Устройство для объемного тушения пожара "спат"

 

Использование: в области противопожарной техники. Сущность изобретения: устройство для объемного тушения пожара содержит камеру сгорания термохимического состава со съемной крышкой и последовательно соединенной реакционной камерой, камерой смешения с кольцевым форсуночным коллектором, камерой перегрева со съемным соплом, причем форсуночный коллектор посредством напорного трубопровода соединен с емкостью с огнетушащей жидкостью, содержащей газогенератор для выдавливания этой жидкости, в напорном трубопроводе имеется патрубок, в котором установлена система воспламенения термохимического состава, срабатывающая от давления огнетушащей жидкости. В качестве огнетушащей жидкости используют воду или водные растворы солей натрия, калия или аммония или их смесь. Огнетушащую жидкость в купе с термохимическим составом используют в качестве реагента для ее же перегрева и образования пароаэрозольной смеси. В качестве термохимического состава используют смесь алюминия и/или магния или их сплавов с натрием или калием азотнокислым. Соотношение между массой термохимического состава и распыляемой огнетушащей жидкостью составляет от 1:2 до 1:15. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к средствам пароаэрозольного тушения (СПАТ) и может быть использовано как для объемного тушения пожаров в замкнутых объемах (помещениях, бункерах), полузамкнутых (шахтах, стволах, вентиляционных трубах и т.п.), локализации горения, тепловой защиты технологического оборудования при пожарах на объектах нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности, так и для тушения горючих материалов (ГМ) и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) на открытых площадях. Тушение пожара в замкнутых, полузамкнутых объемах, а также локализация пожара на открытых площадках происходит за счет быстрого (доли секунды) перегрева, испарения огнетушащей жидкости (ОТЖ), например воды, при повышенном давлении в СПАТ и выброса образовавшейся пароаэрозольной смеси с помощью предлагаемого устройства в зону пожара.

Установки, устройства, средства, системы и способы распыления ОТЖ для водяного, пароводяного тушения пожаров горючих материалов и легковоспламеняющихся жидкостей известны. Известны также устройства и способы тушения пожаров перегретой водой /3 10/. Недостатками устройств распыления воды является невозможность использования их для объемного тушения пожара, большие удельные расходы (до 900 л/м²) и времена тушения (60 мин) ГМ и ЛВЖ на открытых площадках (см. /1/, с. 104).

Невозможность использования указанных устройств для объемного тушения пожара и высокие удельные расходы воды при площадном способе тушения объясняются образованием грубодисперсного седиментационно неустойчивого водяного аэрозоля (тумана). Крупные капли не успевают испариться в зоне пламени и оседают на дно емкости с горящей ЛВЖ. Тушение паром эффективно, но требует наличия в зоне пожара паросилового хозяйства.

Тушение перегретой водой более эффективно, но все устройства приведенные в /3 10/, требуют предварительного нагрева ОТЖ (воды), например, электронагревателем в течение 20 мин /10/, либо давления, создаваемого в емкости с ОТЖ за счет перегрева жидкости от тепла в очаге пожара /8/.

В работах /2,11/ приведены устройства, выполненные в виде баллонных порошковых огнетушителей, мобильных порошковых установок типа АП-3 (130) 148 и стационарной пятисотлитровой установки. Недостатком этих устройств является их низкая эффективность при объемном тушении пожара (0,1 0,2 кг/м³), сложность в изготовлении мобильных и стационарных средств, малые гарантированные сроки эксплуатации порошковых огнетушителей с газообразным пропеллентом, высокий удельный расход ОТВ на единицу площади (0,8 1,3 кг/м²).

Баллонные углекислотные огнетушители имеют еще более высокий удельный расход на единицу поверхности. Например, огнетушитель ОУ-2, имея массу ОТВ 1,4 кг, обеспечивает тушение на площади в 0,45 м², т.е. 3,1 кг углекислоты на 1 м² горящей поверхности.

Наиболее эффективные для объемного тушения хладоновые баллонные установки (пожаротушащая концентрация 0,21 0,4 кг/м³ /1/) запрещены Международной конвенцией, т.к. фреоны разрушают озоновый слой атмосферы, и при этом стоимость хладонов (фреонов) на международном рынке весьма велика (≈80 USд/кг).

