ТУШЕНИЕ ПОЖАРА НА КРУПНОМ ВОДОРОДНОМ ОБЪЕКТЕ

(К тридцатилетию первого в практике тушения крупного техногенного пожара газифицирующимся криогенным азотом)

Предоставлено из архивов Международного научного журнала "Альтернативная энергетика и экология" - А.Л. Гусев. Тушение пожара на крупном водородном объекте.//Международный научный журнал “Альтернативная энергетика и экология, 2005, №9, С. 67 – 71.

А. Л. Гусев

Научно-технический центр «ТАТА»

а/я 787, г. Саров, Нижегородская область, 607183, Россия

Тел./факс: 8-83130-63107; e-mail:gusev@hydrogen.ru

Сведения об авторе: военный инженер-испытатель космической техники. С 1983 по 1988 гг. занимался испытаниями новейших образцов космической техники («Салют», «Мир», «Союзы», «Прогрессы», «Венера», «Буран», «Квант», «Спектр» и др., обычные скафандры и скафандры для выхода в открытый космос «Орлан-Д» и др.).

С 1988 по 1995 гг. выполнял обязанности руководителя работ по подготовке криогенно-вакуумных систем хранения и заправки водородом, кислородом и азотом многоразовой транспор­тной космической системы «Энергия» к запуску РКК «Энергия-Полюс» и «Энергия-Буран» уча­ствовал в запусках этих систем и «горячих прожигах» двигателей РКК «Энергия» на универсаль­ном космическом стартовом стенде (УКСС).

Образование: Военный инженерный краснознаменный институт им. А. Ф. Можайского (ВИКИ им. А. Ф. Можайского), аспирантура ВНИИ «Криогенной техники» ХИМНЕФТЕМАША СССР по криогенно-вакуумной тематике.

Область научно-технических интересов: космические аппараты (КА), ракетоносители (РН), топливо для космических аппаратов и ракетоносителей, системы термостатирования КА и РН, космические заправочные комплексы, космические энергетические установки, нестационарный тепломассообмен.

In Russia more 270 thousand fires come about each year. Fires have significant economical and ecological impacts which frequently be come catastrophic wanes (fires in oil fields, chemical plants, atomic power stations its.) In Russia the relative level of fires initiated losses is considered to be the highest among highly developed countries in the world. The value of the losses is in of 3.5 times in Japan, by a factor of 4.5 in Great Britain and is greater than three in the USA.

In this paper document of the first in the USSR fire fighting at a large hydrogen facility this the use of a great amount of liquid nitrogen are presented and possibility of cryogenic nitrogen system for fire fighting at large technogenic complexes have been a assessed. This systems show higher mobility, capacity, high economy, efficiency and reliability and environmentally conscious ones.

Cryogenic nitrogen system for fire fighting may be mounted on vehicles, ship’s, railway and air crafts.

Введение

Ежегодно в России происходит более 270 тысяч пожаров, которыми наносится значитель­ный экономический и экологический ущерб, ко­торый часто становится катастрофическим (по­жары на нефтяных месторождениях, химичес­ких предприятиях, атомных электростанциях и др.). Относительный уровень потерь от пожаров в России самый высокий среди высокоразвитых стран мира. Он превышает сопоставимые пока­затели потерь Японии в 3,5 раза, Великобрита­нии — в 4,5 раза, США — в 3 раза. В статье представлен документальный материал о первом в СССР тушении пожара на крупном водо­родном объекте с использованием больших ко­личеств жидкого азота и оценены возможности криогенных азотных систем пожаротушения для тушения пожаров на крупных техногенных ком­плексах. Эти системы обладают повышенной мо­бильностью, производительностью, высокой эко­номичностью, эффективностью и надежностью при полном отсутствии экологического загряз­нения окружающей среды. Криогенные азотные системы пожаротушения могут базироваться на автомобильном, водном, железнодорожном, воз­душном транспорте.

Тушение пожара на стартовом комплексе «Энергия-Буран»

В начале 90-x гг. на ракетно-космическом комплексе «Энергия-Буран» в кабельном кана­ле (паттерне) (рис. 1) возникло возгорание элек­трических силовых кабелей системы питания электроустановок стартового комплекса, а так­же кабелей систем управления.

Рис. 1. Инженер-испытатель капитан Гусев А. Л. на стартовой площадке ракетно-космического комплек-са «Энергия-Буран» (1991 г.)

