Гидравлический расчет является наиболее сложным этапом при создании АУГПТ. Необходимо подобрать диаметры трубопроводов , количество насадок и площадь выходного сечения, рассчитать реальное время выхода ГОТВ .
Как будем считать?
Для начала нужно определиться где взять методику и формулы для гидравлического расчета. Открываем свод правил СП 5.13130.2009, приложение Ж и видим там только методику расчета углекислотного пожаротушения низкого давления, а где методика для других газовых огнетушащих веществ? Смотрим пункт 8.4.2 и видим: «Для остальных установок расчет рекомендуется производить по методикам, согласованным в установленном порядке».
Программы для расчета
Обратимся за помощью к производителям оборудования газового пожаротушения. В России существуют две методики для гидравлических расчетов. Одна разработана и много раз скопирована ведущими Российскими производителями оборудования и утверждена ВНИИПО, на ее основе создано программное обеспечение «ЗАЛП», «Салют». Другая разработана компанией «ТАКТ» и согласована ДНД МЧС, на её основе создано программное обеспечение «ТАКТ-газ».
Методики закрыты для большинства инженеров-проектировщиков и служат для внутреннего использования производителей автоматических установок газового пожаротушения. Если договориться, то вам её покажут, но без специальных знаний и опыта выполнить гидравлический расчёт будет затруднительно.
Е.1 Расчетная масса ГОТВ , которая должна храниться в установке, определяется по формуле
где - масса ГОТВ, предназначенная для создания в объеме помещения огнетушащей концентрации при отсутствии искусственной вентиляции воздуха, определяется по формулам:
Для ГОТВ - сжиженных газов, за исключением двуокиси углерода:
Для ГОТВ - сжатых газов и двуокиси углерода
здесь - расчетный объем защищаемого помещения, м. В расчетный объем помещения включается его внутренний геометрический объем, в том числе объем системы вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления (до герметичных клапанов или заслонок). Объем оборудования, находящегося в помещении, из него не вычитается, за исключением объема сплошных (непроницаемых) строительных элементов (колонны, балки, фундаменты под оборудование и т.д.);
Коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов;
Коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения;
Плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении , кг/м, определяется по формуле
здесь - плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре293 К (20 °С) и атмосферном давлении 101,3 кПа;
Минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К;
Поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря, значения которого приведены в таблице Д.11 приложения Д;
Нормативная объемная концентрация, % (об.).
Значения нормативных огнетушащих концентраций приведены в приложении Д.
Масса остатка ГОТВ в трубопроводах , кг, определяется по формуле
где - объем всей трубопроводной разводки установки, м;
Плотность остатка ГОТВ при давлении, которое имеется в трубопроводе после окончания истечения массы газового огнетушащего вещества в защищаемое помещение;
Произведение остатка ГОТВ в модуле , который принимается по ТД на модуль, кг, на количество модулей в установке.
Примечание - Для жидких горючих веществ, не приведенных в приложении Д, нормативная объемная огнетушащая концентрация ГОТВ, все компоненты которых при нормальных условиях находятся в газовой фазе, может быть определена как произведение минимальной объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности, равный 1,2 для всех ГОТВ, за исключением двуокиси углерода. Для СОкоэффициент безопасности равен 1,7.
Для ГОТВ, находящихся при нормальных условиях в жидкой фазе, а также смесей ГОТВ, хотя бы один из компонентов которых при нормальных условиях находится в жидкой фазе, нормативную огнетушащую концентрацию определяют умножением объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности 1,2.
Методики определения минимальной объемной огнетушащей концентрации и огнетушащей концентрации изложены в ГОСТ Р 53280.3.
Е.2 Коэффициенты уравнения (Е.1) определяются следующим образом.
Е.2.1 Коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов 1,05.
Е.2.2 Коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения:
где - параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого помещения, м·с.
Численные значения параметра выбираются следующим образом:
0,65 - при расположении проемов одновременно в нижней (0-0,2) и верхней зоне помещения (0,8-1,0)или одновременно на потолке и на полу помещения, причем площади проемов в нижней и верхней части примерно равны и составляют половину суммарной площади проемов;0,1 - при расположении проемов только в верхней зоне (0,8-1,0)защищаемого помещения (или на потолке);0,25 - при расположении проемов только в нижней зоне (0-0,2)защищаемого помещения (или на полу);0,4 - при примерно равномерном распределении площади проемов по всей высоте защищаемого помещения и во всех остальных случаях;
Параметр негерметичности помещения, м,
где - суммарная площадь проемов, м;
Высота помещения, м;
Нормативное время подачи ГОТВ в защищаемое помещение, с.
Е.3 Тушение пожаров подкласса A(кроме тлеющих материалов, указанных в 8.1.1) следует осуществлять в помещениях с параметром негерметичности не более 0,001 м.
Значение массы для тушения пожаров подкласса Aопределяется по формуле
где - значение массыдля нормативной объемной концентрациипри тушении н-гептана, вычисляется по формулам (2) или (3);
Коэффициент, учитывающий вид горючего материала.
Значения коэффициента принимаются равными: 1,3 - для тушения бумаги, гофрированной бумаги, картона, тканей и т.п. в кипах, рулонах или папках; 2,25 - для помещений с этими же материалами, в которые доступ пожарных после окончания работы АУГП исключен. Для остальных пожаров подкласса A, кроме указанных в 8.1.1, значениепринимается равным 1,2.
