Способ ликвидации пожара в негерметичном помещении

 

Использование: в противопожарной обороне. Сущность изобретения: определяют предельное содержание кислорода, при котором прекращается горение всех горючих материалов, находящихся в негерметичном помещении, и суммарную площадь его проемов. Подачу огнетушащего вещества в помещение осуществляют пневмоакустическим методом, а время ликвидации пожара выбирают прямо пропорционально разности исходного и предельного содержания кислорода и суммарной площади проемов помещения и обратно пропорционально его объему и расходу огнетушащего вещества с заданной дисперсностью жидкой фазы.

Изобретение относится к противопожарной технике, точнее - к способам ликвидации пожара в негерметичном помещении, и может быть использовано при тушении загораний различного промышленного оборудования, книгохранилищ, кабельных магистралей и других объектов.

Известен способ пожаротушения в герметичном отсеке, заключающийся в подаче в герметичный отсек мелкораспыленной воды в струе азота, причем на 1 м³ защищаемого объема расход азота составляет 20-200 л/мин, а расход воды - 0,3-0,6 л/мин. При этом подача азота осуществляется под давлением 1,0 МПа, а воды - под давлением 3,0 МПа.

В процессе тушения пожара образуется азотно-водная мелкодисперсная аэрозоль, которая снижает теплоемкость среды до значения 170-210 кДж на моль кислорода, при котором горение прекращается.

Указанный диапазон расходов азота и воды позволяет ликвидировать пожар за время, не в полной мере отвечающее требованиям, предъявляемым ко времени тушения пожаров. Так, в герметичном отсеке объемом 1,0 м³ горение очагов малых размеров не приводит к заметному прогреву газовой среды, т.е. ее температура практически остается неизменной. В этих условиях процесс парообразования с поверхности частиц воды играет второстепенную роль в динамике тушения пламени, а основная роль принадлежит азоту.

Известно, что для полиметилметакрила, одного из легковоспламеняющихся веществ, широко используемых в промышленных объектах, предельное для горения содержание кислорода составляет 15% по объему.

Если в герметичном отсеке объемом 1 м³ содержание кислорода до момента возгорания полиметилметакрила составляет 20,7% , то при подаче азота с удельным расходом 20 л/с предельное для горения содержание кислорода будет достигнуто через 20 мин, что на практике неприемлемо.

Кроме того, существенно ограничивает область применения способа условие герметичности защищаемого объекта. В процессе тушения создается избыточное давление, которое может привести к разрушению легких тонкостенных конструкций.

В герметичных помещениях при достаточной прочности стенок и большом количестве горючего материала неизбежно наступает эффект самотушения.

Известен также способ ликвидации пожара в негерметичном помещении, содержащем горючие материалы, заключающийся в том, что в негерметичное помещение, имеющее проемы и характеризуемое исходным содержанием кислорода, подают огнетушащее вещество в виде газожидкостной среды.

В известном способ предусмотрена раздельная подача газообразной, жидкой или твердой фазы огнетушащего вещества, в качестве которого используется двуокись углерода, причем подача твердой или жидкой фазы осуществляется непосредственно на локально нагретые технологические поверхности, содержащиеся в негерметичном помещении.

При достижении огнетушащей концентрации в объеме, приводящей к снижению содержания кислорода, приступают ко второй стадии тушения: осуществляют восполнение утечек огнетушащего вещества через проемы путем струйной подачи газообразного огнетушащего вещества на нагретые технологические поверхности.

Известный способ ликвидации пожара на практике представляется достаточно сложной технической задачей, так как предполагается раздельная подача газообразной, жидкой или твердой фазы огнетушащего вещества.

Направленная подача жидкой или твердой фазы огнетушащего вещества и дополнительная подача газообразного огнетушащего вещества на заранее выбранные нагретые технологические поверхности не всегда достигает цели, так как в процессе пожара перегретыми могут оказаться любые другие поверхности, например, обусловленные растеканием горящей жидкости.

В таких условиях эффективность известного способа уменьшается, так как для снижения температуры в негерметичном помещении и достижения предельного содержания кислорода для горючих материалов, находящихся в помещении, требуется большой расход огнетушащего вещества, приводящий к повышению содержания двуокиси углерода в помещении, что негативно сказывается на состоянии персонала, находящегося в помещении.

Кроме того, в негерметичных помещениях возможны новые поступления кислорода, приводящие к повторным очагам возгорания, что в свою очередь требует еще больших расходов огнетушащего вещества.

Наряду с этим следует отметить, что при тушении пожара по известному способу проникающая способность огнетушащего вещества недостаточно высока, что обуславливается размерами частиц жидкой или твердой фазы огнетушащего вещества.

В основу изобретения положена задача разработать способ ликвидации пожара в негерметичном помещении, в котором осуществлялась бы такая подача огнетушащего вещества, при котором сокращался бы его расход, и определялись такие факторы, учет которых повышал бы эффективность тушения пожара.

