Способ тушения пожара в помещении в условиях низких температур и устройство для его реализации

Авторы патента:

Таранцев Андрей Александрович (RU)

Таранцев Александр Алексеевич (RU)

A62C3/00 - Предупреждение пожаров, сдерживание огня или тушение пожаров на особых объектах или местностях (на ядерных реакторах G21C 9/04)

Владельцы патента RU 2714272:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (RU)

Использование: в системах пожарной безопасности стационарных и мобильных объектов, функционирующих в условиях низких температур. Сущность способа заключается в том, что при возникновении пожара в помещении (отсеке) осуществляется продувка его объема холодным атмосферным (забортным) воздухом. В результате этого падает среднеобъемная температура, замедляется или вообще прекращается горение, а продукты горения удаляются наружу, чем обеспечивается безопасность персонала, облегчаются действия пожарных подразделений и становится возможным скорейшее восстановление объекта. Сущность устройства заключается в том, что помещение (отсек) снабжено нормально закрытыми теплоизолированными люками в его противоположных частях, причем в одном из люков установлен вентилятор. При возникновении пожара люки вскрываются, вентилятор включается и осуществляет продувку объема холодным атмосферным (забортным) воздухом. 2 н. и 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к пожарному делу и может использоваться при тушении пожаров в помещениях (модулях) стационарных и подвижных объектов, функционирующих в условиях низких температур окружающего воздуха.

Известен способ тушения пожаров в замкнутых объемах, в частности, в помещениях и зданиях с использованием автоматических установок водяного или пенного пожаротушения [1] - дренчерных и спринклерных. Применение такого способа и реализующих его установок не представляется возможным для жилых, служебных и др. модулей и помещений объектов в Арктической зоне и на Крайнем Севере ввиду низких температур окружающего воздуха и, как следствие, риска замерзания воды и/или раствора пенообразователя в трубопроводах, что может привести к их разрыву и невозможности выполнения задачи по тушению пожара. Кроме того, нежелательно применение большого количества воды для тушения пожаров в отсеках (помещениях, каютах) ледоколов и кораблей.

Известны устройства с применением газовых установок (патенты RU 2465934, опубликован 10.11.2012 г.; RU 2475285, опубликован 20.02.2013 г.; RU 2465937, опубликован 10.11.2012 г.; RU 2498828, опубликован 20.11.2013 г.) пожаротушения. Их использование ограничивается недостаточной надежностью, высокой стоимостью и небольшим запасом огнетушащих веществ, которые также могут представлять опасность для персонала и оборудования защищаемых помещений (модулей).

Известен способ тушения пожара в замкнутых помещениях и устройство для его осуществления (патент RU 2452540, опубликован 10.06.2012). Изобретение взято в качестве прототипа. Способ предусматривает подачу импульсно прерываемой струи воздуха в зону пожара для срыва пламени и удаления продуктов горения. Устройство, реализующее данный способ, содержит средства для подачи скоростных струй воздуха в зону пожара. Кроме того, одновременно с выхлопами воздуха осуществляются огнетушащие водно-капельные впрыски, повторно-кратковременные впрыски порошковых облачков или воздушно-механической пены, а при тушении предметов и оборудования, находящегося под напряжением, - повторно-кратковременные впрыски пожаротушащего аэрозоля.

К недостаткам прототипа можно отнести сложность конструкции, требуются дополнительные органы управления для переключения на впрыск воды, порошка или аэрозоля; порошок может слеживаться, вода может замерзать при отрицательных температурах, что снижает надежность устройства, а также сферу его применения.

Целью изобретения является повышение эффективности тушения пожара в помещениях, в частности, жилых, служебных и др. модулях, а также в отсеках подвижных объектов в условиях низких температур окружающего воздуха.

Для достижения цели изобретения тушение пожара в помещении (модуле) осуществляется способом продувки его низкотемпературным атмосферным (забортным) воздухом, что приводит к тройному эффекту:

а) понижению среднеобъемной температуры в помещении (модуле) и снижению концентрации горючих газов в зоне горения, что вызывает замедление реакции горения вплоть до полного прекращения;

б) к срыву пламени потоком низкотемпературного воздуха;

в) удалению дыма и токсичных продуктов горения из объема помещения (модуля).

Устройство (фиг. 1 и 2), реализующее заявленный способ, содержит нормально закрытые теплоизолированные люки 3 и 4 в противоположных частях помещения 1 с возможность экстренного вскрытия вручную и/или автоматически с использованием дистанционных приводов, активируемых от датчиков автоматического обнаружения пожара. В районе одного из люков (например, 3) размещен вентилятор 5 с приводом, включаемый также либо вручную, либо от извещателей пожарной сигнализации.

Функционирование устройства, реализующего заявленный способ, осуществляется следующим образом. При возникновении очага пожара 2 в помещении (модуле) 1 срабатывает либо извещатель системы автоматической пожарной сигнализации, инициирующий открытие люков 3, 4 и включение вентилятора 5, либо это оператор выполняет вручную.