Наиболее близким по целевому назначению и совокупности признаков является устройство для объемного тушения пожаров /12/, которое выбрано нами за прототип. Данное устройство содержит камеру сгорания со съемной крышкой и с самоактивирующимся термохимическим тушащим составом (например, порохом с добавками солей калия или натрия), воспламенителем, запалом и соплом. Продукты сгорания, выходя через сопло в атмосферу, образуют химически активный аэрозоль и смесь инертных газов.

Недостатками прототипа являются низкая эффективность применения данного устройства для тушения на открытых площадях, а также невозможность применения для тушения тлеющих горючих материалов, большие расходы ОТВ при объемном тушении.

Целью данного изобретения является повышение эффективности тушения пожаров (снижение расхода ОТВ и времени тушения) при расширении типов (объемного и локального) тушения и классов пожаров A, B, C, т.е. твердых горючих (в том числе тлеющих) легковоспламеняющихся жидкостей и пыле-газовоздушных смесей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, имеющее камеру сгорания с термохимическим составом (ТХС) и воспламенителем с одного торца и сопло с другого, дополнительно имеет емкость для огнетушащей жидкости и размещенные последовательно в корпусе за камерой сгорания реакционную камеру, камеру смешения с кольцевым форсуночным коллектором, камеру перегрева со съемным соплом, причем коллектор с форсунками связан посредством напорного трубопровода, перекрытого мембраной, (мембранным клапаном) с емкостью для огнетушащей жидкости, содержащей газогенератор для выдавливания этой жидкости, а на напорном трубопроводе в патрубке установлена система воспламенения термохимического состава.

Термохимический состав представляет собой механическую смесь магния и/или алюминия или их сплав с калием или натрием азотнокислым, флегматизированную органическим связующим, например спиртоканифольном лаком. Соотношение компонентов в смеси составляет, мас. металлический порошок (магний, алюминий, сплав магния с алюминием или их смесь) 60 80; калий или натрий азотнокислый 12 38, органическое связующее 2 8.

Перегрев огнетушащей жидкости (ОТЖ) в камерах смешения и перегрева обеспечивают за счет экзотермической реакции, протекающей в реакционной камере между первичными продуктами сгорания термохимического состава и ОТЖ (водой либо водными растворами солей щелочных металлов (K, Na), либо аммония либо их смеси), причем в реакционной камере масса ОТЖ составляет от 1,2 до 5 массы ТХС.

В камере смешения соотношение ТХС и ОТЖ составляет от 1:2 до 1:15. Напорный трубопровод между емкостью с ОТЖ и камерой смешения с форсуночным коллектором имеет патрубок с гидропоршнем, скрепленным с подпружиненным бойком капсюля-воспламенителя, передающего тепловой импульс либо на ТХС, либо на воспламенитель ТХС.

На фиг. 1 представлено устройство для объемного тушения пожара, на фиг. 2 система воспламенения ТХС.

Позиции на чертеже обозначают: емкость с огнетушащей жидкостью 1; напорный трубопровод 2; мембранный клапан 3; камера сгорания с термохимическим составом 4; съемная крышка 5; реакционная камера 6; камера смешения с форсуночным коллектором 7; камера перегрева ОТЖ 8; съемное сопло 9; патрубок с системой воспламенения термохимического состава 10; газогенератор 11; устройство запуска газогенератора 12; гидропоршень 13; подпружиненный боек 14; капсуль-воспламенитель 15; воспламенитель ТХС 16, чека 17.

