Способ пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара гибридной пеной и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2757479:
Общество с ограниченной ответственностью НПО «Современные пожарные технологии» (RU)
Группа изобретений относится к технике пожаротушения и пожаровзрывопредотвращения, а именно к способам и устройствам для тушения крупномасштабных аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров классов А и В, и может быть использована в энергетике, транспортной, газодобывающей, газоперерабатывающей и химической промышленности. Способ пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара характеризуется тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную водовоздушную пену, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности и воздушно-механической пены средней кратности, посредством устройства, изготовленного с возможностью получения и подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара по крайней мере одной струи гибридной пены, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности и воздушно-механической пены средней кратности. В результате повышается эффективность пожаровзрывопредотвращения и тушения пожаров за счёт повышения дальнобойности, равномерности и более мягкого распределения водовоздушной пены по площади пожара. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники
Изобретение относится к технике пожаротушения и пожаровзрывопредотвращения, а именно к способам и устройствам для тушения крупномасштабных аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров классов А и В, и может быть использовано для удаленного предотвращения и тушения крупномасштабных пожаров и ликвидации технологических и транспортных аварий в энергетике, транспортной, газодобывающей, газоперерабатывающей и химической промышленности.
Уровень техники
В соответствии с установленными требованиями наземные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов объемом 5.000 м3 и более обязательно оборудуются средствами автоматического пожаротушения. На складах третьей категории при наличии не более двух наземных резервуаров объемом 5.000 м3 допускается тушение этих резервуаров передвижной пожарной техникой при условии оборудования резервуаров стационарно установленными генераторами пены средней кратности (пенокамерами, пенными насадками) и специальными трубопроводами, выведенными за обвалование [Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках. - М.: ГУГПС , 1999].
Анализ пожаров, происшедших на технологических объектах хранения и транспорта нефти и нефтепродуктов, показывает, что эффективность применения стационарных систем автоматической противопожарной защиты при тушении пожаров составляет около 7 %.
Низкая эффективность систем пожаротушения пеной средней кратности и водяного охлаждения резервуаров вызвана в основном разрушением пеногенерирующих устройств и трубопроводов для подачи огнетушащих веществ на тушение и охлаждение.
Тушение пожаров в резервуарах пеной с одновременным водяным охлаждением наружных стенок резервуаров обычно производится следующими основными способами:
- подачей пены средней кратности сверху резервуара на слой горящего нефтепродукта (нефти);
- подачей пены низкой кратности под слой нефти и нефтепродукта,
- подачей воды на наружные стенки резервуара для их охлаждения.
Известные установки тушения пожаров пеной средней кратности сверху резервуара на слой нефтепродукта в большинстве случаев часто не обеспечивают тушение пожаров в начальной стадии из-за повреждения узлов ввода пены и водяного охлаждения от первичного взрыва.
В настоящее время наиболее распространенным средством тушения резервуарных парков легковоспламеняющихся и горючих жидкостей является воздушно-механическая пена, которая обычно получается на сетках в пеногенераторах за счет эжектирования воздуха в струю раствора пенообразователя.
При тушении пожаров воздушно-механической пеной расходуется большое количество воды и пенообразователя. В частности, при тушении резервуаров с горящим бензином необходимо подавать 114 л 6%-ного раствора пенообразователя на 1 м2 поверхности горючего [Современные пожарные автомобили: проблемы создания, инновационные решения, тенденции развития, Копылов Н.П. // Средства спасения. Противопожарная защита. - 2005. Каталог. - М.: 2005. - с. 66-68].
Это связано с необходимостью охлаждения нагревающихся стенок резервуаров и создания над всей горящей поверхностью слоя пены, изолирующей топливо от воздуха. При частичном заполнении емкости пена падает с большой высоты, проходя через пламя и горячие газы, при этом происходит ее разрушение и снижение эффективности тушения. Кроме того, очень часто в начальный момент возникновения пожара из-за взрыва происходит повреждение пеногенераторов еще до подачи пенообразователя, а затем происходит их нагревание и выход из строя под действием высокой температуры пожара.
Пожары в резервуарах с нефтепродуктами тушат, как правило, воздушно-механической пеной, подаваемой в очаг горения стационарными пенокамерами или передвижными пеноподъемниками [Е.Н. Иванов. Противопожарная защита открытых технологических установок. Издание 2-е переработанное и дополненное. М.: Химия, 1986, с. 195-196] с одновременным водяным охлаждением наружных стенок резервуара в зоне пожара
Однако при аномальном развитии пожара полное тушение пеной загоревшихся легковоспламеняющихся жидкостей в резервуарных парках происходит только спустя несколько часов, а иногда и суток, так как огнетушащая способность пены теряется при подаче ее в зону высоких температур, образующихся вблизи пеносливной камеры [А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. М.: Химия, 1979, с. 262].
Поэтому в официальных рекомендациях [Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах: Рекомендации. - М.: ВНИИПО, 1991] предлагается прекращать подачу пены, если горение не ликвидируется в течение 30 мин.
В качестве примера можно указать на пожар на наземном стальном вертикальном резервуаре (РВС) со стационарной крышей и понтоном на Московском нефтеперерабатывающем заводе, который не удавалось потушить в течение 24 часов при сосредоточении свыше 100 пожарных автомобилей [А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003, с. 332].
Установлено [А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е. М.: Химия, 1979, с. 73], что к достоинствам пены относится тот факт, что в отличие от ряда других огнетушащих составов для поверхностного тушения пеной не требуется одновременное (одномоментное) перекрытие всего зеркала (площади) горения, однако разогревающиеся в зоне пожара до температуры 1000-1200°С стенки и оборудование резервуара являются источниками воспламенения нефтепродуктов, имеющих температуру воспламенения 200-350°С.
Известно также, что причинами, обуславливающими увеличение расхода пены на единицу площади очага пожара с увеличением интенсивности ее подачи, являются механические трудности распределения пены на площади очага пожара и специфические трудности растекания пены по поверхности горючего. При тушении очага пожара большой площади возможности равномерного распределения пены ограничены, поэтому возникает проблема равномерного распределения пены по всей поверхности без ее перерасхода. Вторая причина связана с тем, что пена в спокойном состоянии и при движении имеет различные физические свойства. Изолирующая способность пены, находящейся в движении, уменьшается. В спокойном статическом состоянии пена создает «уплотненный» слой, однако переход к статическому состоянию происходит во времени. Период этого перехода достигает 20 с [А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е. М.: Химия, 1979, с. 77].
В связи с этим актуальным является разработка технологий и средств удаленного пожаровзрывопредотвращения и тушения крупномасштабных пожаров.
Известны передвижные и переносные средства пожаротушения, обеспечивающие генерацию и подачу в зону пожара или воздушно-механической пены низкой кратности (с кратностью 5-20), средней кратности (с кратностью 20-200), или одновременной комбинированной подачи и пены низкой кратности с кратностью 5-20, и пены средней кратности с кратностью 20-200.
