Способ повышения пожарной безопасности внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок
Владельцы патента RU 2677712:
Акционерное общество "Ассоциация разработчиков и производителей систем мониторинга" (RU)
Изобретение относится к области средств обеспечения пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов, в том числе защищенных командных пунктов, салонов самолетов, производственных лабораторных и складских помещений и т.п. Способ повышения пожарной безопасности внутри герметичных обитаемых объектов заключается в том, что после герметизации в обитаемом объекте создается газовоздушная среда с таким повышенным давлением, при котором объемная концентрация кислорода устанавливается на уровне около 14% об., обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в ней кислорода, а парциальное давление кислорода составляет около 19,2 кПа, что обеспечивает сохранение условий для нормальной жизнедеятельности экипажа вследствие поддержания парциального давления на безгипоксическом уровне, а при получении сигнала от средств предаварийного предпожарного контроля, производится дальнейшее регулирование содержания кислорода путем снижения давления до допустимого уровня либо удаления части кислорода из ГВС, для снижения процентного содержания кислорода, при сохранении давления ГВС. Регулирование производят на время поиска источника опасности, после чего восстанавливают начальные параметры ГВС. Оценка вероятности возникновения и развития пожара в условиях предлагаемой ГВС дает существенную величину уменьшения вероятности пожара. Способ реализуется применением известного устройства. Технический результат: повышение пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов путем внедрения предаварийного контроля и создания в них регулируемых газовоздушных сред, обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в них кислорода, при одновременном создании условий для нормальной жизнедеятельности экипажа ПЛ в условиях длительного похода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области средств обеспечения пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов, в том числе защищенных командных пунктов, салонов самолетов, производственных лабораторных и складских помещений и т.п., выдерживающих повышенное давление воздушной среды внутри объекта.
Повышение пожаробезопасности подводных лодок (далее - ПЛ) и других герметичных обитаемых объектов является актуальной научно-технической задачей, решение которой может уменьшить риск гибели людей и техники.
В последние годы широко исследуется возможность создания на ПЛ газовоздушных сред, обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в них кислорода.
Известны способы и устройства для повышения пожаробезопасности помещений и хранилищ пожароопасных предметов за счет создания в них газовоздушных сред с пониженным содержанием кислорода до значений 8% от объема (далее - об. %) путем их разбавления инертным газом. В настоящее время они стали использоваться для обеспечения пожаробезопасности музейных хранилищ, фондохранилищ библиотек, складов особо пожароопасных технических сред и средств, зернохранилищ и т.п.(см., например, статью «Газовое пожаротушение» по ссылке в сети Интернет http://os-info.ru/pojarotuschenie/gazovoe-pozharotushenie.html, а также ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования; Обеспечение пожарной безопасности силосов и бункеров на предприятиях по хранению и переработке зерна, http://www.ktm-star.com/katalog/pogarnaya-bezopasnost.html).
Описанные в этих источниках устройства представляют собой либо баллоны с азотом, системой контроля среды и регулирования подачи, или генераторы азота, как в статье «Установки азотного пожаротушения» (см. по ссылке в Интернет http://www.grasys.ru/products/gas/fire/), которые извлекают его из окружающего атмосферного воздуха и далее подают в помещение нужное его количество для поддержания определенного состава среды.
Однако очевидно, что такие средства повышения пожаробезопасности применимы только для герметизированных помещений и хранилищ, которые, в то же время, имеют техническую возможность связи их объемов с атмосферным воздухом, например, для обогащения ГГВС кислородом или азотом из внешней атмосферы или, наоборот, их стравливания в атмосферу. Кроме того, в процессе хранения пожароопасных объектов в охраняемых помещениях не предполагается присутствие людей, для которых указанное выше содержание кислорода может оказаться смертельным, т.е. такие способы не предназначены, например, для использования в салонах самолетов, космических объектов, на подводных лодках.
