CC BY
28
УДК 351.78:622.323
МЕТОДЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ. ГАЗОВЫЕ ОГНЕТУШАЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Е. А. Еланский
начальник отдела маркетинга ЗАО «ГРАСИС»
В. А. Дьяков
начальник проекта ЗАО "ГРАСИС" Е. Г. Крашенинников
технический директор ЗАО "ГРАСИС", кандидат физико-математических наук
Рассмотрены типы установок газового пожаротушения российского производства. Обсуждены преимущества газовых установок по сравнению с другими методами пожаротушения. Особое внимание уделено установкам с использованием азота в качестве инертного разбавителя. Описан метод газоразделения с помощью полимерных мембран. Приведена схема установки по получению азота различной степени чистоты для установок газового пожаротушения. Даны технические характеристики стандартных установок.
Как известно, процесс горения протекает при наличии в атмосфере кислорода, являясь реакцией быстрого окисления, источника воспламенения (искра, электрическая дуга, химическая реакция со значительным выделением теплоты). Поэтому для устранения горения требуется реакцию прекратить. Существует несколько основных принципов прекращения горения, которые положены в основу любого способа тушения пожара. Это — охлаждение очага горения, ингибирование скорости химических реакций, срыв пламени, изоляция очага от воздуха или разбавление воздуха.
К сожалению, несмотря на новые разработки, отработанные системы предупреждения и ликвидации пожаров, многие технологии борьбы с пожаром оказываются недостаточно эффективными. Не существует единого средства или метода тушения пожаров, универсального для всех случаев. Дело в том, что каждый из методов (водяной, пенный, ингиби-торный и газовый), получивший распространение, имеет свою эффективную область применения.
Наиболее недорогие и широко известные огне-тушащие вещества (ОТВ) — пенные, ингибитор-ные и водяные. Несмотря на многие их преимущества, они не лишены недостатков. Основной из них заключается в том, что в результате тушения установками на основе этих методов может быть причинен вред помещению или технологическому объему и находящемуся внутри оборудованию. Кроме того, традиционные ОТВ не способны предотвра-
щать возгорание, борясь только с уже появившимся очагом горения. По этим причинам на протяжении длительного времени разрабатывались средства пожаротушения, способные не только эффективно бороться с огнем, но и предотвращать само возгорание. Весьма перспективным направлением оказалась разработка систем на основе газовых огнету-шащих веществ (ГОТВ). Достоинства газового пожаротушения — полное отсутствие ущерба защищаемому объекту, пригодность для защиты дорогостоящего электрооборудования под напряжением, тушение очага возгорания в труднодоступных местах.
Огнетушащее действие водяных установок тушения пожара сопровождается понижением температуры, образованием водяных паров и механическим срывом пламени. Образующийся в результате испарения воды пар разбавляет окружающий очаг горения воздух, что приводит к понижению концентрации кислорода. Благодаря высокому коэффициенту теплоемкости воды происходит понижение температуры окружающего пространства и пламени. Несмотря на относительную простоту установок водяного пожаротушения, их применение ограничено. Например, тушение ими нефтепродуктов и многих других горючих жидкостей оказывается малоэффективным. Причина заключается в том, что плотность горючих веществ часто оказывается ниже плотности воды, поэтому они всплывают и их горение продолжается на поверхности. Кроме того,
использование водяных установок тушения пожара ограничено ввиду высокой электропроводности воды — тушение пожаров водой в помещениях с оборудованием, находящимся под напряжением, недопустимо.
Установки пенного тушения пожара применяются для тушения как твердых, так и жидких веществ. Пожаротушение на основе образования пены широко распространено на открытых площадях нефтепродуктов. Пена в зависимости от способа получения делится на химическую и воздушно-механическую. Химическая пена образуется в результате взаимодействия щелочного и кислотного растворов в присутствии пенообразователей. Воздушно-механическая пена представляет собой смесь воздуха, воды и небольшого количества пенообразователя. Огнетушащие свойства пены определяются несколькими характеристиками: отношением объема пены к ее объему в жидком состоянии, дисперсностью, вязкостью, стойкостью и др. Пена, растекаясь по твердому или жидкому веществу, блокирует очаг, не допуская доступа кислорода. Это и обусловливает ее способность тушить пожар. Большое влияние на эффективность тушения пеной, помимо ее состава, оказывает механизм подачи пены.
В настоящее время для борьбы с пожаром широко используются установки ингибиторного действия, снижающие скорость протекания окислительных реакций в пламени. В качестве ингибиторов чаще всего применяются соединения на основе предельных углеводородов с замещенными атомами водорода или мелкодисперсные порошковые составы на основе неорганических солей щелочных металлов. Галоидоуглеводородные огнегаситель-ные средства достаточно эффективно тормозят реакции горения. Кроме того, они обладают рядом важных преимуществ, а именно имеют большую плотность, что повышает их эффективность, а низкие температуры замерзания позволяют использовать их при низких температурах. С помощью гало-идоуглеводородных средств можно тушить пожары в помещениях с электрооборудованием, находящимся под напряжением.
