способ тушения очаговых пожаров

Формула изобретения

Способ тушения очаговых пожаров, преимущественно сильных, создающих восходящие потоки продуктов горения, по которому в зону горения подают по крайней мере одну огнегасительную среду, состоящую из смеси инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы криогенной газотурбинной установки, в которой атмосферный воздух сжижают в контуре циркуляции жидкого хладагента и нагнетают насосом до высокого давления, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц, размеры которых принимают из расчета взвешивания и зависания в восходящем потоке очага горения, отличающийся тем, что жидкий воздух разделяют в воздухоразделительной установке на азот и кислород, кислород, горючее и воду нагнетают насосом, азот и кислород испаряют и нагревают в теплообменниках контура циркуляции хладагента, кислород, горючее и воду подают в газогенератор газотурбинной установки, а азот используют для дополнительной огнегасительной среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к противопожарной технике и, в частности, к способам сдерживания огня преимущественно при сильных очаговых пожарах.

Очаговые пожары обычно развиваются на крупных запасах горючих материалов: на фонтанах нефти или газа, на хранилищах нефтепродуктов, деревоскладах и других. Продукты горения, поднимаясь в восходящем потоке вверх, развивают тягу, которая увеличивает подсос воздуха в зону горения и увеличивает мощность пожара.

Известным способом тушения такого пожара является отторжение воздуха от огня инертным газом и подавление тяги восходящего потока массой зависающего в нем аэрозоля.

Так, известны стационарная установка «Саупиг», выбрасывающая инертный и охлаждающий газ - жидкий азот, и передвижная - «Штурм», см. патент РФ № 2050865. Однако мощности обеих установок недостаточны для подавления крупных пожаров. Так, установка «Саупиг» имеет запас жидкого азота в количестве 10 т, а установка «Штурм» - всего 6 т.

Известна также Установка для пожаротушения, использующая воздушно-реактивный двигатель для подачи водовоздушной огнегасящей среды (ОГС), см. патент РФ № 2236876.

В качестве генератора инертного газа используют отработавшие авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Известен авиационный ГТД, используемый для тушения пожаров на промыслах нефти и газа, см. патент РФ № 2039212.

В настоящее время многие применяемые огнегасящие среды содержат аэрозоли, которые доставляются в очаг горения с инертным газом и способствуют поглощению тепла и кислорода при смешении с продуктами горения. Однако значительную часть аэрозолей вырабатывают путем сжигания твердотопливных (пороховых) зарядов.

Известен, например, способ генерации инертной среды путем сжигания твердого топлива с выделением аэрозолей щелочных металлов по патенту РФ № 2005516. Известен способ получения пороховых газов с аэрозолями твердых ингибиторов по патенту РФ № 2019214. Известен также способ получения пороховых газов с аэрозолями по патенту РФ № 2078599.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ № 2102093, по которому получают инертную пену средней кратности. После смешения пены с пиротехническим газом получают инертную пену высокой кратности, содержащую аэрозоль.

Известно применение аэрозолей в виде огнестойких порошков, доставляемых в зону горения метанием, см. патенты РФ № 1818107 и № 2027452, струей гасящей среды, см. патент РФ № 2036674.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ № 2110302, по которому в очаг горения подают огнестойкие частицы, размеры которых принимают из расчета зависания или взвешивания частиц в восходящем потоке продуктов горения.

Известен также способ работы газотурбинной установки, см. заявку на изобретение № 2007115015. По этому способу запасенный в баке жидкий азот подают в контур циркуляции, где его нагнетают насосом, испаряют и нагревают в первом теплообменнике и сжижают во втором теплообменнике, а атмосферный воздух сжижают жидким азотом в первом теплообменнике, нагнетают насосом до высокого давления, испаряют и нагревают газообразным азотом во втором теплообменнике и подают в камеру сгорания.

Известен также способ тушения пожара реактивной струей ТРД, см. патент РФ № 2130793.