Известна также гипоксическая система подавления огня и предупреждения пожара по патенту Норвегии № NO20024955(A), МПК A62C 2/00; A62C 3/00; A62C 99/00; A62D 1/00; A62D 1/02; B01D 53/02, опубл. 05.12.2002 г., согласно которому предлагается использовать для всех обитаемых объектов и ПЛ системы предупреждения и ликвидации пожаров при стандартном атмосферном давлении, в которых подается огнетушащий состав смеси азота и кислорода с содержанием кислорода от 12 до 17 об. % с возможным добавлением двуокиси углерода. При реализации этого способа для герметичных ПЛ при подаче смеси азота и кислорода с процентным содержанием кислорода от 12 об. % в ПЛ будет происходить понижение концентрации кислорода до значений, препятствующих горению, с одновременным повышением давления выше допустимого для корабельного оборудования. Так, для достижения в воздушной среде концентрации кислорода в 14 об. %, при которой невозможно самоподдерживающееся горение большинства основных корабельных материалов, являющихся потенциальными источниками возгорания и распространения пожара на ПЛ, придется повысить давление в герметичном помещении в 2,3 раза до 232 кПа. Экипажу после работы в этих условиях в течении автономного плавания потребуется проведение длительной декомпрессии. Кроме того, предложенный способ не устанавливает допустимые временные пределы пребывания экипажа в создаваемых условиях без ущерба для здоровья.
Известен также способ повышения пожаробезопасности ПЛ путем осуществления контроля предпожарных состояний воздушной среды, технических средств и оборудования - источников пожарной опасности (Способ предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности в герметичных обитаемых объектах, преимущественно подводных лодках, и комплексная система для его осуществления: пат.№2596063 Российская Федерация / Петров В.А., Абакумов В.П., Жабрунов В.И. [и др.]; заявитель и патентообладатель АО «АСМ». - №2015127771/12(043121); заявл. 10.07. 2015).
Предаварийный контроль (ПАК) проводится с целью предупреждения бесконтрольного перехода источников взрывопожарной и других видов опасности в предаварийное состояние и обеспечения возможность своевременного регулирования при переходе источников пожарной опасности в предаварийное состояние путем его идентификации и информирования лица, принимающего решение, о состоявшемся событии.
Известен способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, и устройство для его осуществления, (пат.2549055 Российская Федерация, МПК A62C 3/00, A62C 2/00 / Петров В.А., Бударин С.Н., Михайленко B.C. [и др.]; заявитель и патентообладатель АО «АСМ». - №2014108499; заявл. 06.03. 2014.)
Согласно формуле изобретения способ состоит в том, что внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта формируют гипоксическую газовоздушную среду с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении ГВС, причем содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения, обусловленного временем нахождения и интенсивностью работы членов экипажа в нем, одновременно осуществляют контроль и идентификацию состояния источников пожарной опасности путем измерения в непрерывном режиме либо через предварительно заданные промежутки времени по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых газовоздушной среды, технических средств и оборудования, в случае поступления сигнала о достижении или превышении установленных значений по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых газовоздушной среды, технических средств и оборудования регулируют содержание кислорода и давление гипоксической газовоздушной среды в герметичном помещении путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа до значений концентраций и давления, предписанных для данного помещения и обеспечивающих предотвращение или уменьшение вероятности возгорания технических средств и оборудования, на заданный промежуток времени, в течение которого нахождение внутри герметичного помещения безопасно для экипажа и оборудования, и после проведения мероприятий по поиску причин и источника появления сигнала о предаварийном предпожарном состоянии и его ликвидации восстанавливают начальное заданное значение содержания кислорода при нормальном давлении ГВС для каждого закрытого помещения герметичного объекта.
Данный способ является эффективным, но для помещений постоянного круглосуточного пребывания предполагает начальное содержание кислорода на уровне 19%об., что в случае быстрого развития предаварийной пожароопасной ситуации может стать причиной опоздания предотвращения возгорания и пожара путем регулирования со снижением концентрации кислорода.
