Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

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

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.