Известна мотопомпа для тушения пожара, содержащая насос с приводным двигателем, блок управления двигателем и рукавную линию, напорный рукав которой имеет ствол-распылитель и разъем для подключения рукава к насосу, отличающаяся тем, что на стволе-распылителе установлен переключатель, связанный соединительной линией с блоком управления двигателем, при этом насос снабжен узлом подогрева перекачиваемой жидкости, связанным с соединительной линией [RU 30274 A62C 25/00. Опубл. 27.06.2003].
Недостатком данного устройства является низкая эффективность пожаротушения, связанная с ограниченным количеством запасаемого огнетушащего вещества и с ограничением расхода огнетушащего вещества.
Известна мобильная пеногенерирующая установка многоцелевого назначения для генерирования пены, преимущественно на объектах ядерно-топливного цикла, включающая емкость для воды или раствора пенообразователя, насос с электродвигателем, гребенку для подключения воздушно-пенных генераторов (пеногенераторов) средней кратности и пожарных стволов, трубопроводы, шланги и арматуру, дополнительно укомплектована пеногенераторами низкой кратности (К<20) и высокократной пены (К=200-1000), работающими с сетками двух типов (обычные - плоские или металлотканевые - объемного плетения), а на гребенке установлен вентиль, позволяющий плавно регулировать расход пенообразующего раствора, подаваемого в генератор высокократной пены с расходом 0,5-10 л/мин. Кроме того, емкость снабжена крышкой, предназначенной для ее герметизации при создании в ней давления до 6 атм. Указанные признаки обеспечивают повышение универсальности установки [RU 2308996 A62C 27/00, A62C 5/02. Опубл. 27.10.2007].
Недостатком данного устройства является значительный вес и габариты, а также невозможность его использования в промышленных и малоэтажных зданиях городских и сельских населенных пунктов, лесных и ландшафтных пожаров.
Известен разработанный ранее заявителем передвижной пожарный модуль, содержащий установленные на автомобильный прицеп средства пожаротушения, отличающийся тем, что в качестве средств пожаротушения передвижной пожарный модуль содержит соединенные пожарными рукавами и трубопроводами подачи воды и пенообразователя, по крайней мере, одну мотопомпу, по крайней мере, одну емкость для пенообразователя, по крайней мере, одну емкость для воды, пожарные рукава, стационарную пожарную установку и, по крайней мере, одно ранцевое устройство пожаротушения, обеспечивающие формирование и подучу в зону пожара воздушно-механической пены средней кратности [RU 121167 A62C 25/00. Опубл. 20.10.2012].
Недостатком передвижного пожарного модуля по RU 121167 является возможность его использования только в доступных для автомобильного передвижения местах и невозможность его ручного переноса к местам и от мест пожара в труднодоступных для техники местах.
Известны стационарные и ручные лафетные стволы, формирующие струи воды и пены низкой кратности с дальностью подачи 20-60 м. Однако они не позволяют обеспечить большую площадь равномерного покрытия, требуют использования дорогих пленкообразующих фторированных пенообразователей, что не позволяет получать требуемый огнетушащий эффект, приводит к затягиванию времени тушения и высокой стоимости расходуемых при тушении пожара пенообразователей.
Известно применение пены средней кратности, обладающей повышенной по сравнению с пенами низкой кратности огнетушащей эффективностью при тушении нефти и нефтепродуктов и генераторы пены средней кратности в переносном и стационарном исполнении. Однако большинство известных генераторов пены средней кратности обеспечивают получение пенных струй от 3 до 8 м, что затрудняет процесс их использования из-за высокого риска работающего в зоне пожара личного состава пожарных подразделений.
Известны разработанные ранее заявителем устройства для формирования струи пены средней кратности повышенной дальнобойности, в которых для повышения производительности, экономичности и повышения эффективности пожаротушения за счет создания комбинированной струи пены средней и низкой кратности и повышения дальнобойности струи пены средней кратности до 20-50 м, подают раствор пенообразователя на сетку в корпусе пеногенератора с получением струи пены средней кратности с формированием струи пены с увеличивающейся кратностью и уменьшающейся плотностью по направлению от центра к периферии. При этом на сетку пеногенератора одновременно подают две или более струй раствора пенообразователя из двух или более сопел или иных средств формирования направленных струй с обеспечением возможности образования в корпусе пеногенератора и/или за его пределами двух или более соприкасающихся и/или взаимно пересекающихся струй пены средней кратности с образованием единой струи пены средней кратности повышенной дальнобойности [RU 2170123 A62C 5/02. Опубл. 10.07.2001].
Известно переносное устройство пожаротушения, содержащее пеногенератор с возможностью присоединения к пожарному рукаву, сообщающееся с пеногенератором средство смешения воды с пенообразователем, емкость с пенообразователем и средство подачи пенообразователя в средство смешения воды с пенообразователем, характеризующееся тем, что пеногенератор выполнен в переносном исполнении, а емкость с пенообразователем выполнена с возможностью ее размещения и переноса в ранце, а средство подачи пенообразователя в средство смешения воды с пенообразователем выполнено в виде шланга, соединяющего расположенную в ранце емкость с пенообразователем и средство смешения воды с пенообразователем [RU 117297 A62C 15/00. Опубл. 27.06.2012].
Известные различные способы и устройства для защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва и при пожаре, однако все они недостаточно эффективны и не обеспечивают защиту средств пожаротушения при взрывах и повреждениях верхних частей стенок резервуарах
Известен способ защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва и при пожаре, устройство для его осуществления, согласно которым из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара подают по меньшей мере две горизонтальные струи огнетушащего вещества - пены низкой кратности, которые подают по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались, при этом огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества. В качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду, а дополнительно к ним используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар; причем в резервуар подают один или одновременно несколько видов огнетушащих веществ [RU 2334532, МПК A62C 3/06, опубл. 10.05.2008].
Известен способ комбинированного тушения пожаров горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, находящихся в хранилищах и резервуарах, а также крупных проливов нефтепродуктов, включающий в себя одновременную подачу в спутном потоке в зону горения огнетушащего порошка в виде огнетушащей порошковой струи и на поверхность горения - струи хладагента, при этом в качестве огнетушащего порошка используют нанопорошок, которым производят ингибирование пожароопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени, а в качестве хладагента используют пену [RU 2615956 A62C 3/06, B82B 3/00. Опубл. 11.04.2017].