Известен способ создания условий для жизнедеятельности человека в гермообъекте по патенту РФ №2138421, МПК B63C 11/00, B63C 11/36, опубл. 27.09.1999 г. (недействующий), принятый за прототип. Согласно способу, для повышения пожаробезопасности ПЛ предлагается использовать кислородно-азотную среду с содержанием кислорода 14±1 об. % и поддержанием повышенного давления воздушной среды на все время герметизации таким образом, чтобы парциальное давление кислорода в среде соответствовало нормоксическому и составляло 20-21 кПа, что необходимо, чтобы предотвратить гипоксическое состояние членов экипажа. Давление воздушной среды ПЛ при этом будет соответствовать 150 кПа, то есть почти в 1,5 раза выше нормального атмосферного давления.
Такая среда существенно повышает пожарную безопасность, но не препятствует возможности возгорания и тления некоторых веществ при подводе тепла. Повышенное давление также влияет на экипаж и оборудование объекта и его желательно, по возможности, снизить.
Известен способ (отчет по ОКР «Аргон») при котором в нормобарической гипоксической газовоздушной среде создают повышенную концентрацию аргона до 35 об. %, а концентрацию кислорода устанавливают на уровне от 12 до 14 об. % для помещений постоянного круглосуточного пребывания и регулируют содержание кислорода в ней при получении сигнала от средств предаварийного предпожарного контроля со снижением концентрации на требуемое время, до 8 об. %, что обеспечивает невозможность возгорания и тления (при такой концентрации кислорода невозможно горение метана, бензина и др. [Д. Драйзел, Введение в динамику пожаров, М., Стройиздат, 1990 г.]).
Этот способ безопасен для экипажа, но сложен для реализации на больших герметичных объектах, типа подводных лодок, ввиду необходимости иметь на борту большой запас аргона, и также ввиду того, что выделить аргон из воздуха в автономных условиях в настоящее время является сложным с технической стороны.
Заявленное изобретение решает следующие задачи:
- не допустить пожар или возгорание на ПЛ и других обитаемых герметичных объектах при их длительной автономной работе;
- обеспечить длительную работу экипажа в течение 1-100 и более суток в без значимого снижения работоспособности и ущерба здоровью;
- обеспечить сохранение основных режимов функционирования объекта и сохранение работоспособности оборудования объекта.
Техническим результатом от реализации заявленного изобретения является повышение пожаробезопасности объекта на время герметизации путем создания в нем газовоздушной среды с таким повышенным давлением, при котором объемная концентрация кислорода устанавливается на уровне около 14%об., обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в ней кислорода, а парциальное давление кислорода составляет около 19,2 кПа, что обеспечивает сохранение условий для нормальной жизнедеятельности экипажа вследствие поддержания парциального давления на безгипоксическом уровне и регулировании содержания кислорода при получении сигнала от средств предаварийного предпожарного контроля (патент РФ №2596063, МПК G21C 17/00, опубл. 27.08.2016) путем снижения давления до допустимого уровня либо удаления части кислорода из ГВС, для снижения процентного содержания кислорода, при сохранении давления ГВС, на время поиска источника опасности, с последующим восстановлением начальных параметров ГВС. Оценка вероятности возникновения и развития пожара в условиях предлагаемой ГВС дает существенную величину уменьшения вероятности пожара.