В канале располагалось около 200 дорогос­тоящих электрокабелей. Высокая стоимость ка­белей определялась тем, что они были изготов­лены «без права муфтования», а длина каждого из них составляла 8 км.

Для тушения пожара были мобилизованы все пожарные средства космодрома: «Ураганы», пожарные танки, обычные пожарные машины.

Тушение пожара продолжалось более су­ток. Было израсходовано грандиозное количе­ство фреона-114В2 (около 300 бочек по 200 л) и других средств пожаротушения, задействова­но большое количество персонала, обслужива­ющего стартовый комплекс, но локализовать пожар не удавалось. Несколько участников по­страдали от отравления фреоном и один из них был госпитализирован.

Мы (Гусев А.Л., Калачев О. В., Кукушкин А. П.) выдвинули предложение применить газифици­рующийся жидкий азот, который имелся в боль­шом количестве в криогенных резервуарах на стартовом комплексе [1].

После обсуждения руководством предложе­ние было принято. Организация тушения по­жара была поручена мне. Операцию по тушению пожара осуществляли той же ночью. Пришлось действовать втроем.

В нашем распоряжении находился жидкий азот, применяемый на стартовых комплексах для технологических операций (рис. 2).

Рис. 2. Заполнение криогенного заправщика жидким азотом из криогенного резервуара

На стартовый комплекс были доставлены два криогенных заправщика (емкостью 3 и 4 тонны жидкого азота).

Основное время (до 40 мин) требовалось на заполнение заправщика азотом (необходим дли­тельный период захолаживания емкости заправ­щика). На сборку криогенных трубопроводов длиной около 15 м ушло 10 мин.

Трубопровод был подан в кабельный канал (рис. 3) лишь после того, как была отрегулиро­вана подача жидкого азота таким образом, что из гибкого шланга выходил газифицированный азот. После того как было израсходовано 3 т жидкого азота, интенсивность выделения дыма из вентиляционных выводов кабельного канала заметно снизилась.

После использования еще 4 т жидкого азо­та газообразный азот вытеснил окислительную газовую среду из кабельного канала и охладил горящие поверхности кабелей. В кабельном ка­нале была создана инертная атмосфера. Пожар прекратился полностью.

Когда впоследствии на том же стартовом комплексе возник пожар электрокабелей, руко­водство отказалось применить фреоновые систе­мы пожаротушения, и был успешно применен предложенный нами способ.

Рис. 3. Тушение пожара. Гибкий криогенный трубо-провод, подстыкованный к заправщику размещен в дыхательном патрубке кабельного канала

В дальнейшем авторским коллективом со­трудников ИФВ РФЯЦ-ВНИИЭФ (А. Л. Гусев, П. А. Чабан, Т. Н. Кондырина) было предложе­но техническое решение: «Криогенная азотная установка для тушения пожара в замкнутых объектах» [2].

На рис. 4 представлены конструкции крио­генной установки для тушения пожара в замкну­тых объектах и термочувствительного клапана

Рис. 4. Криогенная азотная установка для тушения пожара в замкнутых объектах: 1 -криогенная емкость, 2 - газосброс, 3 - испаритель, 4 - пульт управления, 5 .8 - регулируемые клапаны, 6 -колесная пара, 7 - муфты, 9 - криогенный трубопровод, 10 - раструб, 11- датчик обнаружения пожара, 12 - входной патрубок, 13 - корпус, 14 - термочувствительная пружина, 15 - седло, 16-клапан, 17 - выходной патрубок.

Рис.5. Термочувствительный клапан

Криогенная азотная установка для тушения пожара в замкнутых объектах содержит крио­генную емкость 1 с азотом, газосброс 2, датчик обнаружения пожара 11, испаритель 3, который расположен вне криогенной емкости и нижним концом сообщен с ее частью, заполненной жид­ким азотом, а верхним — с объемом наджидкос-тного пространства. На начальном участке испа­рителя установлен регулируемый клапан 5, кри­огенный трубопровод 9 подачи огнетушащего вещества, с регулируемым клапаном 8. Один конец криогенного трубопровода связан с криоген­ной емкостью в зоне, заполненной жидким азо­том, на другом его конце установлен датчик об­наружения пожара 11, связанный с регулируе­мыми клапанами 5, 8. Трубопровод 9 снабжен муфтами 7 и раструбом 10. Датчик обнаружения пожара может представлять собой датчик темпе­ратуры, или датчик задымленности (например, оптический датчик), или датчик загазованности (например, датчик концентрации) [3, 4].

