Результат интеллектуальной деятельности: Устройство тушения горящих легковоспламеняющихся и горючих жидкостей с минимальной температурой кипения более 40 C

Изобретение относится к пожарной технике и может быть использовано для тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в аварийных ситуациях на различного рода промышленном оборудовании, топливных магистралях, емкостях, баках, резервуарах, в которых обращаются жидкости с температурой эксплуатации Т<0,8Т_кип, где Т_кип≥40°С - минимальная температура кипения жидкости.

Известно (SU, авторское свидетельство 787046, опубл. 25.12.1980) устройство для самотушения горящих жидкостей, содержащая емкость с размещенными в ней трубами, основания которых параллельны боковым стенкам емкости и установлены по всему поперечному сечению емкости. Высота каждой трубы "Н", не заполняемая жидкостью при максимальном проливе, и ее эффективный диаметр "d_эф" определяются из соотношения Н>12_эф. При этом нижняя часть труб, опирающихся на дно емкости, снабжена перфорированными отверстиями для выравнивания уровня жидкости в емкости.

Недостатками этого устройства является его высокая металлоемкость и неопределенность уровня перфорационных отверстий, поскольку при малом уровне заполнения емкости жидкостью между вертикальными каналами возможно возникновение естественной конвекции и продолжения процесса горения, который будет иметь очаговый характер.

Известно (SU, авторское свидетельство 1463317, опубл. 07.03.1989) устройство для самотушения и предотвращения загорании горючих жидкостей. Устройство содержит емкость, в которой для повышения эффективности тушения по всему ее поперечному сечению расположены трубы, стенки которых параллельны стенкам емкости. При этом по периметру верхнего среза каждой трубы установлены отражатели, угол отклонения которых от вертикальных стенок трубы определяется из отношения: d_ЭКВ/Н, где d_ЭКВ - эквивалентный диаметр труб; Н - высота труб, не заполняемая жидкостью. Длина поверхности отражателей l=0,06Н, а нижний срез труб расположен на расстоянии h≤0,25d_экв от днища емкости.

Недостатками этого устройства является сложность изготовления и сборки всей конструкции устройства с применением отражателей, устанавливаемых в каждой вертикальной трубе. Устанавливать подобные отражатели, по-видимому, возможно только в вертикальных трубах достаточно большого диаметра. Кроме того, наличие отражателей увеличивает поверхность устройства, на которую, в частности, падает горящая струя жидкости. Это в свою очередь приводит к образованию процесса разбрызгивания горящей жидкости и, следовательно, интенсификации процесса горения вблизи верхней части устройства. Существенным недостатком в конструкции данного устройства является также его высокая металлоемкость, поскольку трубы практически полностью заполняют всю емкость. Наиболее сильно этот недостаток проявляется при больших объемах проливаемой жидкости, поскольку нижний срез труб должен располагаться на расстоянии h≤0,25d_ЭКВ от днища емкости.

Известно (RU, патент 2252804, опубл. 27.05.2005 г.) устройство для самотушения и предотвращения загораний горючих жидкостей. Устройство содержит металлическую емкость - корпус, в которой для повышения эффективности тушения и улучшения эксплуатационных характеристик установлены два основных элемента. Это горизонтальный слой осесимметричных в поперечном сечении, вертикально расположенных каналов (труб), образующих ячеистую структуру, и пламяотсекающий слой, образованный двумя слоями металлических сеток, плотно прилегающих к нижней части ячеистой структуры. Расстояние между сетками не превышает 10 мм. При этом устройство может устанавливаться в емкостях различных размеров, а также в приямках и лотках для сбора протечек горючих жидкостей. Ее вертикальный размер не зависит от глубины емкости (приямка, лотка). Экспериментально было установлено, что сборка вертикальных каналов обладает наибольшей эффективностью тушения пламени в том случае, когда высота Н, не заполняемая жидкостью, соответствует условию Н≥3d_ЭКВ, где d_ЭКВ - эквивалентный диаметр канала круглого сечения.

Основным недостатком устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога является неопределенность зависимости высоты вертикальных каналов, не заполняемых жидкостью, от температуры эксплуатации и температуры кипения жидкости. Кроме того, сеточные слои с ячейками размерами менее 1 мм, расположенные под ячеистой структурой вертикальных каналов (труб), быстро загрязнятся, что приведет к снижению пропускной способности сеток и эффективности устройства в целом. При расположении сеток под ячеистой структурой, для очистки сеточных слоев требуется демонтаж всего устройства.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в расширении области применения и ассортимента устройств тушения горящих легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении эффективности тушения, оптимизации металлоемкости и улучшении эксплуатационных характеристик устройств для тушения жидкостей с температурой эксплуатации Т<0,8Т_кип, где Т_кип≥40°С - минимальная температура кипения жидкости.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство тушения горящих легковоспламеняющихся и горючих жидкостей с минимальной температурой кипения более 40°С, состоящее из сборки вертикальных каналов с заданным отношением высоты вертикального канала Н, не заполняемой жидкостью, к его эквивалентному диаметру H/d_эк≥6, оснащенное сеточным пламяотсекающим элементом, причем сборка вертикальных каналов и сеточный элемент размещены в стальном корпусе, состоящим из вертикальной и пирамидальной частей с вертикальными и наклонными стенками, установленными по периметру сборки вертикальных каналов, при этом высота вертикальных стенок равна высоте каналов, а наклонные стенки, образуют приемную емкость, выполненную в форме усеченной перевернутой пирамиды, расположенную под сборкой вертикальных каналов для направления жидкости в отверстие входной трубы гидрозатвора сифонной конструкции, размещенного непосредственно под днищем приемной емкости.

