RU2811827C1 - Способ обеспечения пожарной безопасности водолазных и медицинских барокамер - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области водолазной медицины и области технологий обеспечения пожаробезопасности водолазных и многоместных медицинских барокамер. Для обеспечения пожарной безопасности водолазных и медицинских барокамер с использованием не поддерживающей горение газовой среды и контролем ее параметров при лечении декомпрессионной болезни методом лечебной рекомпрессии пациенты осуществляют дыхание из маски стационарной дыхательной системы кислородно-гелиевой смесью, содержащей 30 об.% кислорода, остальное – гелий. После герметизации давление в барокамере повышают до 0,6 МПа путем компрессии газовой смесью, содержащей 45 об.% азота и 55 об.% гаксафторида серы. Смешивают подаваемую смесь с воздухом барокамеры при дыхании той же смесью, поддерживая парциальное давление кислорода в газовой среде 19-21 кПа, а концентрацию кислорода - на уровне 3,5 об.%, при которой горение не поддерживается полностью. Изобретение позволяет обеспечить пожаробезопасность барокамеры при проведении лечебной рекомпрессии водолазам и другим категориям лиц с декомпрессионной болезнью в чрезвычайных ситуациях. Создание указанной искусственной газовой среды в барокамере обеспечивает сохранение условий для нормальной жизнедеятельности медицинских работников, оказывающих реанимационные мероприятия при тяжелой форме декомпрессионной болезни, вследствие поддержания pO₂ в среде барокамеры на безгипоксическом уровне.

Description

Изобретение относится к области водолазной медицины и области технологий обеспечения пожаробезопасности водолазных и многоместных медицинских барокамер.

Повышение пожаробезопасности водолазных и медицинских барокамер является актуальной научно-технической задачей, решение которой может уменьшить риск гибели людей.

При спасании подводников или водолазов, имеющих признаки декомпрессионной болезни, необходимо немедленное оказание специализированной неотложной медицинской помощи в виде срочного помещения в барокамеру для проведения лечебной рекомпрессии.

Особенностью оказания медицинской помощи при возникновении чрезвычайной ситуации на аварийной подводной лодке является массовое поступление пострадавших с сочетанными травмами и политравмами вследствие ликвидации аварии и борьбы за живучесть с последующим покиданием подводной лодки. В срок до 45 мин с момента возникновения симптомов декомпрессионной болезни до помещения в барокамеру и начала лечебной рекомпрессии, необходимой для спасения жизни подводников, оказание доврачебной и первичной медико-санитарной помощи, и санитарной обработки в полном объеме невозможно. В результате подводники могут быть помещены в барокамеру со следами масла и иных горюче-смазочных материалов, что в условиях высокого парциального давления кислорода сопровождается крайне высоким риском развития пожара.

Динамика распространения огня под повышенным давлением в условиях барокамеры, комплексное воздействие на пациентов и медицинский персонал поражающих факторов, сопутствующих пожару, отсутствие надежных автономных средств защиты и экипировки до настоящего времени не позволяют обеспечить пожаробезопасность при эксплуатации барокамер [1]

Одним из путей повышения пожаробезопасности барокамер является использование для компрессии искусственных газовых сред ИГС), обеспечивающих невозможность горения материалов и, в то же время, не препятствующих нормальной жизнедеятельности человека в период нахождения в барокамере даже без включения в

сдс.

Вероятность возникновения и развития пожара определяется процентной концентрацией кислорода в газовой среде, окружающей источник возможного воспламенения и горения: пожаробезопасность среды тем выше, чем ниже ее процентный состав по кислороду [2]. В идеальном случае абсолютно пожаробезопасная газовая среда не должна содержать кислорода, но при этом она, естественно, непригодна для дыхания.

