Системы углекислотного пожаротушения

Углекислый газ (СО₂) - широко распространенное средство пожаротушения на судах. Углекислота или диоксид углерода стали широко распространенным средством пожаротушения только в 50-е годы прошедшего века. Ликвидация пожаров в судовых помещениях углекислотой осуществляется методом объемного тушения. Для повышения эффективности тушения рекомендуется герметизация помещений, в которых применяется углекислота.

При нормальных атмосферных условиях углекислота представляет собой сухой нейтральный газ без цвета и запаха. Поэтому при небольших концентрациях в воздухе (до 5%) он безопасен для человека. Углекислый газ неэлектропроводен, химически не агрессивен к металлам, нефтепродуктам и другим легковоспламеняющимся жидкостям, не портит грузы и судовое оборудование. Будучи в 1,5 раза тяжелее воздуха, углекислота может проникать в места, трудно доступные для других средств пожаротушения: под плиты машинных отделений и котельных отделений, в ограниченные пространства грузовых трюмов, танков, топливных цистерн, специальных судовых кладовых и т.д.

На судах углекислота хранится обычно в стальных баллонах вместимостью 30…40 л, в которых она находится в жидком состоянии. Для судовых систем углекислотного пожаротушения, работающих при давлении порядка 12,5…20,0 МПа (≈125…200 кгс/см²), принято использовать стандартные 40-литровые баллоны, содержащие по 25 кг углекислоты. Баллоны размещают группами по 8…16 штук в вертикальном положении головками вверх. Они должны быть надежно закреплены в местах, расположенных вдали от жилых и служебных помещений, так как углекислота относится к удушающим газам и при высокой концентрации в воздухе (22% и выше) опасна для жизни.

По выходе из баллонов при внезапном расширении углекислота испаряется, превращаясь в газ. При этом объем ее увеличивается более чем в 500 раз. Часть углекислоты в результате переохлаждения переходит в твердое состояние - снежные хлопья, которые, попадая в очаг горения, мгновенно превращаются в газ. Углекислый газ, опускаясь к очагу пожара и обволакивая горящие вещества и предметы, вытесняет воздух и снижает таким образом содержание кислорода в зоне горения. В связи с этим горение прекращается. Эффективность пожаротушения достигается при достаточно высокой концентрации углекислоты в атмосфере помещения (22…23%).

В соответствии с требованиями Регистра количество углекислоты для тушения пожара на судне определяется исходя из необходимости защиты наибольшего по объему помещения

 

Q_CO2 =1,79* φ*V, (37)

где Q_CO2 - количество углекислоты, кг;

φ - безразмерный коэффициент, равный 0,3…0,4;

V - полный объем наибольшего на судне помещения, м³,

Большее значение φ выбирается для помещений, представляющих наибольшую пожарную опасность. Углекислота применяется для тушения пожаров в машинных, котельных и насосных отделениях, грузовых трюмах и танках, топливных цистернах, картерах главных двигателей, глушителях, дымоходах котлов.

Применение углекислого газа особенно эффективно при тушении горящих электрического и электронного оборудования, средств навигации и связи, а также ценных грузов (точные механизмы, пищевые продукты, произведения искусства и пр.). Он не оставляет осадка, который нужно счищать с оборудования и палубы после его применения.

Необходимо помнить, что эту систему для тушения пожара в машинно-котельном отделении можно применять только в качестве последней меры, после того как все способы тушения пожара были испробованы и не принесли желаемого результата.

Запрещается использовать углекислый газ в жилых, общественных и служебных помещениях, размещенных в надстройках. Неэффективен он и при тушении горящих волокнистых, пирофорных веществ (хлопка, джута, угля, сажи и др.), а также горючих металлов (калий, натрий, магний, цирконий).

Для ликвидации местных очагов пожаров применяются углекислотные огнетушители. Для тушения пожаров в картерах двигателей внутреннего сгорания и в отдельных пожароопасных помещениях применяются автономные углекислотные установки, состоящие из небольшого числа баллонов с углекислотой и соответствующего оборудования. Обычно они располагаются на судне в местах, приближенных к вероятным очагам пожаров.

Углекислотная система высокого давления, предназначенная для тушения пожара в больших судовых помещениях (рис. 38), состоит из баллонов для хранения углекислоты 3, сборного 7 и распределительного 11 коллекторов с невозвратными кланами 9, трубопроводов, связывающих систему с охраняемыми помещениями, предупредительной сигнализацией.