Порошковые составы, получающие все большее признание, в отличие от галоидоуглеводород-ных обладают в несколько раз более высокой огне-тушащей способностью. Преимущество порошковых составов — универсальность, ими можно тушить любые вещества, даже металлы.
Принцип действия установок газового пожаротушения основан на разбавлении воздуха инертным газом, поступающим в зону горения, и снижении в воздухе содержания кислорода до концентрации, при которой горение прекращается. Огнету-шащий эффект при использовании установок газового пожаротушения обусловлен расходом теплоты
на нагревание разбавляющего газа и уменьшением удельного теплового эффекта реакции. Снижение концентрации кислорода до 10% оказывается достаточным, чтобы горение подавляющего количества твердых, жидких и газообразных веществ (бензин, керосин, ацетон, природный газ и др.) было невозможным. В качестве инертного газообразного разбавителя чаще всего применяют углекислый газ, отработавшие газы, аргон, азот и др.
По способу получения инертные газовые разбавители условно разделяются на искусственные и естественные. К недостаткам первых относится нестабильность молекул — при высоких температурах образуются токсичные коррозионно-активные продукты пиролиза. Естественные разбавители, такие как азот и углекислый газ, выгодны тем, что стоимость их получения — относительно небольшая при достаточно высокой эффективности.
Предотвращение и тушение пожаров посредством азота или инертной среды на основе азота имеют ряд преимуществ по сравнению с использованием других ГОТВ. Основные преимущества — невысокая стоимость азота, его химическая нейтральность, токсическая безопасность. Как уже было сказано выше, тушение очага возгорания при помощи азота не наносит ущерба помещению, размещенному в нем оборудованию и материальным ценностям. Газообразный азот может использоваться для тушения высоковольтного оборудования, находящегося под напряжением. Кроме того, азот не переходит в жидкую фазу во всем диапазоне давлений и температур эксплуатации станций пожаротушения. Это свойство газа позволяет подавать его под высоким давлением при возникновении пожара, вытесняя взрывоопасные газы из закрытых помещений. Таким образом, борьба с возгоранием и его предотвращение с использованием азота—практически идеальный метод пожаротушения.
К сожалению, несмотря на высокую эффективность, методы газового пожаротушения пока имеют ограниченную область применения. Прежде всего, это связано с относительно высокой стоимостью установок. Тушение пожара ГОТВ эффективно в помещениях с достаточно высокими параметрами герметичности, что не всегда возможно, в некоторых помещениях нежелательно из-за того, что концентрация кислорода в них может понизиться до недопустимого для дыхания уровня. Хотя в большинстве случаев это не представляет проблемы, поскольку тушение происходит всего за несколько секунд и сразу после ликвидации очага пожара помещения проветривают.
За последние годы пожаротушение на основе азота стало бурно развиваться и совершенствоваться. Это связано с успехами в области технологий получения газообразного азота. Дело в том, что ранее практически единственным методом получе-
ния азота был криогенный, позволяющий получать жидкую фракцию вещества с последующей газификацией, заполнением газообразным азотом баллонов под давлением 15 МПа (150 атм) и транспортированием их до потребителя. Метод остается самым дорогостоящим, кроме того, криогенные системы очень громоздки, сложны в использовании, требуют специальных помещений и постоянного обслуживания.
Появившийся немного позднее альтернативный метод получения газообразной фракции азота на базе короткоцикловой адсорбции также не позволил существенно удешевить себестоимость получаемого газа. Основной недостаток — невысокая надежность и значительные габариты установки, невозможность размещения на удаленных объектах и небольших производствах. В то время как предотвращение возгораний и тушение пожаров на нефтехимических производствах и удаленных объектах добычи нефти требовали создания передвижных установок пожаротушения, позволяющих не только быстро развертывать их на участке и автономно использовать, но и эксплуатировать азотные станции в самых жестких климатических условиях.
Все это стимулировало поиск новых способов получения инертной газообразной среды, в частности азота, и на рубеже 80-х годов способ был найден. Им стал метод газоразделения на базе полимерных мембран. Принципиально метод может быть описан так. Нагнетаемый компрессором воздух поступает в газоразделительный блок, где происходит выделение азота. Газоразделительный блок состоит из мембранных картриджей, каждый из которых представляет собой полимерную мембрану в металлическом корпусе. Мембрана — это полое синтетическое волокно, особым образом наматываемое на катушку. Благодаря свойствам волокна газы, входящие в состав воздуха, проникают сквозь мембрану с разной скоростью. Так, кислород проникает в несколько раз быстрее азота, водород, углекислый газ — в десятки раз. Вследствие этого подаваемый воздух разделяется на два потока: остаточный (осушенный азот) и проникший (воздух, обогащенный кислородом). Потери давления в остаточном потоке (азоте) практически не происходят, составляя не более 0,1 МПа (1 атм). Проникший поток под небольшим избыточным давлением выводится в атмосферу, остаточный поток поступает потребителям.
