АВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к противопожарной технике, в частности к устройствам газового пожаротушения объектов и помещений.

Широко известны выбранные авторами в качестве аналогов автоматические установки пожаротушения (НПБ 88-2001 Нормы и правила проектирования установок пожаротушения и сигнализации. МЧС Российской Федерации. Государственная противопожарная служба. Глава 7. СниП 2.04.09-84 Установки газового пожаротушения. Пожарная автоматика зданий и сооружений. Пункт 4.6), содержащие баллоны со сжатым до высокого давления (например, до нескольких сотен атмосфер) газообразным огнетушащим составом, распределительные трубопроводы для подачи огнетушащего состава в защищаемое помещение, управляемый клапан между баллонами и распределительными трубопроводами, датчики обнаружения пожара, блок управления автоматической установкой пожаротушения, соединенный с датчиками и управляемым клапаном.

Недостатком подобных автоматических установок газового пожаротушения высокого давления является экономическая и техническая нецелесообразность их применения для защиты помещений и объектов с объемами более 2000-3000 куб.м. в связи с очень большим количеством баллонов для хранения требуемого количества газообразного огнетушащего вещества.

Широко известны выбранные авторами в качестве аналогов автоматические установки пожаротушения (НПБ 78-99 Нормы пожарной безопасности. Установки газового пожаротушения автоматические. Резервуары изотермические. МЧС Российской Федерации. Государственная противопожарная служба. Глава 1), содержащие изотермические емкости, в которых хранится сжиженный газообразный огнетушащий состав под низким давлением (например, при давлении до 16 атмосфер), распределительные трубопроводы для подачи огнетушащего состава в защищаемое помещение, управляемый клапан между изотермической емкостью и распределительными трубопроводами, датчики обнаружения пожара, блок управления автоматической установкой пожаротушения, соединенный с датчиками и управляемым клапаном.

Недостатком таких автоматических газовых установок низкого давления является следующее.

В связи с тем, что давление газифицированного газообразного огнетушащего состава не превышает давление в криогенной емкости со сжиженным газообразным огнетушащим составом (величина этого давления составляет, например, не более 16 атмосфер для типовых изотермических емкостей большого объема) плотность газифицированного огнетушащего состава невелика и соответственно его объемный расход велик, что приводит к необходимости использования в крупных автоматических системах пожаротушения такого типа распределительных трубопроводов большого диаметра (например, порядка 120-150 мм) для обеспечения малых гидравлических потерь в распределительных трубопроводах, что необходимо для обеспечения большой величины массового расхода огнетушащего состава, подаваемого в защищаемые помещения. Распределительные трубопроводы таких больших диаметров, имеющие длины до нескольких сотен метров и сложную пространственную форму, а также средства крепления их в защищаемых помещениях, металлоемки, имеют высокую стоимость, сложны по конструкции, монтаж их трудоемок.

Известна автоматическая установка пожаротушения, описанная в патенте N 2108828 Российской Федерации, А 62 С 35/00, 37/00, 1995 г., выбранная авторами за прототип, содержащая криогенную емкость со сжиженным газообразным огнетушащим составом, испаритель огнетушащего состава, выполненный в виде сосуда с теплоаккумулирующей насадкой, соединенный с криогенной емкостью через управляемый клапан, распределительные трубопроводы для подачи огнетушащего состава в защищаемое помещение, датчики обнаружения пожара, блок управления автоматической установкой пожаротушения, соединенный с датчиками обнаружения пожара.

Недостатком данного устройства является следующее.

В связи с тем, что давление газифицированного газообразного огнетушащего состава не превышает давление в криогенной емкости со сжиженным газообразным огнетушащим составом (величина этого давления составляет, например, не более 16 атмосфер для типовых изотермических емкостей большого объема), плотность газифицированного огнетушащего состава невелика и соответственно его объемный расход велик, что приводит к необходимости использования в крупных автоматических системах пожаротушения рассматриваемого типа распределительных трубопроводов большого диаметра (например, порядка 120-150 мм) для удержания скоростей газового потока в разумных пределах (например, до 50...60 метров в секунду) и обеспечения малых гидравлических потерь в распределительных трубопроводах, что необходимо для обеспечения заданной большой величины массового расхода огнетушащего состава, подаваемого в защищаемые помещения (объекты). Распределительные трубопроводы таких указанных больших диаметров (которые, например, могут иметь длины до нескольких сотен метров и сложную пространственную форму) и средства крепления их в защищаемых помещениях весьма металлоемки, имеют высокую стоимость, сложны по конструкции, монтаж их в защищаемых помещениях весьма трудоемок.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в упрощении конструкции, уменьшении металлоемкости, упрощении монтажа автоматической установки пожаротушения, а также в расширении области эффективного (в техническом и экономическом плане) применения систем газового пожаротушения (например, при модернизации существующих систем пожаротушения).