При этом допускается увеличивать нормативное время подачи ГОТВ в раз.
В случае, если расчетное количество ГОТВ определено с использованием коэффициента 2,25, резерв ГОТВ может быть уменьшен и определен расчетом с применением коэффициента1,3.
Не следует вскрывать защищаемое помещение, в которое разрешен доступ, или нарушать его герметичность другим способом в течение 20 минут после срабатывания АУГП (или до приезда подразделений пожарной охраны).
Приложение Ж
Методика расчета массы газового огнетушащего вещества для уст ановок газового пожаротушения при тушении объемным способом
1. Расчетная масса ГОТВ , которая должна храниться в установке, определяется по формуле
где
- масса ГОТВ, предназначенная для создания
в объеме помещения огнетушащей
концентрации при отсутствии искусственной
вентиляции воздуха,
определяется
по формулам:
для ГОТВ - сжиженных газов, за исключением двуокиси углерода
;
(2)
для ГОТВ - сжатых газов и двуокиси углерода
,
(3)
где
- расчетный объем защищаемого помещения,
м 3 .
В расчетный объем помещения включается его внутренний геометрический объем, в том числе объем системы вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления (до герметичных клапанов или заслонок). Объем оборудования, находящегося в помещении, из него не вычитается, за исключением объема сплошных (непроницаемых) строительных элементов (колонны, балки, фундаменты под оборудование и т. д.);
- коэффициент,
учитывающий утечки газового огнетушащего
вещества из сосудов;
-
коэффициент, учитывающий потери газового
огнетушащего вещества через проемы
помещения;
- плотность газового огнетушащего
вещества с учетом высоты защищаемого
объекта относительно уровня моря для
минимальной температуры в помещении
,
кг
м -3 ,
определяется по формуле
,
(4)
где
- плотность паров газового огнетушащего
вещества при температуре
= 293 К (20 С)
и атмосферном давлении 101,3 кПа;
- минимальная температура воздуха в
защищаемом помещении, К;
- поправочный коэффициент, учитывающий
высоту расположения объекта относительно
уровня моря, значения которого приведены
в таблице 11 приложения 5;
- нормативная объемная концентрация, %
(об.).
Значения нормативных огнетушащих концентраций () приведены в приложении 5.
Масса остатка
ГОТВ в трубопроводах
,
кг, определяется по формуле
,
(5)
где
- объем всей трубопроводной разводки
установки, м 3
;
- плотность остатка ГОТВ при давлении,
которое имеется в трубопроводе после
окончания
истечения массы газового огнетушащего
вещества
в защищаемое помещение.
- произведение
остатка ГОТВ в модуле (М
б
),
который принимается по ТД на модуль,
кг, на количество модулей в установке
.
Примечание. Для жидких горючих веществ, не приведенных в приложении 5, нормативная объемная огнетушащая концентрация ГОТВ, все компоненты которых при нормальных условиях находятся в газовой фазе, может быть определена как произведение минимальной объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности, равный 1,2 для всех ГОТВ, за исключением двуокиси углерода. Для СО 2 коэффициент безопасности равен 1,7.
Для ГОТВ, находящихся при нормальных условиях в жидкой фазе, а также смесей ГОТВ, хотя бы один из компонентов которых при нормальных условиях находится в жидкой фазе, нормативную огнетушащую концентрацию определяют умножением объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности 1,2.
Методики определения минимальной объемной огнетушащей концентрации и огнетушащей концентрации изложены в НПБ 51-96 * .
1.1. Коэффициенты уравнения (1) определяются следующим образом.
1.1.1. Коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов:
.
1.1.2. Коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения:
,
(6)
где
- параметр, учитывающий расположение
проемов по высоте защищаемого помещения,
м 0,5
с -1
.
Численные значения параметра выбираются следующим образом:
0, 65 - при
расположении проемов одновременно
в нижней (0 - 0,2)
и верхней зоне помещения (0, 8 - 1,0)
или одновременно на потолке и на полу
помещения, причем площади проемов в
нижней и верхней части примерно равны
и составляют половину суммарной площади
проемов;
= 0,1 - при расположении проемов только
в верхней зоне (0,8 - 1,0)
защищаемого помещения (или на потолке);
= 0,25 - при расположении проемов только
в нижней зоне (0 - 0,2)
защищаемого помещения (или на полу);
= 0,4 - при примерно равномерном распределении
площади проемов по всей высоте защищаемого
помещения и во всех остальных случаях.
- параметр
негерметичности помещения, м -1 ,
где
-
суммарная площадь проемов, м 2
.
Высота помещения,
м;
- нормативное время подачи ГОТВ в
защищаемое помещение.
1.1.3. Тушение пожаров подкласса А 1 (кроме тлеющих материалов, указанных в п. 7.1) следует осуществлять в помещениях с параметром негерметичности не более 0,001 м -1 .
Значение массы М р для тушения пожаров подкласса А 1 определяется по формуле
М р = К 4 . М р-гепт,
где М р-гепт - значение массы М р для нормативной объемной концентрации С Н при тушении н-гептана, вычисляется по формулам 2 или 3;
К 4 - коэффициент, учитывающий вид горючего материала. Значения коэффициента К 4 принимается равными: 1,3 – для тушения бумаги, гофрированной бумаги, картона, тканей и т.п. в кипах, рулонах или папках; 2,25 – для помещений с этими же материалами, в которые исключен доступ пожарных после окончания работы АУГП, при этом резервный запас рассчитывается при значении К 4 , равном 1,3.