Известно устройство для повышения дальнобойности струи, в котором основной рабочий поток делится на два самостоятельных коаксиальных потока, один из которых является рабочим, а в периферийной струе (потоке) за счет подсоса атмосферного воздуха и водного раствора ПАВ образуется высокократная пена, которая предохраняет основную струю (поток) от внешних возмущений. Устройство содержит корпус, цилиндрический насадок, коаксиально зафиксированный внутри корпуса и направляющий подачу периферийной струи, трубопровод подачи рабочего агента, коаксиально размещенный внутри насадка, и патрубок, радиально зафиксированный в межкольцевом пространстве цилиндрического насадка и трубопровода и предназначенный для подачи воздуха и поверхностно активного вещества в кольцевой зазор между основным и периферийным потоками, при этом в трубопроводе подачи рабочего агента выполнены перфорационные отверстия, а цилиндрический насадок заглушен шайбой, которая вставлена в трубопровод и заварена наглухо [RU 2 225 732 A62C 31/12. Опубликовано: 20.03.2004. Бюл. № 8].
Известно устройство для комбинированного тушения крупномасштабных пожаров классов А и В и для пожаровзрывопредотвращения воздушно-механической комбинированной пеной низкой и средней кратности, которое для повышения эффективности пожаротушения и взрывопожаропредотвращения за счет повышения дальнобойности и равномерности распределения пены средней и низкой кратности по площади пожара и повышения безопасности процесса тушения пожаров и пожаровзрывопредотвращения на особо пожаровзрывоопасных объектах, содержит два закрепленных на траверсе генератора комбинированной пеной низкой и средней кратности, содержащих корпус с размещенным внутри корпуса пакетом сеток генерирования пены средней кратности, расположенный перед корпусом блок форсунок подачи водного раствора пенообразователя на пакет сеток генерирования пены средней кратности, ствол формирования пены низкой кратности, трубопровод подвода водного раствора пенообразователя к форсункам и стволу формирования пены низкой кратности и средство подключения пеногенератора к напорному трубопроводу водного раствора пенообразователя, средство автоматизированных поворотов траверсы с закрепленными на ней пеногенераторами в вертикальной и горизонтальной плоскостях [RU 2693612 A62B 15/00. Опубл. 03.07.2019. Бюл. № 19].
Известно устройство для комбинированного тушения пожаров и пожаровзрывопредотвращения, которое для повышения эффективности и безопасности пожаротушения и пожаровзрывопредотвращения, содержит генератор пены средней и низкой кратности, включающий форсунки подачи огнетушащего средства на сетки формирования пены средней кратности и ствол формирования пены низкой кратности, и трубопровод подачи огнетушащего средства, на трубопроводе подачи огнетушащего средства установлен трехходовой кран с присоединенным к нему дополнительным стволом формирования пены низкой кратности с возможностью при переключении запорного органа трехходового крана в соответствующее рабочее положение подачи огнетушащего средства и в генератор пены средней и низкой кратности и в дополнительный ствол формирования пены низкой кратности, или только в генератор пены средней и низкой кратности, или только в дополнительный ствол формирования пены низкой кратности. При использовании в качестве огнетушащего средства водного раствора пенообразователя устройство генерирует или комбинированную пену средней и низкой кратности со средней кратностью 30-40, или пену низкой кратности с кратностью 5-10. При использовании в качестве огнетушащего средства воды устройство генерирует или комбинированную распыленную и диспергированной воду со средней дисперсностью 150 мкм, или диспергированную воду с дисперсностью более 200 мкм [RU 186119 A62C 15/00, A62C 37/00, A62C 31/12. Опубл. 09.01.2019. Бюл. № 1].
Известна система тушения пожаров на крупных резервуарах с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями (варианты). Сущность первого варианта устройства системы тушения заключается в том, что она включает в себя N≥2 управляемых стволов пеногенераторов, размещенных по периметру резервуара, стволы пеногенераторов расположены под углом минус 2-10 градусов к горизонтальной поверхности горючей жидкости, у основания факела пламени пожара, используется однородная водовоздушная пена кратностью Кп, равной 30±10, дальностью подачи пенной струи L, большей или равной радиусу R резервуара, интенсивностью I подачи пены, равной 0,1-0,15 л/м2 с, при этом управляемую пенную струю подают в горизонтальной плоскости с углом поворота оси ствола на ±45 градусов и в вертикальной плоскости с углом поворота оси ствола на ±5-10 градусов. Второй вариант системы отличается от первого тем, что пеногенераторы расположены по периметру резервуара на земле или небольших передвижных платформах, используется однородная водовоздушная пена с одинаковой кратностью Кп, равной 30±10, дальностью подачи пенной струи L, большей или равной радиусу R резервуара, с интенсивностью I подачи пены, равной 0,15-0,5 л/м2 с, при этом управляемую с земли пенную струю подают через борт резервуара. Угол наклона ствола пеногенератора относительно земли равен 60-80 градусов [RU 2651784 A62C 3/06. Опубл. 23.04.2018].
Известен способ защиты резервуаров с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями от взрыва при пожаре и устройство для их осуществления Способ заключается в том, что из узла ввода сверху на внутреннюю стенку резервуара подают, по меньшей мере, две горизонтальные струи огнетушащего вещества - пены низкой кратности. Струи подают по стенке резервуара в одну сторону или одновременно по часовой и против часовой стрелки таким образом, чтобы оси струй не пересекались, при этом огнетушащее вещество подают с напором, обеспечивающим образование на стенке резервуара кольца из огнетушащего вещества. В качестве огнетушащего вещества используют пену низкой кратности или воду, а дополнительно к ним используют огнетушащий порошок, инертный газ, водяной пар, причем в резервуар подают один или одновременно несколько видов огнетушащих веществ [RU 2334532, МПК А62С 3/06].
Общим недостатком известных способов и устройств для тушения пожаров в резервуарах с нефтепродуктами является неудовлетворительная эффективность процесса тушения пожаров и водяного охлаждения на крупных резервуарах с ЛВЖ и ГЖ, конструктивная сложность устройств, расположенных внутри резервуаров или прикрепленных к верхним частям стенок резервуаров, приходящих в нерабочее состояние при взрывах и разрушениях верхний частей резервуаров при пожарах.
Известно устройство с гидроосцилятором для тушения пожара и пожаровзрывопредотвращения пеной низкой и средней кратности, которое для повышение компактности, мобильности и упрощение оперативного перемещения устройства генерации пены низкой и средней кратности непосредственно к месту пожара, повышение эффективности пожаротушения, дальнобойности и равномерности распределения пены по площади пожара, повышения безопасности при тушении пожаров и пожаровзрывопредотвращении пеной низкой и средней кратности, содержит генератор пены низкой и средней кратности, основание с напорным трубопроводом и гидравлическим осциллятором с возможностью создания автоматических колебательных перемещений генератора пены в заданном секторе горизонтальной плоскости [RU 176 644 A62C 15/00. Опубл. 24.01.2018].