Технический результат достигается за счет меньших в несколько раз (например, в 2...4 раза) диаметров распределительных трубопроводов по сравнению с прототипом (и другими близкими по конструкции системами пожаротушения с использованием сжиженных газообразных огнетушащих веществ). Это возможно в связи с обеспечением в распределительных трубопроводах предложенной автоматической установки пожаротушения величины давления газифицированного газообразного огнетушащего состава, большего в несколько раз, чем величина давления в изотермической емкости с запасом сжиженного газообразного огнетушащего состава. По сути в предложенной автоматической установке пожаротушения совмещены преимущества и автоматических установок газового пожаротушения высокого давления и установок газового пожаротушения низкого давления - относительно малые диаметры распределительных трубопроводов и возможность иметь очень большие запасы огнетушащего состава, что необходимо для обеспечении защиты помещений (объектов) очень больших объемов.

В соответствии с предлагаемым изобретением достижение технического результата обеспечивается тем, что автоматическая установка пожаротушения содержит изотермическую криогенную емкость со сжиженным газообразным огнетушащим составом, испаритель огнетушащего состава, выполненный в виде сосуда с теплоаккумулирующей насадкой, соединенный с криогенной емкостью через управляемый клапан, распределительные трубопроводы для подачи огнетушащего состава в защищаемое помещение, датчики обнаружения пожара, блок управления автоматической установкой пожаротушения, соединенный с датчиками обнаружения пожара.

При этом в предложенную автоматическую установку пожаротушения введен импульсный газификатор-преобразователь давления, содержащий испаритель огнетушащего состава, сосуд которого выполнен в виде емкости для испарения сжиженного газообразного огнетушащего состава под высоким давлением, частично заполненной профилированной теплоаккумулирующей насадкой, дросселирующее устройство, включенное между сосудом испарителя и распределительными трубопроводами, трубопровод предотвращения заброса давления в сосуде испарителя, включенный через клапан между сосудом испарителя и распределительными трубопроводами, а также блок программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления, соединенный с блоком управления автоматической установкой пожаротушения и с управляемым клапаном между сосудом испарителя и криогенной емкостью, при этом распределительные трубопроводы выполнены в виде трубопроводов для подачи газообразного огнетушащего состава под высоким давлением.

В предложенной автоматической установке пожаротушения в импульсном газификаторе-преобразователе давления клапан на трубопроводе предотвращения заброса давления в испарителе может быть выполнен в виде предохранительного клапана.

В предложенную автоматическую установку пожаротушения в импульсный газификатор-преобразователь давления может быть введен трубопровод быстрого заполнения сжиженным газообразным огнетушащим составом сосуда испарителя, включенный через управляемый клапан между сосудом испарителя и атмосферой, при этом управляемый клапан на трубопроводе быстрого заполнения соединен с блоком программого управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления

В предложенной автоматической установке пожаротушения профилированная теплоаккумулирующая насадка может иметь изменяющуюся (например, увеличивающуюся в 1,5...3 раза) по высоте сосуда испарителя удельную поверхность контакта со сжиженным газообразным огнетушащим составом.

В предложенной установке пожаротушения профилированная теплоаккумулирующая насадка может иметь изменяющуюся по высоте сосуда испарителя удельную массу, например, за счет того, что размеры (в частности, толщины) поперечных сечений элементов (частиц) профилированной теплоаккумулирующей насадки могут изменяться (например, увеличиваться в 1,5...2 раза) по высоте сосуда испарителя.

В предложенной установке пожаротушения сосуд испарителя может быть выполнен в виде системы параллельно соединенных емкостей для испарения сжиженного газообразного огнетушащего состава под высоким давлением, диаметры которых не превышают 150 миллиметров.