Физиологические представления о содержании кислорода в дыхательной газовой среде ДГС) предполагают наличие нормоксической концентрации 20-21% при нормальном атмосферном давлении, что соответствует «нормоксическому» рО₂=20-21 кПа. При понижении рО₂ ДО 18,5-12 кПа у человека развивается первая стадия острого кислородного голодания, а при длительном воздействии даже слабого гипоксического раздражителя возникает хроническая гипоксия [3]. Известны концентрации кислорода в газовой среде, при которых воспламенение и горение невозможно [4]. На этой основе показана теоретически и подтверждена на практике возможность создания пожаробезопасных газовых смесей: установлено, что концентрация кислорода 10-11% предотвращает возгорание практически всех материалов, а при более высокой его концентрации (14-15%) газовая среда не поддерживает горение более чем 70% широко распространенных веществ и материалов [5]. Однако с физиологической точки зрения такие концентрации кислорода при нормальном атмосферном давлении (0,1 МПа) являются гипоксическими и могут привести к неблагоприятным для организма человека последствиям.

В последние годы ведется активный поиск способов повышения пожаробезопасности помещений и хранилищ пожароопасных предметов за счет создания в них газовоздушных сред с содержанием кислорода менее 8% путем их разбавления азотом. В настоящее время они стали использоваться для обеспечения пожаробезопасности музейных хранилищ, фондохранилищ библиотек, складов особо пожароопасных технических сред и т.п.

В процессе хранения пожароопасных объектов в охраняемых помещениях не предполагается присутствие людей, для которых указанное выше содержание кислорода может оказаться смертельным, т.е. такие способы не предназначены для использования в барокамерах.

Известны способы создания условий для жизнедеятельности человека в гермообъекте по патентам [6], [7]. Согласно этим способам, для повышения пожаробезопасности подводных лодок предлагается использовать кислородно-азотные среды с содержанием кислорода 14±1% или 16±1% соответственно) и поддержанием повышенного давления воздушной среды на все время герметизации таким образом, чтобы парциальное давление кислорода в среде соответствовало нормоксическому и составляло 20-21 кПа, что необходимо, чтобы предотвратить гипоксическое состояние членов экипажа. Давление воздушной среды ΠЛ при этом будет соответствовать 150 кПа или 120 кПа соответственно. Такие среды повышают пожарную безопасность, но не препятствуют возгоранию и тлению некоторых веществ при подводе тепла. Среды предназначены для длительного пребывания персонала в гермообъектах. При этом все режимы лечебной рекомпрессии проводятся при давлении, превышающем 150 кПа.

Известен способ тушения пожара в обитаемых герметизируемых объектах [8], предлагающий для тушения пожара в специальном гермообъекте ВМФ создавать гипоксическую кислородно-азотно-гелиевую среду путем компрессии с максимальной скоростью сжатым гелием до достижения содержания кислорода 10-12%, выдерживании при конечном давлении до полного уничтожения пожара, а затем проведении декомпрессии по специальному режиму. Данный способ реализован в системе пожаротушения глубоководного водолазного комплекса спасательного судна. Доказана возможность безопасного пребывания человека в искусственной гипербарической гипоксической среде.

Известен способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, и устройство для его осуществления [9], который включает в себя формирование внутри объекта гипоксической газовоздушной среды с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении газовоздушной среды.

Известен способ создания условий для жизнедеятельности человека в специальном гермообъекте ВМФ [10] с использованием не поддерживающей горение, умеренно гипоксической кислородно-азотной среды и контролем ее параметров, включающий процедуру повышения давления среды, выдержку в течение 45 суток под достигнутым давлением и его линейное снижение до нормального атмосферного давления за 10-15 мин с одновременной вентиляцией гермообъекта воздухом, отличающийся тем, что абсолютное давление газовой среды повышают до величины 120 кПа, при этом абсолютное давление газовой среды повышают до величины 120 кПа, при этом парциальное давление кислорода поддерживают на уровне 18,6-19,8 кПа, а парциальное давление азота на уровне 100,2-101,4 кПа.

Недостатком перечисленных способов является невозможность их использовать в барокамерах для проведения лечебной рекомпрессии при декомпрессионной болезни в связи с необходимостью создания значительно большего давления газовой среды.