Принцип работы устройств, изображенных на фиг. 1 и 2, следующий. При получении сигнала о пожаре осуществляется подача электрического или механического импульса на устройство запуска 12 газогенератора вытеснения 11, который может быть выполнен либо в виде порохового аккумулятора давления (ПАД), либо воздушного (ВАД). Пороховые газы либо воздух при работе газогенератора 11 создают давление в емкости с ОТЖ 1. При достижении заданного давления в емкости 1 открывается мембранный клапан 3, и ОТЖ поступает в напорный трубопровод 2 и в патрубок с системой воспламенения 10. В патрубке ОТЖ давит на гидропоршень 13, который срезает чеку 17, освобождающий подпружиненный боек 14, ударяющий по капсюлю-воспламенителю 15. Капсюль-воспламенитель 15 от удара бойка 14 срабатывает и поджигает воспламенитель 16, который в свою очередь воспламеняет ТХС, вставленный через съемную крышку 5 в камеру сгорания 4 в запрессованном виде. Одновременно с воспламенением ТХС происходит заполнение огнетушащей жидкостью реакционной камеры 6 и полости форсуночного коллектора камеры смешения 7. Продукты сгорания ТХС из камеры сгорания 4 поступают в реакционную камеру 6, где протекает "вторичная" экзотермическая реакция между продуктами сгорания ТХС (газообразными магнием, алюминием, их сплавом или их смесью) и водой (ОТЖ), при этом образуется высокотемпературная парогазовая смесь (T_реак. ≥ 1700.2000^oC), которая поступает в камеру смешения 7. В камеру смешения 7 под углом 90^o через форсуночный коллектор впрыскивается под давлением тонкораспыленная ОТЖ, которая, смешиваясь с высокотемпературным парогазовым потоком из реакционной камеры 6, образует пароаэрозольную смесь. Пароаэрозольная смесь поступает в камеру перегрева 8, где капли воды (ОТЖ) нагреваются до 170 180^oC при давлении в камере 0,6 1,0 МПа. Перегретая пароводяная (парожидкостная) смесь поступает в съемное сопло 9, где разгоняется до скорости 400 600 м/с и выбрасывается в атмосферу. Перегретые капли воды (ОТЖ) под действием внутреннего парциального давления дробятся (как бы "взрываются"), образуя устойчивый тонкодисперсный водяной либо водосолевой аэрозоль. Полученный аэрозоль в виде высокоскоростной струи подается в зону пожара. Тушение пожара происходит за счет следующих факторов.

1. Срыв пламени с горящей поверхности газодинамической струей.

2. Охлаждение пламени за счет отбора тепла на испарение ОТЖ.

3. Снижение концентрации кислорода в зоне пожара за счет образования водяного пара из водяного аэрозоля.

4. Гомогенное химическое ингибирование горения за счет паров солей, присутствующих в ОТЖ и в продуктах сгорания ТХС.

5. Физико-химическое гетерогенное ингибирование активных центров пламени на солевом аэрозоле с ювенильной (свежераскрытой) поверхностью с некомпенсированными химическими связями.

6. Изоляция твердой тлеющей поверхности раствором солей аммония, например аммофоса, по реакции Триполифосфат образует на горящей поверхности вязкую пленку, предотвращающую доступ кислорода воздуха в зону горения (тления).

Совокупность этих факторов обеспечивает наивысшую эффективность пожаротушения по сравнению с известными устройствами.

Коэффициент эффективности данного устройства равен 15, т.е. 1 кг ТХС обеспечивает получение до 15 кг пароаэрозоля. Предлагаемое устройство является средством пароаэрозольного тушения (СПАТ).

Для сравнения в таблице приведены тактико-технические характеристики аналогов, прототипа и заявляемого устройства СПАТ.

Анализ приведенных в таблице данных показывает, что предлагаемое устройство выгодно отличается от аналогов и прототипа, в том числе по сравнению с прототипом по времени тушения в 6 20 раз, по пожаротушащей концентрации в 1,5 3 раза, по стоимости ОТВ на один два порядка. При этом предлагаемое устройство может быть применено для всех типов тушения (объемное, локальное, площадное) и для трех классов (A, B, C) пожаров.

Формула изобретения

1. Устройство для объемного тушения пожара, содержащее камеру сгорания с термохимическим составом и воспламенителем, съемную крышку на камере сгорания, установленную на одном ее торце, и сопло, отличающееся тем, что оно имеет емкость для огнетушащей жидкости и размещенные последовательно в корпусе за камерой сгорания реакционную камеру, камеру смешения с кольцевым форсуночным коллектором и камеру перегрева, причем коллектор с форсунками связан посредством напорного трубопровода, перекрытого мембраной с емкостью для огнетушащей жидкости, содержащей газогенератор, при этом сопло выполнено съемным и установлено на свободном торце камеры перегрева, а на напорном трубопроводе в патрубке установлена система воспламенения термохимического состава.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве термохимического состава для перегрева огнетушащей жидкости используют смесь порошков алюминия и/или магния или их сплав с натрием или калием азотнокислым и органическим связующим в соотношении металл соль связующее 30 40 6 19 1 4 соответственно.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве реагента для перегрева огнетушащей жидкости используют ее же в виде воды или водных растворов солей натрия, калия, аммония или их смесь в соотношении по массе вода/или водные растворы 1 1,2 1 5,0.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что соотношение масс термохимического состава и распыляемой огнетушащей жидкости составляет 1 2 - 5.

5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что в патрубке на напорном трубопроводе установлен гидропоршень, скрепленный срезаемой чекой с подпружиненным бойком капсулем-воспламенителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4