Время подачи основного запаса ГОТВ при значении К 4 , равном 2,25, может быть увеличено в 2,25 раза. Для других пожаров подкласса А 1 значение К 4 принимается равным 1,2.
Не следует вскрывать защищаемое помещение или нарушать его герметичность другим способом в течение не менее 20 минут (или до приезда подразделений пожарной охраны).
При вскрытии помещений должны быть в наличии первичные средства пожаротушения.
Для помещений, в которые исключен доступ пожарных подразделений после окончания работы АУГП, следует использовать в качестве огнетушащего вещества СО 2 с коэффициентом 2,25.
1. Среднее за
время подачи двуокиси углерода давление
в изотермическом
резервуаре
,МПа,
определяется по формуле
,
(1)
где
- давление в резервуаре при хранении
двуокиси углерода, МПа;
- давление в резервуаре в конце выпуска
расчетного количества двуокиси углерода,
МПа, определяется по рисунку 1.
2. Средний расход
двуокиси углерода
,
(2)
где
- расчетное количество двуокиси углерода,
кг;
- нормативное время подачи двуокиси
углерода, с.
3. Внутренний диаметр питающего (магистрального) трубопровода , м, определяется по формуле
где k 4 - множитель, определяется по таблице 1; l 1 - длина питающего (магистрального) трубопровода по проекту, м.
Таблица 1
|
Множитель k 4 |
4. Среднее давление в питающем (магистральном) трубопроводе в точке ввода его в защищаемое помещение
,
(4)
где l 2 - эквивалентная длина трубопроводов от изотермического резервуара до точки, в которой определяется давление, м:
,
(5)
где
- сумма коэффициентов сопротивления
фасонных частей трубопроводов.
5. Среднее давление
,
(6)
где р 3 - давление в точке ввода питающего (магистрального) трубопровода в защищаемое помещение, МПа; р 4 - давление в конце питающего (магистрального) трубопровода, МПа.
6. Средний расход через насадок Q m , кг с -1 , определяется по формуле
где
- коэффициент расхода через насадок; A
3
- площадь выпускного отверстия насадка,
м 2 ;
k
5
-
коэффициент, определяемый по формуле
. (8)
7. Количество
насадков
определяется по формуле
.
8. Внутренний
диаметр распределительного трубопровода
,
м, рассчитывается из условия
,
(9)
где
-
диаметр выпускного отверстия насадка,
м.
Р
Р 1 =2,4
исунок 1. График для определения давления в изотермическом
резервуаре в конце выпуска расчетного количества двуокиси углерода
Примечание.
Относительная масса двуокиси углерода
определяется по формуле
,
где
-
начальная масса двуокиси углерода, кг.
Приложение 7
Методика расчета площади проема для сброса избыточного давления в помещениях, защищаемых установками газового пожаротушения
Площадь проема
для сброса избыточного давления
,
м 2 ,
определяется по формуле
,
где
- предельно-допустимое избыточное
давление, которое определяется из
условия сохранения прочности строительных
конструкций защищаемого помещения или
размещенного в нем оборудования, МПа;
- атмосферное давление, МПа;
-
плотность воздуха в условиях эксплуатации
защищаемого помещения, кг
м -3 ;
-
коэффициент
запаса, принимаемый равным 1,2;
-
коэффициент,
учитывающий изменение давления при его
подаче;
- время подачи ГОТВ, определяемое из
гидравлического расчета, с;
- площадь постоянно открытых проемов
(кроме сбросного проема) в ограждающих
конструкциях помещения, м 2 .
Значения величин
,
,
определяются в соответствии с приложением
6.
Для ГОТВ - сжиженных газов коэффициент К 3 =1.
Для ГОТВ - сжатых газов коэффициент К 3 принимается равным:
для азота - 2,4;
для аргона - 2,66;
для состава “Инерген” - 2,44.
Если значение выражения в правой части неравенства меньше или равно нулю, то проем (устройство) для сброса избыточного давления не требуется.
Примечание. Значение площади проема рассчитано без учета охлаждающего воздействия ГОТВ-сжиженного газа, которое может привести к некоторому уменьшению площади проема.
Общие положения по расчету установок порошкового пожаротушения модульного типа.
1. Исходными данными для расчета и проектирования установок являются:
геометрические размеры помещения (объем, площадь ограждающих конструкций, высота);
площадь открытых проемов в ограждающих конструкциях;
рабочая температура, давление и влажность в защищаемом помещении;
перечень веществ, материалов, находящихся в помещении, и показатели их пожарной опасности, соответствующий им класс пожара по ГОСТ 27331;
тип, величина и схема распределения пожарной нагрузки;
наличие и характеристика систем вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления;
характеристика и расстановка технологического оборудования;
наличие людей и пути их эвакуации.
техническая документация на модули.
2. Расчет установки включает определение:
количества модулей, предназначенных для тушения пожара;
времени эвакуации, при их наличии;
времени работы установки;
необходимого запаса порошка, модулей, комплектующих;
типа и необходимого количества извещателей (при необходимости) для обеспечения срабатывания установки, сигнально-пусковых устройств, источников питания для запуска установки (для случаев по п. 8.5).