Известен способ для снижения риска возгорания в барокамере при кислородной терапии пациента FR2982164 В1 опубликованный 27.12.2013, 27 с., где раскрывается способ обеспечения пожарной безопасности водолазных и медицинских барокамер.

Известен способ проведения оксигенобаротерапии ОБТ) при повышении давления в камере путем подачи в нее воздуха [11].

Известен способ лечебной рекомпрессии водолазов при котором давление в барокамере повышают воздухом не более чем до давления 0,6 МПа при дыхании из стационарной дыхательной системы или дыхательного аппарата кислородно-гелиевой смесью, содержащей в об.%: кислорода - 28-32, остальное гелий. Выдержку под давлением выполняют в течение не более чем 180 мин при дыхании той же смесью, после чего начинают декомпрессию со скоростью 1 м/мин до давления на первой остановке режима, на которой переключают заболевших на дыхание воздухом из отсека барокамеры. При этом дальнейшую декомпрессию проводят по режиму при выполнении условия обеспечения рассыщения организма от инертных газов без суммарного пересыщения тканей по азоту и гелию [12].

Недостатком указанных способов оксигенобаротерапии и лечебной рекомпрессии является высокая пожароопасность, связанная с повышенным содержанием кислорода в газовой среде барокамеры.

Известен способ проведения оксигенобаротерапии в барокамерах с автономной системой дыхания [13] и принятый за прототип. Способ реализуется следующим образом. Пациент помещается в камеру, надевает кислородную маску, открывается подача кислорода в подмасочное пространство. Барокамеру закрывают, подают в нее азот, создают избыточное давление в камере в соответствии с выбранным режимом, максимальные значения избыточного давления - 0,3 МПа. Одновременно с повышением давления в барокамере повышается давление кислорода, подаваемого в подмасочное пространство. Во время сеанса гипербарической оксигенации для повышения пожаробезопасности барокамеры поддерживают содержание кислорода не выше 14% путем вентиляции барокамеры азотом. Во время декомпрессии подача кислорода в автономную дыхательную систему уменьшается синхронно со снижением давления в камере. После снижения давления до атмосферного и открытия барокамеры автономную дыхательную систему отключают. Недостатком способа является то, что он предназначен для проведения стандартных процедур оксигенобаротерапии один из видов баротерапии, в основе которого лежит лечение в барокамере медицинским кислородом под повышенным давлением) в специализированных медицинских учреждениях. При этом максимальное давление не превышает 0,4 МПа. Предлагаемый нами способ предназначен для проведения лечебной рекомпрессии лечебная процедура, предназначенная для лечения заболеваний, связанных с изменением давления, а именно декомпрессионная болезнь и баротравма легких), прежде всего, в чрезвычайных ситуациях при спасании подводников. Лечебная рекомпрессия состоит из помещения больного в барокамеру, повторного повышения давления компрессия) до 0,6 МПа, выдержки под максимальным давлением до исчезновения симптомов заболевания изопрессия) и медленного снижения давления декомпрессии). Данный способ принят за прототип.

Недостатком способа, взятого за прототип, является его недостаточная пожаробезопасность, что связано с неизбежной утечкой чистого кислорода из подмасочного пространства пациента. Кроме этого, при эксплуатации автономной дыхательной системы, которой оборудована барокамера в прототипе, выдох пациентом осуществляется внутрь барокамеры, что также ведет к повышению концентрации кислорода в барокамере и повышает вероятность возникновения пожара, причем в наибольшей степени - непосредственно в области размещения пациента. Также недостатком способа, взятого за прототип, является необходимость постоянного контроля концентрации кислорода в барокамере и вентиляция азотом при превышении уровня 14%, при этом парциальное давление кислорода и азота в газовой среде барокамеры не контролируются. Однако при таком подходе не учитывается риск аварийного прекращения подачи кислорода через автономную систему дыхания и, как следствие, вынужденного переключения пациента на дыхание из газовой среды барокамеры, что может привести к наркотическому действию азота в условиях повышенного давления, существенно снижая безопасность и эффективность проводимого лечения.