Эквивалентный диаметр вертикального канала, определяется плотностью и поверхностным натяжением жидкости:

d_экв≥6,5 (δ/gρ)^0,5;

d_экв=4F/P,

где δ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;

g - ускорение силы тяжести;

ρ - плотность жидкости;

F - площадь поперечного сечения канала произвольной формы;

Р - периметр поперечного сечения канала произвольной формы.

Отношение высоты вертикального канала Н, не заполняемой жидкостью, к его эквивалентному диаметру H/d_эк≥6.

Пламяотсекающий сеточный элемент прикреплен к вертикальным стенкам корпуса сборки с плотным прилеганием к верхним торцам каналов и полным перекрытием поперечного сечения металлической емкости и представляет собой съемную кассету (плоскую рамку) с двумя горизонтальными слоями сеток с ячейками, предпочтительно 0,5-1,0 мм, размещаемыми предпочтительно, на расстоянии 5-8 мм друг от друга.

Объем приемного устройства и диаметр входного отверстия гидрозатвора рассчитывают на прием максимального секундного поступления (расхода) жидкости. Геометрические параметры приемного устройства определяют по зависимостям:

h[S₁+(S₁S₂)^0,5+S₂)]=3q,

S₂=q/μ(2gh)^0,5

где h - высота приемного устройства, м;

S₁ - площадь модульной сборки вертикальных каналов, м²;

S₂ - площадь входного отверстия гидрозатвора, м²;

q - максимальное секундное поступление горючей жидкости, м³/с;

μ=0,64 - коэффициент пропускной способности гидрозатвора.

Известно, что процесс свободного горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей протекает в газовой фазе - диффузионном режиме горения. В этом случае зона горения располагается на некотором расстоянии от горящей поверхности жидкости и существование пламени возможно только при естественно-конвективных потоках воздушной среды, поставляющих в достаточном количестве окислитель в зону горения, а также испарения с поверхности жидкости, создаваемого излучением пламени и поставляющего горючее в зону горения. Прекратить процесс горения можно снижением концентрации кислорода в окружающей среде до предельных для процесса горения значений или снижением температуры горящей поверхности жидкости до значений, при которых резко уменьшается процесс испарения. Кроме того, прекращение процесса горения может быть достигнуто за счет уменьшения интенсивности естественно-конвективных потоков воздуха, поставляющих окислитель в зону пламени.

В разработанном устройстве сетки пламяотсекающего элемента, ввиду развитой поверхности теплообмена и трения, снижают температуру в зоне горения и скорость поступления в зону горения окислителя, что обеспечивает тушение в объеме каналов, так как в процессе выгорания паров жидкости в вертикальных каналах, выделяющийся объем продуктов горения блокирует поступление окислителя в зону горения. Дальнейшее охлаждение газовой фазы, снижение интенсивности испарения жидкости и ее охлаждение происходит в сборке вертикальных каналов и приемной емкости, а гидрозатвор предотвращает выход паров жидкости обратно в приемную емкость, что, по сравнению с известными устройствами, обеспечивает эффективное тушение при струйном истечении жидкости, при котором не все каналы сборки заполняются продуктами горения, и расширяет область применения и ассортимент устройств тушения горящих жидкостей.

В проведенных экспериментах температура жидкости на выходе из гидрозатвора не превышала 30°С.

В одном из вариантов реализации разработанного устройства для тушения жидкостей с температурой эксплуатации Т<0,8Т_кип, где Т_кип≥200°С - минимальная температура кипения жидкости, в устройстве может быть применен горизонтальный поддон, выполняющий функцию гидрозатвора, вплотную примыкающий к нижнему срезу каналов. Для обеспечения беспрепятственного удаления основного объема аварийного пролива в приемную емкость на нижнем срезе каналов выполнена сплошная перфорация в виде полукруглых отверстий диаметром d_отв. Горизонтальный поддон, выполняющий функцию гидрозатвора, представляет собой емкость, ограниченную по периметру бортиком, высота которого H_борт≥1,5d_отв. Это обеспечивает задерживание минимального объема горючей или легковоспламеняющейся жидкости, необходимой для подтопления вертикальных каналов и достижения эффекта тушения пламени. В этом варианте, отношение длины вертикального канала к его эквивалентному диаметру должно удовлетворять соотношению (Н-Н_борт)/d_эк≥3,8.

Разработанное устройство в различных вариантах реализации может быть рекомендовано к применению на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, на морском, речном, железнодорожном и авиационном транспорте, атомных и тепловых электростанциях, на складах горюче-смазочных материалов, хранилищах жидких топлив, то есть на объектах с постоянным обращением горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

Система тушения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей может состоять из нескольких устройств и ее могут устанавливать в емкостях различных размеров, размещаемых непосредственно под оборудованием, или, при организации направленного слива жидкостей по наклонным полам, в емкостях (приямках, лотках) на некотором расстоянии от оборудования, а также в открытых баках или резервуарах под слоем жидкости. При организации наклонной поверхности полов, обеспечивающей направленный слив жидкости в сторону этой емкости, площадь занимаемая устройствами тушения, может быть существенно уменьшена.

Так, например, система устройств тушения может быть установлена:

1. В помещениях предприятий нефтеперерабатывающей промышленности под оборудованием переработки или хранения горючесмазочных материалов; на переливочных и заправочных комплексах в местах заправки и хранения топлив под соответствующим оборудованием;

2. На электростанциях и трансформаторных подстанциях под масляными трансформаторами;

3. В открытых баках или резервуарах под слоем жидкости, в которых в случае ее загорания, из нижней части емкости производится слив жидкости в резервную емкость и при прохождении верхнего горящего слоя через систему устройств тушения достигается эффективное подавление процесса горения.