 

1 — устройство для дистанционного пуска; 2 — предохранительный трубопровод; 3 — баллон; 4 — быстродействующий клапан; 5 —тросовая тяга; 6 —рычаг; 7 —сборные коллекторы; 8 — свисток; 9 — невозвратные клапаны; 10 — клапан для подвода сжатого воздуха; 11 — распределительный коллектор; 12 — датчик сигнализации; 13 — 18 — охраняемые судовые помещения; 19 — труба для отвода газа в предохранительный трубопровод; 30 — рычажный механизм для ручного включения группы баллонов

 

Рис.38 Схема углекислотной системы пожаротушения высокого давления

 

Совокупность батарей баллонов, соответствующего оборудования и трубопроводов называют станцией углекислотного пожаротушения. В зависимости от размеров и назначения судна его углекислотная система может состоять из одной или нескольких станций. Для безопасности людей станции размещают в надстройках, имеющих непосредственный выход на открытую палубу, вдали от жилых и служебных помещений. Станции пожаротушения ограничивают отдельными газонепроницаемыми переборками и палубами с тепловой изоляцией, а также оборудуют отопительными приборами и вентиляцией. Температура в помещении станции должна быть умеренной и не превышать +40^оС, так как при дальнейшем ее увеличении возможно усиленное испарение углекислоты и опасное повышение давления в баллонах.

Для предотвращения утечки углекислоты предусматривается установка на каждом баллоне быстродействующего запорного клапана 4 с предохранительной мембраной, которая при определенном давлении разрушается, а углекислота через предохранительный трубопровод 2 стравливается в атмосферу. Для контроля за плотностью закрытия баллонных клапанов на сборных коллекторах установлены манометры, реагирующие на утечку газа из каждого баллона. В охраняемых помещениях выпускные трубопроводы системы оканчиваются соплами или перфорированными трубами (в глушителях, котлах, дымовых трубах), направляющими выходную струю углекислого газа к возможным очагам пожара. В невысоких помещениях сопла располагают у подволока в один ряд. В помещениях, имеющих высоту более 5 м, сопла устанавливают, как правило, в два яруса. Система включается вручную с помощью рычажного механизма 20 и дистанционно с помощью устройства 1 как из помещения самой станции, так и с постов управления, расположенных на мостике, в центральном посту управления энергетической установкой и в других местах. Дистанционное управление осуществляется с помощью гидро-, пневмо- или электропередач. Ручное управление являются резервным.

В соответствии с Правилами Регистра судовые помещения и ёмкости в случае возникновения в них пожара должны быть заполнены углекислотой на 30% их объёма в течение 10 мин. В машинное отделение и помещение, в котором находится жидкое топливо или подобные воспламеняющиеся жидкости 85% расчётного количества углекислоты должно быть подано в течение не более 2 минут. На выпускных трубопроводах проходные краны сблокированы с датчиками предупредительной звуковой и световой сигнализацией 12, подающей сигналы опасности при открывании крана и поступлении углекислоты в охраняемое помещение. Продолжительность сигнала должна быть не менее 20 с, предшествующих впуску углекислого газа в аварийное помещение.

По сигналу опасности люди должны покинуть помещение, вентиляция помещения должна быть прекращена и приняты меры по его герметизации. Выдержка времени после подачи СО₂ должна быть не менее 2-х часов, если отсутствует возможность убедиться в прекращении горения. Грузовые помещения (трюмы) рекомендуется держать закрытыми до прихода судна в порт выгрузки или убежища. На переходе морем, особенно при сильном ветре, может возникнуть необходимость подачи дополнительного количества СО₂ для компенсации возможных утечек.

На время выдержки рекомендуется по внешнему периметру организовать температурный контроль за прогревом палуб и переборок. В местах значительного повышения температуры необходимо обеспечить охлаждение (орошение).

После ликвидации пожара трубопроводы углекислотной системы продуваются сжатым воздухом через клапаны 10, затем закрываются быстродействующие клапаны на баллонах и проходные краны на распределительном коллекторе. В быстродействующих клапанах заменяют деформированные мембраны и отмечают использованные баллоны специальным ярлыком или надписью "пустой".

В качестве недостатков систем углекислотного пожаротушения следует отметить следующее: опасность большой концентрации углекислого газа для жизни людей; неэффективность применения систем для тушеная пожаров на открытых палубах, а также при горении веществ содержащих кислород (окислителей); значительные утечки газа из баллонов (особенно летом) и невозможность пополнять его запасы в рейсе; большие габариты, масса и стоимость углекислотных систем, возможность повторного возгорания, т.к. углекислый газ не обладает охлаждающим эффектом.