Для достижения этого технического результата в заявляемом способе предупреждения пожаров на объекте реализуют следующее:
- на объекте в целом формируют ГВС с содержанием кислорода около 14%об при поддержании такого повышенного давления воздушной среды на все время герметизации, при котором парциальное давление кислорода в газовоздушной среде соответствует нормоксическому и составляет около 19,2 кПа, что соответствует нормативным требованиям (19 об. % при н.у.) и обеспечивает предотвращение гипоксического состояния членов экипажа. Давление воздушной среды ПЛ при этом будет соответствовать около 140 кПа, то есть почти в 1,4 раза выше нормального атмосферного давления;
- производят регулирование давления ГВС, с его снижением до значений 101-120 кПа на заданное время, после получения сигнала о предаварийном предпожарном состоянии источника пожарной опасности, что при сохранении процентного содержания кислорода на уровне около 14%об снижает абсолютное содержание кислорода с уменьшением его парциального давления до 13,8-16,8 кПа, приводя к умеренной гипоксии, но обеспечивая снижение пожарной опасности на время поиска источника опасности (30-60 минут) за счет уменьшения вероятности реакции вследствие снижения абсолютного числа молекул окислителя и уменьшением скорости диффузии окислителя к источнику пожарной опасности;
- либо - производят регулирование содержания кислорода в ГВС на время поиска источника опасности со снижением его концентрации путем разделения воздуха на кислород и азот через установку разделения воздуха при сохранении давления ГВС, что также приводит к снижению пожарной опасности за счет уменьшения парциального давления и концентрации кислорода. При этом снижать концентрацию кислорода допустимо на время, как правило, до 4 часов без последствий для работоспособности и здоровья членов экипажа (Иванов А.О., Беляев В.Ф., Петров В.А., Безкишкий Э.Н., Тагиров Р.Т. Исследование возможности периодического пребывания человека в искусственных нормобарических газовых средах, снижающих риск возникновения пожаров на подводных лодках // Труды ВМПИ ВУНЦ ВМФ ВМА. - 2016. - №2 (18). - С.208-212), что в пересчете на нормальные условия предполагает снижение концентрации кислорода до уровня 17 об. % (17.2 кПа) соответствующих 12 об. % кислорода при давлении ГВС 140 кПа;
- либо сочетают оба вышеописанных способа;
- после идентификации источника пожарной опасности, находящегося в предаварийном предпожарном состоянии и нормализации его состояния или отключения, производят восстановление начальных параметров ГВС на уровне давления ГВС около 140 кПа и парциального давления кислорода около 19,2 кПа.
При этом восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления газовоздушной среды производят без использования наружного атмосферного воздуха, в частности без всплытия подводной лодки в надводное положение и вентилирования в атмосферу, применяя те же технические средства, которые описаны в патенте РФ №2549055, МПК A62C 3/00, A62C 3/00, опубл. 20.04.2015.
Регулирование параметров ГВС после получения сигнала о предпожарном предаварийном состоянии источника пожарной опасности от средств предаварийного контроля производят в отдельном помещении, в котором расположен искомый источника пожарной опасности, герметизируя его и далее проводя регулирование параметров ГВС, или во всем объекте.
Создание, поддержание и регулирование параметров ГВС возможно осуществить с помощью технических средств (Фиг. 1), предложенных в патенте РФ №2549055, МПК A62C 3/00, A62C 3/00, опубл. 20.04.2015.
Способ осуществляют следующим образом.
Реализуют способ с помощью технических средств, представленных на Фиг. 1.
1. Начальные параметры газовоздушной среды после герметизации устанавливают на уровне:
- содержанием кислорода около 14%об;
- давление ГВС - около 140 кПа;
- парциальное давление кислорода около 19,2 кПа;
- остальное - как для нормальных условий.
Устанавливают начальные параметры газовоздушной среды путем добавления азота из баллонов с азотом 10 или путем подачи воздуха из узла 9 баллонов воздуха высокого давления (ВВД) через узел 13 мембранного разделения воздуха на азот и кислород с последующей утилизацией избыточного кислорода путем его компримирования компрессором 8 воздуха высокого давления в баллоны ВВД или вывода за пределы объекта. После установления начальных параметров газовоздушной среды их поддержание обеспечивается узлом 4 регенерации газовоздушной среды и, при необходимости, другими техническими средствами из выше названных.
Контроль и управление при этом осуществляется узлом 3 датчиков контроля параметров ГВС.
После погружения ПЛ в случае нормального состояния и функционирования корабельных технических средств и оборудования параметры ГВС в помещениях ПЛ не меняют в течение всего периода герметизации.
