CC BY
6КРИОГЕННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА
Криогенный азотный транспорт: пожарные автомобили, служебные автомобили аэропортов, складов для горючесмазочных материалов, автомобили для взрывоопасных химических производств
CRYOGENIC VEHICLES Cryogenic nitrogen vehicles: fire engines, air port auxiliary vehicles, fuel and lubricant storage, vehicles in dangerously explosive chemical production
ТУШЕНИЕ ПОЖАРА НА КРУПНОМ ВОДОРОДНОМ ОБЪЕКТЕ
А. Л. Гусев
Научно-технический центр «TATA» 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. A. Ф. Можайского (ВИКИ им. A. 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 теп-ло-массообмен.
Публикации:более 140.
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
iS air crafts.
а
1С
а
з | ^
§ Введение I Ежегодно в России происходит более 270 I тысяч пожаров, которыми наносится значительна ный экономический и экологический ущерб, ко-5 торый часто становится катастрофическим (по-
1.Л
§ жары на нефтяных месторождениях, химичес-© ких 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 пер-
вом 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-х 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 комплекса «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 (Калачев О. В., Кукушкин А. П. и я) 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) (рис. 3).
Рис. 3. Криогенный заправщик
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. 4) 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 £
си
жидкого азота, интенсивность выделения дыма ^ из вентиляционных выводов кабельного канала §
а
заметно снизилась. |
После использования еще 4 т жидкого азо- £
с
та газообразный азот вытеснил окислительную | газовую среду из кабельного канала и охладил ^ горящие поверхности кабелей. В кабельном ка- § нале 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. 4. Тушение пожара. Гибкий криогенный трубопровод, 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. 5 представлены конструкции криогенной установки для тушения пожара в замкнутых объектах и термочувствительного клапана.
14
13 12
Рис. 5. 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
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 ко-
нец 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].
Ш-7
4
5-
м
~8 "9 410 11
Рис. 6. Автоматическое следящее устройство принудительной смены водородной атмосферы на азотную в контролируемом объеме: 1 — химически-активное вещество в виде гранул; 2 — кронштейн; 3 — герметичная мембрана; 4 — дроссель; 5 — штуцер; 6 — баллон с инертным газом; 7 — теплоизолирующая прокладка; 8 — перфорированная стенка; 9 — термический силовой элемент; 10 — крепежный элемент; 11 — нож
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.
3
6
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. 7. Останкинская телебашня — вертикальный кабельный канал
манде «Пуск» открывается центральный клапан форкамеры, и азотный снаряд летит в сторону пожара за счет тяги реактивной азотной струи (рис. 8). 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.
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 ко-
Рис. 8. Система криогенного азотного пожаротушения, базирующаяся 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 (рис. 9).
Необходимо помнить, что газифицирующийся азот для тушения пожаров иногда использовать нельзя, например при наличии на объекте ацетилена.
Рис. 9. Железнодорожная цистерна с азотом
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 огнету-шащим 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 при-
менение огнетушащих составов, в том числе и газифицирующегося криогенного азота.
Дирижабли могут быть снабжены ветровыми электрогенераторами для питания криоста-тирующих 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 комплексов. // Сб. тезисов отраслевого семинара «Пассивные системы и водородная безопасность АЭС». Обнинск, 28-29 апреля 2004. 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 № 2005131462 от 10.10.2005.
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 № 2103598. Криогенный трубопровод. А. Л. Гусев, И. И. Кудрявцев, А. Р. Ту-рундаев. Заявл. 5.12.95., № 95120543/06, опубл. в БИ №3, 1998, МКИ Е17Б5/00, П6Ъ59/06.