Кроме этого, в прототипе не предусматривается возможность оказания медицинской помощи больному в барокамере и безопасного использования газовой среды барокамеры для дыхания водолазного врача в случае необходимости проведения реанимационных мероприятий.

Таким образом, особенности прототипа не позволяют использовать его в качестве способа повышения пожарной безопасности водолазных и медицинских барокамер при лечении декомпрессионной болезни методом лечебной рекомпрессии в чрезвычайных ситуациях.

Задачей изобретения является обеспечение пожаробезопасности в барокамере при проведении лечебной рекомпрессии у спасенных подводников в чрезвычайной ситуации. Данная задача достигается тем, что предлагается, как и в прототипе, создание в барокамере газовой среды с пониженным содержанием кислорода при повышенном давлении и контроль ее параметров.

Способ отличается от прототипа следующими существенными признаками:

Способ, взятый за прототип, предназначен для повышения пожаробезопасности при проведении оксигенобаротерапии в условиях стационара (лечения кислородом под повышенным давлением до 0,4 Мпа); предлагаемый способ обеспечивает пожаробезопасность барокамер в чрезвычайных ситуациях аварии ПЛ для проведении лечебной рекомпрессии (повторном повышении давления с целью ликвидации внутрисосудистого газообразования) подводникам с декомпрессионной болезнью при давлении до 0,6 МПа. В отличие от прототипа для дыхания больного используется не чистый кислород, а искусственная газовая смесь, состоящая из 30% кислорода и 70% гелия. Данная смесь в случае ее утечки существенно более безопасна в отношении возникновения пожара.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что давление в барокамере повышают не чистым азотом, а азотно-элегазовой смесью в соотношении: азот 45%, гаксафторид серы (далее - элегаз) 55%. Это предотвращает наркотическое действие азота при пребывании в барокамере врача оказывающего медицинскую помощь больному, особенно при необходимости проведения реанимационных мероприятий, а также в случае аварийного прекращения подачи кислородно-гелиевой смеси из стационарной дыхательной системы далее - СДС) и вынужденном переводе пациента на дыхание из газовой среды барокамеры.

Предлагаемый способ позволит ограничить парциальное давление азота до 305 кПа, что ниже порогового значения 320 кПа, при котором проявляется эффект его «наркотического» действия [14]. Отсутствие наркотического действия азота и дополнительного насыщения азотом в условиях повышенного давления существенно повышают безопасность и эффективность проводимого лечения по сравнению с прототипом.

В предлагаемом способе поддерживается «базовая» концентрация кислорода на уровне 3,5% по рО₂, в отличие от 14% по рО₂ в прототипе, что существенно повышает пожаробезопасность в барокамере, так как при такой концентрации кислорода горение не поддерживается полностью.

В прототипе барокамера оборудована автономной дыхательной системой, особенностью которой является утечка кислорода из-под дыхательной маски, и выдохом внутрь барокамеры, что ведет к повышению концентрации кислорода в барокамере и повышает вероятность возникновения пожара. Заявляемый нами способ предназначен для водолазных и медицинских барокамер, оборудованных стационарной дыхательной системой, серийно устанавливаемой на барокамеры с системой BIBS. В данной системе отсутствуют перечисленные недостатки. Дыхательная смесь подается дозировано на вдох, и выдох осуществляется в систему с последующим выбросом в атмосферу вне барокамеры.

Прототип не предполагает возможность пребывания в отсеке барокамере врача для оказания медицинской помощи больному, даже при необходимости проведения реанимационных мероприятий. Прототип не учитывает возможность аварийного прекращения подачи кислорода через автономную систему дыхания и, как следствие, вынужденный переход на дыхание из газовой среды барокамеры. Наркотическое действие азота и дополнительное насыщение азотом в условиях повышенного давления существенно снижают безопасность и эффективность проводимого лечения при использовании способа, взятого за прототип.

