Способ тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах и устройство для его осуществления

 

Использование: локализация и тушение лесных пожаров. Сущность изобретения: тушение осуществляют гелеобразной дисперсией материала, полученного путем высушивания смеси бентонитовой глины и полиакриламида. После высыхания на поверхности объекта образуется воздухонепроницаемая пленка. Предложены составы, обеспечивающие наибольшую эффективность пожаротушения. Материал экологичен. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к пожаротушению и может быть использовано для тушения и предупреждения пожаров, в первую очередь, лесных.

Известен способ предупреждения распространения низовых пожаров, включающий вырезание борозды минерального слоя с поперечным отвалом и повторное нарезание параллельных полос по мере зарастания борозды, а также удаление почвенного покрова (авт.св. СССР N 1253651, кл. A 62 C 3/00, 1983).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость его осуществления, невозможность использования для тушения пожара, что снижает эффективность пожаротушения.

Известен способ локализации лесных пожаров, включающий образование заградительной полосы из ленты несгораемого материала, одну из кромок которой заглубляют в грунт (авт.св. СССР 176187, кл. A 62 C 3/02, 1964).

Хотя эффективность предупреждения пожара в данном случае выше, способ также не позволяет тушить загоревшиеся участки, требует предварительной укладки полос, то есть обладает недостаточной эффективностью пожаротушения.

Наиболее близким к предложенному является способ предупреждения и тушения пожаров на пространственно протяженных объектах, включающий смешивание ингредиентов пламягасящего состава и его последующее введение в активную зону зону возгорания или близлежащую к ней [1] При этом в качестве ингредиентов пламягасящего состава используют рабочую жидкость и пенообразующий агент.

Однако известный способ мало эффективен при тушении или предупреждении пожаров на больших площадях: пена достаточно быстро опадает, сдувается потоками воздуха. Кроме того, ингредиенты пламягасящего состава труднодоступны и дороги.

Известно устройство для тушения пожаров, содержащее корпус с выходным патрубком и нагнетатель, а также размещенные в корпусе емкости для рабочей жидкости и пенообразующего агента, емкость для газообразного синергетика и регулятор расхода [1] Устройство является наиболее близким к предложенному.

Недостатком известного устройства заключается также в низкой эффективности пожаротушения, что обусловлено малой плотностью пены, не позволяющей наносить ее с большого расстояния, малой производительностью устройства.

Кроме того, недостаток известного способа и устройства обусловлен тем, что с помощью пены нельзя создать преграду значительной высоты на пути распространения пожара, а также тем, что пена не образует на поверхности объектов устойчивого покрытия в процессе испарения рабочей жидкости, которое сопровождается к тому же недостаточным поглощением тепла.

Целью изобретения является повышение эффективности предупреждения и тушения пожаров.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах, включающем смешивание ингредиентов пламягасящего состава и его последующее введение в активную зону, в качестве ингредиентов пламягасящего состава используют диспергированный гелеобразующий материал и воду, а в процессе смешивания формируют водную дисперсию гелеобразующего материала.

Кроме того, введение пламягасящего состава в активную зону производят под давлением, обратно пропорциональным заданной вязкости пламягасящего состава, при истечении из сопла. Введение пламягасящего состава в активную зону осуществляют путем нанесения пламягасящего состава на горящие объекты и/или предполагаемые объекты возгорания и/или путем распространения пожара. Введение пламягасящего состава в активную зону производят путем введения пламягасящего состава в полость формообразующей конструкции.

Кроме того, в качестве гелеобразующего материала используют композит бентонитовой глины, содержащей не менее 75% монтоориллонита при отношении Na₂O/K₂O более 10, и высокомолекулярного линейного полиакриламида со степенью гидролиза 30-40% полученный путем смешивания водных дисперсий бентонитовой глины и полиакриламида и последующего высушивания при температуре не более 100^оС.

В качестве ингредиента пламягасящего состава используют пресную воду с содержанием растворенных солей не более 1 г/л, в том числе солей кальция и магния в сумме не более 01, г/л, а рН поддерживают в диапазоне 6-10.

В качестве ингредиента пламягасящего состава используют порошок композита с размером частиц 0,05-0,5 мм для 90% массы композита.

Процесс смешивания ингредиентов пламягасящего состава осуществляют до достижения вязкости в диапазоне 30-200 Пз при концентрации композита 3-6 мас. или до исчезновения пленки воды на поверхности смеси.

Кроме того, в процессе смешивания ингредиентов пламягасящего состава в него вводят дисперсный наполнитель.

