8(495)909-90-01
8(964)644-46-00
pro@sio.su
Главная
Системы видеонаблюдения
Охранная сигнализация
Пожарная сигнализация
Система пожаротушения
Система контроля удаленного доступа
Оповещение и эвакуация
Контроль периметра
Система домофонии
Парковочные системы
Проектирование слаботочных сетей
Аварийный
контроль

Источник негорючего газа неограниченной ёмкости для газового пожаротушения

Докладчик: к.ф.-м.н., научный консультант ЗАО ЗЭМ РКК «Эненргия»

Романовский В.Ф.

Метод газового пожаротушения, реализуется путем подачи к очагу пожара газа, не поддерживающего горения, с целью уменьшения концентрации кислорода до уровня ниже критической величины, необходимой для поддержания процесса горения.

Обычно для этого используют газ, хранящийся в газовых баллонах, наполненных, например, двуокисью углерода в жидкой фазе (углекислотные огнетушители), различными сортами фреона или сжатым азотом. Объем газовых баллонов всегда ограничен, а поэтому и объем выходящего из них газа тоже всегда ограничен.

Частным случаем газового пожаротушения является подача в очаг горения смеси газа и капель мелкодисперсной воды. Попадая в очаг горения капли воды образуют водяной пар, который, являясь негорючим газом, тоже снижает концентрацию кислорода вблизи очага горения и приводит к ликвидации возгорания. Подача такой смеси к очагу горения представляет определенные трудности, так как скорость звука в мелкодисперсной смеси воды и воздуха резко уменьшается с ростом удельного количества воды в этой двухфазной среде по сравнению со скоростью звука в воздухе.

Предлагается новый метод газового пожаротушения, заключающийся в том, что газ для газового пожаротушения получают на месте пожара из атмосферного воздуха, прошедшего через специальную камеру сгорания, в которой кислород, содержащийся в воздухе в процессе горения, например, бензина или дизельного топлива образует двуокись углерода и пары воды. Далее в полученный обескислороженный воздух, содержащий новые компоненты и нагретый до очень высокой температуры, впрыскивается необходимое количество мелкодисперсной воды, которая, полностью испаряясь, снижает температуру полученной газовой смеси до значений близких к 100оС, после чего эта смесь, состоящая из азота воздуха, водяного пара и двуокиси углерода, подается к очагу пожара.

Оценим количество газа, которое можно получить при стехиометрическом сжигании одного килограмма бензина. Известно стехиометрическое соотношение:

С бен./воз. = 1/14,7;

определяет массовое соотношение бензина и воздуха, при котором в процессе горения оба этих химических компонента полностью расходуются. Из этого соотношения следует, что для сгорания одного килограмма бензина необходимо 14,7 кг воздуха (по объёму, - около 12 м3). Из этого количества воздуха 78% составляет азот и 21% кислород, который в результате реакции с углеводородным топливом (например, - бензином) переходит в пары воды Н2О и в углекислый газ СО2. В массовом отношении бензин на 85% состоит из углерода (атомная масса 12) и на 15% - из водорода (атомная масса 1). С учетом этого отношение количества атомов водорода NH к количеству атомов углерода NC в бензине приблизительно равно величине:

NH / NC = 2,1.

Поскольку в молекулу воды входят два атома водорода, то отношение количества образовавшихся после горения молекул паров воды к количеству образовавшихся молекул углекислого газа будет близко к единице, а отношение массы образовавшихся паров воды к массе образовавшегося углекислого газа будет равно отношению атомных масс этих молекул: (2+16)/(12+32) ≈ 0,4. В нашем расчете стехиометрическая масса кислорода (21% от 14,7 кг) составляет 3,1 кг. С учетом массы бензина (1 кг) масса водяных паров, образовавшихся после реакции горения, составит 1,2 кг, а масса углекислого газа 2,9 кг.