Способ работы этой установки принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатками указанного способа являются низкая экономичность ТРД как генератора инертного газа и неполная инертность газа. Из-за больших затрат мощности на сжатие воздуха в компрессоре расход горючего на единицу инертного газа оказывается завышенным, а выхлопные газы ТРД содержат не связанный кислород. Кроме того, сам компрессор является сложным и дорогостоящим агрегатом.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков: повышение экономичности получения инертного газа, исключение кислорода из состава газа и исключение компрессора из состава газотурбинной установки.

Для достижения поставленной цели может быть применена известная криогенная газотурбинная установка с контуром циркуляции жидкого хладагента.

Поставленная цель достигается по предлагаемому способу тушения очаговых пожаров, преимущественно сильных, создающих восходящие потоки продуктов горения, по которому в зону горения подают по крайней мере одну огнегасящую среду (ОГС), состоящую из смеси инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы криогенной газотурбинной установки (ГТУ), в которой атмосферный воздух сжижают в контуре циркуляции жидкого хладагекта и нагнетают насосом до высокого давления, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц, размеры которых принимают из расчета взвешивания и зависания в восходящем потоке очага горения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что жидкий воздух разделяют в воздухоразделительной установке на азот и кислород, кислород, горючее и воду нагнетают насосом, азот и кислород испаряют и нагревают в теплообменниках контура циркуляции хладагента, кислород, горючее и воду подают в газогенератор ГТУ, а азот используют для дополнительной ОГС.

Воздух содержит значительную долю инертного азота и достаточную долю окислителя для получения энергии и выхлопных газов. Предлагаемое разделение воздуха на компоненты полезно для получения двух ОГС: на основе азота нормальной температуры и на основе выхлопных газов. Обычно жидкий воздух разделяют ректификацией. При ректификации сжатого воздуха размеры теплообменников уменьшаются благодаря большей плотности компонентов и лучшей передаче тепла. Поэтому воздухоразделителькая установка может быть размещена на борту пожарной машины. Однократное испарение азота не дает высокой степени очистки кислорода от азота, но оно и не требуется. После разделения воздуха жидкий кислород нагнетают отдельным насосом до более высокого давления. После нагнетания компонентов их испаряют и нагревают хладагентом в отдельных теплообменниках контура циркуляции. Сжигание жидких горючих продуктов с кислородом осуществляется во многих ЖРД. Для охлаждения газогенератора используется один из компонентов. По предлагаемому способу газогенератор ГТУ можно охлаждать водой, а после этого вода должна подаваться на разбавление газов для понижения температуры газов, подаваемых на турбину. Разбавление продуктов сгорания широко применяют в газогенераторах ЖРД и достигают впрыском компонента в пояс разбавления на выходе газогенератора. Вода может нагнетаться насосом, установленным на валу ГТУ, или отдельной насосной установкой.

В качестве аэрозоля в инертный газ подмешивают измельченные частицы глины или грунта, получаемые на месте пожара или заготавливаемые на базах. После измельчения аэрозоля его порошок разделяют на фракции в известных аэродинамических сепараторах, см. патенты РФ № № 2102113, 2102114, 2122887 и др. Размеры взвешиваемых и зависающих частиц аэрозоля определяют исходя из расчетной величины тяги восходящего потока в очаге горения. Аэрозоли подают в смеси с инертным газом при избыточном давлении в газовые эжекторы и эжектируют за счет энергии сверхзвуковой струи инертного газа. При смешении выхлопных газов с аэрозолями температура газов понижается.

При тушении сильного очага горения ОГС подают в зону горения со всех сторон или при ветре - с наветренной стороны. При подсосе ОГС в зону горения инертные разы, разбавляя воздух, снижают интенсивность горения. При поступлении ОГС в очаг горения взвешиваемые и зависающие частицы аэрозоля, попадая в восходящий поток, утяжеляют продукты горения и уменьшают тягу потока. С падением тяги снижается подсос воздуха в зону горения, а подаваемые ОГС оттесняют воздух, ослабляют и прекращают пожар.