Недостатком RU 176 644 является необходимость включения/выключения оператором и ручного управления оператором поворотами генератора пены в вертикальной плоскости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является разработанное ранее заявителем система и способ импульсного тушения пожаров на морских судах, морских платформах и объектах морского берегового базирования, обеспечивающие при использовании изобретения является повышение производительности и эффективности тушения быстроразвивающихся пожаров углеводородов за счет повышения дальнобойности комбинированной струи пены низкой и средней кратности до 100 и более метров. Способ заключается в подаче в зону пожара импульсной комбинированной водовоздушной струи пены низкой кратности и пены средней кратности. Система для тушения пожаров на морских судах, морских платформах и объектах морского берегового базирования содержит размещенные в контейнере и соединенные трубопроводами насосную станцию со средством подачи воды, емкость для пенообразователя и установку тушения пожара, выполненные с возможностью создания и подачи под напором импульсной комбинированной водовоздушной струи пены с кратностью, в частности, от 7 до 20 и пены средней кратности с кратностью, в частности, от 20 до 100 [RU 2442626 A62C 35/00, A62C 5/02. Опубл. 20.02.2012. Бюл. № 5 (прототип)].
Система по RU 2442626 содержит соединенные трубопроводами насосную станцию со средством подвода воды, емкость для пенообразователя и установку тушения пожара, выполненные:
- с возможностью создания и подачи под напором 1,1-1,9, преимущественно 1,4-1,6 МПа, импульсной комбинированной водовоздушной струи пены низкой кратности с кратностью от 7 до 20 и пены средней кратности с кратностью от 20 до 100,
- с возможностью создания и подачи под напором импульсной комбинированной водовоздушной струи посредством центробежного насоса производительностью не менее 300 л/с (1100 м3/ч),
- с возможностью монтажа на палубах морских судов, морских платформ и объектах морского берегового базирования с высокой степенью пожаровзрывоопасности или выполнена в мобильном исполнении с возможность размещения в контейнере, устанавливаемом и используемом на палубах морских судов, морских платформ и на транспортных средствах объектов морского берегового базирования.
При соприкосновении струи пены низкой и средней кратности создают импульсную комбинированную струю пены низкой и средней кратности.
Струя пены низкой кратности, обладая по сравнению с пеной средней кратности более высокой плотностью и большим запасом кинетической энергии, движется с большей скоростью, первой касается горящей поверхности и, обладая более высокой теплоемкостью, охлаждает горящую поверхность. В результате этого обеспечивается защита поступающей следом струй пены средней кратности от термического воздействия и быстрого разрушения.
Поступающие следом струи пены средней кратности главным образом изолирует зону горения от горючих паров, газов и кислорода воздуха.
В результате комбинированного действия совмещенных импульсных струй пены низкой и средней кратности обеспечивается эффективное тушение пожаров и пожаровзрывопредотвращение на местах аварий и горючими и взрывоопасными материалами. При этом располагаемые снизу струи пены низкой кратности, обладая большей плотностью, большей кинетической энергии и соответственно большей дальнобойностью, обеспечивает более дальнюю доставку струй пены средней кратности по сравнению с обычными генераторами пены средней кратности, чем также обеспечивается эффективное тушение пожаров и пожаровзрывопредотвращение на местах аварий и горючими и взрывоопасными материалами.
Общим недостатком известных водопенных устройств пожаротушения является то, что известные стационарные и мобильные устройства имеют недостаточную для тушения крупномасштабных пожаров дальнобойкость и производительность по генерации пены, обладают большим весом и большими габаритными размерами, обладают низкой мобильности и могут перемещаться только по автомобильным дорогам и свободным для их габаритам пространствам, а известные компактные переносные устройства пожаротушения могут доставляться в недоступные для производительной техники места, обладают сравнительно низкой эффективностью по причине недостаточной дальнобойности и производительности по генерации пены, а также необходимостью ручного управления и присутствия операторов около устройств в процессе пожаротушения.
Общими недостатком известных водопенных устройств пожаротушения является также недостаточно высокая эффективность по причине того, что известные генераторы воздушно-механической пены средней и высокой кратности обеспечивают генерацию и подачи струй воздушно-механической пены с кратностью 20-40 только на сравнительно небольшие расстояния до 25-30 метров, а известные пожарные лафетные стволы с насадками обеспечивают возможность способны генерировать водовоздушную пену низкой кратности с кратностью 7-10 и подавать струи пены низкой кратности на расстояния до 40-50 метров.
Задача и технический результат
Задачей заявляемого способа и устройства для его осуществления является повышение эффективности пожаровзрывопредотвращения и тушения крупномасштабных аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров.
Известные средства пожаротушения обеспечивают формирование и подачу только отдельных струй пены или распыленной воды только в определенные, точечные места пожара, что эффективно при тушении небольших пожаров в малоэтажных жилых и промышленных зданиях в городских и сельских населенных пунктах, при тушении лесных, дорожных и других ландшафтных пожаров, что не позволяет обеспечивать управляемое быстрое и равномерное покрытие всей площади пожара пеной, что, в свою очередь, существенно снижает эффективностью и скорость тушения крупных пожаров.
При этом известно, что при тушении крупномасштабных промышленных, лесных. Аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров требуется управляемое быстрое и равномерное покрытие всей пожароопасной площади огнетушащими средствами, предпочтительно водовоздушной пеной средней кратности с кратностью 30 + 10 с максимально удаленных позиций.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в необходимости предотвращения возгораний и взрывов, снижения интенсивности горения и тушения пожаров, далее - купирования путем оперативного формирования и дальнобойного распределения водовоздушной пены средней кратности с кратностью 30 + 10 на больших площадях пожара горючих жидкостей, твердых горючих материалов, где для предотвращения возгораний и тушения пожаров требуется оперативное покрытие огнетушащим средством всей пожароопасной площади, а также для охлаждения и/или противопожарной защиты зданий, сооружений, техники, оборудования, горючих и взрывоопасных материалов.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении эффективности пожаровзрывопредотвращения и тушения крупномасштабных аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров за счет повышения дальнобойности, равномерности и более мягкого распределения водовоздушной пены по площади пожара, повышения безопасности процесса тушения пожаров и пожаровзрывопредотвращения на особо пожаровзрывоопасных объектах и при ликвидации технологических и транспортных аварий путем предотвращения возгораний, взрывов, снижения интенсивности горения и тушения пожаров в энергетической, транспортной, газодобывающей, газоперерабатывающей и химической промышленности.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную водовоздушную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью 5-15 и воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 25-70, при их соответствующем соотношении по расходу используемого для их образования раствора пенообразователя от 8:1 до 1:1 и их соответствующем объемном соотношении от 0,1 до 1,0.
Гибридную водовоздушную пену, получают в результате турбулентного перемешивания под напором 0,6-1,4, преимущественно 0,8-1,2 МПа в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой и средней кратности, формируемых вспениванием воздухом водного раствора пенообразователя.
Горючие газы и пары горючих жидкостей в зоне пожара утилизируют путем его контролируемого сжигания над слоем гибридной пены.