Подаваемый вентилятором 5 в модуль 1 поток 6 низкотемпературного атмосферного (забортного) воздуха приводит к снижению среднеобъемной температуры, снижению концентрации горючих газов в зоне горения, срыву пламени 7 и удалению продуктов горения 8 наружу через открытый противоположный люк 4.

Заявляемые способ и устройство обладают высокой надежностью и простотой. Ресурс устройства ограничивается лишь ресурсом вентилятора, а запас холодного воздуха неограничен. Устройство может быть оперативно установлено даже в действующих модулях и помещениях, имеет небольшую стоимость и безопасно для персонала и оборудования защищаемого помещения (модуля).

Применение заявляемых способа и устройства повышает пожарную безопасность жилых, служебных и иных модулей, а также помещений (отсеков, кают) транспортных средств (например, ледоколов), функционирующих в холодных климатических районах - в Арктической зоне и на Крайнем Севере. Отпадает необходимость использовать жидкие огнетушащие вещества (воду) с температурой замерзания выше температуры окружающего воздуха, а также газовые и порошковые установки автоматического пожаротушения, имеющие ограниченную надежность, высокую стоимость и небольшой объем огнетушащих веществ, которые, кроме того, могут представлять опасность для персонала и оборудования помещений (модулей).

На фиг. 1 показан теплоизолированный модуль 1 с пожарной нагрузкой 2 в исходном состоянии;

на фиг. 2 - подавление возникшего в модуле пожара класса А посредством подачи холодного атмосферного (забортного) воздуха;

на фигурах 3-8 показаны фотографии (скриншоты) графических отображений результатов компьютерного эксперимента по моделированию процесса тушения пожара заявляемым способом:

- фиг. 3 - начало возгорания в теплоизолированном модуле;

- фиг. 4 - вдув низкотемпературного (-400 C) забортного воздуха со скоростью 10 м/с на 65-й секунде пожара;

- фиг. 5 - подавление пожара - срыв пламени низкотемпературным потоком на 130-й секунде пожара;

- фиг. 6 - динамика температуры (а) и концентрации CO2 (б) в левой части модуля;

- фиг. 7 - динамика температуры (а) и концентрации CO2 (б) в центре модуля;

- фиг. 8 - динамика температуры (а) и концентрации CO2 (б) в правой части модуля.

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБА И УСТРОЙСТВА

1. Аналитический подход

Снижение среднеобъемной температуры при пожаре в помещении (модуле) с величины Т_пож до величины Т_х за счет продувки помещения холодным воздухом приводит к снижению скорости реакции горения, что следует из уравнения Аррениуса [2]:

где V_пож, V_X - скорости реакции горения при пожаре и продувке холодным воздухом; Е - энергия активации, отнесенная к постоянной Больцмана; k≥0 - безразмерный коэффициент ослабления реакции, оцениваемый по выражению:

Величина Т_х, в свою очередь, может быть оценена из выражения:

где K=С_ГG_Г(G_ВG_В)^-1 - отношение произведения массового расхода G_Г [кг/с] продуктов горения на их теплоемкость С_Г [Дж/кг/К] к произведению массового расхода G_B [кг/с] внешнего низкотемпературного воздуха на его теплоемкость С_В [Дж/кг/К]; Т_в - температура атмосферного (забортного) воздуха [К].

Например, при Т_пож=1000 К, Т_В=233 К (-40°C) и К=0,15 из (3) получаем:

что уже безопасно для людей. Из (2) находим коэффициент ослабления скорости реакции горения: k=1000/333-1=2, что свидетельствует о значительном замедлении горения и снижении выделения тепловой мощности.

Тем не менее, в настоящее время имеется возможность проведения компьютерного эксперимента для проверки эффективности подавления пожара холодным воздухом.

2. Компьютерный эксперимент

В результате компьютерного эксперимента - моделирования с помощью программы PyroSim [3] - получена динамика опасных факторов пожара (фиг. 3-5) - температуры и концентрации углекислого газа - в левой части модуля (фиг. 6), в центре (фиг. 7) и в правой части (фиг. 8). Это вполне соответствует физике процесса - сначала температура и концентрация CO2 близки к начальным значениям, затем при развитии пожара начинают быстро расти (особенно в центральной части, где находится очаг пожара), а после продувки низкотемпературным забортным (атмосферным) воздухом значения опасных факторов пожара снижаются. Причем температура в модуле может понизиться до отрицательных значений - см. фиг. 6а, 7а и 8а.

Таким образом, компьютерный эксперимент подтвердил аналитические оценки возможности подавления пожара в помещении (модуле) посредством подачи в него потока низкотемпературного забортного (атмосферного) воздуха.

Литература:

1. СП 5.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.

2. Штиллер В. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика. М.: Мир, 2000. - 176 с.

3. https://pyrosim.ru/polevaya-model-pozhara.

Литература

2. Штиллер В. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика. М.: Мир, 2000. - 176 с.

3. https://pyrosim.ru/polevaya-model-pozhara.