Методика расчета количества модулей для модульных установок порошкового пожаротушения
1. Тушение защищаемого объема
1.1. Тушение всего защищаемого объема
Количество модулей для защиты объема помещения определяется по формуле
, (1)
где
-
количество модулей, необходимое для
защиты помещения, шт.;
- объем защищаемого помещения, м 3 ;
- объем, защищаемый одним модулем
выбранного типа, определяется по
технической документации(далее по
тексту приложения-документация) на
модуль, м 3
(с учетом геометрии распыла - формы и
размеров защищаемого объема, заявленного
производителем);
=
11,2
- коэффициент неравномерности распыления
порошка. При размещении насадков-распылителей
на границе максимально допустимой (по
документации на модуль) высоты к
=
1,2
или определяется по документации на
модуль.
-
коэффициент запаса, учитывающий
затененность возможного очага загорания,
зависящий от отношения площади, затененной
оборудованием
,
к
защищаемой площади S
y
,
и определяется как:
при
,
Площадь затенения - определяется как площадь части защищаемого участка, где возможно образование очага возгорания, к которому движение порошка от насадка-распылителя по прямой линии преграждается непроницаемыми для порошка элементами конструкции.
При
рекомендуется установка дополнительных
модулей непосредственно в затененной
зоне или в положении, устраняющем
затенение; при выполнении этого условия
k
принимается
равным 1.
-
коэффициент,
учитывающий изменение огнетушащей
эффективности используемого порошка
по отношению к горючему веществу в
защищаемой
зоне по сравнении с бензином А-76.
Определяется по таблице
1. При отсутствии данных определяется
экспериментально по методикам ВНИИПО.
- коэффициент,
учитывающий степень негерметичности
помещения.
= 1 + В
F
нег
,
где
F
нег
=
F/ F
пом
-
отношение суммарной площади негерметичности
(проемов, щелей) F
к общей поверхности помещения F
пом
,
коэффициент В
определяется по рисунку 1.
В
20
Fн/ F , Fв/ F
Рисунок 1 График для определения коэффициента В при расчете коэффициента .
F н - площадь негерметичности в нижней части помещения; F в - площадь негерметичности в верхней части помещения, F-суммарная площадь негерметичностей (проемов, щелей).
Для установок импульсного пожаротушения коэффициент В может определяться по документации на модули.
1.2. Локальное пожаротушение по объему
Расчет ведется аналогично, как и при тушении по всему объему с учетом пп. 8.12-8.14. Локальный объем V н , защищаемый одним модулем, определяется по документации на модули (с учетом геометрии распыла - формы и размеров локального защищаемого объема, заявленного производителем), а защищаемый объем V з определяется как объем объекта, увеличенный на 15 %.
При локальном тушении по объему принимается =1,3, допускается принимать другие значения , приведенные в документации на модуль.
2. Пожаротушение по площади
2.1. Тушение по всей площади
Количество модулей, необходимое для пожаротушения по площади защищаемого помещения, определяется по формуле
- локальная площадь, защищаемая одним модулем, определяется по документации на модуль (с учетом геометрии распыла - формы и размеров локальной защищаемой площади, заявленной производителем), а защищаемая площадь
определяется как площадь объекта,
увеличенная на 10 %.
При локальном тушении по площади принимается =1,3, допускается принимать другие значения к 4 , приведенные в документации на модуль или обоснованные в проекте.
В качестве S н может приниматься площадь максимального ранга очага класса В, тушение которого обеспечивается данным модулем (определяется по документации на модуль, м 2).
Примечание. В случае получения при расчете количества модулей дробных чисел за окончательное число принимается следующее по порядку большее целое число.
При защите по площади, с учетом конструктивных и технологических особенностей защищаемого объекта (с обоснованием в проекте), допускается запуск модулей по алгоритмам, обеспечивающим позонную защиту. В этом случае, за защищаемую зону принимается часть площади, выделенной проектными(проезды и т.п) или конструктивными негорючими (стены, перегородки и т.п.) решениями. Работа установки при этом должна обеспечивать не распространение пожара за пределы защищаемой зоны, рассчитываемой с учетом инерционности установки и скоростей распространения пожара(для конкретного вида горючих материалов).
Таблица 1.
Коэффициент сравнительной эффективности огнетушащих
Чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (1)
Документ...) Группы помещений (производств и технологических процессов ) по степени опасности развития пожара в зависимости от их функционального назначения и пожарной нагрузки сгораемых материалов Группа помещений Перечень характерных помещений , производств ...
Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб сп 42-101-2003 зао «полимергаз» Москва
Реферат... по предотвращению их развития . ... помещениях категорий А, Б, В1 повзрывопожарной и пожарной опасности , в зданиях категорий ниже III степени ... материалов . 9.7 На территории складов баллонов(СБ) в зависимости от технологического процесса ...
Техническое задание на оказание услуг по организации экспозиции в период XXII олимпийских зимних игр и XI паралимпийских зимних игр 2014 года в городе Сочи Общая информация
Техническое задание... от их функциональных ... материалы с показателями пожарной опасности помещений . Все сгораемые материалы ... технологическом процессе пожарной ...
На оказание услуг по организации выставочной экспозиции и презентации проектов ОАО «нк «Роснефть» в период работы XXII олимпийских и XI паралимпийских зимних игр 2014 года в городе Сочи
Документ... от их функциональных ... материалы с показателями пожарной опасности , разрешенными к применению в данных типах помещений . Все сгораемые материалы ... технологическом процессе . Все сотрудники Партнера должны знать и соблюдать требования правил пожарной ...
В настоящее время газовое пожаротушение относится к эффективному, экологически безопасному и универсальному способу борьбы с огнем на ранней стадии возникновения пожара.