Применение газообразного азота для вытеснения взрывоопасных газов

из замкнутых объемов

Нами предложено автоматическое следящее устройство принудительной смены водородной ат­мосферы на азотную в контролируемом объеме (рис. 6) [5].

Рис. 6. Автоматическое следящее устройство принудительной смены атмосферы, включающее: химически активное вещество в виде гранул, кронштейн, герметичную мембрану, дроссель, штуцер, баллон с инертным газом, теплоизолирующую прокладку, перфорированную стенку, термический силовой элемент, крепжный элемент, нож.

Рис. 7. Автомаматическое слудящее устройство принудительной смены атмосферы в вакуумной полости криогенного трубопровода

При появлении водорода химически актив­ное вещество 1 разогревает термический сило­вой элемент 9 и нож 11 пробивает герметичную мембрану 3. При этом азот из баллона с инерт­ным газом 6 поступает в теплоизоляционную полость и вытесняет водородную атмосферу в атмосферу окружающей среды за счет поврежде­ния защитной мембраны. После этого процесс подачи водорода по криогенному трубопроводу прекращается.

Использование жидкого азота для тушения возгораний электротехнических установок в зам­кнутых объемах: производственных помещени­ях, кабельных паттернах, емкостях, контейне­рах и т. д. очень эффективно, не требует большо­го по численности персонала, достаточно дешево и надежно. Криогенный пожарный комплекс для тушения электротехнических установок в замк­нутых объектах включает в себя стационарный резервуар для хранения жидкого азота, передвиж­ной криогенный заправщик, криогенные шланги большой протяженности.

Применение газообразного азота для вытеснения взрывоопасных газов

из вертикальных каналов

Использование жидкого азота для тушения электротехнических установок в вертикальных каналах также может осуществляться с исполь­зованием криогенного пожарного комплекса. Криогенный пожарный комплекс для тушения электротехнических установок в замкнутых объектах включает в себя стационарный резер­вуар для хранения жидкого азота, передвижной криогенный заправщик, криогенные шланги боль­шой протяженности. В качестве передвижного заправщика может использоваться дирижабль с криогенной системой хранения и подачи азота.

Рис.8. Останкинская телебашня — вертикальный кабельный канал

Использование жидкого азота как безопасного унитарного топлива

для снаряда, доставляющего огнетушащее вещество

Возрождающееся в развитых странах дири­жаблестроение позволяет обеспечить тушение очень крупных пожаров. Для решения этой за­дачи могут быть созданы крупные специальные дирижабли, снабженные криогенной системой пожаротушения с реактивными азотными про­тивопожарными снарядами. Сейчас уже строят­ся воздушные корабли грузоподъемностью 160 т, с дальностью полета около 10 тыс. км. Длина дирижабля 260 м. Оболочка заполнена негорю­чим газом. Дирижабль может быть обеспечен крупной азотной системой криогенного пожаро­тушения.

Один из вариантов дистанционной установ­ки может быть следующим. Установка снабжена специальным полимерным снарядом с реактив­ным соплом, который заправляется жидким азо­том. Снаряд может быть начинен тушащим веществом, диспергирующимся на заданной вы­соте. Активизация реактивного снаряда осуще­ствляется следующим образом: из центральной криогенной емкости осуществляется заправка пожарных снарядов. Непосредственно перед при­менением осуществляется поворот пусковой ус­тановки в сторону пожара, выбирается угол стрельбы, увеличивается давление в форкамере после поступления сигнала оператора на откры­тие клапана на встроенный испаритель. По команде «Пуск» открывается центральный клапан форкамеры, и азотный снаряд летит в сторону пожара за счет тяги реактивной азотной струи (рис. 9). Установка может быть применена как для тушения крупных горящих технических си­стем, так и для тушения открытых лесных по­жаров большого радиуса действия. Сам пожар­ный снаряд (выполнен из полимеров и снаружи обтянут металлической сеткой) в момент при­земления разрушается, не причиняя механичес­ких повреждений.

Рис.9. Система криогенного пожаротушения, базирующаяся на на дирижаблях

Учитывая, что криогенный резервуар может иметь вес около половины полезной нагрузки (азота), то такой дирижабль смог бы перевозить около 100 т (140 000 л) жидкого азота. После газификации этого количества азота будет по­лучено 112 000 000 л газообразного азота.

Жидкий азот к месту техногенного пожара может поставляться также и железнодорожным транспортом.