В предлагаемом способе в отличие от прототипа в связи с использованием СДС отсутствует необходимость вентиляции для снижения концентрации кислорода, так как существенного повышения концентрации кислорода в течение всего времени экспозиции при максимальном давлении не происходит, а повышение концентрации с 3,5% до предельно допустимой концентрации 25% в соответствии с требованиями Правил водолазной службы Военно-морского флота достичь невозможно.

В то же время применение в качестве газов-разбавителей предлагаемой смеси азота и элегаза обеспечивает профилактику указанных негативных эффектов. Доказана эффективность и безопасность элегаза, что позволяет использовать его в системах пожаротушения.

Способ реализован следующим образом: во время проведения лечебной рекомпрессии в барокамере больные включаются в маски стационарной дыхательной системы и дышат 30%-ной кислородно-гелиевой смесью.

После герметизации давление в барокамере повышается путем компрессии искусственной газовой смесью, состоящей из 45% азота и 55% гексафторида серы (далее -элегаз) до давления 0,6 МПа, необходимого для эффективного проведения лечебной рекомпрессии. В результате смешивания подаваемой азотно-элегазовой смеси с воздухом барокамеры в последней создается кислородно-азотно-элегазовая среда, пригодная для дыхания и обеспечивающая практически полную ее пожаробезопасность. Содержание кислорода в газовой среде барокамеры будет находиться на уровне около 3,5%, при этом его парциальное давление соответствует нормоксическому, составляя примерно 19-21 кПа.

Давление и состав газовой смеси поддерживается в течение не более чем 180 мин при дыхании той же смесью, после чего начинают декомпрессию со скоростью 1 м/мин до давления на первой остановке режима, на которой переключают заболевших на дыхание из отсека барокамеры по режиму предложенному в патенте [12].

Таким образом, в течение всего сеанса лечебной рекомпрессии и декомпрессии в барокамере создается искусственная газовая среда, обеспечивающая снижение риска возгорания и пожара вследствие уменьшения концентрации в ней кислорода. Поддержание рО₂ на безгипоксическом уровне 19-21 кПа обеспечивает сохранение условий для нормальной жизнедеятельности водолазного врача, который при необходимости находится в барокамере для оказания реанимационных мероприятий при тяжелой форме декомпрессонной болезни, и может быть вынужден осуществлять дыхание из газовой среды отсека барокамеры. При этом имеет место повышение безопасности пациента в аварийной ситуации - при прекращении подачи дыхательной газовой смеси через маску СДС и вынужденном переключении больного на дыхание из газовой среды барокамеры. Другим важным преимуществом заявляемого способа является исключение риска возникновения азотного наркоза у лиц, осуществляющих дыхание из газовой среды отсека барокамеры, в связи с заменой части азота элегазом.

Способ реализуется применением известного устройства.

Технический результат: повышение пожаробезопасности водолазных и медицинских барокамер при проведении лечебной рекомпрессии дыхание больного осуществляется через стационарную дыхательную систему 30 процентной кислородно-гелиевой смесью) путем подачи в барокамеру искусственной газовой смеси, содержащей 45% азота и 55% элегаза, до достижения давления 0,6 МПа. Созданная в барокамере газовая среда позволяет полностью предотвратить возгорания и пожары, вследствие уменьшения содержания в ней кислорода, при одновременном создании условий для нормальной жизнедеятельности врача, который при необходимости находится в барокамере для оказания реанимационных мероприятий больному.

Новый способ имеет существенные преимущества перед прототипом:

Предлагаемый способ создания пожаробезопасной газовой среды в барокамерах, несмотря на снижение объемной концентрации кислорода, исключает угрозу для жизнедеятельности находящихся в них людей, так как парциальное давление кислорода будет оставаться на уровне около 20 кПа, что обеспечивает адекватную оксигенацию тканей организма.

