Способ тушения пожаров
Владельцы патента RU 2557517:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к способам тушения пожаров при возгораниях на больших площадях, и может быть использовано для подавления и тушения крупных лесных пожаров, а также при ликвидации возгораний на промышленных и общественных объектах. Способ заключается в использовании тушащего состава, представляющего раствор обычной воды с графитовыми частицами с массовой долей в растворе от 0,5 до 0,9%. Используют графитовые частицы с размером не более 50 мкм, а тушащий состав подают в очаг пожара в виде монодисперсного распыленного потока с радиусом капель от 200 до 500 мкм. Технический результат: уменьшение количества используемого тушащего состава и сокращение времени ликвидации пожара. 3 табл.
Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к способам тушения пожаров при возгораниях на больших площадях, и может быть использовано для подавления и тушения крупных лесных пожаров, а также при ликвидации возгораний на промышленных и общественных объектах.
Известен способ тушения пожаров [RU 2396095 C1, МПК A62C 3/00 (2006.01), опубл. 10.08.2010] с помощью пламегасящего водного раствора соли калия, который подают в очаг горения в виде объемного аэрозольного потока с диапазоном размеров частиц 5-80 мкм с интенсивностью не менее 0,02 л/(м2с).
Недостатком данного способа является снижение интенсивности испарения тушащей жидкости в зоне пламени из-за содержания в ней солей-ингибиторов горения. Так как больше времени требуется для снижения температуры пламени до температур прекращения горения, то увеличивается расход тушащего состава и, как следствие, общее время ликвидации пожара. Малые размеры частиц жидкости при тушении возгораний, особенно очагов крупных лесных пожаров, приводят к изменению направления движения большей части аэрозольного потока, его развороту и неминуемому уносу в атмосферу с восходящими продуктами сгорания.
Известен способ тушения пожаров [RU 2110302 C1, МПК6 A62C 2/00, опубл. 10.05.1998], заключающийся в использовании гранулированных до одинаковых размеров частиц материалов со сплошной или пористой структурой. Размеры частиц принимают из расчета зависания или взвешивания их в восходящем потоке газов подавляемого очага горения.
В этом способе огнегасящий состав используют не для теплопоглощения выделяемой энергии, а для подавления тяги, развиваемой пламенем, что приводит к снижению мощности очага горения до значений, при которых окончательное его гашение становится возможным обычными средствами. В случае крупных лесных пожаров далеко не всегда имеется возможность применения таковых. Даже при наличии такой возможности подготовка дополнительных средств потребует некоторого времени, в течение которого пожар может возобновиться с новой силой.
Известен способ тушения пожаров [CN 103041532 А, МПК6 A62D 1/00, опубл. 17.04.2013], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что в качестве тушащего состава используют раствор обычной воды с графитовыми частицами с массовой долей графитовых частиц от 0,002 до 10%.
В этом способе не определены размеры графитовых частиц в растворе и параметры распыления тушащего состава, доставляемого в зону пожара.
Задачей предлагаемого способа является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что способ тушения пожаров, также как в прототипе, заключается в использовании тушащего состава, состоящего из раствора обычной воды с графитовыми частицами с массовой долей в растворе от 0,5 до 0,9%.
В отличие от прототипа используют графитовые частицы с размером не более 50 мкм, причем тушащий состав подают в очаг пожара в виде монодисперсного распыленного потока с радиусом капель от 200 до 500 мкм.
Радиус капель в распыленном потоке существенно влияет на степень уноса их с высокотемпературными продуктами сгорания. Экспериментально установлено, что оптимальным является радиус капель от 200 до 500 мкм. Капли с радиусом менее 200 мкм подвержены развороту и уносу с высокотемпературными продуктами сгорания еще на подходе к пламени, и, следовательно, не способны оказать практически никакого влияния на процесс тушения пожара, особенно в борьбе с крупными пожарами (Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Экспериментальное исследование особенностей движения капель распыленной тушащей жидкости на входе в зону пламени // Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №12. - С. 16-22).
Использование графитовых частиц с размером не более 50 мкм позволяет увеличить скорость испарения воды, входящей в тушащий состав, так как интенсивность фазового перехода при парообразовании играет определяющую роль в процессе снижения температуры пламени и, как следствие, в тушении пожара в целом (Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Оценка эффективности использования теплоты испарения воды при тушении лесных пожаров // Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №9. С. 57-63). Интенсификация фазового перехода обусловлена тем фактом, что частицы в составе капли поглощают существенно больше энергии излучения (продуктов сгорания и пламени) по сравнению с водой, аккумулируют тепло, и процесс испарения интенсифицируется внутри самой капли. Увеличивается теплопроводность капель воды, следовательно, меньше времени требуется для их прогрева и, как следствие, полного испарения.