2. В случае обнаружения перехода газовоздушной среды, технического средства или оборудования ПЛ в предаварийное предпожарное состояние, обнаруженное узлом 2 датчиков предаварийного контроля, выполняют регулирование параметров ГВС в отдельном герметичном помещении, в котором обнаружено предаварийное предпожарное состояние, или на ПЛ в целом.
Регулирование производят двумя способами (вариант 1 и 2).
Вариант 1 - путем понижения давления ГВС от 140 кПа до значений 101-120 кПа с сохранением процентного содержания кислорода на уровне около 14%об и снижением парциального давления от 19,2 кПа до 13,8-16,8 кПа, что обеспечивается компримированием избыточного воздуха компрессором 8 в баллоны ВВД узла 9 или удалением за пределы объекта. Контроль и управление при этом осуществляется узлом 3 датчиков контроля параметров ГВС.
Вариант 2 - путем регулирования содержания кислорода в ГВС с поддержанием давления ГВС на первоначальном уровне около 140 кПа, со снижением концентрации кислорода до 11-12 об. % при давлении ГВС 140 кПа, или около 15,5-17,2 кПа парциального давления кислорода при нормальных условиях, на время, как правило, 30-60 минут, достаточное для поиска источника опасности, путем разделения воздуха на кислород и азот узлом 13 мембранного разделения воздуха, удалением избыточной обогащенной кислородом смеси за пределы объекта или ее компримированием компрессором 8 в баллоны воздуха ВВД узла 9 при сохранении давления ГВС путем подачи азота из баллонов с азотом 10 или воздуха из баллонов ВВД узла 9.
Вариант 3 - комбинированное управление со снижением давления ГВС, парциального давления кислорода и концентрации кислорода, являющееся сочетанием двух вышеописанных вариантов регулирования с достижением значений концентраций кислорода, приведенных к нормальным условиям, обеспечивающих нахождение в них человека в течении 30-60 минут без существенного ущерба его здоровью и работоспособности.
3. После идентификации источника пожарной опасности, находящегося в предаварийном предпожарном состоянии и нормализации его состояния или отключения, производят восстановление начальных параметров ГВС на уровне давления ГВС около 140 кПа и парциального давления кислорода около 19,2 кПа путем подачи азота из азота из баллонов с азотом 10, воздуха из баллонов ВВД узла 9 напрямую в помещение или через узел 13 мембранного разделения воздуха для восстановления давления и восстановление содержания кислорода, а также с помощью узла 4 регенерации газовоздушной среды и, при необходимости, другими техническими средствами из выше названных для регулирования и поддержания восстановленных параметров ГВС.
Диаграмма регулирования ГГВС, соответствующего заявляемому способу, представлена на Фиг. 2, варианты 1 и 2.
Регулирование в варианте 1 на этапе I выполняют с сохранением концентрации кислорода, снижением давления ГВС и, соответственно, снижением парциального давления кислорода, при этом уменьшается показатель пожароопасности Fi на объекте и снижается показатель обитаемости по газовоздушной среде Qi (графики Pi парц O2 нач и Ci начO2, PiΣнач, Fi и Qi на фиг. 2, вариант 1, этап I).
Далее, на следующем этапе (фиг. 2, вариант 1, этап II), парциальное давление кислорода, давление ГВС и концентрация кислорода поддерживаются в течение времени, достаточного для поиска источника пожарной опасности, на уровне, установленном после регулирования, при этом сохраняется достигнутый уровень показателя пожарной безопасности Fi, а уровень показателя обитаемости по ГВС Qi падает, приближаясь к минимально допустимому (фиг. 2, вариант 1, этап II).
После идентификации источника пожарной опасности и необходимых действий по локализации угрозы возгорания, параметры ГВС восстанавливаются до начальных значений, предшествовавших регулированию (фиг. 2, вариант 1, этап III).
Регулирование в варианте 2 на этапе I выполняют с сохранением давления ГВС, снижением концентрации кислорода, и, соответственно, снижением парциального давления кислорода, при этом уменьшается показатель пожароопасности Fi на объекте и снижается показатель обитаемости по газовоздушной среде Qi (графики Pi парц О2 нач и Ci начО2, PiΣ нач, Fi и Qi на фиг. 2, вариант 2, этап I).