Поскольку число молекул Н2О и число молекул СО2, образовавшихся после сгорания бензина, приблизительно равны то и парциальные объемы этих газов тоже почти одинаковы.

Масса молекулы Н2О составляет 2,988 × 10-26 кг; масса молекулы СО2 равна 7,304 × 10-26 кг. Количество этих молекул, образовавшихся после сгорания 1 кг бензина, составит для Н2О и СО2 по 4×1025 молекул, а парциальные объемы этих газов с учетом числа Лошмидта:

NL = 2,6868х1025 м-3; (р = 1атм., t= 0оС)

и выходной температуры 100оС остывшего газа составят по 2 метра кубических (всего 4 м3).

При сгорании 1 кг бензина выделяется Q = 42 МДж тепловой энергии. Эта энергия должна нагреть и полностью испарить охлаждающую воду в количестве MH2O:

MH2O = Q/( C×Δt + r); = 15,6 кг;

C = 4,18 кДж/кг К; Δt = 100оС; r = 2,26 МДж/кг.

Плотность насыщенных паров воды ρН2О при атмосферном давлении и температуре 100оС равна 0,6 кг/м3. Поэтому к выходящему газу добавится 26 м3 паров воды.

Для вычисления суммарного объемы конечного продукта – газа на выходе процесса его получения, необходимо: из входящего объема воздуха 12м3 вычесть 21% (объем кислорода 2,5 м3), прибавить 4 м3 (объем паров Н2О и СО2, образовавшихся при сгорании бензина и кислорода), прибавить 26 м3 - объем паров , образовавшихся при испарении охлаждающей воды:

МΣ = 12 ̶ 2,5 + 4 + 26 = 39,5 м3.

Таким образом: при стехиометрическом сжигании 1 кг бензина в 14,7 кг воздуха (12 м3) и при последующем испарении 15,6 кг воды возможно получить около 39,5 метров кубических газа для тушения пожара. При этом объем выходного газа увеличивается по отношению к входному в 3,3 раза. Объем получаемого газа ограничен только количеством сжигаемого топлива и охлаждающей воды. Удельный расход бензина на получение газа составляет 26 грамм бензина на кубометр (около 33 мл/м3).

Так, для получения 10 тысяч кубометров газа необходимо затратить всего около 260 кг бензина (около 330 литров) и 3,9 м3 воды.

Разрабатываемая нами установка газового пожаротушения приведена на рис.1

Рис.1

В её основу положен принципиально новый низкооборотный многофункциональный газовый насос, который может перекачивать большие количества газа, формировать на своем выходе поток газа со скоростью до 180 м/с при коэффициенте полезного действия более 60%. На рис.1 этот насос обозначен как воздуходувка. Высокая скорость выходного потока достигается за счет достаточно высокого перепада давлений, возникающего между входом и выходом такого насоса. Скорость вращения ротора насоса при оптимальной нагрузке не превышает 5-ти тыс. оборотов в минуту. В качестве привода к нему может быть применён обычный асинхронный двигатель или двигатель или обычный двигатель внутреннего сгорания. Напор, создаваемый насосом, позволяет перекачивать по трубопроводам сравнительно малого диаметра большие количества газа. Так, например, изображенный на рис.1 рукав диаметром около 180 мм позволяет перекачивать в секунду около 5-ти кубометров газа. При такой скорости подачи газа увеличиваются возможности самого процесса тушения. Установка может не только эффективно вытеснять воздух из горящего помещения, но и интенсивно на сотни градусов понижать температуру горящих поверхностей, отнимая от них мегаватты тепловой энергии.

Интересно также рассмотреть возможность тушения мощной дистанционной струёй газа аварийных горящих нефтяных и газовых скважин, и газопроводов.

Мощные установки такого типа должны содержать механический манипулятор выходным газоструйным стволом, так как при его работе может возникать реактивная сила, исчисляемая сотнями килограмм.

Рейтинг@Mail.ru