Поставленная задача решается тем, что в способе ликвидации пожара в негерметичном помещении, содержащем горючие материалы, заключающемся в том, что в негерметичное помещение, имеющее проемы и характеризуемое исходным содержанием кислорода, подают огнетушащее вещество в виде газожидкостной среды, подачу огнетушащего вещества осуществляют пневмоакустическим методом, обеспечивающим получение газожидкостной с заданной дисперсностью частиц жидкой фазы, при этом предварительно определяют предельное содержание кислорода, при котором прекращается горение всех горючих материалов, находящихся в негерметичном помещении, суммарную площадь проемов негерметичного помещения и время ликвидации пожара, которое выбирают прямо пропорционально разности исходного и предельного содержания кислорода и суммарной площади проемов негерметичного помещения и обратно пропорционально его объему и расходу огнетушащего вещества с заданной дисперсностью жидкой фазы газожидкостной среды.

Подача огнетушащего вещества пневмоакустическим методом в отличие от его подачи струйным методом в прототипе обеспечивает высокую степень диспергирования жидкой фазы газожидкостной среды, и как следствие объемное тушение очага возгорания.

Мельчайшие частицы жидкости переносят инертный к горению газ по всему негерметичному помещению, в результате чего быстро достигается предельная для горения концентрация кислорода и снижается расход огнетушащего вещества.

Предварительное определение предельного содержания кислорода, при котором прекращается горение всех горючих материалов, находящихся в помещении, позволяет определить не только время тушения пожара, но и расход огнетушащего вещества, необходимого для тушения пожара.

Учет суммарной площади проемов, который также не производился в прототипе, позволяет оценивать теплообменные процессы и учитывать новые возможные поступления воздуха в негерметичное помещение во время тушения пожара.

Предлагаемый способ ликвидации пожара в негерметичном помещении отличается высокой эффективностью, малым временем тушения пожара, не выходящим за рамки принятых требований, возможностью ликвидации как малых, так и быстро распространяющихся очагов возгорания. При этом приблизительно на порядок уменьшается расход огнетушащего вещества и существенно не ухудшается газовый состав в помещении, что допускает присутствие в помещении людей без специальных средств защиты В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения и примерами.

Способ ликвидации пожара в негерметичном помещении, содержащем горючие материалы, заключается в следующем. Предварительно определяют предельную концентрацию кислорода, при которой прекращается горение всех горючих материалов, находящихся в помещении. Для этого составляется перечень горючих материалов, находящихся в помещении, и для каждого из них определяют С_пр - предельную концентрацию кислорода, при которой процесс горения прекращается (по широко известному методу). В итоге определения устанавливают материала, у которого С_пр является минимальным. Разность значений между С_н - начальной концентраций кислорода в негерметичном помещении и С_пр определяет не только время подавления очага загорания, но и количество огнетушащего вещества, необходимого для ликвидации пожара. Чем меньше разность С = С_н - С_пр, тем за более короткий интервал времени происходит тушение.

Вторым важнейшим элементом способа ликвидации пожара является определение суммарной площади проемов в негерметичном помещении, которую также определяют заранее для каждого конкретного случая. Этот показатель определяет всю сложность тепло- и массообмена газовой среды, содержащейся в помещении, в которое подается огнетушащее вещество.

При этом чем больше суммарная площадь проемов, тем труднее осуществить процесс тушения, тем большее количество огнетушащего состава необходимо подавать в помещение и соответственно тем дольше протекает процесс тушения.

Размеры проемов должны рассматриваться относительно объема защищаемого помещения, поскольку от этого соотношения существенно зависит процесс конвективного теплообмена.

При возникновении в негерметичном помещении очага загорания соответствующие датчики вырабатывают сигнал, по которому осуществляется подача огнетушащего вещества пневмоакустическим методом, являющимся в настоящее время одним из наиболее эффективных методов диспергирования жидкостей. Метод основан на энергии ультразвуковых колебаний, создаваемых инертной газовой средой. Процесс образования частиц жидкости протекает в инертной среде, например в азоте. Каждая образовавшаяся частица не содержит окислителя в пограничном слое. Поэтому, заполняя объем защищаемого помещения, мельчайшие частицы жидкости равномерно разносят азот по всему свободному пространству. В результате быстро достигается предельная для горения концентрация кислорода и значительно снижается количество расходуемого огнетушащего состава. Решение задачи, связанной с процессами тепловыделения и теплообмена, возникающих в процессе тушения пожаров туманообразной газожидкостной средой, проведено численным методом на ЭВМ. Составленная программа позволяет производить расчеты для различных исходных данных и получать количественные характеристики физических процессов, протекающих в условиях тушений.

Проведена серия лабораторных и полигонных опытов по тушению как твердых полимерных материалов, так и горючих жидкостей. При этом полученные данные в пределах 17% соответствуют теоретическим данным.