На фиг.1 представлена одна из возможных конструкций предложенной автоматической установки пожаротушения:

1 - изотермическая криогенная емкость со сжиженным газообразным огнетушащим составом;

2 - испаритель огнетушащего состава, выполненный в виде системы нескольких параллельно соединенных сосудов высокого давления с теплоаккумулирующей насадкой;

3 - профилированная теплоаккумулирующая насадка;

4 - управляемый клапан;

5 - распределительные трубопроводы для подачи газообразного огнетушащего состава в защищаемое помещение;

6 - выпускные сопла на распределительных трубопроводах;

7 - датчики обнаружения пожара;

8 - блок управления автоматической установкой пожаротушения;

9 - дросселирующее устройство;

10 - трубопровод предотвращения заброса давления;

11 - предохранительный клапан;

12 - блок программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления;

13 - трубопровод быстрого заполнения сосуда испарителя;

14 - управляемый клапан;

15 - предохранительный клапан;

16 - заправочный вентиль;

17 - средство поддержания постоянного давления в криогенной емкости, содержащее испаритель-подогреватель для разогрева запаса сжиженного огнетушащего состава и вывода этого запаса в равновесное состояние при давлении, например, 16 атмосфер;

18 - датчик давления на выходе из испарителя 2;

19 - защищаемое помещение (объект).

Автоматическая установка пожаротушения содержит криогенную емкость 1 со сжиженным газообразным огнетушащим составом (например, жидким азотом, жидким аргоном и др.), находящимся под постоянным давлением наддува в равновесном состоянии, которое поддерживается средством 17 (которое содержит испаритель-подогреватель для разогрева запаса сжиженного огнетушащего состава и вывода этого запаса в равновесное состояние при давлении, например, 16 атмосфер, и может содержать реконденсатор паров сжиженного газообразного огнетушащего состава), испаритель 2 огнетушащего состава, выполненный в виде сосуда, образованного системой нескольких параллельно включенных сосудов удлиненной формы высокого давления с диаметрами, не превышающими 150 миллиметров, с теплоаккумулирующей насадкой 3 внутри, соединенный с криогенной емкостью 1 через управляемый клапан 4, распределительные трубопроводы 5 для подачи огнетушащего состава через выпускные сопла 6 в защищаемое помещение (объект) 19, датчики 7 обнаружения пожара, блок 8 управления автоматической установкой пожаротушения, соединенный с датчиками обнаружения пожара 7.

При этом в автоматическую установку пожаротушения введен импульсный газификатор-преобразователь давления, содержащий испаритель 2 огнетушащего состава, сосуд которого выполнен в виде емкости для испарения сжиженного огнетушащего вещества под высоким давлением, образованной системой параллельно соединенных сосудов высокого давления удлиненной формы (диаметры которых не превышают 150 миллиметров), частично заполненных профилированной теплоаккумулирующей насадкой 3, дросселирующее устройство 9 (выполненное, например, в виде дросселирующей шайбы, причем возможно выполнение данного дросселирующего устройства регулируемым, при этом устройство обеспечения изменения проходного сечения дросселирующего устройства может быть соединено с блоком 12 программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления), включенное между сосудом испарителя 2 и распределительными трубопроводами 5, трубопровод 10 предотвращения заброса давления в сосуде испарителя 2, включенный через предохранительный клапан 11 между сосудом испарителя 2 и распределительными трубопроводами 5, а также блок 12 программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления, соединенный с блоком 8 управления автоматической установкой пожаротушения и с управляемым клапаном 4 между сосудом испарителя 2 и криогенной емкостью 1, при этом распределительные трубопроводы 5 выполнены в виде трубопроводов для подачи газообразного огнетушащего состава под высоким давлением. Кроме того имеется трубопровод 13 быстрого заполнения сосуда испарителя 2, включенный через управляемый клапан 14 между сосудом испарителя 2 и атмосферой, причем управляемый клапан 14 соединен с блоком 12 программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления. Профилированная теплоаккумулирующая насадка 3 имеет изменяющуюся (увеличивающуюся) по высоте сосуда испарителя 2 удельную поверхность контакта со сжиженным газообразным огнетушащим веществом, и изменяющуюся (увеличивающуюся) удельную массу насадки за счет увеличения толщин элементов (размера частиц) теплоаккумулирующей насадки. Имеется датчик 18 давления на выходе из испарителя 2, соединенный с блоком 12 программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления, при помощи которого вырабатывается сигнал на открытие управляемого клапана 14 при превышении давления в сосуде испарителя 2 выше заданного.

В предложенной автоматической установке пожаротушения используются распределительные трубопроводы 5 с диаметрами в несколько раз меньшими, чем у прототипа, что достигнуто за счет обеспечения в распределительных трубопроводах 5 величины давления, подаваемого в защищаемое помещение (помещения, объекты) 19 газифицированного газообразного огнетушащего состава, большего в несколько раз, чем величина давления в изотермической емкости 1 с запасом сжиженного газообразного огнетушащего состава.