Таким образом, применение предложенного в способе тушащего состава, который подают в виде монодисперсного распыленного потока в очаг пожара, позволяет интенсифицировать процесс испарения воды в зоне пламени, что приводит к уменьшению количества используемого тушащего состава и сокращению времени ликвидации пожара.
В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований, отражающие зависимость доли испарившейся воды от радиуса капель в потоке и массовой доли графитовых частиц размерами 50 мкм при прохождении тушащим составом в виде распыленного потока пламени высотой 1 м.
В таблице 2 приведены результаты экспериментальных исследований, отражающие зависимость доли испарившейся воды от радиуса капель в потоке и массовой доли графитовых частиц размерами 40 мкм при прохождении тушащим составом в виде распыленного потока пламени высотой 1 м.
В таблице 3 приведены результаты теоретических исследований, отражающие зависимость доли испарившейся воды от радиуса капель в потоке и массовой доли графитовых частиц размерами 50 мкм при прохождении тушащим составом в виде распыленного потока пламени высотой 5 м.
Были созданы модельные очаги пожара площадью 0,09 м2, высотой 1 м. В качестве горючего использовали керосин. Средняя температура продуктов сгорания, измеренная хромель-алюмелевыми термопарами, составила 1100 К. В качестве тушащих составов использовали воду с введенными в нее предварительно подготовленными твердыми графитовыми частицами с размерами 50 мкм и 40 мкм, массовая доля которых в составах изменялась в диапазоне 0,5÷0,9%.
Для приготовления графитовых частиц использовали вибрационную микромельницу «Vibratory Micro Mill PULVERISETTE 0», выполняющую автоматическое дробление и последующее просеивание графита. При взвешивании частиц графитового порошка использовали лабораторные микровесы с дискретностью 0,0001 г. Тушащий состав тщательно перемешивали и затем доставляли в зону пламени в виде монодисперсного распыленного потока, радиус капель в котором изменяли в диапазоне 200÷500 мкм. Для определения размеров капель тушащего состава в потоке использовали систему диагностики двухфазных газо-, парожидкостных потоков, работающую на базе оптических методов «Particle Image Velocimetry» и «Interferometric Particle Imaging» (Волков P.С, Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при ее движении через пламя // Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №10. - С. 15-24). Для преобразования тушащего состава в монодисперсный распыленный поток и последующей его доставки в зону пожара использовали устройство для создания потока тонкораспыленной воды [RU 2415688 C1, МПК A62C 31/00(2006.01), опубл. 10.04.2011].
Как видно из таблиц 1 и 2, оптимальные значения радиусов капель и массовой доли графитовых частиц составили 200 мкм и 0,9%.
При теоретическом исследовании был смоделирован пожар высотой 5 м для тушащего состава с размером графитовых частиц 50 мкм с массовой долей от 0,5 до 0,9%. С помощью специально разработанной программы в среде MatLab определяли долю испарившейся воды, оптимальный размер капель в монодисперсном распыленном потоке, оптимальную массовую долю графитовых частиц в тушащем составе.
В таблице 3 показано, что оптимальные значения радиусов капель и массовой доли графитовых частиц могут быть выбраны из следующего ряда: 200 мкм и 0,5%, 300 мкм и 0,6%, 400 мкм и 0,7% или 500 мкм и 0,8%.
Результаты теоретических (таблицы 1, 2) и экспериментальных (таблица 3) исследований показывают, что с введением в тушащий состав графитовых частиц с размерами не более 50 мкм при оптимально выбранных (с учетом высоты и площади локализуемого пламени) значениях радиусов капель и массовой доли графитовых частиц в тушащем составе существенно интенсифицируется процесс испарения воды в зоне пламени, что приводит к уменьшению количества используемого тушащего состава и сокращению времени ликвидации пожара.
Способ тушения пожаров, заключающийся в использовании тушащего состава, состоящего из раствора обычной воды с графитовыми частицами с массовой долей в растворе от 0,5 до 0,9%, отличающийся тем, что используют графитовые частицы с размером не более 50 мкм, причем тушащий состав подают в очаг пожара в виде монодисперсного распыленного потока с радиусом капель от 200 до 500 мкм.