Гибридную водовоздушную пену подают в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара с получением слоя газопаронасыщенной пены, обеспечивающего снижение концентрации горючих газов и/или паров горючих жидкостей над поверхностью пены ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени.
Газопаронасыщенную пену утилизируют путем контролируемого сжигания газопаронасыщенной пены на месте пожара или после ее перемещения с места пожара.
Газопаронасыщенная пена может также утилизироваться путем естественного или искусственного разрушения газопаронасыщенной пены с последующим проветриванием или выветриванием места утилизации до объемных концентраций горючих газов и/или паров горючих жидкостей ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени.
Гибридную водовоздушную пену получают и подают в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара:
посредством средств генерации пены низкой и средней кратности с автоматической, ручной или дистанционной системой управления и и/или осцилированием,
посредством стационарного устройств, монтируемых на объектах с высокой степенью пожаровзрывоопасности,
посредством устройств, установленных на мобильных железнодорожных, воздушных, водоплавающих или автомобильных, транспортных средствах или прицепах,
посредством устройств с ручным или дистанционным управлением и/или осцилированием или
посредством устройств, размещенных в контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ и на транспортных средствах объектов берегового базирования.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что предлагаемое устройство для пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара изготовлено с возможностью получения и подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара по крайней мере одной струи гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70.
Предлагаемое устройство изготовлено с возможностью
подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой на расстоянии 0,2-0,8 длины струй от генератора пены в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70,
подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем соотношении по расходу используемого для их образования раствора пенообразователя от 8:1 до 1:1,
подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем объемном соотношении от 0,1 до 1,0,
подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены, формируемых вспениванием воздухом водного раствора пенообразователя,
подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания под напором 0,6-1,4, преимущественно 0,8-1,2 МПа, в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70.
Устройство характеризуется тем, что:
стационарно смонтировано на объектах с высокой степенью пожаровзрывоопасности,
смонтировано на автомобильном, железнодорожном, воздушном, водоплавающем или вездеходном транспортном средстве или прицепе,
изготовлено с ручным или дистанционным управлением и/или осцилированием, или
изготовлено размещенным в контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ и на транспортных средствах объектов берегового базирования.
Краткое описание чертежей
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны соответственно вид сбоку и вид сверху схемы формирования гибридной пены 4 с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате взаимного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй 1 воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй 2 воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
На этих же чертежах показана возможность формирования гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой на расстоянии 0,2-0,8 общей длины L от генератора или совмещенных генераторов пены L струи гибридной пены, получаемой в результате взаимного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
На фиг. 3, 4 и 5 – сечения А-А, Б-Б и В-В спутного движения струй коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй 1 воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй 2 воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70, которые в начале спутно движутся без перемешивания (сечение А-А на фиг. 3), затем спутно движутся с частичным перемешиванием (сечение Б-Б на фиг. 4) и с полным взаимным перемешиванием с получением единой струи 3 гибридной пены с кратностью от 20 до 40.
На фиг. 3, 4 и 5 также показана структура пены низкой кратности, пены средней кратности и гибридной пены, получаемой турбулентным смешиванием пены низкой кратности с пеной средней кратности.
На фиг 5 – структура гибридной пены, получающаяся в результате турбулентного перемешивания пузырьков пены низкой кратности и пузырьков пены средней кратности с получающимся при этом усредненным размером пузырьков водовоздушной пены с утолщенными каналами Гиббса-Плато.
На фиг. 6 – схема тушения пожара поверхности горючей жидкости струей 3 гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получающейся в результате перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или взаимно пересекающихся струй 1 воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй 2 воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
На фиг. 7 – факел свободного горения жидкого топлива на полигоне размерами 50×25 м детально описанных ниже натурных огневых испытаний на полигоне Нефтеперерабатывающего завода «Киришинефтеоргсинтез» (Ленинградская область, г. Кириши), где с помощью модернизированных пеногенераторов ПУРГА и BLIZARD обеспечивалось тушение пожара слоя жидкого топлива гибридной водовоздушной пеной.
На фиг. 8, 9 показан процесс тушения пожара топлива гибридной водовоздушной пеной во время натурных огневых испытаний, на фиг. 10 - стадия формирования на поверхности потушенного жидкого топлива слоя гибридной пены, а на фиг. 11 - вид полигона после завершения пенной атаки гибридной пеной.
На фиг. 12 и 13 представлены фото разработанных заявителем модернизированных пеногенераторов ПУРГА и BLIZARD с совмещенными стволами воздушно-механической пены низкой и средней кратности, обеспечивающих формирование и подачу гибридной водовоздушной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70.
Осуществление изобретения
Известно, что пена – наиболее эффективное и широко применяемое огнетушащее вещество, представляющее собой дисперсную систему, состоящую из ячеек - пузырьков воздуха (газа), разделенных пленками жидкости, содержащей пенообразователь [ГОСТ Р 50588-2012. Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний].
Отношение объемов газовой и жидкой фаз (в единице объема) пены определяет структуру и ее свойства. Если объем газовой фазы Vг превышает объем жидкости Vж не более чем в 10-20 раз (пены низкой кратности), ячейки пены, заполненные газом, имеют сферическую форму. В таких пенах газовые пузыри окружены оболочками жидкости относительно большой толщины. Сферические пены отличаются высоким содержанием жидкости и в силу этого - малой устойчивостью. Поэтому их относят к метастабильным (условно стабильным). В нестабильных пенах наблюдается так называемый эффект Плато: жидкая фаза из перегородок удаляется, истекая под действием силы тяжести, и происходит быстрая коалесценция (от лат. coalesce - срастаюсь, соединяюсь) - слияние соприкасающихся газовых пузырьков. В пене газовый пузырек не может свободно перемещаться ни в вертикальной, ни в горизонтальной плоскости. Он как бы «зажат» другими, прилегающими к нему пузырьками.
С увеличением отношения Vг/Vж толщина пленки жидкости, разделяющая газовые объемы, уменьшается, а газовая полость утрачивает сферическую форму. Пены средней кратности, у которых отношение Vг/Vж составляет несколько десятков или даже сотен, имеют многогранную форму. Причем форма многогранников может быть различной - треугольные призмы, тетраэдры, неправильной формы параллелепипеды. В процессе старения пены шарообразная форма ячеек переходит в многогранную. Многогранные пены отличаются малым содержанием жидкой фазы и характеризуются высокой стабильностью. В таких пенах отдельные пузырьки сближены и разделены тонкими «растянутыми упругими пленками». Эти пленки в силу упругости и ряда других факторов препятствуют коалесценции газовых пузырьков. По мере утончения разделительных пленок пузырьки все плотнее сближаются, прилегают друг к другу и приобретают четкую форму многогранников [Бобков С.А., Бабурин А.В., Комраков П.В. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учеб. пособие / М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - 210 с.].