Расчет установки систем газового пожаротушения находят широкое применение на объектах, где нежелательно использование других комплексов борьбы с огнем – порошковых, водяных и пр.
К таким объектам относят помещения с размещенным внутри электрическим оборудованием, архивы, музеи, выставочные залы, складские помещения с находящимися там взрывоопасными веществами и пр.
Газовое пожаротушение и его неоспоримые преимущества
В мире, в том числе и России, газовое пожаротушение стало одним из широко используемых способов ликвидации очага возгорания в связи с рядом неоспоримых преимуществ:
- минимизацией негативного влияния на окружающую среду вследствие выделения газов;
- легкостью удаления газов из помещения;
- точным распределением газа по площади всего помещения;
- ненанесении вреда имуществу, ценностям и оборудованию;
- функционированием в широком температурном диапазоне.
Для чего необходим расчет газового пожаротушения?
Для выбора той или иной установки в помещение или на объект необходим четкий расчет газового пожаротушения. Так, различают централизованные и модульные комплексы. Выбор того или иного типа зависит от числа помещений, которые необходимо защитить от пожара, площади объекта и его разновидности.
Беря во внимание эти параметры, и производится расчет газового пожаротушения, с обязательным учетом массы газа, необходимой для ликвидации очага возгорания на определенной площади. Для таких расчетов используются специальные методики, с учетом разновидности огнетушащего вещества, площади всего помещения и вида противопожарной установки.
Для и расчете необходимо учитывать следующие параметры:
- площадь помещения (длина, высота потолков, ширина);
- тип объекта (архив, серверные комнаты и пр.);
- присутствие открытых проемов;
- разновидность горючих веществ;
- класс пожарной опасности;
- степень удаления пульта охраны от помещения.
Необходимость расчета газового пожаротушения
Расчет пожаротушения – предварительный этап перед установкой системы газового пожаротушения на объекте. Для обеспечения безопасности людей и сохранности имущества необходимо осуществить четкий расчет оборудования.
Обоснованность расчета газового пожаротушения и последующей установки на объекте определяется нормативной документацией. Обязательно использование этой системы в серверных комнатах, архивах, музеях и дата-центрах. Кроме того, такие установки монтируются на стоянках автомобилей закрытого типа, в ремонтных мастерских, помещениях складского типа. Расчет пожаротушения напрямую зависит от размеров помещения и типа хранящихся в нем товаров.
Неоспоримое преимущество газового пожаротушения перед порошковыми или водяными установками состоит в молниеносном отклике и срабатывании в случае появления очага возгорания, при этом находящиеся в помещении предметы или материалы надежно предохраняются от негативного влияния огнетушащих веществ.
На этапе проектирования производится расчет количества огнетушащего вещества, необходимого для ликвидации возгорания. От этого этапа зависит дальнейшее функционирование комплекса.
Тушение пожаров
ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
А. В. Меркулов, В. А. Меркулов
ЗАО "Артсок"
Приводятся основные факторы, влияющие на оптимальный выбор установки газового пожаротушения (УГП): тип горючей нагрузки в защищаемом помещении (архивы, фондохранилища, радиоэлектронное оборудование, технологическое оборудование и т.д.); величина защищаемого объема и его негермитичность; вид газового огнетушащего вещества (ГОТВ); тип оборудования, в котором ГОТВ должно храниться, и тип УГП: централизованная или модульная.
Правильный выбор установки газового пожаротушения (УГП) зависит от многих факторов. Поэтому целью данной работы является выявление основных критериев, влияющих на оптимальный выбор установки газового пожаротушения и принцип ее гидравлического расчета.
Основные факторы, влияющие на оптимальный выбор установки газового пожаротушения. Во-первых, тип горючей нагрузки в защищаемом помещении (архивы, фондохранилища, радиоэлектронное оборудование, технологическое оборудование и т.д.). Во-вторых, величина защищаемого объема и его негермитичность. В-третьих, вид газового огне-тушащего вещества. В-четвертых, тип оборудования, в котором газовое огнетушащее вещество должно храниться. В-пятых, тип установки газового пожаротушения: централизованная или модульная. Последний фактор может иметь место только при необходимости противопожарной защиты двух и более помещений на одном объекте. Поэтому рассмотрим взаимное влияние только четырех выше перечисленных факторов, т.е. в предположении, что на объекте необходима противопожарная защита только одного помещения.
Конечно, правильный выбор установки газового пожаротушения должен основываться на оптимальных технико-экономических показателях.
Следует особо отметить, что любое из разрешенных к применению газовое огнетушащее вещество ликвидирует пожар независимо от типа горючего материала, но только при создании в защищаемом объеме нормативной огнетушащей концентрации.
Взаимное влияние перечисленных выше факторов на технические и экономические параметры установки газового пожаротушения будем оцени-
вать из условия, что в России разрешены к применению следующие газовые огнетушащие вещества: хладон 125, хладон 318Ц, хладон 227еа, хладон 23, СО2, К2, Аг и смесь (№2, Аг и СО2), имеющая торговую марку Инерген.
По способу хранения и методам контроля газовых огнетушащих веществ в модулях газового пожаротушения (МГП) все газовые огнетушащие вещества можно разбить на три группы.
