JP6117103B2 - 空気混合泡を噴射する方法及び消火用噴射装置 - Google Patents
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Description
ウィリアムズ・ファイア・アンド・ハザード・コントロール・インク(Williams Fire & Hazard Control, Inc.、以下「ウィリアムズ社」ともいう)は、大型工業タンク火災において用いられる専門の消火装置および方法の設計、開発、および製造における先導者であった。SP火災技術(SP Fire Technology)の報告における研究発表(ヘンリー・パーション(Henry Persson)およびアンデルス・ロナマーク(Anders Lonnermark)、2004年)では、以下のように記載されている。
歴史的に、ウィリアムズ社は、可動式装置および方法を専門にしてきた。大型タンク火災に対する「固定式システム」手法は、歴史的に、産業界において限られた成功しか見せておらず、高いコストを伴うものであった。
[リム・シール火災]
「ダスピット・ツール(Daspit Tool)」よりも前に、ウィリアムズ社は、2部に分かれた攻撃を用いて「リム・シール火災」を消火する完全可搬式なデバイスおよび方法を成功裏に用いている。ウィリアムズ社による攻撃の第1のフェーズでは、消防士が、タンクに接近し、可搬式デバイス(非反応性ノズル設計の泡管体(foam wand))をプラットフォームまたは踊り場に近接するタンク上縁の上に吊り下げた。当該管体は、主にデバイス真下に泡を投入し、30〜40フィートの長さにわたってごく近辺の火を鎮めた。踊り場下のタンクリム部の30〜40フィートにわたる炎のない「展開拠点(beachhead)」を確立した後、消防士が、踊り場へ向かう梯子を用いてタンク壁を登り、携帯式のノズルおよびホースを運搬した。(携帯式ノズルのgpmは、概して1人用ノズルで60gpm、2人用ノズルで125gpmに限られている。)これらのノズルは、シール火災に対する1次的な消火ツールであった。泡管体の使用によりタンク壁頂上へアクセス可能となるため、消防士が、公知の手法で可搬式ノズルを用いて、タンク壁まわりの「ウィンドガーダー(wind girder)」上を歩くことにより、「シール火災(seal fire)」を消火した。
その後、ウィリアムズ社は、可搬式なノズルおよびモニター(monitor)をタンクのリムまたは壁の頂上に取り付けるための可搬式土台である、ダスピット・ツールを開発した。ダスピット・ツールによって、2000gpmまでのノズルを、タンク壁頂上に取り付け可能となった。再びの具体例になるが、「リム・シール火災」に対して、この向上した技術によると、可搬式な泡管体デバイスは、泡を下方に投入して「展開拠点」領域を確立するのに用いられた。次いで、消防士が、ダスピット・ツール(商標)(一時的な消火モニターおよびノズルを、貯蔵タンク上縁または任意の他の適した設置箇所に固定するのに用いられる取り付けデバイス)およびホースを、梯子を登りながら運搬し、当該ツールを展開拠点上のタンクリムへ取り付けた。踊り場に配備された消防士が、モニターおよびノズルを水/泡溶液で加圧し、方向づけ、タンク内に泡を投入してタンク周囲のまわりに位置する火を直撃した。本攻撃の全体が、応答した消防士が現場に到着してから数分以内に準備および実行可能であることは勿論である。
2004年9月、ウィリアムズ社は、直径117フィートの原油タンクの「全面」火災の消火を支援するために、オクラホマ州クッシングへの呼び出しを受けた。ウィリアムズ社チームは、可搬式泡管体、ならびに「ダスピット・ツール」、モニターおよびノズルを携えて到着した。(再記になるが、「ダスピット・ツール」は、モニターおよびノズルをタンク壁リムに配置することを可能にする。「ダスピット・ツール」は、モニターおよびノズルに土台を提供する。)ウィリアムズ社は、最初に、プラットフォームおよびタンク壁に沿った梯子下の領域まわりの火を消火するために、可搬式泡管体を用いた。当該限定された領域が「制御」可能となっているため、ウィリアムズ社人員は、火災が生じているタンクの梯子をプラットフォームまで登り、ダスピット・ツールをその場所に固定し、モニターおよびノズルを方向づけ、原油タンク全面火災を消火した。したがって、ウィリアムズ社は、可搬式泡管体ならびに十分に大型の可搬式モニターおよびノズル(ダスピット・ツール土台によって使用可能とされる)が、少なくとも原油の少なくとも直径117フィートのタンクにおける「全面タンク火災」を消火するのに効果的に用いることができたという証拠を提示することとなった。