Соотношение ингредиентов пламягасящего состава выбирают из условий: 1 15 2≅М_к М_в M_н ≅1 20 5, где М_к, М_в и М_н массы композита, воды и наполнителя соответственно.

Указанная цель достигается также тем, что известное устройство для осуществления способа тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах, содержащее корпус с выходным патрубком и нагнетатель, снабжено цилиндрической вставкой, источником пылевоздушной смеси, двумя входными патрубками, конической вставкой и крышкой с периферийными соплами, при этом корпус смесителя выполнен с донным углублением, в котором размещена коническая вставка, на которой расположена крышка, источник пылевоздушной смеси соединен с первым входным патрубком, размещенным в донном углублении корпуса смесителя, в полости которого концентрично расположена цилиндрическая вставка, причем на боковой поверхности корпуса смесителя размещены второй входной патрубок и выходной патрубок, подключенный к нагнетателю.

Предложенный способ и устройство отличаются от известных определенным выбором ингредиентов пламягасящего состава (бентонитовая глина, полиакриламид, вода, наполнители), наличием новых элементов (крышка, патрубки, вставки и т. д. ), что указывает на соответствие заявленного решения критерию "новизна". В то же время заявителю неизвестно использование вышеперечисленных признаков для повышения эффективности пожаротушения, а следовательно, заявленное решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично показано устройство для осуществления способа; на фиг. 2 крышка, вид сверху; на фиг.3-5 применение формообразующих конструкций в помещениях; на фиг. 6-9 экспериментальные зависимости скорости сдвига, пропорциональной давлению, от вязкости пламягасящего состава (ПМС), влагоемкости ПМС от рН среды, содержания в ней солей и влагоемкости от числа циклов высушивания и замораживания.

Способ тушения и предупреждения пожаров осуществляют путем введения ПМС в активную зону. При этом подготовка и введение ПМС могут осуществляться с помощью устройства, изображенного на фиг.1 и 2, которое содержит корпус 1 с выходным патрубком 2, к которому подключен нагнетатель 3. В корпусе 1 с зазором расположена цилиндрическая вставка 4 (кронштейны, на которых установлена вставка 4, не показаны). Источник 5 пылевоздушной смеси подключен к входному патрубку 6, а входной патрубок 7 расположен на корпусе 1. На конической вставке 8, образующей с вертикально угол 10-20^о, установлена (закреплена) крышка 9 с периферийными соплами 10 (фиг.2). Вставка 8 размещена в донном углублении 11 корпуса 1. В качестве нагнетателя 3 может быть использован насос или камера, подключенная вместе с источником 5 и компрессору 12 через вентили 13 и 14 (фиг. 1). Источник 5 может быть выполнен в виде камеры с приемником для диспергированного материала, подключенной к компрессору 12 или в виде камеры с электронагнетателем (вентилятором). Нагнетатель 3 может быть снабжен выходным шлангом с соплом, разбрызгивателем и т.п.

На фиг.3-5 обозначено: 15 формообразующая конструкция (короб), 16 стена помещения, 17 ПМС, 18 эластичная оболочка, выполненная, как и конструкция 15, из негорючего материала, 19 горловина оболочки 18.

Как подготовка, так и нанесение ПМС могут осуществляться с помощью известных средств, например, для подготовки может использоваться механическая лопастная мешалка МР-25 со скоростью вращения 500 об/мин. При этом смешивание занимает 10-15 мин. Однако использование предложенного устройства предпочтительнее, так как при этом ПМС получается однородным, снижается время подготовки.

В качестве гелеобразующего материала могут быть использованы различные композиции, в том числе смесь полиакриламида и метилакрилметакриламида с глиной и порошком красного кирпича, к которой добавляют воду, а затем высушивают, используя полученный материал в качестве первого ингредиента ПМС. Можно воспользоваться смесью водорастворимого полимера с каолином или порошком талька, которую высушивают в течение 1 ч при 70-80^оС. Гелеобразующий материал получается и при смешивании водных растворов полимеров с акрилнитрилом, кремнекислых солей щелочных металлов с полиоксиэтиленом, а также при смешивании этиленгликоля моно-(мета)акрилата с акрилоилом, при использовании порошка пористого полистирола или поливинилацетата. Однако наилучшие результаты были получены при использовании композита бентонитовой глины и линейного полиакриламида.

Способ осуществляют следующим образом.