СО₂ не производит желаемого действия при тушении горючих металлов, таких как натрий, калий, магний, цирконий и др. Например, при использовании углекислого газа для тушения горящего магния, он вступает с магнием в химическую реакцию, образуя углерод, кислород и окись магния, в результате чего пожар усиливается вследствие поступления дополнительного количества кислорода и горючего углерода.

С появлением специализированных судов повышенного водоизмещения с большими объемами машинных отделений и грузовых помещений (супертанкеры, суда типа «ро-ро»), углекислотные системы с обычными, стандартными баллонами стали весьма громоздкими и дорогими. В связи с этим на таких судах с конца 60-х годов прошлого века стали применять углекислотные системы низкого давления около 2,0 МПа (≈ 20 кгс/см²) в резервуарах с охлаждением до минус 18°С. При таком давлении охлажденную углекислоту в количестве до 50 т и более стало возможным хранить в одном или двух больших стальных баллонах, покрытых слоем теплоизоляции и металлической оболочкой. В верхней части резервуара обычно размещаются змеевики системы охлаждения. Отрицательная температура в резервуаре поддерживается с помощью автоматизированных рефрижераторных установок. Каждая из рефрижераторных установок способна длительное время поддерживать давление углекислоты в резервуаре при температуре окружающего воздуха. Если же её холодопроизводительности окажется недостаточно и давление внутри резервуара повысится, то автоматически включается вторая, резервная установка, которая будет работать до тех пор, пока давление в резервуаре не снизится до нормальной величины. При включении второй рефрижераторной установки срабатывает сигнализация, свидетельствующая о неисправности первой.

Контроль количества жидкой углекислоты в резервуаре осуществляется с помощью ёмкостного уровнемера.

Такая конструкция позволяет намного снизить металлоемкость истоимость углекислотных систем.

Количество углекислоты, необходимое длясистем низкого давления, рассчитывается по обычной схеме, рекомендованной Регистром (см. формулу 37).

На рис. 39 представлена принципиальная схема системы углекислотного тушения низкого давления лихтеровоза "Юлиус Фучик".

Углекислота для пожаротушения находится в баке емкостью 10 т под давлением 2,1 МПаи температуре -18°С.

Для поддержания С0₂ в жидком состоянии служит сдвоенный компрессор 22, работающий в автоматическом режиме. Команда на включение компрессора поступает от реле тревожной сигнализации 8, которое получает сигнал от датчика уровня жидкости 9. Пополнение запаса С0₂ производится по специальному трубопроводу с берега.

При повышении давления в баке углекислота через предохранительный клапан стравливается в атмосферу.

В случае пожара при поступлении сигнала от дымового детектора 1, находящегося на ЦПП, срабатывает реле тревожной сигнализации 8. При помощи редуктора 7 и редукционного клапана 6 реле 8 воздействует на реле

1 — дымовой детектор; 2 — рулевая рубка; 3 — реле отключения вентиляции; 4 — пневматический двухминутный замедлитель; 5 — невозвратный клапан; 6 — редукционный клапан; 7 — редуктор; 8 — реле тревожной сигнализации; 9 — указатель уровня жидкости; 10, 14 — вспомогательные пневматические клапаны; 11, 21 — предохранительные клапаны; 12 — резервуар газообразного СО₂; 13 — разгрузочный клапан; 15, 16 — распределительные пневматические клапаны; 17 — клапан уровня топлива; 18 — датчик уровня жидкости; 19 — бак с углекислотой; 20 — клапан приема углекислоты; 22 — сдвоенный компрессор; 23 — вспомогательный клапан; 24 — распределительная коробка с клапанами; 25, 26 — невозвратные клапаны; I — к лихтерам; II — в машинное отделение; III — к охраняемымпомещениям

 

Рис. 39 Принципиальная схема системы углекислотного тушения низкого давления лихтеровоза «Юлиус Фучик»:

 

3,которое отключает вентиляцию и закрывает пожарную заслонку, а также на вспомогательный клапан 10, который с помощью пневмоцилиндра открывает распределительный клапан 16. Углекислый газ поступает в трубопроводы и система готова к работе.

Если пожар произошел в машинном отделении, то при помощи пневматического замедлителя 4 сигнал от реле тревожной сигнализации поступает на вспомогательный клапан 14, который через две минуты открывает распределительный клапан 15 и подает углекислоту в МО.

Подача СО₂ к другим охраняемым помещениям производится вручную при открытии соответствующих клапанов 24. Такую систему пожаротушения легче освидетельствовать и перезарядить, она имеет меньшую металлоемкость, занимает значительно меньше места на судне, чем система СО² высокого давления.