ウィリアムズ社は、適切な処理を行う「固定式」システムがあれば、対応スピードが向上し、人員に危害が及ぶ危険を大幅に低減可能であることを長らく認識していた。(人員への危険には、可搬式モニターおよび管体を供給するのに必要な、ホースの梯子上の散乱が含まれる。また、梯子を延びるホースが破損した場合、梯子およびプラットフォームにいる人員が大きな危険に晒されることとなる。)
本発明は、いくつかの段階を経て進められた。第1の決定は、タンク外壁に設置され、タンク壁上側リムに近接して射出を行うユニットを、経験および試験に基づいて積極的に追及することであった。(発明者らは、「バブル・アップ(bubble-up)」または所謂タイプIシステムで実験を行ったが、満足のいく、実用的であり、かつコスト効率が良いバブル・アップシステムの試験に成功することはできなかった。タンク内パイプシステムは、浮き屋根の普及および浮き屋根固有の複雑性を鑑みて、非実用的であることが広範囲の経験に基づいて分かっている。また、屋根上設置システムに関して、固定屋根、浮き屋根、または液体上面の「上に延在」するシステムのいずれにおいても、火災または危機を引き起こした事故そのものによってこのような固定式システムが利用不可能となる可能性が非常に高いことが経験に基づいて分かっている。)
発明者らによって開発された本発明の構造および性能について議論する際に、以下の用語の使用が役に立つ。
タンク、特に直径が100フィートや200フィートより大きいタンクの火災に対する固定式消火システムの効果的、実用的、かつ確実な設計に関する問題が長らく存在していた。現行の解決法を調査して、以下のことが分かった。
インターネットで「サヴァル」装置に気づき、同様のノーズリー装置を見出した。これらの種類の装置は、壁リムに沿って配備された、左右に「射出」を行う2つの45°下向きノズル(および真下方向に少ない射出を行うもの)を提案している。これら2つの45°ノズルは、「はっきりと水平方向に」に射出を行うものではなく、タンクの「中心に向けて」射出を行うノズルは何も提案されていない。さらに、サヴァルのノズルは、タンク壁に対して射出物の「バンク形成(bank)」を行うと思われる。バンク形成の効果は、液体への着地衝撃を低下させること、および/または、より多くの泡を周辺に方向づけること、および/または、空気混合を高めることであり得る。しかしながら、「バンク形成」技術によって、泡を後押しする横方向力が低下し、噴射エネルギーが無駄になり、泡走行能力が低下することが、当業者に知られている。サヴァルおよびノーズリーのどちらも、新規のまたは例外的な「泡走行」能力を主張するものではない。すなわち、サヴァルおよびノーズリーの泡走行は、従来の「泡チャンバ」および/または「泡注入器」と同程度である。
ウリベは、空気混合チャンバを備え、タンク壁に設置される固定式システムノズルについて教示している。空気混合の度合いに関する記述はない。ストリームシェーパの開示もない。ウリベによると、下記のニヒレータ(Nihilator)のように、右または左ではなく、中心に向けてのみ射出を行う。ウリベは、射出された泡がそのうちにタンク表面全体をカバーすることになると主張している。泡の寿命は限られており、走行も限られているということが当業者に知られているから、ウリベの記述は、ウリベのいうタンクとは本質的に直径が100フィート未満のものを意味している。
ニヒレータはもはや市販されていないようだが、ニヒレータデバイスについて説明する。当業者であれば、ニヒレータが効果的ではなかったことが推測できるだろう。ニヒレータは、固定屋根用に設計されたと思われる中心向きノズルであり、空気混合チャンバを有する。ニヒレータは、泡をタンク中心に向けて射出し、従来の泡チャンバと組み合わせての使用が提案されている。