Основными физико-химическими свойства пены являются:
кратность – отношение объема пены к объему раствора пенообразователя, содержащегося в пене;
дисперсность – степень измельчения пузырьков (размеры пузырьков);
вязкость – способность пены к растеканию по поверхности;
стойкость – способность пены сопротивляться процессу разрушения [там же].
В зависимости от величины кратности (К) пены разделяют на четыре группы:
пеноэмульсии, К < 3;
низкократные пены, 3 < К< 20;
пены средней кратности, 20 < К < 200;
пены высокой кратности, К > 200 [Шароварников А.Ф., Шароварников С.А. Пенообразователи и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. М.: Пожнаука, 2005. - 335 с.].
Дисперсность пены обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков.
Известно, что чем выше дисперсность, тем выше стойкость пены и огнетушащая эффективность. Степень дисперсности пены во многом зависит от условий ее получения, в том числе и от характеристики аппаратуры. Кратность и дисперсность пены определяют изолирующую способность пены и ее текучесть. [Бобков С.А., Бабурин А.В., Комраков П.В. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учеб. пособие / М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - 210 с.].
В качестве огнетушащих свойства пены выделяют:
изолирующее действие – препятствие поступления в зону горения горючих паров, газов или воздуха, обусловливающего прекращение горения;
охлаждающее действие – обусловленное наличием в преимущественно пене низкой кратности значительного количества жидкости.
Охлаждающее действие пены обусловливается водой, выделяющейся из пены.
Изолирующее действие обусловливается образованием слоя пены, который препятствует доступу кислорода к зоне пожара, включая:
эффект разделения, заключающийся в изолировании жидкости от паровой фазы;
эффект вытеснения, обусловливающий изоляцию горючего вещества от воздуха;
преграждающий эффект, при котором пена препятствует испарению горючей жидкости.
Пены низкой кратности (3 < К< 20) в силу значительного количества воды в межпузырьковых перегородах (в каналах Плато-Гиббса) преимущественно проявляют охлаждающий огнетушащий эффект, обусловливающийся охлаждающим действием самой пены и воды, выделяющейся из пены.
Пены средней кратности (20 < К < 200) в силу незначительного количества воды в межпузырьковых перегородах (в каналах Плато-Гиббса) преимущественно проявляют изолирующий огнетушащий эффект, обусловливающийся созданием над зоной горения обедненной кислородом и насыщенными парами воды атмосферы, способствующей замедлению и полному прекращению горения.
При этом в силу более значительного количества воды, имеющейся в пене низкой кратности воды, и соответственно большей плотности (веса единицы объема) пены низкой кратности по сравнению с пенами средней кратности можно подавать с более дальних расстояний, что существенно влияет на обеспечение безопасности пожарного персонала при крупномасштабных и взрывоопасных аварий со сжиженными газами.
Характерной отличительной особенностью предлагаемых технических решений является получение и применение гибридной водовоздушной пены на основе синтетических углеводородных пенообразователей с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70.
Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что гибридная водовоздушная пена с кратностью от 20 до 40, получаемая на специально модернизированном оборудовании в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных соприкасающихся или взаимно перекрещивающихся струй воздушно-механической пены с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены с кратностью от 25 до 70 существенно отличается по своей структуре, вязкости, дисперсности, реологическим, тиксотропным и другим значимым для взрывопожаропредотвращения и пожаротушения свойствам от известных свойств пен низкой и средней кратности на основе углеводородных и фторсодержащих пенообразователей.
Выявлено, что в результате турбулентного перемешивания пузырьков пены низкой кратности и пузырьков пены средней кратности в гибридной пене образуются усредненные по размерам пузырьки пены, более крупные по сравнению с пузырьками пены низкой кратности, но с более утолщенными по сравнению с пенами средней кратности водосодержащими каналами Плато-Гиббса.
Как экспериментально установлено, структура гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получающаяся в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70 с уникальными по своей структуре и огнетушащим свойствам водовоздушными пузырьками, позволяет не только лучше сдерживать высокую температуру пламени без существенных разрушений объема самой гибридной пены, то есть эффективнее изолировать поверхность пожара, но и доставлять струю гибридной пены на значительно большие расстояния по сравнению со струями пены средней кратности или комбинированными струями пены низкой кратности и средней кратности.
Экспериментально установлено также, что при воздействии гибридной пены с кратностью от 20 до 40 на поверхность разлива сжиженного природного или углеводородного газа проявляется эффект синергизма за счет одновременного воздействия нескольких факторов - охлаждения, разбавления парами воды атмосферы в зоне испарения и горения газа, теплоизоляции и резкого снижения концентрации газа и паров горючих жидкостей над слоем пены в зоне горения вплоть до снижения скорости химической реакции и последующего уменьшения температуры пламени до температуры потухания.
Это обусловлено усредненной дисперсностью и утолщенностью водосодержащих каналов Гиббса-Плато гибридной пены по сравнению с пенами низкой и средней кратности или по сравнению с пеной в комбинированных струях пены низкой кратности и средней кратности.
Натурные огневые испытания модернизированных стволов для получения гибридной пены производимых заявителем модернизированных стволов и пеногенераторов показали высокую эффективность пожаровзрывопредотвращения и тушения горения как легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, так и розливов сжиженных природных и углеводородных газов.
Заявителем были проведены натурные огневые испытания на полигоне, где с помощью разработанных заявителем модернизированных установок комбинированного тушения пожаров "Пурга" и "BLIZARD" обеспечивалось эффективное тушение слоя топлива на площади 1250 м2.
Как показали результаты испытаний, применяемые для тушения пожара разработанные заявителем модернизированные установки "Пурга" и "BLIZARD" обеспечивают мягкую и плавную подачу гибридной пены на поверхность горючего на повышенных расстояниях до 150 и более метров без грубого воздействия на площадь горения. то есть без перемешивания верхнего слой горючего с пенным слоем.
Кратность полученной на разработанных заявителем модернизированных установках "Пурга" и "BLIZARD" гибридной пены составляла от 20 до 40 или 30 ± 10.
Использовался синтетический углеводородный экологически чистый пенообразователь типа ПО-6ТС российского производства. Дальность подачи полученной гибридной пены составляла более 150 м.
Натурные огневые испытания разработанных заявителем модернизированных установок "Пурга" и "BLIZARD" показали, что гибридная пена обладает значительно более мягким воздействие на поверхность горения и большей огнетушащей эффективностью по сравнению с пенами оборудования, подающего отдельно пены низкой и средней кратности или по сравнению с комбинированными пенами низкой и средней кратности.
Присутствующие на испытаниях специалисты пришли к выводу, что оборудование для «гибридной пены» производства заявителя ООО НПО «СОПОТ» может стать эффективным вариантом для применения пенообразователей и пен, не содержащих фтор.