Основные достоинства указанного метода — высокая надежность, малые габариты, отсутствие эксплуатационных затрат. Все это позволило существенно снизить себестоимость получаемого газа и размещать установки в небольших производствах, не отводя для них отдельного помещения.
ТАБЛИЦА 1. Модельный ряд стандартных установок га-
зового пожаротушения ЗАО "ГРАСИС"
Производитель- Объем, м3
Модель ность газоразделительного блока, нм3/час ресивера защищаемого помещения
АУП-37-97-192 37 10 120
АУП-37-97-192 37 16 192
АУП-37-97-240 37 20 240
АУП-37-97-300 37 25 300
АУП-37-95-380 37 32 380
АУП-37-95-750 37 63 750
АУП-37-95-840 37 70 840
АУП-37-95-960 37 80 960
АУП-70-97-240 70 20 240
АУП-70-97-300 70 25 300
АУП-70-97-380 70 32 380
АУП-70-97-750 70 63 750
АУП-70-97-840 70 70 840
АУП-70-97-960 70 80 960
АУП-70-97-1200 70 100 1200
АУП-70-97-2400 70 200 2400
АУП-140-95-380 140 32 380
АУП-140-95-750 140 63 750
АУП-140-95-840 140 70 840
АУП-140-95-960 140 80 960
АУП-140-95-1200 140 100 1200
АУП-140-95-2400 140 200 2400
АУП-140-95-2400 140 300 3600
Установки для использования в крупных помещениях (параметры указаны при давлении 13 атм)
АУП-440-95-2400 440 200 2400
АУП-440-95-4800 440 400 4800
АУП-440-95-6000 440 500 6000
АУП-440-95-8400 440 700 8400
АУП-440-95-9600 440 800 9600
АУП-440-95-12000 440 1000 12000
Но главное достоинство нового метода — возможность создания мобильных, полностью автономных систем без потери надежности установки и с сохранением низкой себестоимости получаемого газа. Мембраны показали высокую устойчивость к перепадам температур, тряскам, вибрациям. Они способны работать в широком диапазоне давлений, системы на основе нового метода не требовали использования энергоносителей, за исключением электроэнергии, вырабатываемой дизельным двигателем. Установки не нуждались в подводе водяного охлаждения и могли эксплуатироваться в широ-
ТАБЛИЦА 2. Модельный ряд установок ЗАО "ГРАСИС" для производства газообразного азота (параметры указаны при давлении 10 атм)
Чистота, %
Модель 99,5 99,0 98,0 97,0 95,0 90,0
Производительность, нм3/ч
МА 3/2 22,2 31,4 46,2 59,6 87,4 183,0
МА 3/4 44,4 62,8 92,4 119,2 174,8 366,0
МА 3/6 66,6 94,2 138,6 178,8 262,2 549,0
МА 3/8 88,8 125,6 184,8 238,4 349,6 732,0
МА 3/10 111,0 157,0 231,0 298,0 437,0 915,0
МА 3/12 133,2 188,4 277,2 357,6 524,4 098,0
ком диапазоне температур в любых климатических поясах.
Эксплуатация подобных систем в нашей стране началась сравнительно недавно. Это вызвано прежде всего высокой стоимостью зарубежных мембранных установок и отсутствием отечественного производителя, способного предложить на рынке конкурентоспособные системы по более низкой стоимости и с обеспечением недорогого сервиса.
В настоящее время специалисты ЗАО "ГРАСИС" разработали и создали мембранные установки для получения газообразного азота на базе современных технологий. Установки не только дешевле импортных аналогов, но и не уступают им
по надежности и качеству, а по ряду параметров превосходят зарубежные аналоги, в частности себестоимость получаемого азота оказалась в несколько раз ниже, чем при использовании других газоразделительных методов. Установки надежны, устойчивы к вибрациям, тряске, ударам, не требуют обслуживания при эксплуатации, позволяют осуществлять быстрый запуск и остановку системы, регулировать давление газа и его чистоту, обладают малыми габаритами и массой. Получаемый с помощью мембранных установок азот полностью удовлетворяет российским и зарубежным нормативам и нормам применения.
С появлением отечественного производителя мембранных газоразделительных установок метод пожаротушения с использованием ГОТВ начал быстро развиваться. Мембранные установки были внедрены на многих крупных предприятиях России и стран СНГ. В настоящее время ЗАО "ГРАСИС" предлагает как стационарные мембранные системы для получения газообразного азота, размещаемые на самых разных производствах: от нефтехимических до пищевых, так и передвижные азотные станции, которые могут эксплуатироваться в жестких климатических условиях и обеспечивать пожаробе-зопасность на отдаленных объектах добычи и переработки нефти и газа.
В статье на правах рекламы приводятся модельные ряды стандартных установок ЗАО "ГРАСИС": газового пожаротушения (табл. 1) и для производства газообразного азота (табл. 2).