本発明およびそれに関連する実施形態は、いくつかの主な商業用実施形態を有する。参照を簡単にするため、主な商業用実施形態は、参照符号を与えられている。
●「ポイント・アンド・シュート」(半固定式)システムは、以下に対して有用である。
○リム・シール部の保護および消火
○炎が上がっていない場合に全面泡被覆(例えば、屋根沈下の場合に蒸気を抑制する)
(利点)
○従来の泡チャンバが40’または80’までであるのと対照的に、各管体が、シールリム周囲の240’まで保護可能であるため、必要となる管体がより少数である。
○可搬式モニターおよびノズルによって、バックアップとしての予備および蒸気の抑制能力が提供される。
○コストが低く、設置が最小限となる。
○全面保護、リム・シール火災、および全体に及ぶ全液面タンク火災(浮き屋根の沈下)
○タンク毎のシステム数が、タンク直径(および貯蔵されている製品)に依存する。
○システムが、浮き屋根への負荷が過剰とならないように中心ノズルの弁を閉じた状態で、リム・シール部のリム火災を消火するのに使用可能である。
(利点)
○左向き/右向き/中心向き(および、場合によってはタンク壁下方向)ストリームによって、空気混合泡を3または4方向に射出および/または噴射可能である。
○システムは、最も大型のモデルの場合、各アセンブリから1900gpmの射出が可能である。
○各管体が、シールリムの240’まで、かつ中心に向けて150’まで保護可能である。
○従来技術と比較して、管体の必要設置数が大幅に少ない。
●「ホロー・ポイント」(固定式)システムは、以下に対して有用である。
○閉鎖屋根やタンク全体の保護
(利点)
○既存の単一6”フランジ開口から既存のタンクに簡単に設置される。
○各管体が、シールリムの240’まで、かつ中心に向けて250’まで保護可能である。
○蒸気が管体を下方に移動して空気混合口から流出するのを防ぐテフロン(Teflon)蒸気シールが組み込まれる。
○前向き、左/右向き、および下向きのストリーム合計で2700gpmの泡を噴射可能である。
○従来技術と比較して、管体の必要設置数が大幅に少ない。
上記に紹介および説明した本発明は、大型工業用貯蔵タンクにおける液体タンク火災を消火する、固定式および半固定式システムおよび方法の様々な局面および実施形態に関する。本発明は、固定屋根を有するまたは有さないタンク、固定式または半固定式のシステム、ならびに主としてリム・シール火災および全液面タンク火災に対して開発されたシステムを包括する。
ポイント・アンド・シュート固定式管体および昇水路システムは、「リム・シール火災」からの保護および蒸気抑制に対して即座に用いることができる半固定式システムである。ポイント・アンド・シュート固定式管体および昇水路システムは、完全可搬式装置を用いたウィリアムズ社製の成功したリム・シール部消火、および後続のダスピット・ツール開発に基礎をおいている。適切な空気混合チャンバとストリームシェーパノズルとの組み合わせのさらなる開発を鑑み、タンク壁に固定された空気混合泡ノズルユニットまたは「管体」は、コスト効率が良い、1次的な「リム・シール火災」消火手段となる。消火液を可搬式モニターおよびノズルに供給する、さらなる固定式昇水路は、1次的なシステムが破損した場合の予備、および追加の全面蒸気の抑制能力を提供可能である。(固定式中心向きノズルを備えるさらなる独立の固定式昇水路が、完全固定式の全面火災からの保護能力を提供するのは勿論である。)
新しい大きな危険は、可燃性液体や炭化水素製品を貯蔵する工業用貯蔵タンクが、さらに大きな直径で製造されてきている事実から生じる。今日、直径が405’やそれ以上のタンクが製造されている。タンク壁頂上を越えて消火および危機抑制のための液体(水および泡濃縮物)を放出可能である、10,000gpm、12,000gpm、または14,000gpmのノズル等の大型可搬式消火ノズルは、典型的に、最大範囲として400〜500フィートの範囲を列挙している。大型可搬式ノズルからの消火用泡は、最高でもおよそ100’の走行を行うものとして信頼できる。(控え目に、泡は、約80フィートの走行を行うものとして確実に信頼されてもよい。)したがって、風上の箇所から壁を超えて泡を放出させることにより、直径405’のタンクにおける全面、全体に及ぶ可燃性液体タンク火災に効果的に対処する可搬式消火ノズルは、おそらくはタンク壁から100’以内に設置されなくてはならない。補給業務、ならびにタンクまわりの堀、建屋、および他の装置やパイプ配管の存在を考慮して、特に熱および人員の安全を考慮すると、直径405’のタンクにおける全体に及ぶ全液面タンク火災に100’以内に接近することを要求するいかなる方策も、非常に問題のあるものとなる。