Преимуществом перед прототипом является применение ИГС с существенно более низкой концентрацией кислорода - около 3,5% в прототипе и других подобных способах -более 10%, что позволяет на данный момент создать наиболее эффективную пожаробезопасную газовую среду, при сохранении условий для нормальной жизнедеятельности водолазов или водолазных врачей, при необходимости помещаемых в барокамеру и оказывающих реанимационные мероприятия при тяжелой форме декомпрессионной болезни, вследствие поддержания парциального давления кислорода на безгипоксическом уровне.

В аварийной ситуации - при прекращении подачи дыхательной газовой смеси через маску СДС - созданная в барокамере ИГС обеспечит пациенту возможность нормального дыхания.

Безопасность находящихся в барокамере водолазов или водолазных врачей, оказывающих реанимационные мероприятия при тяжелой форме декомпрессионной болезни, в отношении токсического действия азота (азотный наркоз) обеспечивается применением для компрессии кислородно-азотно-элегазовой смеси, а для дыхания кислородно-гелиевой дыхательной смеси из стационарной дыхательной системы.

Заявляемый способ повышения пожаробезопасности лечебных барокамер может использоваться на любой барокамере, оборудованной стационарной дыхательной системой.

Литература

1. Гипербарическая медицина практическое руководство) / Под ред. Д. Матье. - М.: Бином, 2009. - 720 с.

2. Введение в динамику пожаров. / Драйздейл Д. / - М.: Стройиздат, 1990. 420 с.

3. Физиология подводного плавания и аварийно-спасательного дела / Учеб. - 2-е изд. - Л.: Воен.-мед. акад. им. С.М. Кирова, 1986, с. 302-304.

4. Zubetakis M.G. Flammability characteristics of combustiblegasesandvapours // US Bureanof Mines Bulletin, 1965,129 c.

5. SpacecraftFire-SafetyWorkshop. - NASA-Lewis, 1986, 29 c.

6. Патент РФ №2138421, МПК В63С 11/00, В63С 11/36, опубл. 27.09.1999 г. Способ создания условий для жизнедеятельности человека в гермообъекте.

7. Патент РФ №2520906 RU от 27.06. 2014. Способ создания условий для жизнедеятельности человека в специальном гермообъекте ВМФ.

8. Патент РФ №2275221 RU от 27.04.2006. Способ тушения пожара в обитаемых гипербарических объектах.

9. Патент РФ №2549055 RU от 20.04.2015. Способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, и устройство для его осуществления.

10. Патент РФ №2012131641, МПК А62В 1/00, опубл. 27.01.2014. Способ создания условий для жизнедеятельности человека в специальном гермообъекте ВМФ.

11. Справочник по медицинскому обеспечению личного состава аварийных подводных лодок. М.: Военное издательство, 1986. - С. 105-106.

12. Патент РФ №2724843 RU, опубл. 25.06.2020 г. Способ лечебной рекомпрессии водолазов.

13. Патент РФ №247856 RU, опубл. 27.04.2000 г. Способ проведения оксигенобаротерапии в барокамерах с автономной системой дыхания.

14. Беннетт П.Б. Наркотическое действие нейтральных газов // Медицинские проблемы подводных погружений Под ред. П.Б. Беннетта и Д.Г. Эллиота. - Пер. с англ. - М.: Медицина, 1988, с. 247-273.

Claims (1)

1. Способ обеспечения пожарной безопасности водолазных и медицинских барокамер с использованием не поддерживающей горение газовой среды и контролем ее параметров, отличающийся тем, что при лечении декомпрессионной болезни методом лечебной рекомпрессии пациенты осуществляют дыхание из маски стационарной дыхательной системы кислородно-гелиевой смесью, содержащей 30 об.% кислорода, остальное - гелий, после герметизации давление в барокамере повышают до 0,6 МПа путем компрессии газовой смесью, содержащей 45 об.% азота и 55 об.% гаксафторида серы, смешивают подаваемую смесь с воздухом барокамеры при дыхании той же смесью, поддерживая парциальное давление кислорода в газовой среде 19-21 кПа, а концентрацию кислорода - на уровне 3,5 об.%, при которой горение не поддерживается полностью.