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.
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 .
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 огнетушащего 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 оценивать из условия, что в России разрешены к применению следующие газовые огнетушащие вещества: хладон 125, хладон 318Ц, хладон 227еа, хладон 23, CO2,N2, Аr и смесь (N2, Аr и СO2), 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 СO2 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 огнетушащими 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 N2, Аr 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. N2, Ar 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 Госгортехнадзоре 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.
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 и1 м3 N2 близки по цене и на два порядка меньше стоимости хладонов. Анализ табл. 1 показывает, что стоимость установки газового пожаротушения с хладоном 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 80л 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 размещения двух модулей в помещении и, естественно, стоимость двух модулей объемом 100 л всегда будет больше стоимости модуля объемом 80лсвесовым устройством, которое, как правило, в 4 - 5 раз дешевле самого модуля.
Таблица 1
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
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.
1. Расчетная масса ГОТВ М_г, которая должна храниться в установке, определяется по формуле
М = K , (1)
где М - 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
M = V х ро х (1 + К) x ──────────; (2)
р р 1 2 100 - C
для ГОТВ - сжатых газов и двуокиси углерода
M = V х ро х (1 + К) х ln ──────────, (3)
р р 1 2 100 - C
где V - расчетный объем защищаемого помещения, м3.
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.); К_1 - коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов; K_2 - коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения; ро_1 - плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении Т_м, кг х м(-3), определяется по формуле
ро = ро х ──── х К, (4)
где ро_0 - плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре T_0 = 293 К (20°С) и атмосферном давлении 101,3 кПа; Т_м - минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К; К_3 - поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря, значения которого приведены в таблице 11 приложения 5; С_н - нормативная объемная концентрация, % (об.).
Значения нормативных огнетушащих концентраций С_н приведены в приложении 5.
Масса остатка ГОТВ в трубопроводах М_тр, кг, определяется по формуле
М = V х ро, (5)
тр тр ГОТВ
где V - объем всей трубопроводной разводки установки, м3;
ро - плотность остатка ГОТВ при давлении, которое имеется в
трубопроводе после окончания истечения массы газового огнетушащего
вещества М в защищаемое помещение; M x n - произведение остатка ГОТВ в
модуле (M), который принимается по ТД на модуль, кг, на количество
модулей в установке n.
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 СО2 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:
К = П x дельта x тау х кв.корень (H), (6)
где П - параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого помещения, м(0,5) х с(-1).
Численные значения параметра П выбираются следующим образом:
П = 0,65 - при расположении проемов одновременно в нижней (0-0,2) Н и верхней зоне помещения (0,8-1,0) Н или одновременно на потолке и на полу помещения, причем площади проемов в нижней и верхней части примерно равны и составляют половину суммарной площади проемов; П = 0,1 - при расположении проемов только в верхней зоне (0,8-1,0) Н защищаемого помещения (или на потолке); П = 0,25 - при расположении проемов только в нижней зоне (0-0,2) Н защищаемого помещения (или на полу); П = 0,4 - при примерно равномерном распределении площади проемов по всей высоте защищаемого помещения и во всех остальных случаях;
дельта = ───────── - параметр негерметичности помещения, м(-1),
где сумма F_H - суммарная площадь проемов, м2, Н - высота помещения, м; тау_под - нормативное время подачи ГОТВ в защищаемое помещение, с.
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_i определяется по формуле
р 4 р-гепт
где М - значение массы М для нормативной объемной концентрации С
р-гепт р н
при тушении н-гептана, вычисляется по формулам (2) или (3) ;
К - коэффициент, учитывающий вид горючего материала.
Значения коэффициента К_4 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, 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, в которое разрешен доступ, или нарушать его герметичность другим способом в течение 20 минут после срабатывания АУГП (или до приезда подразделений пожарной охраны).
Расчет АУГП включает:
Способ тушения - объемный. ГОТВ - Хладон 125ХП (C2F5H).
Расчетная масса ГОТВ Mг, которая должна храниться в установке, определяется по формуле:
Mг = K1(Mр + Mтр + Mбn),
где Mтр - масса остатка ГОТВ в трубопроводах, кг, определяется по формуле:
Mтр = Vтр сготв,
здесь Vтр - объем всей трубопроводной разводки установки, м3; сготв - плотность остатка ГОТВ при давлении, которое имеется в трубопроводе после окончания истечения массы газового огнетушащего вещества Mр в защищаемое помещение. Mбn -- произведение остатка ГОТВ в модуле Мб, который принимается по ТД на модуль, кг, на количество модулей в установке n.
Mтр + Mбn= Мост=>Mг = K1(Mр + Мост),
где Mост -- остаток ГОТВ в модулях и трубной разводке, кг.
Определяется по формуле:
Мост=nmmост,
где nm- число модулей, содержащих расчетную массу ГОТВ; mост - масса газовой фазы ОТВ в модуле и в трубной разводке после выпуска из него жидкой фазы, кг. Принимаем исходя из вместимости принятых модулей.
В таблице 3.1 представлены данные для определения массы газовой фазы ОТВ в модуле и в трубной разводке после выпуска из него жидкой фазы.
Таблица 3.1 - Масса газовой фазы ОТВ в модуле и в трубной разводке после выпуска жидкой фазы ОТВ, кг.
K1 -- коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов, принимается равным 1,05;
Mр -- масса ГОТВ, предназначенная для создания в объеме помещения огнетушащей концентрации при отсутствии искусственной вентиляции воздуха, определяется по формуле:
здесь Vр -- расчетный объем защищаемого помещения, Vр=777,6 м3. 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.); K2 -- коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения; с1 -- плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении Tм, кг/м3, определяется по формуле:
здесь с0 -- плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре T0 = 293К (20°С) и атмосферном давлении 101,3 кПа, для Хладона 125 данная величина составляет 5, 074; Tм -- минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К, Тм = 293К.; K3 -- поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря. Принимаем К3=1; Cн -- нормативная огнетушащая концентрация, об. Доли, принимается для помещений хранения этанола равна 0,105.
Коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения:
где П -- параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого помещения, м0,5 с-1. Принимаем П = 0,1 (при расположении проемов в верхней зоне помещения); H - высота помещения, Н=7,2 м; д - параметр негерметичности помещения, определяется по формуле:
где УFн -- суммарная площадь постоянно открытых проемов, м2; фпод -- нормативное время подачи ГОТВ в защищаемое помещение, с, фпод = 10 с.
Объемное пожаротушение АУГП применяется в помещениях, характеризующихся параметром не герметичности д не более 0,004 м-1.
Принимаем, что в рассматриваемом помещении постоянно открытым проемом является вытяжная шахта. В помещениях без светоаэрационных фонарей и аэрационных фонарей, в которых предусматривается размещение производств категории А,Б, и В, должны быть дымовые, вытяжные шахты из несгораемых материалов с клапанами с ручным и автоматическим открыванием при пожаре. Площадь поперечного сечения этих шахт следует определять расчетом, а при отсутствии расчетных данных принимать не менее 0,2 % площади помещения. Шахты следует размещать равномерно (одна шахта на каждые 1000 м помещения). Таким образом принимаем, что в рассматриваемом помещении имеется 1 шахта с площадью поперечного сечения 0, 216 м2. Тогда коэффициент не герметичности составит.
Гидравлический расчет является наиболее сложным этапом при создании АУГПТ. Необходимо подобрать диаметры трубопроводов , количество насадок и площадь выходного сечения, рассчитать реальное время выхода ГОТВ .
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».
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.