固定屋根固定式ノズル管体システムは、全面保護の目的で閉鎖屋根タンクに設置される場合に泡チャンバが直面する問題への直接的な応答として設計されている。本固定屋根固定式ノズルシステムの1つの管体は、タンク中心に向けて泡を直接噴射し、近辺のタンク内壁を保護するために左右にも噴射する。管体ユニットは、好ましくは、テフロン蒸気シール部を組み込んで、タンク蒸気がタンクから管体システムの供給パイプ配管中の空気混合口を介して逃げることを防止する。
アルコール等の液体および極性溶剤は、泡沫から水分を引き付けることが知られている。したがって、泡は、アルコール等の流体上に「軽く」着地し、液体表面よりも下に泡が沈み込むいかなる場合でもその深さを最小限にすることが好ましい。発明者らは、火災の際にアルコール等の液体上に着地する泡を走行させるのに、うず巻きパターンが好ましいであろうことを教示している。したがって、発明者らは、アルコール等の液体または極性溶剤のタンクに対して、泡を液体上に着地させる前にタンク内壁に対して射出泡のバンク形成を行い、タンク内の泡のうず巻きパターン走行を促進するために、複数ノズルから泡の大部分をすべて左またはすべて右に射出する方法を教示している。
本固定式システムに対して必須の空気混合泡を生成する好適な泡は、ノズルのすぐ上流に位置する外部空気混合チャンバを用いて得られる。ノズル射出口隙間のすぐ下流に空気混合チャンバを形成することが当該技術分野において公知である。この意味で、ノズルという語は、射出のための最大ヘッド圧を回復するように、隙間を含む筒管の部分または口が最も狭くなる加締部を意味するのに用いられる。このようなノズル射出口の隙間によって空気混合チャンバ中へ射出をおこなうことができ、空気混合チャンバで空気混合泡が生成されて大気中に射出される。コラチ(Kolacz)への米国特許第5,848,752号、特に図3では、この種の泡空気混合ノズルが記載されている。また、シュタインガス(Steingass)への米国特許第4,944,460号でも、この種の空気混合泡ノズルが記載されている。すべての条件を同じとした場合、ノズル隙間上流の別個の空気混合チャンバが好ましい。しかしながら、当業者であれば、これらが作成空気混合泡を生成する唯一の方法ではないことが分かるであろう。
ポイント・アンド・シュートシステムは、好ましくはタンク周囲のまわりに100’〜240’毎に、固定式システムとして1本または2本ノズル空気混合泡管体システムを設置することを最低でも含み、これは、タンクの「リム・シール火災」を消火するのに十分であろう。
上記のように、貯蔵タンクを保護するための現行の受け入れられている固定式システムは、「泡チャンバ」(「泡注入器」とも称される)を含む。固定式泡チャンバには、制限があり、主たる制限は、泡をシール部領域へ散布する方法にある。(1)泡チャンバにより生じる空気混合の度合い、および/または(2)泡沫の知覚されるきめ細かさ、および/または(3)射出による放射フットプリントのため、チャンバは、大いに膨張した泡を、タンクのシール部上にただ緩やかに「注入」するように構成される。泡チャンバは注入を行うが、放出または噴射は行わない。泡チャンバは、泡を泡チャンバの左右に押し出すのに、重力および泡蓄積によって形成されたヘッドに依存している。本システムは、シールリム周辺領域において、泡チャンバの左右に泡が「走行」可能な距離を厳しく制限する。システムは、浮き屋根の「泡ダム」が12”であるか、または24”であるかに応じて、40または80フィート毎に円周のまわりに間隔をあけて多数の泡チャンバを有することをタンクに要求する。現在、直径が300フィートより大きいタンクが数多くある。直径が400フィートより大きいタンクもいくつかある。12”の泡ダムを備えた直径が400フィートのタンクであれば、周辺を保護するのに約23個の従来の泡チャンバが必要とされるであろう。本発明は、同一の周辺を保護するのに約6つのユニットのみを必要とする。