К первой группе относятся хладон 125, 318Ц и 227еа. Эти хладоны хранятся в модуле газового пожаротушения в сжиженном виде под давлением газа-вытеснителя, чаще всего азота. Модули с перечисленными хладонами, как правило, имеют рабочее давление, не превышающее 6,4 МПа. Контроль количества хладона в процессе эксплуатации установки осуществляется по манометру, установленному на модуле газового пожаротушения.
Хладон 23 и СО2 составляют вторую группу. Они хранятся также в сжиженном виде, но вытесняются из модуля газового пожаротушения под давлением собственных насыщенных паров. Рабочее давление модулей с перечисленными газовыми ог-нетушащими веществами должно иметь рабочее давление не менее 14,7 МПа. Во время эксплуатации модули должны быть установлены на весовых устройствах, обеспечивающих непрерывный контроль массы хладона 23 или СО2.
К третьей группе относятся К2, Аг и Инерген. Данные газовые огнетушащие вещества хранятся в модулях газового пожаротушения в газообразном состоянии. Далее, когда будем рассматривать достоинства и недостатки газовых огнетушащих веществ из этой группы, остановимся только на азоте.
Это связано с тем, что N2 является самым эффективным (наименьшая огнетушащая концентрация) и имеет наименьшую стоимость. Контроль массы перечисленных газовых огнетушащих веществ осуществляется по манометру. Лг или Инерген хранятся в модулях при давлении 14,7 МПа и более.
Модули газового пожаротушения, как правило, имеют емкость баллонов, не превышающую 100 л. При этом модули емкостью более 100 л, согласно ПБ 10-115, подлежат регистрации в Госгортехнад-зоре России, что влечет за собой достаточно большое количество ограничений на их использование в соответствии с указанными правилами.
Исключением являются модули изотермические для жидкой двуокиси углерода (МИЖУ) емкостью от 3,0 до 25,0 м3. Эти модули разработаны и изготовляются для хранения в установках газового пожаротушения двуокиси углерода в количествах, превышающих 2500 кг. Модули изотермические для жидкой двуокиси углерода оснащены холодильными агрегатами и нагревательными элементами, что позволяет поддерживать давление в изотермическом резервуаре в диапазоне 2,0 - 2,1 МПа при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 50 °С.
Рассмотрим на примерах, как влияют каждый из четырех факторов на технико-экономические показатели установки газового пожаротушения. Масса газового огнетушащего вещества рассчитывалась по методике, изложенной в НПБ 88-2001.
Пример 1. Требуется защитить радиоэлектронное оборудование в помещении объемом 60 м3. Помещение условно герметичное, т.е. К2 « 0. Результаты расчета сведем в табл. 1.
Экономическое обоснование табл. 1 в конкретных цифрах имеет определенную трудность. Это связано с тем, что стоимость оборудования и газового огнетушащего вещества у фирм-производителей и поставщиков различна. Однако имеется общая тенденция, заключающаяся в том, что с увеличением емкости баллона возрастает стоимость модуля газового пожаротушения. 1 кг СО2 и 1 м3 N близки по цене и на два порядка меньше стоимости хладонов. Анализ табл. 1 показывает, что стоимость установки газового пожаротушения с хладо-ном 125 и СО2 сопоставима по величине. Несмотря на значительно более высокую стоимость хладона 125 по сравнению с двуокисью углерода, суммарная цена хладон 125 - модуль газового пожаротушения с баллоном емкостью 40 л будет сопоставима или даже несколько ниже комплекта двуокись углерода - модуль газового пожаротушения с баллоном 80 л - весовое устройство. Однозначно можно констатировать значительно большую стоимость установки газового пожаротушения с азотом по сравнению с двумя ранее рассмотренными вариантами, т.к. требуется два модуля с максимальным объемом. Потребуется больше места для размеще-
ТАБЛИЦА 1
Хладон 125 36 кг 40 1
СО2 51 кг 80 1
ния двух модулей в помещении и, естественно, стоимость двух модулей объемом 100 л всегда будет больше стоимости модуля объемом 80 л с весовым устройством, которое, как правило, в 4 - 5 раз дешевле самого модуля.
Пример 2. Параметры помещения аналогичны примеру 1, но требуется защитить не радиоэлектронное оборудование, а архив. Результаты расчета аналогично первому примеру сведем в табл. 2.
На основе анализа табл. 2 можно однозначно сказать, что и в данном случае стоимость установки газового пожаротушения с азотом значительно выше стоимости установок газового пожаротушения с хладоном 125 и двуокисью углерода. Но в отличие от первого примера в данном случае более четко можно отметить, что наименьшую стоимость имеет установка газового пожаротушения с двуокисью углерода, т.к. при сравнительно небольшой разнице в стоимости между модулем газового пожаротушения с баллоном емкостями 80 и 100 л цена 56 кг хладона 125 значительно превышает стоимость весового устройства.
Аналогичные зависимости будут прослеживаться, если возрастает объем защищаемого помещения и/или увеличивается его негермитичность, т.к. все это вызывает общее увеличение количества любого вида газового огнетушащего вещества.
Таким образом, только на основании двух примеров видно, что выбрать оптимальную установку газового пожаротушения для противопожарной защиты помещения можно только после рассмотрения, как минимум, двух вариантов с различными видами газовых огнетушащих веществ.
Однако имеются исключения, когда установка газового пожаротушения с оптимальными технико-экономическими параметрами не может быть применена из-за определенных ограничений, накладываемых на газовые огнетушащие вещества.
ТАБЛИЦА 2
Наименование ГОТВ Количество ГОТВ Емкость баллона МГП, л Количество МГП, шт.