1. Способ тушения пожара в помещении (модуле) в условиях низких температур направленным потоком воздуха, отличающийся тем, что окружающий низкотемпературный атмосферный (забортный) воздух, продувается через горящее помещение (модуль) и вызывает снижение среднеобъемной температуры, снижение концентрации горючих газов в зоне горения, тем самым прекращает реакцию горения, осуществляет срыв пламени и удаление токсичных продуктов горения.

2. Устройство для тушения пожара в помещении (модуле) в условиях низких температур, содержащее средство подачи направленного потока воздуха, отличающееся тем, что оно содержит нормально закрытые теплоизолированные люки входной и выходной в противоположных частях помещения.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на входном люке установлен вентилятор, нагнетающий воздух в помещение.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что люки открываются, а вентилятор включается вручную или автоматически по сигналу извещателя системы автоматической пожарной сигнализации.

Изобретение относится в горной промышленности, в частности к устройствам снижения поражающих факторов взрыва, пожара, внезапного выброса угля (породы) и газа, горного удара в подземных выработках угольных шахт с целью сохранения жизни и здоровья людей и материальных ценностей.

Способ тушения очагов пожаров с воздушных судов и резервуар для огнетушащей жидкости // 2711291

Изобретение относится к способам тушения пожаров с применением воздушных судов. В способе тушения очагов пожаров с воздушных судов, включающем подлет к очагу пожара, определение временной задержки для подачи огнетушащей жидкости и подачу огнетушащей жидкости из резервуара в очаг пожара, подлет осуществляют на высоте над пожаром с температурой воздуха, соответствующей температуре замерзания воды, в качестве резервуара используют резервуар по п.

Ящичный поддон // 2707802

Изобретение относится к ящичным поддонам для пластмассовой тары, предназначенной для хранения и транспортировки горючих и легко воспламеняемых жидкостей. Предложен ящичный поддон для хранения и для транспортировки, в частности, горючих или легко воспламеняемых жидких загружаемых материалов, содержащий тонкостенный жесткий внутренний резервуар из термопластичной пластмассы, который имеет закрываемый с помощью навинчивающегося колпачка верхний входной патрубок и, при необходимости, расположенный в зоне дна на передней стороне выпускной патрубок, при необходимости с установленной выпускной арматурой.

Способ создания противопожарной полосы орошения // 2707321

Изобретение относится к области пожаротушения, в частности к авиации специального назначения, самолетам-пожарным со сливом жидкости в спутный поток. Способ заключается в создании противопожарной заградительной полосы орошения с помощью авиатанкера за счет слива пламягасящей жидкости из расположенного вдоль авиатанкера контейнера со сливным люком в хвостовой части, при открытии сливного люка создают разрежение в носовой части контейнера путем ее герметизации.

Управляемая система и способы для противопожарной защиты складов // 2702500

Изобретение относится к системам и способам противопожарной защиты, которые предназначены для потолочной защиты складов с укладкой в высокий штабель. Технический результат заключается в обеспечении оптимальной «потолочной» противопожарной защиты складских помещений.

Система пожаротушения // 2700824

Система пожаротушения системы вентиляционного потока воздуха включает в себя: канал потока воздуха, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные с возможностью обеспечить прохождение потока воздуха от впускного отверстия к выпускному отверстию, чтобы выпускать через него воздух; и систему распыления, расположенную в пределах канала потока воздуха непосредственно вблизи впускного отверстия, и выполненную с возможностью распылять взвесь из тонкораспыленной воды изнутри канала потока воздуха в направлении впускного отверстия для образования взвеси из тонкораспыленной воды, достаточной для того, чтобы нарушить поток воздуха в канал потока воздуха.

Способ тушения лесных пожаров // 2700227

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к противопожарной технике, в частности к способам тушения лесных пожаров взрывом и предназначено для локализации и тушения лесных, степных пожаров с помощью оперативного создания минерализованной опорной и заградительной полосы на пересеченной местности в любых природно-климатических условиях.

Управляемая система и способы для противопожарной защиты складов // 2697112

Системы и способы противопожарной защиты, предназначенные для потолочной защиты складов с высоким нагромождением. Системы и способы включают распределение текучей среды, обнаружение и управление подсистемами для распознавания одного или нескольких устройств распределения текучей среды, предназначенных для управляемой работы, обеспечивающей принятие мер против пожара.

Система повышения функциональной огнестойкости оборудования // 2696848

Изобретение относится к огнезащитным противопожарным средствам и может быть использовано для защиты трубопроводов и выступающей на них запорной арматуры, технологического оборудования с КИПиА, запорно-регулирующей арматуры фланцевых соединений, фильтров, различного емкостного оборудования, в системах переработки и транспортировки горючих газов и жидкостей и на иных участках пожароопасных производств.

Способ тушения лесных пожаров в начальной стадии с применением программно-аппаратного комплекса автоматического пожаротушения // 2695406

Изобретение относится к сохранению и предотвращению гибели природных комплексов от стихийных бедствий, а именно к способам тушения лесных пожаров, преимущественно в зонах размещения населенных пунктов, при этом актуальность проблемы заключается в том, что пожары в последние годы получают все большее распространение, нанося значительный ущерб, и связаны со значительными расходами при тушении пожаров.