Выше было отмечено, что в предложенной системе пожаротушения диаметры параллельно соединенных емкостей сосуда испарителя не превышают 150 миллиметров. В соответствии с нормативными документами (Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением ПБ 10-115-96. Госгортехнадзор России. Пункт 1.1.3) такие емкости не подлежат регистрации в органах Госгортехнадзора. Это подтверждает высокую надежность работы таких сосудов небольшого диаметра и соответственно всей предложенной системы автоматической установки пожаротушения. Упрощаются также монтаж, испытания и прием в эксплуатацию предложенной системы пожаротушения.

Предложенная автоматическая установка пожаротушения работает следующим образом.

В исходном состоянии криогенная емкость 1 не заполнена, профилированная теплоаккумулирующая насадка 3 в сосудах испарителя 2 имеет температуру окружающей среды (например, 283 К). Клапаны 4, 14, 16, 11, 15 закрыты.

Включают блоки управления 8 и 12, а также датчик 18. Открывают клапан 16 и заливают в емкость 1 сжиженный газообразный огнетушащий состав (находящийся, например, при криогенной температуре 77 К). При помощи временно подсоединяемого к емкости 2 испарителя-подогревателя, входящего в средство 17 поддержания постоянного давления в криогенной емкости, производят разогрев, повышение давления и вывод в равновесное состояние сжиженного газообразного огнетушащего состава (при этом давление внутри емкости 1 составит, например, 16 кгс/кв. см.). Отсоединяют вспомогательный испаритель-подогреватель.

При помощи средства 17 поддержания постоянного давления наддува, за счет имеющегося в его составе реконденсатора паров, испаряющегося из-за теплопритока в емкость 1 сжиженного огнетушащего состава, обеспечивается отсутствие необходимости дозаправки емкости 1 сжиженным газообразным огнетушащим составом в течение всего срока эксплуатации данной установки пожаротушения. За счет наличия предохранительного клапана 15 предотвращается превышение давления в емкости 1 выше допустимого,

При обнаружении датчиками 7 возгорания в защищаемых помещениях (объектах) 19 блок 8 управления автоматической установкой пожаротушения выдает команду на начало подачи огнетушащего состава в блок 12 программного управления клапанами импульсного газификатора-преобразователя давления. Блок 12 обеспечивает согласованную по времени и с показаниями датчика 18 подачу команд на органы управления (клапаны и др.) импульсного газификатора-преобразователя давления.

По команде блока 12 клапан 4 открывается и начинается подача под давлением сжиженного газообразного огнетушащего средства из емкости 1 в емкость для испарения сжиженного огнетушащего состава испарителя 2 огнетушащего состава. Необходимо отметить, что в емкости 1 сжиженный газообразный огнетушащий состав находится в равновесном состоянии и, следовательно, в течение всего времени истечения из емкости 1 находится под давлением, близким к начальному давлению (например, как указывалось выше, к 16 кгс/кв. см.). За счет этого обеспечивают постоянный заданный большой массовый расход (величиной, например, до нескольких десятков килограмм в секунду) сжиженного огнетушащего состава в емкость для испарения сжиженного огнетушащего состава испарителя 2 огнетушащего состава.

Необходимо отметить, что внутри сосуда испарителя 2 перед началом подачи сжиженного огнетушащего средства давление равно атмосферному.

Одновременно по команде блока 12 открывается клапан 14 на трубопроводе 13 быстрого заполнения сосуда испарителя.

За счет перепада давления между емкостью и сосудом испарителя 2 за несколько секунд весь запас сжиженного огнетушащего средства из емкости 1 через клапан 4 поступает в сосуд испарителя 2 огнетушащего состава. Важно отметить, что в первые секунды подачи интенсивность испарения сжиженного огнетушащего состава и соответственно выделения газообразной фазы огнетушащего состава низкая в связи с пленочным режимом кипения на поверхности профилированной насадки 3 испарителя в связи с большим перепадом температуры между поверхностным слоем элементов (частиц) насадки 3 и сжиженным огнетушащим составом, находящимся при криогенной температуре.

Наличие открытых в атмосферу через дросселирующее устройство 9 трубопроводов 5 и открытого в это время в атмосферу трубопровода быстрого заполнения 13 обеспечивают отсутствие существенного противодавления перетеканию сжиженного огнетушащего состава во время подачи сжиженного огнетушащего средства из емкости 1 и очень быстрое заполнение сосуда испарителя 2 (например, за несколько секунд).