Хладон 125 56 кг 80 1
СО2 66 кг 100 1
К таким ограничениям прежде всего относится защита особоважных объектов в сейсмоопасной зоне (например, объекты ядерной энергетики и т.д.), где требуется установка модулей в сейсмостойкие рамы. В этом случае исключается использование хладона 23 и двуокиси углерода, т.к. модули с этими газовыми огнетушащими веществами должны устанавливаться на весовых устройствах, исключающих их жесткое крепление.
К противопожарной защите помещений с постоянно присутствующим персоналом (авиадиспетчерские, залы с щитами управления АЭС и т.д.) предъявляются ограничения по токсичности газовых огнетушащих веществ. В этом случае исключается применение двуокиси углерода, т.к. объемная огнетушащая концентрация двуокиси углерода в воздухе является смертельной для человека.
При защите объемов более 2000 м3 с экономической точки зрения наиболее приемлемым является применение двуокиси углерода, заправленной в модуль изотермический для жидкой двуокиси углерода, по сравнению со всеми остальными газовыми огнетушащими веществами.
После проведения технико-экономического обоснования становится известным количество газовых огнетушащих веществ, необходимое для ликвидации пожара, и предварительное количество модулей газового пожаротушения.
Насадки должны быть установлены в соответствии с картами распыла, указанными в технической документации завода-изготовителя насадков. Расстояние от насадков до потолка (перекрытия, подвесного потолка) не должно превышать 0,5 м при использовании всех газовых огнетушащих веществ, за исключением К2.
Трубная разводка, как правило, должна быть симметричной, т.е. насадки должны быть равно удалены от магистрального трубопровода. В этом случае расход газовых огнетушащих веществ через все насадки будет одинаков, что обеспечит создание равномерной огнетушащей концентрации в защищаемом объеме. Типичные примеры симметричной трубной разводки приведены на рис. 1 и 2.
При проектировании трубной разводки следует также учитывать правильное соединение отводящих трубопроводов (рядков, отводов) от магистрального.
Крестообразное соединение возможно только при условии, когда расходы газовых огнетушащих веществ 01 и 02 равны по величине (рис. 3).
Если 01 Ф 02, то противоположные соединения рядков и отводов с магистральным трубопроводом необходимо разносить по направлению движения газовых огнетушащих веществ на расстояние Ь, превышающее 10 Д, как показано на рис. 4, где Д - внутренний диаметр магистрального трубопровода.
На пространственное соединение труб при проектировании трубной разводки установки газового пожаротушения не накладывается никаких ограничений при применении газовых огнетушащих веществ, принадлежащих ко второй и третьей группам. А для трубной разводки установки газового пожаротушения с газовыми огнетушащими веществами первой группы имеется ряд ограничений. Это вызвано следующим.
При наддуве хладона 125, 318Ц или 227еа в модуле газового пожаротушения азотом до требуемого давления азот частично растворяется в перечисленных хладонах, причем количество растворяемого азота в хладонах пропорционально давлению наддува.
Ь>10Д ^ N У
После открытия запорно-пускового устройства модуля газового пожаротушения под давлением газа-вытеснителя хладон с частично растворенным азотом по трубной разводке поступает к насадкам и через них выходит в защищаемый объем. При этом давление в системе "модули - трубная разводка" снижается в результате расширения объема, занимаемого азотом в процессе вытеснения хладона, и гидравлического сопротивления трубной разводки. Происходит частичное выделение азота из жидкой фазы хладона и образуется двухфазная среда "смесь жидкой фазы хладона - газообразный азот". Поэтому к трубной разводке установки газового пожаротушения, применяющей первую группу газовых огнетушащих веществ, накладывается ряд ограничений. Основная цель этих ограничений направлена на предотвращение расслоения двухфазной среды внутри трубной разводки.
При проектировании и монтаже все соединения трубной разводки установки газового пожаротушения должны выполняться так как показано на рис. 5, и запрещается выполнять их в виде, показанном на рис. 6. Нарисунках стрелками показано направление течения газовых огнетушащих веществ по трубам.
В процессе проектирования установки газового пожаротушения в аксонометрическом виде определяется схема трубной разводки, длина труб, количество насадков и их высотные отметки. Для определения внутреннего диаметра труб и суммарной площади выходных отверстий каждого насадка необходимо выполнить гидравлический расчет установки газового пожаротушения.
Методика выполнения гидравлического расчета установки газового пожаротушения с двуокисью углерода приведена в работе . Расчет установки газового пожаротушения с инертными газами не является проблемой, т.к. в этом случае течение инерт-
ных газов происходит в виде однофазной газовой среды.
Гидравлический расчет установки газового пожаротушения, использующих в качестве газового ог-нетушащего вещества хладоны 125, 318С и 227еа, представляет собой сложный процесс. Применение методики гидравлического расчета, созданной для хладона 114В2 , неприемлемо в связи с тем, что в этой методике течение хладона по трубам рассматривается в виде однородной жидкости.
Как отмечалось выше, течение хладонов 125, 318Ц и 227еа по трубам происходит в виде двухфазной среды (газ - жидкость), причем с уменьшением давления в системе уменьшается плотность газожидкостной среды. Поэтому для поддержания неизменным массового расхода газовых огнетушащих веществ необходимо увеличить скорость газожидкостной среды или внутренний диаметр трубопроводов.