Через патрубок 7 в корпус 1 воду с содержанием солей не более 1 г/л. Включают компрессор 12, открывают вентиль 14 и постепенно высыпают измельченный гелеобразующий материал в приемник источника 5 или непосредственно в корпус 1. Давление, создаваемое компрессором 12, выбирают из условия превышения давления столба воды или смеси с плотностью 1,05-1,1 г/см³ в корпусе 1. Пузырьки воздуха и порошка композита, проходя через сопла 10 крышки 9, попадают в полость вставки 4. Образующиеся при этом набухшие зерна материала проходят между наружной стенкой вставки 4 и внутренней стенкой корпуса 1 и вновь увлекаются в полость вставки 4. Перемешивание продолжают до исчезновения пленки свободной воды на поверхности смеси (допускается пленка менее 1 мм толщины) или до достижения вязкости ПМС 30-200 Пз при условии, что сухой гелеобразующий материал составил 3-6 мас. Обычно время подготовки ПМС не превышает 15 мин.

Готовый ПМС наносят на горящие объекты, пути распространения пожара, предполагаемые объекты возгорания. При попадании на горящий объект МПС сбивает пламя, поскольку обладает в отличие от пены или порошка высокой плотностью. Благодаря хорошей адгезии к различным материалам, ПМС обволакивает горящий объект, прекращая доступ кислорода. Интенсивное испарение воды, содержащейся в ПМС, приводит к охлаждению объекта возгорания, например ствола дерева, заросшего участка почвы. При этом в порах и на поверхности объекта образуется плотная негорючая пленка, исключающая возможность повторного возгорания.

Как показали проведенные испытания, если доля частиц порошка композита размером 0,02-0,05 превышает 10% массы композита, процесс гелеобразования затягивается ввиду налипания мелких частиц на стенки корпуса 1 и вставки 4 или детали мешалки. Если же в порошке указанную величину превышает доля частиц размером 0,5-2,5 мм, длительность подготовительного этапа увеличивается ввиду более медленного набухания частиц порошка. Исследования показали также, что для осуществления физико-химического взаимодействия высокомолекулярного полимера полиэлектролита с молекулярной массой более 10⁶ и бентонитовой глины отношение массы указанных компонентов должно находиться в интервале 0,05-0,1.

Как показано на фиг.3 и 4, ПМС может вводиться и в полости конструкций 15, причем не только в виде геля, но и в сухом виде, т.е. в виде гранул гелеобразующего материала, к которым при возникновении пожара добавляют воду.

При этом в состав ПМС может вводиться инертный наполнитель, в том числе и армирующий волокнистый наполнитель (песок, шлаки, зола, торф, синтетическое волокно, асбест). При этом возрастает плотность и механическая прочность смеси, плотнее становится пленка, полученная в результате высыхания состава, снижается расход гелеобразующего материала (фиг.5). ПМС может вводиться и в эластичные оболочки 18.

Важной особенностью ПМС является зависимость его вязкости от скорости сдвига (фиг. 6). Зависимость носит обратно пропорциональный характер, т.е. состав ведет себя как неньютоновская жидкость. В то же время пламягасящие свойства состава существенно зависят от содержания гелеобразующего материала и вязкости ПМС. Выбор давления, пропорционального статической вязкости состава и обратно пропорционального заданной условиями распыления его динамической вязкости, позволяет вводить в активную зону, наносить на поверхность объектов весьма вязкий состав, поддерживая в то же время высокую скорость его истечения из сопла.

Проведенные исследования показали также, что для осуществления физико-химического взаимодействия бентонитовой глины и полиакриламида необходим объемный характер высушивания, что достигается при равномерном прогреве тонкого слоя (5-10 см) смеси или в процессе падения капель смеси в камере с нагретым воздухом. Допускается и вымораживание воды из смеси. При использовании тепла необходимо следить, чтобы температура не превышала 100^оС, так как при более высоких температурах происходит разрушение образовавшихся в композите связей.

Водонасыщенный гелеобраующий материал представляет собой совокупность гелеобразных тел плотностью 1,05-1,1 г/см³ (плотность сухого композита 2,25 г/см³). И хотя содержание воды в нем достигает 95-97% эффективность пожаротушения возрастает более чем на порядок (если КПД при использовании воды 5% из-за стекания воды с поверхности горящего объекта, то в составе смеси КПД достигает 90-95%).