Заявляемое устройство для тушения крупномасштабных пожаров и пожаровзрывопредотвращения водовоздушной гибридной пеной с кратностью от 20 до 40, далее - "устройство", предназначено для тушения пожаров с равномерным распределением гибридной пены по площади пожаров горючих жидкостей класса В, твердых горючих материалов класса А, а также сжиженных углеводородных и природных газов (СУГ и СПГ).
Устройство может также использоваться для охлаждения и/или противопожарной защиты зданий, сооружений, техники, оборудования, горючих и взрывоопасных материалов и изделий, а также пожаровзрывопредотвращения на местах аварий с пожаро- и взрывоопасными материалами.
Устройство предназначена для создания струй водовоздушной гибридной пеной с кратностью от 20 до 40 с возможностью автоматизированного их направления в зону тушения пожара и взрывопожаропредотвращения и с возможностью дистанционного управления включением/выключением пеногенераторов и поворотами пеногенераторов в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Устройство может эффективно использоваться для тушения пеной крупномасштабных пожаров классов А и В, а также сжиженных углеводородных и природных газов (СУГ и СПГ).
Устройство работоспособно при использовании всех типов отечественных и зарубежных пенообразователей с концентрацией от 3 до 6 % для получения пены низкой и средней кратности
Устройство имеет компактную конструкцию (Фиг. 12-13), удобно в переноске/перевозке и подключении к магистральным трубопроводам подачи воды или водного раствора пенообразователя.
За счет комплектации устройства стандартными быстросъемными соединениями с напорными трубопроводами обеспечивается возможность его использования совместно с другими пожарными гидравлическими системами и пожарными рукавами.
Предлагается устройство для эффективного тушения пожара и пожаровзрывопредотвращения водовоздушной гибридной пеной с кратностью от 20 до 40 может быть оперативно перенесено или перевезено в требуемое место, быстро собрано и подготовлено к использованию в недоступных и/или труднодоступных для обычной пожарной техники местах - на промышленных предприятиях с особой взрывопожароопасностью производств, например, на предприятиях нефтехимической промышленности или на предприятиях с обращением СУГ и СПГ, а также на аварийно-химических опасных объектах, где возможно выделение сильнодействующих ядовитых веществ, на объектах хранения и изготовления взрывчатых веществ, а также на объектах, где необходимо применение в качестве огнетушащего средства высокоэффективных пен низкой и средней кратности, в том числе комбинированных струй; а также может эффективно использоваться для тушения лесных и других ландшафтных пожаров.
Основная идея обеспечения безопасности при авариях с сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ) сводится к быстрому, практически мгновенному взятию под физический контроль всей свободной поверхности истекающей или растекающейся пожаровзрывоопасной жидкости сжиженного горючего газа с момента начала процесса истечения или растекания с желательным использованием автоматических систем включения и управления процессом купирования и и ликвидации аварии с сжиженным горючим газом путем ускоренного формирования на поверхности разлива сжиженного газа слоя гибридной водовоздушной пены кратностью от 20 до 40, преимущественно на основе синтетического углеводородного пенообразователя.
В качестве технического приема, технического способа реализации этой идеи нейтрализации или купирования опасных факторов аварий такого рода принята идея (и предложены соответствующие технические способы) оперативного покрытия всей свободной поверхности разлива горючих жидкостей и сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ) гибридной водовоздушной пены с кратностью от 20 до 40 преимущественно на основе синтетического углеводородного пенообразователя определенной кратности, с определенными параметрами и свойствами, с применением определенных технических устройств, систем и приспособлений.
Параметры, состав и свойства гибридной водовоздушной пены с кратностью от 20 до 40 преимущественно на основе синтетического углеводородного пенообразователя, а также режимы и способы ее подачи, определены и обоснованы экспериментально с учетом термодинамических и теплофизических особенностей ее взаимодействия при ее непосредственном контакте с поверхностью разлива сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ).
Специфика решаемой изобретением проблемы состоит в том, что при всех прочих вариантах применения воздушно-механических и даже химических пен с целью тушения пожаров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ) и/или даже защиты их от воспламенения, весьма существенную роль, а при тушении пожаров горючих жидкостей (ГЖ) даже доминирующую роль, играет процесс охлаждения поверхности горящей жидкости от температуры ее кипения, до которой ее поверхность прогревается уже за первые 3-5 минут пожара, до более низкой температуры (для варианта тушения пожара горючих жидкостей (ГЖ), вообще до температуры ниже температуры вспышки.
При тушении пожара легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) температура поверхностного слоя жидкости снижается до температуры ниже температуры ее кипения.
При этом, во всех случаях снижается интенсивность испарения ЛВЖ и ГЖ, снижается давление паров упругости горящей жидкости под слоем пены и их парциальное давление. Тогда механическое изолирующее действие слоя пены только довершает процесс изоляции горящей жидкости и ее паров от зоны горения, от зоны пламени пожара и горение ЛВЖ и ГЖ прекращается. Так происходит процесс тушения пожаров ЛВЖ и ГЖ.
Существенно иначе выглядит теплофизическая картина теплового взаимодействия соприкасающихся сред при нанесении воздушно-механических пен на поверхность СГ.
Температура воздушно-механической пены редко выходит за пределы от +1 до +15°С. Это означает, что теплоперепад (тепловой напор) от пены к СУГ порядка 30-40°С, а для СПГ даже 150-160°С. Поэтому, процесс испарения сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ), за счет теплопритока от пены, при ее нанесении, не снижается, а наоборот, интенсифицируется.
Таким образом, процесс предотвращения возгорания (купирование) процесса прохождения паров горючего газа в надпенное пространство, в зону возможного горения, сводится к процессам сорбции, поглощения, задержания потока паров сжиженного горючего газа, что согласно изобретения может быть обеспечено пенным слоем определенного состава, определенной толщины и определенной структуры.
В силу того, что процесс разрушения жидкой пены, даже при отсутствии пожара над ней или под ней, идет непрерывно, и часть пенообразователя сквозь пену стекает вниз и попадает на поверхностный слой сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ), процесс интенсификации их испарения, за счет отекания «теплого» раствора пенообразователя продолжается непрерывно, но может ограничиваться ледяным слоем замороженной пены, располагаемой непосредственно на поверхности разлива сжиженного горючего газа ледяного слоя замороженной комбинированной водовоздушной пены низкой и средней кратности.
Экспериментально определено и теоретически обосновано, что особую роль в ситуации разлива сжиженного горючего газа (СУГ и СПГ) играют фазовые превращения на поверхности раздела фаз пена/СУГ и/или пена/СПГ (пена/ сжиженный горючий газ) и поверхностным слоем жидких субстанций сжиженного горючего газа.
При контакте жидкой фазы пены с жидкой фазой горючего, имеющего температуру -162°С (при СПГ) или -42°С (при СУГ), нижние слои пены замерзают, переходя в твердую фазу определенной снегообразной структуры. Под слоем замороженной снегообразной пены начинает формироваться пористая ледяная подложка непосредственно на поверхности разлива сжиженного горючего газа.