Claims (2)
- 消火のために水および泡濃縮物に空気の泡を混合した空気混合泡を噴射する方法であって、
前記噴射は、
前記水および泡濃縮物を流す昇水路パイプの先端にノズルを有し、前記ノズルの先端の径は前記昇水路パイプの径よりも小さく、
前記ノズルの上流位置において、前記昇水路パイプの先端に位置する外部空気混合チャンバの内部に配置されたチューブラージェットを有し、
前記外部空気混合チャンバは、前記外部空気混合チャンバに生じる負圧に伴って外部空気の流入を許容する複数の開口を有し、
前記ノズル内の先端に位置する少なくとも4枚の羽根を備えたストリームシェーパを有し、前記ストリームシェーパは前記各羽根として長尺状であって長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きい板を採用し、前記各羽根の長手方向は前記ノズルの噴出方向と一致しており、前記各羽根の先端が前記ノズルの先端の射出口と実質的に面一で終端している、
ものから行う方法であって、
前記水および泡濃縮物を前記昇水路パイプから前記外部空気混合チャンバに前記チューブラージェットを介して流れ込ませ、これによって生じる前記外部空気混合チャンバ内の負圧によって前記開口から流入外部空気を前記外部空気混合チャンバに流入させ、前記外部空気混合チャンバにおいて前記流入外部空気を前記水および泡濃縮物と混合して前記空気混合泡を形成し、
膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を放出し、前記空気混合泡を100psiで少なくとも100gpmで実質的に集束されたストリームとして噴射するようにした、
ことを特徴とする方法。 - 消火のために水および泡濃縮物に空気の泡を混合した空気混合泡を噴射する消火用噴射装置であって、
前記水および泡濃縮物を流す昇水路パイプの先端に設けたノズルを備え、前記ノズルの先端の径は前記昇水路パイプの径よりも小さく、
外部空気混合チャンバの内部に配置したチューブラージェットを備え、前記外部空気混合チャンバは前記ノズルの上流において前記昇水路パイプに連通しており、前記外部空気混合チャンバは導管によって前記ノズルに接続されており、
前記外部空気混合チャンバにおける複数の開口を有し、前記開口は負圧によって外部空気が前記外部空気混合チャンバに吸い込まれることを許容し、
これにより、前記消火用噴射装置は、前記水および泡濃縮物を前記昇水路パイプから前記外部空気混合チャンバに前記チューブラージェットを介して流れ込ませ、これによって生じる前記外部空気混合チャンバ内の負圧によって前記開口からの流入外部空気が前記外部空気混合チャンバに吸い込まれるようにして、前記外部空気混合チャンバにおいて前記流入外部空気が前記水および泡濃縮物と混合して前記空気混合泡を形成するように構成され、
前記ノズルは径が狭くなる加締部を有し、
前記ノズルの内部に位置させた、前記ノズルから外部に射出する前記空気混合泡を実質的に集束されたストリームとして噴射する少なくとも4枚の羽根を備えた、ストリームシェーパ有し、前記各羽根を、長尺状であって長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きい板となし、前記各羽根の長手方向は前記ノズルの噴出方向と一致しており、前記各羽根FNの先端は前記ノズルの先端の射出口と実質的に面一で終端しており、
前記外部空気混合チャンバと前記ノズルの間の前記導管が羽根によって妨げられることのない流れを供給し、
前記消火用噴射装置は、前記外部空気混合チャンバ内で膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を生成し、前記空気混合泡を100psiで少なくとも100gpmで実質的に集束されたストリームとして前記ノズルから噴射するように構成された、
ことを特徴とする消火用噴射装置。
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