Системы инертных газов

Инертные газы являются эффективным средством предупреждения пожаров и взрывов на современных нефтеналивных судах, а также огнегасительным средством для тушения пожаров на танкерах, газовозах и в трюмах сухогрузных судов. В настоящее время системами инертных газов оборудуют вновь строящиеся танкеры дедвейтом более 100 тыс. т, крупные нефтерудовозы и газовозы. Для инертизации газовой среды с низким содержанием кислорода (менее 11%)используются азот, углекислый газ и продукты горения жидкого топлива, содержащие менее 8 % кислорода.

На танкерах получили широкое распространение системы с использованием инертного газа специально установленных генераторов или очищенных отработанных газов от главных или вспомогательных котлов, оборудованных автоматическими регуляторами горения. На газовозах широко применяются азотные системы или системы с генераторами инертных газов. Значительнаяпроизводительность систем инертных газов делает нецелесообразным использование чистых азота и углекислого газа, для хранения которых требуются резервуары большого объема. Не нашли применения в системах и отработавшие газы судовых ДВС из-за высокого содержания в них кислорода.

В систему инертных газов входят генераторы газа или устройства для отбора газа из котельных дымоходов, скрубберы, предназначенные для охлаждения дымовых газов, их очистки от твердых веществ и сернистых соединений с помощью морской воды, непрерывно подаваемой насосом. Для защиты от коррозии корпуса скрубберов покрывают керамической или эпоксидной изоляцией. Несмотря на это, скрубберы являются одним из наиболее уязвимых узлов газогенераторной установки. Поэтому в настоящее время изыскиваются более совершенные конструкции для очистки и охлаждения дымовых газов, отличающиеся от скрубберов более высокой надежностью. Так, на танкерах типа "Крым" вместо скрубберов установлены циклонно-пенные охладители и очистители дымовых газов, а также циклонно-пенный абсорбер, работающий на растворе хлористого лития.

Управление системами инертных газов и их регулирование осуществляется обычно дистанционно из специальных помещений, в которых размещены дистанционные измерительные приборы и сигнальные щиты, информирующие об изменении различных параметров инертных газов и охлаждающей среды.

Автоматическое управление предусматривает установку устройств и

 

1 —электрогенератор; 2 — газовая турбина; 3 — запорный клапан; 4 — регенератор; 5 — трубопроводы для отвода газов в атмосферу; 6 — центробежный вентилятор; 7 — невозвратный клапан; 8 — гидравлический затвор; 9 — осушитель; 10 — фильтр; 11—охладитель; 12 — рефрижераторная установка; 13 — насос забортной воды; 14—скруббер; 5— топливная форсунка; 16 — расширительная шахта грузового наливного отсека; 17 — труба для вытеснения газов из грузового отсека; 18 — жидкостные регуляторы давления; 19— палубные магистрали инертного газа; 20 — газоотводные трубы; 21 — дыхательный клапан

 

Рис.40 Схема системы с генератором инертных газов

 

механизмов, автоматически выключающих подачу газа в охраняемые помещения при изменении его состава, давления или температуры.

В качестве наиболее важных требований, предъявляемых классификационными обществами к системам инертных газов, следует отметить следующие: объемная доля кислорода в инертном газе не должна превышать 5 %;температура инертных газов, поступающих в танки нефтеналивных судов и в сухогрузные трюмы должна быть не выше + 40°С, подача системы инертных газов на танкерах (м³/ч) должна превышать на 25 % максимальную подачу при сливе груза.

 

Qс.и.г.=1,25*Qг.н. (38)

 

где Qг.н. - суммарная подача грузовых насосов, м³/ч.

 

Эта подача должна быть достаточной для заполнения грузовых танков и обеспечения не менее 25 % резервного запаса инертного газа во время интенсивной разгрузки судна.

Для ознакомления со структурой систем инертных газов на рис. 40 представлена схема системы с генератором инертного газа. Здесь в качестве генератора инертного газа используется газовая турбина 2, которая одновременно выполняет роль привода электрогенератора I, полностью обеспечивающего все потребители системы электроэнергией. Из турбины продукты горения поступают в скруббер 14, в котором происходит дожигание кислорода в специальной камере. Здесь же газы очищаются от сажи и сернистых соединений, а также охлаждаются распыленной забортной водой, подаваемой насосом 13. В охладителях 11 инертный газ охлаждается до температуры конденсации водяного пара и таким образом частично осушается.

Дальнейшее снижение влажности газа осуществляется в осушителе, содержащем большое количество влагопоглотителя. Гидравлический затвор 8 препятствует возврату горючих газов из охраняемых емкостей судна в систему инертных газов.

Система управляется дистанционно одним оператором и снабжена приборами автоматического контроля параметров инертного газа, воздуха, воды, а также предохранительными устройствами.