Сопоставление результатов натурных испытаний с выпуском хладонов 318Ц и 227еа из установки газового пожаротушения показало, что данные испытаний более чем на 30 % отличались от расчетных значений, полученных по методике, не учитывающей растворимость азота в хладоне.
Влияние растворимости газа-вытеснителя учтено в методиках гидравлического расчета установки газового пожаротушения, в которых в качестве газового огнетушащего вещества применяется хла-дон 13В1 . Данные методики не имеют обобщающего характера. Предназначены для гидравлического расчета установки газового пожаротушения только с хладоном 13В1 при двух значениях давления наддува МГП азотом - 4,2 и 2,5 МПа и; при четырех значениях в работе и шести значениях в работе коэффициента заполнения модулей хладоном.
Учитывая изложенное, была поставлена задача и разработана методика гидравлического расчета установки газового пожаротушения с хладонами 125, 318Ц и 227еа, а именно: при заданном суммарном гидравлическом сопротивлении модуля газового пожаротушения (входа в сифонную трубку, сифонной трубки и запорно-пускового устройства) и известной трубной разводке установки газового пожаротушения найти распределение массы хладо-на, прошедшего через отдельные насадки, и время истечения расчетной массы хладона из насадков в защищаемый объем после одновременного открытия запорно-пускового устройства всех модулей. При создании методики учитывалось нестационарное течение двухфазной газожидкостной смеси "хладон - азот" в системе, состоящей из модулей газового пожаротушения, трубопроводов и насадок, что потребовало знание параметров газожидкостной смеси (полей давления, плотности и скорости) в любой точке трубопроводной системы в любой момент времени.
В этой связи трубопроводы разбивались на элементарные ячейки в направлении осей плоскостями, перпендикулярными осям. Для каждого элементарного объема записывались уравнения неразрывности, количества движения и состояния.
При этом функциональная зависимость между давлением и плотностью в уравнении состояния газожидкостной смеси связывалось соотношением с использованием закона Генри в предположении однородности (гомогенности) газожидкостной смеси. Коэффициент растворимости азота для каждого из рассматриваемых хладонов был определен экспериментально.
Для выполнения гидравлических расчетов установки газового пожаротушения была разработана программа расчета на языке Fortran, которая получила наименование "ZALP".
Программа гидравлического расчета позволяет при заданной схеме установки газового пожаротушения, в общем случае включающей в себя:
Модули газового пожаротушения, заправленные газовыми огнетушащими веществами с наддуваом азотом до давления Рн;
Коллектор и магистральный трубопровод;
Распределительные трубопроводы;
Насадки на отводах, определить:
Инерционность установки;
Время выпуска расчетной массы газовых огне-тушащих веществ;
Время выпуска фактической массы газовых ог-нетушащих веществ; - массовый расход газовых огнетушащих веществ через каждый насадок. Апробация методики гидравлического расчета "2АЬР" проводилась срабатыванием трех действующих установок газового пожаротушения и на экспериментальном стенде.
Было установлено, что результаты расчета по разработанной методике удовлетворительно (с точностью до 15 %) совпадают с экспериментальными данными.
Гидравлический расчет выполняется в следующей последовательности.
По НПБ 88-2001 определяется расчетная и фактическая массы хладона. Из условия предельно-допустимого коэффициента заполнения модуля (хладон 125 - 0,9 кг/л, хладоны 318Ц и 227еа - 1,1 кг/л) определяется тип и количество модулей газового пожаротушения.
Задается давление наддува Рн газовых огнетушащих веществ. Как правило Рн принимается в диапазоне от 3,0 до 4,5 МПа для модульных и от 4,5 до 6,0 МПа для централизованных установок.
Составляется схема трубной разводки установки газового пожаротушения с указанием длины труб, высотных отметок мест соединения трубной разводки и насадков. Предварительно задаются внутренние диаметры этих труб и суммарная площадь выпускных отверстий насадков из условия, что эта площадь не должна превышать 80 % от площади внутреннего диаметра магистрального трубопровода.
Перечисленные параметры установки газового пожаротушения вносятся в программу "2АЬР" и выполняется гидравлический расчет. Результаты расчета могут иметь несколько вариантов. Ниже рассмотрим наиболее типичные.
Время выпуска расчетной массы газового огнету-шащего вещества составляет Тр = 8-10с для модульной установки и Тр =13 -15 с для централизованной, а разница расходов между насадками не превышаете 20%. В этом случае все параметры установки газового пожаротушения выбраны правильно.
Если время выпуска расчетной массы газового огнетушащего вещества меньше значений, указанных выше, то следует уменьшить внутренний диаметр трубопроводов и суммарную площадь отверстий насадков.
При превышении нормативного времени выпуска расчетной массы газового огнетушащего вещества следует увеличить давление наддува газового огнетушащего вещества в модуле. Если это мероприятие не позволяет выполнить нормативные требования, то необходимо увеличить объем газа-вытеснителя в каждом модуле, т.е. уменьшить коэффициент заполнения модуля газового огнету-шащего вещества, что влечет за собой увеличение общего количества модулей в установке газового пожаротушения.
Выполнение нормативных требований по разнице расходов между насадками достигается уменьшением суммарной площади выходных отверстий насадков.
ЛИТЕРАТУРА
1. НПБ 88-2001. Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.
2. СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений.
3. Fire Protection Equipment - Automatic Fire Extinguishing Systems using Halogenated Hydrocarbns. Part I. Halon 1301 Total Flooding Systems. ISO/ТС 21/SC 5 N 55E, 1984.