Далее, на следующем этапе (фиг. 2, вариант 2, этап II), парциальное давление кислорода, давление ГВС и концентрация кислорода поддерживаются в течение времени, достаточного для поиска источника пожарной опасности, на уровне, установленном после регулирования, при этом сохраняется достигнутый уровень показателя пожарной безопасности Fi, а уровень показателя обитаемости по ГВС Qi падает, приближаясь к минимально допустимому (фиг. 2, вариант 2, этап II).
После идентификации источника пожарной опасности и необходимых действий по локализации угрозы возгорания, параметры ГВС восстанавливаются до начальных значений, предшествовавших регулированию (фиг. 2, вариант 2, этап III).
Наиболее эффективным и быстродействующим способом противопожарного регулирования параметров ГВС, но более сложным в реализации, является комбинированное управление со снижением давления ГВС, парциального давления кислорода и концентрации кислорода, что является сочетанием двух вышеописанных вариантов регулирования.
После выполнения рабочей программы в конце герметизации члены экипажа проходят декомпрессию в течение около 15 минут в процессе нормализации давления ГВС на объекте до наличного атмосферного перед разгерметизацией.
Таким образом, использование заявленного способа позволяет достичь повышения пожаробезопасности подводных лодок и других подобных герметичных обитаемых объектов путем создания в них газовоздушных сред, уменьшающих вероятность возгорания и распространения пожара, и в то же время дает возможность обеспечить работу экипажа в течение длительного времени без значимого снижения работоспособности и ущерба здоровью и без необходимости проведения специальных мероприятий по последующей декомпрессии, а также обеспечивает сохранение основных режимов функционирования ПЛ и работоспособности оборудования.
1. Способ повышения пожарной безопасности внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, включающий использование кислородно-азотной среды с содержанием кислорода 14±1 об.% и поддержание повышенного давления воздушной среды на все время герметизации таким образом, чтобы парциальное давление кислорода в среде соответствовало нормоксическому и составляло 20-21 кПа, а давление газовоздушной среды соответствовало 150 кПа, отличающийся тем, что установленные параметры газовоздушной среды (ГВС) регулируют для еще большего повышения пожарной безопасности объекта на заданное время, после получения сигнала от средств предпожарного предаварийного контроля о переходе источника пожарной опасности в предаварийное предпожарное состояние, путем снижения давления ГВС и, соответственно, снижения парциального давления кислорода при сохранении концентрации кислорода, либо путем снижения концентрации кислорода, и, соответственно, снижения парциального давления кислорода при сохранении давления ГВС, либо сочетанием этих обоих способов, причем устанавливаемые параметры ГВС в течение всего совокупного времени регулирования не должны наносить ущерб здоровью или значимо снижать работоспособность членов экипажа.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после герметизации устанавливают начальные параметры газовоздушной среды, характеризующиеся содержанием кислорода около 14 об.%, давлением ГВС около 140 кПа, парциальным давление кислорода около 19,2 кПа и остальными параметрами, как для нормальных условий, а при регулировании, в одном варианте, понижают давление ГВС от 140 кПа до значений 101-120 кПа с сохранением процентного содержания кислорода на уровне 13-14 об.% и снижением парциального давления от 19,2 кПа до 13,8-16,8 кПа, или, в другом варианте, поддерживают давление ГВС на первоначальном уровне около 140 кПа и при этом снижают концентрацию кислорода до 11-12 об.% при давлении ГВС 140 кПа, или около 15,5-17,2 кПа парциального давления кислорода при нормальных условиях, на время, как правило, 30-60 минут, или сочетают оба вышеприведенных варианта способа таким образом, чтобы не нанести ущерб здоровью и работоспособности членам экипажа, а после идентификации источника пожарной опасности восстанавливают начальные параметры газовоздушной среды.