Необходимо помнить, что газифицирующий­ся азот для тушения пожаров иногда использо­вать нельзя, например при наличии на объекте ацетилена.

Беспилотные дистанционно управляемые противопожарные криогенные комплексы

Предложенная система криогенного азотного пожаротушения, базирующаяся на дирижаблях может быть как пилотируемой, так и беспилот­ной, что особенно важно при тушении пожаров в условиях сильного радиационного загрязнения. Например, последствия ядерного пожара на Чер­нобыльской АЭС могли бы быть менее губитель­ными при наличии дистанционно управляемого крупного пожарного дирижабля.

Крупные техногенные катастрофы также могли бы быть предотвращены или снижены их последствия.

Настало время создать патрульную дирижа­бельную пожарную службу с криогенной системой пожаротушения. Помимо криогенного продукта такой высотный и мобильный противопожарный комплекс мог бы быть снабжен и пенным огнетушащим веществом, и водяным резервуаром. Лета­ющей пожарной машине не страшны пробки на дорогах, она всегда начеку и с нее всегда (кроме туманной погоды) виден пожар на территории го­рода или охраняемого крупного техногенного ком­плекса. Такой комплекс может быть полностью автоматическим без наличия персонала на борту, что невозможно в противопожарной авиации.

Противопожарные и спасательные летательные аппараты для подъема и тушения пожара на надводных и подводных судах

Базы морского гражданского и военного фло­тов могут быть оснащены специальными пат­рульными спасательными дирижаблями, снаб­женными криогенными емкостями с азотом и (или) пенообразующими огнетушащими веще­ствами. Кроме того, они могут быть снабжены набором резиновых оболочек для экстренного наддува в зоне бедствия спасательных понтонов для удержания тонущих горящих судов. После эвакуации персонала этих судов возможно применение огнетушащих составов, в том числе и газифицирующегося криогенного азота.

Дирижабли могут быть снабжены ветровы­ми электрогенераторами для питания криостатирующих бортовых криогенераторов, мобиль­ной двигательной установкой на основе ЭХГ или обычной — с двигателем внутреннего сгорания, а также пассивной парусной системой с гирос­копической системой управления и заданной про­граммой патрулирования акватории океана.

Литература

1. Гусев А. Л. Системы пожаротушения на базе криогенного азота для крупных техногенных ком­ плексов. // Сб. тезисов отраслевого семинара «Пас­сивные системы и водородная безопасность АЭС». Обнинск, 28–29 апреля2004. С. 11.

2. Гусев А. Л., Чабан П. А., Кондыри на Т. Н. Криогенная азотная установка для ту­шения пожара в замкнутых объектах. А 62С 35/00. Приоритетная справка ¹ 2005131462 от10.10.2005.

3. Гусев А. Л., Куделькина Е. В., Чабан П. А., Ивкин А. В. Сенсоры водорода. // Сборник тези­сов отраслевого семинара «Пассивные системы и водородная безопасность АЭС». Обнинск, 28–29 апреля 2004. С. 15.

4. Гусев А. Л. Низкотемпературные сенсоры и поглотители водорода. // Альтернативная энергетика и экология. Спецвыпуск, 2003. С. 110–114.

5. Патент РФ ¹ 2103598. Криогенный тру­бопровод. А. Л. Гусев, И. И. Кудрявцев, А. Р. Турундаев. Заявл. 5.12.95., ¹ 95120543/06, опубл. в БИ ¹ 3, 1998, МКИ F17D5/00, F16L59/06.

Гусев Александр Леонидович (08.09.1961), советский и российский инженер, испытатель космических станций, кораблей, спасательных систем, космических сварочных аппаратов и скафандров всех типов, изобретатель, автор более 300 научных работ и 50 изобретений и полезных моделей, более 20 внедренных на космодроме «Байконур» рационализаторских предложений, разработчик технических устройств и систем в области технологий безопасности, криогенных систем, вакуумных систем, систем газового анализа, энергетических систем, разработчик функциональных материалов, руководитель научно-исследовательских научных проектов, независимый эксперт, соавтор учебника для академии Министерства по Чрезвычайным Ситуациям.

Область интересов – средства спасения, средства противодействия террору, системы защиты, пожарной безопасности, испытательная техника, функциональные материалы, энергогенерирущие системы, альтернативная энергетика, экология, системы климат-контроля, сенсоры, экотранспортные средства, водородная энергетика и водородная безопасность.

Контакты: т. моб. +7 904 7 88 44 77, e-mail: gusev@hydrogen.ru