Как следует из фиг.9, ПМС обладает обратимым свойством водонасыщения при многократных замачиваниях и высушиваниях, замораживаниях и оттаиваниях. Состав нерастворим и неразрушаем в воде. Объем частиц во влажном состоянии увеличивается в 50 и более раз, причем свойство водонабухания сохраняется в высокоминерализованной воде до 20 г/л растворенных солей и в широком диапазоне рН 3-12. Степень водонасыщения материала не менее 3000 мас.

Существенно, что для приготовления ПМС используются широко распространенные материалы, а содержание полимера в нем незначительно. Состав экологически чист и после его нанесения на почву при тушении лесного пожара не происходит ухудшения качества почвы, не требуется удаления состава.

Применение заявленного устройства для приготовления и нанесения ПМС исключает комкование материала, позволяет приготовить состав за 10-15 мин и наносить его при высокой скорости истечения из сопла 7-10 м/с. Благодаря снижению расхода воды более чем на порядок, устройство может устанавливаться на борту транспортного средства.

Из изложенного следует, что предложенный способ предупреждения и тушения пожаров может быть использован в любых условиях, но весьма эффективен при тушении лесных пожаров. Поскольку интервал между подготовкой ПМС и самим процессом пожаротушения может быть любым благодаря устойчивости состава, он может изготавливаться заблаговременно и наноситься в местах, удаленных от очага возгорания, что значительно упрощает процесс локализации пожара.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет повысить эффективность пожаротушения за счет повышения плотности пламягасящего состава, его хорошей адгезии к поверхности защищаемых объектов, высокой вязкости, способности образовывать при высыхании воздухонепроницаемую пленку, способности проникать в поры объектов.

Технико-экономическая эффективность использования способа и устройства обусловлены как более высокой эффективностью пожаротушения, так и доступностью используемых ингредиентов, их низкой стоимостью, а также экологичностью пламягасящего состава.

Формула изобретения

1. Способ тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах, включающий смешивание ингредиентов пламягасящего состава и их последующее введение в актуальную зону, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности предупреждения и тушения пожаров, в качестве ингредиентов пламегасящего состава используют диспергированный гелеобразующий материал и воду, а в процессе смешивания формируют водную дисперсию гелеобразующего материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение пламегасящего состава в активную зону производят под давлением, обратно пропорциональным вязкости пламегасящего состава.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение пламегасящего состава в активную зону осуществляют путем нанесения пламегасящего состава на горящие объекты и/или предполагаемые объекты возгорания и/или пути распространения пожара.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что введение пламягасящего состава в активную зону производят путем введения пламегасящего состава в полость формообразования конструкции.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гелеобразующего материала используют композит бентонитовой глины, содержащей не менее 75% монтмориллонита при отношении Na₂O/K₂O более 10 и высокомолекулярного линейного полиакриламида со степенью гидролиза 30 40% полученного путем смешивания водных дисперсий бентонитовой глины и полиакриламида и последующего высушивания при температуре не более 100^oС.

6. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что в качестве ингредиента пламегасящего состава используют пресную воду с содержанием растворенных солей не более 1 г/л, в том числе солей кальция и магния в сумме не более 0,1 г/л, а pH поддерживают от 6 до 10.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве ингредиента пламегасящего состава используют порошок композита с размером частиц 0,05 - 0,5 мм 90% массы композита.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что процесс смешивания ингредиентов пламегасящего состава осуществляют до достижения вязкости от 30 до 200 Пг при концентрации композита 3 6 масс. или до исчезновения пленки воды на поверхности смеси.

9. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что в процессе смешивания ингредиентов пламегасящего состава, в него вводят дисперсный наполнитель.

10. Способ по пп.5, 6, 7 и 9, отличающийся тем, что соотношение компонентов пламегасящего состава выбирают из условий 1 15 2 ≅ М_к М_в М_н ≅ 1 20 5, где М_к, М_в, М_н массы композита, воды и наполнителя соответственно.

11. Устройство для тушения и предупреждения пожаров на пространственно протяженных объектах, содержащее корпус смесителя с выходным патрубком и нагнетатель, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено цилиндрической вставкой, источником пылевоздушной смеси, двумя входными патрубками, конической вставкой и крышкой с периферийными соплами, при этом корпус смесителя выполнен с донным углублением, в котором размещена коническая вставка, на которой расположена крышка, источник пылевоздушной смеси соединен с первым входным патрубком, размещенным в донном углублении корпуса смесителя, в полости которого концентрично расположена цилиндрическая вставка, причем на боковой поверхности корпуса смесителя размещены второй входной патрубок и выходной патрубок, подключенный к нагнетателю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9