Следует отметить, что если размеры проемов в помещении настолько велики, что даже при высоких расходах огнетушащей среды тушение не достигается, то в этих случаях для применения способа необходимо предусмотреть решения, позволяющие в момент обнаружения пожара искусственно каким-либо способом уменьшить суммарную площадь проемов до расчетных значений, которые обеспечивают успешное тушение. Указанные действия по ограничению площадей проемов в помещении обусловлены тем, что предлагаемый способ тушения следует рассматривать как объемный, поскольку в данном случае защищаемое помещение полностью заполняется туманообразной средой, например смесью тонкораспыленной воды с азотом. При этом прежде всего происходит резкое снижение температуры во всем объеме за счет процесса испарения с поверхности частиц жидкости и параллельно создается предельная для горения концентрация кислорода за счет частичного вытеснения первоначальной атмосферы инертным газом и парами испарившейся части жидкости.

В результате быстро прекращается процесс горения, уменьшаются перетечки газовой среды, обусловленные высокой разностью температур между окружающей газовой средой и средой в помещении.

Кроме того, высокая эффективность процесса тушения связана с проникающей способностью туманообразной жидкости, частицы которой диаметром 10-30 мкм, являясь переносчиками инертного для горения газа, растекаются по всему защищаемому объему и заполняют при этом все труднодоступные места.

Особенность способа состоит также в том, что при обнаружении загораний в ранней стадии, когда температура в помещении еще не успела измениться, процесс тушения осуществляется в основном за счет инертного газа, поскольку в этих условиях режим парообразования незначителен.

При развившемся очаге пожара, когда в помещении темпеpатура существенно повысилась, в силу вступает процесс испарения частиц жидкости и создает дополнительные объемы инертной к горению газовой среды.

В результате существенно уменьшается расход инертного газа и время тушения пожара.

Осуществляя подачу огнетушащего вещества пневмоакустическим методом и учитывая предельное содержание кислорода и суммарную площадь проемов негерметичного помещения, определяют время ликвидации пожара. На основе множества экспериментов установлено, что оно прямо пропорционально разности исходного и предельного содержания кислорода и суммарной площади проемов негерметичного помещения и обратно пропорционально его объему и расходу огнетушащего вещества с заданной дисперсностью жидкой фазы. Рассматривая случай, когда осуществляется объемное тушение малого очага пожара, время τ тушения загораний можно оценить из соотношения τ = 9,02 (1) при 7 160 0,053≅ ΔС≅ 0,092 1˙10^-3 ≅ I ≅ 9˙10^-3 где V - объем негерметичного помещения; F - суммарная площадь проемов; I - расход огнетушащего вещества.

Для лучшего понимания преимуществ изобретения приводятся конкретные примеры.

П р и м е р 1. В негерметичном помещении, объем которого составлял 160 м³, а площадь проемов - 2,0 м², определяли исходное содержание кислорода С_н, которое составило 20% по объему. Для находящихся в помещении горючих материалов определили С_пр, которое составило 15% по объему. Считали, что возникший пожар был локальным и происходило выделение относительно небольшой тепловой мощности для данного объема 0,2 МВт, т.е. тот случай, когда процесс испарения частиц жидкости не вносил существенного вклада в процесс тушения.

В качестве газообразной фазы огнетушащего вещества использовали азот, а в качестве жидкой фазы - воду. Огнетушащее вещество подавали пневмоакустическим методом, при котором давление азота составляло 0,2-0,3 МПа, давление воды - 150-300 мм вод.ст., а размеры частиц жидкой фазы - 10-30 мкм.

Расход огнетушащего вещества составлял 5˙10^-3 кг/м³˙с. Из выражения (1) определяли время ликвидации пожара τ = 9,02 = 29,5 c.

Таким образом, через 29,5 с в рассматриваемом примере пожар будет потушен.

П р и м е р 2. Условия такие же, как в примере 1, а расход огнетушащего вещества составлял 9˙10^-3 кг/м³˙с. При этом время тушения пожара составило τ= 16,4 с.

П р и м е р 3. Условия такие же, как в примере 1, а площадь проемов составляла 1,0 м².

Время тушения пожара составило 16,9 с.

Таким образом, предложенный способ ликвидации пожара отличается высокой эффективностью, малым временем тушения пожара и невысоким расходом огнетушащего вещества.

Формула изобретения

СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ПОЖАРА В НЕГЕРМЕТИЧНОМ ПОМЕЩЕНИИ, содержащем горючие материалы, заключающийся в том, что в негерметичное помещение, имеющее проемы и характеризуемое исходным содержанием кислорода, подают огнетущащее вещество в виде газожидкостной среды, отличающийся тем, что подачу огнетушащего вещества осуществляют пневмоакустическим методом, обеспечивающим получение газожидкостной среды с заданной дисперсностью частиц жидкой фазы, при этом предварительно определяют предельное содержание кислорода, при котором прекращается горение всех горячих материалов, находящихся в негерметичном помещении, суммарную площадь проемов негерметичного помещения и время ликвидации пожара, которое выбирают прямо пропорционально разности исходного и предельного содержания кислорода и суммарной площади проемов негерметичного помещения и обратно пропорционально его объему и расходу огнетушащего вещества с заданной дисперсностью жидкой фазы газожидкостной среды.