Технический результатом предлагаемого изобретения является получение и использование новых эффективных средств для борьбы с очаговыми пожарами. При этом повышается удельная производительность генератора инертных газов, снижается до минимума в них доля окислителя, утяжеляются аэрозолями обе огнегасящие среды. В то же время упрощается ГТУ за счет исключения из ее состава воздушного компрессора.

Сущность изобретения поясняется на примерах.

Пример 1. Сухое деревянное здание массой 12 т полностью сгорает за 15 минут, При этом тепловая мощность огня составляет 196 МВт, а расход воздуха составляет 70 кг/с. Для надежного тушения такого пожара принимают полуторное превышение расхода воздуха массой инертного газа, что соответствует расходу азота 70 кг/с, кислорода и воды - по 17,5 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,5 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 5,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее (керосин) и воду нагнетают насосами до 5,0 МПа и подают в газогенератор. Генераторные газы срабатывают на турбине и разгоняют в эжекторе для эжектирования аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха подают в контур циркуляции для компенсации потерь хладоресурса. Полезная мощность ГТУ превышает 60 МВт.

Весь пирогасящий комплекс может доставляться к горящему объекту на пожарных автомобилях и выходить на режим до набора огнем полной мощности. При подаче двух ОГС с нескольких сторон от очага горения доступ воздуха к огню отсекают, огонь ослабляют и подавляют.

Пример 2. При пожаре на нефтехранилище тепловая мощность огня составляет 600 МВт. При этом расход воздуха составляет 200 кг/с. Для тушения такого пожара принимают двойное превышение воздуха массой инертного газа, что соответствует расходу азота 280 кг/с, кислорода и воды - по 70 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,5 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 7,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее и воду нагнетают насосами до 7,0 МПа и подают в газогенератор. Генераторные газы используют на турбине и подают в эжектор для эжектирования аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха используют в контуре циркуляции хладагента. Полезная мощность ГТУ может превышать 180 МВт.

Пирогасящий комплекс может находиться на территории склада нефтепродуктов и в готовности выйти на режим еще до набора огнем части мощности. При подаче двух ОГС по газоводам с нескольких сторон от горящей цистерны доступ воздуха к огню отсекают, огонь ослабляют и подавляют.

Пример 3. Пожар на газовом фонтане развивает тепловую мощность огня 2000 МВт. Пожар создает восходящий поток газов большой высоты, который втягивает в себя расход воздуха около 600 кг/с. Для тушения такого пожара принимают двойное превышение воздуха массой инертного газа. Для этого применяют две ГТУ с расходом азота у каждой 400 кг/с/ кислорода и воды - по 100 кг/с. Жидкий воздух нагнетают в контуре циркуляции азота до 0,7 МПа. После разделения воздуха азот нагревают в контуре циркуляции и подают в эжектор для эжектирования утяжеленного аэрозоля. Кислород нагнетают насосом до 7,0 МПа, нагревают в контуре циркуляции и подают в газогенератор. Горючее и воду нагнетают насосами до 7,0 МПа и подают в газогенератор. После турбины выхлопные газы разгоняют в эжекторе для подачи утяжеленного аэрозоля. Часть жидкого азота после разделения воздуха подают в контур циркуляции. Полезная мощность ГТУ может превышать 250 МВт.

Две мощные ГТУ устанавливают в центре промысловой площадки и подводят от них к скважинам по три газовода диаметром 1,6 м с затворами. Эжекторы устанавливают в конце газоводов. Скважины окружают кольцевыми коллекторами с отверстиями для выпуска ОГС. Весь пирогасящий комплекс может выходить на режим до набора огнем полной мощности. При подаче двух ОГС со всех сторон от горящего фонтана доступ воздуха к огню отсекают, восходящий поток загружают аэрозолями, его тягу ослабляют и огонь подавляют.

Предлагаемое изобретение может иметь широкую область применения: для транспортировки сыпучих материалов, для борьбы с лесными и торфяными пожарами, для борьбы с террористами и противником путем создания защитных полос и препятствий для передвижения боевой техники и живой силы. Применение ОГС по широкой полосе или по площади позволяет блокировать и выдавливать из укрытия террористов, крыс, саранчу и других врагов.