 14, источниками газа (газовый баллон 15 и газообразный и/или сжиженный флегматизатор, и/или ингибитор 16, пуско-запорное устройство (ПЗУ) 17, выпускной клапан 18, открывающийся при давлении не менее 0,9 МПа, трубчатый аэратор 19, соединяющий полость форкамеры 12 через ПЗУ 17 с источником газа 15, смесительно-разгонную камеру 20, трубопровод 9, с запорным клапаном 22, сопловой блок 2 со сверхзвуковым конфузором 23.

Устройство выполнено с автоматическим, с автономным и с ручным запуском.

Реализация способа осуществляется следующим образом. В случае пожара в резервуаре, содержащем ЛВЖ и ГЖ от независимого извещателя, установленного, например, внутри резервуара, подается сигнал на пускозапорное устройство 17, которое вскрывает газовый баллон 15 с газовым и/или сжиженным флегматизатором или ингибитором 16, который через трубчатый аэратор 19 при давлении не менее 2,5 МПа подается в емкость-форкамеру 12 с дисперсным химическим ингибитором 14. При превышении в емкости 12 давления 0,9 МПа, вскрывается выпускной клапан 18 и смесь газа, порошка, сжиженного и твердого ( замерзшего газа , например, углекислоты) попадает в смесительно-разгонную камеру 20, где окончательно формируется огнетушащая газодисперсная смесь, которая по трубопроводу 7 через запорный клапан 22 попадает в сопловой блок 2 со сверхзвуковым конфузором 23, где разгоняясь до скорости не менее 240 м/с подается в зону пожара с расходом не менее 15 кг/с. Оценку эффективности предлагаемого способа и устройства, и способа прототипа проводили в резервуаре с фиксированной крышей РВС-1000. Перед испытанием устройства пожаротушащие модули BiZone-RG , BiZone-RT (для тушения пожара на плавающей крыше резервуара) выдерживали в течение суток при температуре от (-21°С) до (-50°С). Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из приведенных в таблице данных, диапазон применения предлагаемого способа расширен на 30°С и применим при (-50°С), увеличение скорости истечения ГДС в 1,05-10,2 раза, увеличение расхода в 1,94-75,8 раза, причем снижение металлоемкости устройства-прототипа в 3,57-5,2 раза.

Таблица
Характеристики газодисперсного модуля BiZone-RG и параметры тушения пожара.
№ п/п	Наименование характеристик и параметров	Значения характеристик ГДМ и параметров тушения	Параметры тушения по способу прототипу, патент № 2241508
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Масса газа1, кг	35	39	50	75	140	148,5	148,6	1,92-10,8
2	Масса дисперсной фазы2,3,4, кг	115	111	100	75	10	1,5	1,4	0,72-9,6
3	mгаза/mдисп.фазы	0,3	0,35	0,5	1	14	100	106	0,35-100
4	Давление в газовом баллоне, МПа	3,5	4	7,7	12	16	19,6	20	2,0-15
5	Рабочее давление в форкамере не менее, МПа	2,4	2,5	4,8	7,5	10	12,2	12,8	0,42-2,8
6	Скорость истечения ГДС, м/с	230	240	251	266	292	320	325	31-229

Продолжение таблицы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
7	Время выпуска ГДС, с Т=(-50°С)÷(+50°С)	11-15	8-10	5-6,5	3,5-4,8	2,7-3,2	2-3	1,9-2,8	1,5-11
8	Расход ГДС, кг/с, Т=(-50°С)÷(+50°С)	10-13,6	15-21,4	23-30	31,25-42,85	46,8-55,5	50-75	53,5-78,9	1,04-7,7
9	Время тушения РВС-1000 3, с	Не тушит	~10	~7	~4	~3	~2	Не тушит	Не тушит
Примечание. 1. В качестве газовой составляющей ГДС были использованы: диоксид углерода, азот, аргон, инерген, хладон 114 В2, раствор йода или раствор его соединений в сочетании со сжиженным диоксидом углерода или Игмером (хладоном 318-Ц). 2. В качестве дисперсной фазы ГДС были использованы огнетушащие порошковые составы на основе аммофоса Вексон АВС-50 , Феникс АВС-70 , П-2АП, П-2АПМ, П-2АШ, на основе гидрокарбоната: ПСБ-3 и ПСБ-3М, на основе хлорида калия: огнетушащий порошок ПХК (см. С.В.Собур. Установки пожаротушения автоматические: Справочник. Спецтехника. - M. 2002; а также А.Я.Корольченко. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов:, ч.1. Справочник. Ассоциация пожнаука. M. 2000, 109 с. Вес устройства BiZone-RG в зависимости от соотношения газовой и дисперсной составляющих смеси находится в пределах 0,48-0,7 тн. 3. При тушении ЛВЖ в РВС-1000 по способу-прототипу № 2241508 было взято 13 модулей Бизон по патенту РФ № 2193427 с общей массой ГДС, равной 150 кг, т.е. равной массе ГДС BiZone-RG заявляемого устройства. Тушение проводилось после выдержки изделий в течение суток в термокамере при температуре от (-21°С) до (-50°С).