После поступление в сосуд испарителя 2 всего запаса сжиженного огнетушащего состава из емкости 1 по команде блока программого управления 12 закрываются клапаны 4 и 14. После этого давление внутри емкости 1 не зависит от давления в сосуде испарителя 2 (в частности, рост давления внутри сосуда испарителя 2 в дальнейшем не приводит к росту давления внутри емкости 1).

По мере охлаждения поверхностных слоев элементов профилированной насадки 3 в процессе кипения сжиженного огнетушащего состава в течение нескольких секунд процесс кипения переходит в пузырьковый режим, коэффициент теплоотдачи от насадки к сжиженному огнетушащему составу резко увеличивается и соответственно резко возрастает объем газифицированной фазы огнетушащего состава. При этом происходит быстрый рост давления внутри сосуда испарителя 2 (например, до 50...100 кгс/кв. см). Одновременно начинается ограниченная (расчетная) за счет наличия дросселирующего устройства 9 подача газифицированного огнетушащего состава в распределительные трубопроводы 5 и в защищаемые помещения (объекты) 19.

Как показывают данные наших экспериментов и расчетные оценки, в самом начале указанного интенсивного процесса газификации по всему заполненному сжиженным огнетушащим составом объему профилированной теплоаккумулирующей насадки 3 внутри сосуда испарителя 2 наблюдается кратковременный (продолжительностью несколько секунд) заброс давления внутри сосуда испарителя 2 из-за особенно интенсивной газификации сжиженного огнетушащего состава в начале основного рабочего режима газификации. Для предотвращения выхода давления газа в сосуде испарителя 2 в этот момент за допустимое предусмотрен трубопровод 10 предотвращения заброса давления, на котором установлен предохранительный клапан 11. При срабатывании предохранительного клапана 11 при превышении допустимого давления в сосуде испарителя 2 излишки газифицированного огнетушащего состава перепускаются в распределительные трубопроводы 5, минуя при этом дросселирующее устройство 9, параметры которого выбраны из расчета обеспечения заданной интенсивности процесса газификации и величины давления в сосуде испарителя 2 на основном стационарном режиме подачи газифицированного огнетушащего состава в защищаемые помещения (объекты) 19.

Кроме того, исходя из временной циклограммы работы импульсного газификатора-преобразователя давления и из сигнала датчика давления 18, при излишнем превышении давления в сосуде испарителя 2 блок программного управления 12 может выдать команду на кратковременное открытие управляемого клапана 14 на трубопроводе 13 быстрого заполнения сосуда испарителя.

После завершения указанного переходного процесса внутри сосуда испарителя 2 по всему объему профилированной теплоаккумулирующей насадки происходит стабильное интенсивное испарение сжиженного огнетушащего состава, причем за счет выбора параметров дросселирующего устройства 9 (прежде всего площади его проходного сечения) и диаметров распределительных трубопроводов 5 в распределительных трубопроводах в течение всего процесса тушения (продолжительность которого не должна превышать 60 секунд в соответствии НПБ 88-2001 Нормы и правила проектирования установок пожаротушения и сигнализации, МЧС Российской федерации) поддерживается высокое давление (например 50...100 кгс/кв. см) и соответственно высокая плотность подаваемого в защищаемые помещения (объекты) 19 газифицированного огнетушащего средства.

Дополнительное выравнивание величины массового расхода газифицированного огнетушащего средства во время цикла подачи достигается за счет использования изменяющихся по высоте сосуда испарителя удельной поверхности контакта теплоаккумулирующей насадки 3 и ее удельной массы (например, за счет различной степени развитости поверхности насадки 3, ее порозности (пористости) и других известных в технике мероприятий).

Это обеспечивает возможность использования для подачи газифицированного огнетушащего средства с большими массовыми расходами (до нескольких десятков килограмм в секунду) распределительных трубопроводов небольшого (во много раз меньшего по сравнению с прототипом) диаметра.

В связи с этим предложенная конструкция автоматической системы пожаротушения обеспечивает упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости, упрощение монтажа, расширение области эффективного (в техническом и экономическом смыслах) применения (например, при модернизации существующих систем пожаротушения) автоматических установок пожаротушения с использованием сжиженных газообразных огнетушащих веществ, прежде всего предназначенных для защиты крупных объектов (помещений). За счет этого достигается также существенное уменьшение удельных затрат на противопожарную защиту объектов. В ряде случаев лишь предложенная система автоматического пожаротушения может обеспечить эффективное и быстрое тушение загорания, например, при модернизации систем пожаротушения существующих объектов, когда нет возможности замены распределительных трубопроводов.

Создан экспериментальный образец предложенной автоматической установки пожаротушения.