В зависимости от дисперсности и кратности применяемых пен, физической и химической природы раствора пенообразователя и соотношения сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз зависят плотность, пористость, газопроницаемость, теплопроводность и плавучесть образовавшегося снегообразного слоя замороженной пены под защитным слоем жидкой пены.
Следовательно, самым существенным образом от этого зависят теплоизолирующие и газоизолирующие свойства слоистого «сэндвича» на поверхности разлива сжиженного горючего газа: пары сжиженного горючего газа, ледяной слой, слой замороженной газонасыщенной пены и слой жидкой газонасыщенной пены или слой замороженной газонасыщенной пены и слой жидкой газонасыщенной пены.
Дальнейшие параметры процесса испарения горючей субстанции сжиженного горючего газа и проникновение ее паров в зону возможного контролируемого горения над слоем газонасыщенной пены или контролируемого горения насыщенной газом пены (концентрация паров горючего газа над пеной или концентрация газа в пене), зависят от теплофизических свойств ледяного слоя замороженной пены и следующего слоя жидкой пены. От их толщины, газопроницаемости, теплопроводности, сорбционных свойств слоя замороженной газонасыщенной гибридной пены и расположенного выше слоя жидкой газонасыщенной гибридной пены.
Исследования авторов и натурные огневые испытания показали, что дорогие импортные фторсодержащие пленкообразующие пенообразователи самые худшие из известных пенообразователей для купирования и тушении пожаров СУГ и СПГ, а наиболее эффективны именно дешевые, производимые в России экологически безопасные синтетические углеводородные пенообразователи, например синтетический углеводородный пенообразователь типа ПО-6ЦТ.
Экспериментально установлено также, что в качестве генераторов гибридной пены для купирования и тушения пожаров СУГ и СПГ и утилизации разливов СУГ и СПГ целесообразно использовать модернизированные установки "Пурга" и "BLIZARD" производства заявителя, обеспечивающих формирование и подачу гибридной пены на расстояние до 150 и более метров.
Таким образом, все отображенные существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования изобретения.
Конкретные параметры ликвидации аварийных разливов, пожаровзрывопредотвращения, купирования и тушения пожара разливов сжиженного природного газа или сжиженного углеводородного газа водовоздушной гибридной пеной с кратностью от 20 до 40 определены экспериментально и практически проверены в процессе натурных огневых испытаний.
Натурные испытания в полевых условиях показали уверенное решение поставленной задачи и достижения требуемого технического результата, а именно реализация настоящего изобретения позволяет повысить эффективность пожаровзрывопредотвращения и тушения крупномасштабных аварийно-транспортных и аварийно-промышленных пожаров за счет повышения дальнобойности, равномерности и более мягкого распределения водовоздушной пены по площади пожара, повышения безопасности процесса тушения пожаров и пожаровзрывопредотвращения на особо пожаровзрывоопасных объектах и при ликвидации технологических и транспортных аварий путем предотвращения возгораний, взрывов, снижения интенсивности горения и тушения пожаров в энергетической, транспортной, газодобывающей, газоперерабатывающей и химической промышленности.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленной изобретательской задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленная группа изобретений удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.
Кроме этого анализ совокупности существенных признаков группы изобретений и достигаемого при их использовании единого технического результата показывает наличие единого изобретательского замысла, тесную и неразрывную связь способа и системы для его осуществления. Это позволяет объединить изобретения в одной заявке, то есть обеспечить требования критерия единства изобретения.
1. Способ пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную водовоздушную пену, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности и воздушно-механической пены средней кратности.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную водовоздушную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью 5-15 и воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 25-70.
4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем соотношении по расходу используемого для их образования раствора пенообразователя от 8:1 до 1:1.
5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем объемном соотношении от 0,1 до 1,0.
6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную пену, получаемую в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой и средней кратности, формируемых вспениванием воздухом водного раствора пенообразователя.
7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную пену с кратностью от 20 до 40, получаемую в результате турбулентного перемешивания под напором 0,6-1,4, преимущественно 0,8-1,2 МПа, в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что горючие газы и/или пары горючих жидкостей в зоне пожара утилизируют путем их контролируемого сжигания над слоем гибридной пены.
9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают гибридную водовоздушную пену с получением слоя газопаронасыщенной пены, обеспечивающего снижение концентрации горючих газов и/или паров горючих жидкостей над поверхностью газопаронасыщенной пены ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени.
10. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что газопаронасыщенную пену утилизируют путем контролируемого сжигания газопаронасыщенной пены на месте пожара или после ее перемещения с места пожара.
11. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что газопаронасыщенную пену утилизируют путем естественного или искусственного разрушения газопаронасыщенной пены с последующим проветриванием или выветриванием места утилизации до объемных концентраций горючих газов и/или паров горючих жидкостей ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени.
12. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гибридную водовоздушную пену получают и подают в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара посредством средств генерации пены низкой и средней кратности с автоматической, ручной или дистанционной системой управления и и/или осцилированием.
13. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гибридную пену в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают посредством стационарных устройств, монтируемых на объектах с высокой степенью пожаровзрывоопасности.
14. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гибридную пену в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают посредством устройств, установленных на мобильных железнодорожных, воздушных, водоплавающих или автомобильных, транспортных средствах или прицепах.
15. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гибридную пену в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают посредством устройств с ручным или дистанционным управлением и/или осцилированием.
16. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гибридную пену в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара подают посредством устройств, размещенных в контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ и на транспортных средствах объектов берегового базирования.
17. Устройство для пожаровзрывопредотвращения и тушения пожара, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью получения и подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара по крайней мере одной струи гибридной пены, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности и воздушно-механической пены средней кратности.
18. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения коаксиальных, соприкасающихся или пересекающихся струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
19. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой на расстоянии 0,2-0,8 длины струй пены в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
20. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем соотношении по расходу используемого для их образования раствора пенообразователя от 8:1 до 1:1.
21. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70 при их соответствующем объемном соотношении от 0,1 до 1,0.
22. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены, получаемой в результате турбулентного перемешивания в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой и средней кратности, формируемых вспениванием воздухом водного раствора пенообразователя.
23. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с возможностью подачи в зону пожаровзрывопредотвращения и пожара гибридной пены с кратностью от 20 до 40, получаемой в результате турбулентного перемешивания под напором 0,6-1,4, преимущественно 0,8-1,2 МПа, в процессе спутного движения струй воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и струй воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70.
24. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что стационарно смонтировано на объектах с высокой степенью пожаровзрывоопасности.
25. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что смонтировано на автомобильном, железнодорожном, воздушном, водоплавающем или вездеходном транспортном средстве или прицепе.
26. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено с ручным или дистанционным управлением и/или осцилированием.
27. Устройство по п. 17, характеризующееся тем, что изготовлено размещенным в контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ и на транспортных средствах объектов берегового базирования.
