Расчет установок пожаротушения (раздел 6)

Установки пожаротушения как одно из технических средств системы противопожарной защиты применяются в тех случаях, когда пожары в начальной стадии могут получить интенсивное развитие и привести к взрывам, обрушению строительных конструкций, выходу из строя технического оборудования и вызвать нарушение нормального режима работы ответственных систем защищаемого объекта, причинить большой материальный ущерб, а также когда из-за выделения токсических веществ ликвидация пожаров передвижными силами и средствами затруднена.

По способу приведения в действие установки пожаротушения делятся на ручные (с ручным способом приведения в действие) и автоматические.

Автоматические установки пожаротушения (АУП) подразделяют:

- по конструктивному исполнению – на спринклерные, дренчерные, агрегатные, модульные;

- по виду огнетушащего вещества – на водяные, пенные, газовые, аэрозольные, порошковые, комбинированные.

Общие технические требования к АУП установлены ГОСТ 12.3.046-91, который распространяется на вновь разрабатываемые и модернизируемые автоматические установки (системы) пожаротушения, предназначенные для локализации или тушения и ликвидации пожара и одновременно выполняющие функции автоматической пожарной сигнализации.

АУП должны обеспечивать:

- срабатывание в течение времени менее начальной стадии развития пожара (критического времени свободного развития пожара);

- локализацию пожара в течение времени, необходимого для введения в действие оперативных сил и средств;

- тушение пожара с целью его ликвидации;

- интенсивность подачи и (или) концентрацию огнетушащего вещества;

- требуемую надежность функционирования (локализацию или тушение).

Тип установки пожаротушения, которую необходимо рассчитать в данном разделе, задается преподавателем.

В конце раздела необходимо сделать краткий вывод по результатам расчетов.

3.10.1. Установки водяного автоматического пожаротушения (АПТ)

3.10.1.1. Общие сведения

Установки водяного АПТ находят применение в различных отраслях промышленности и используются для защиты объектов, где перерабатываются и хранятся такие вещества и материалы, как хлопок, древесина, ткани, пластмассы, лен, резина, горючие и сыпучие вещества, огнеопасные жидкости. Эти установки применяют также для защиты технологического оборудования, кабельных сооружений, объектов культуры.

По конструктивному исполнению водяные установки АПТ подразделяются на спринклерные и дренчерные.

3.10.1.2. Проектирование

Первоначальным этапом на стадии проектирования установок водяного АПТ является выбор типа установки АПТ и выбор оросителя (спринклера и дренчера). Ороситель выбирается по табл. 2 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 12.

Общий расход воды на всю площадь помещения определяют по формуле:

,

где F _п – площадь пола помещения, м² (определяется по плану здания);

J – интенсивность одного оросителя, л/(м²× с) (прил. 13 методом линейной интерполяции).

Необходимое число оросителей:

,

где F ₁ – площадь орошения одним оросителем, м² (прил. 12).

Расстояние между оросителями

.

В то же время расстояние между оросителями можно определить по табл. 1 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84.

Расход воды через один ороситель

.

Последним этапом проектирования является гидравлический расчет установки, состоящий из нескольких частей:

- вычерчивают план размещения оросителей (вид сверху) с указанием габаритных размеров помещения и расстояний между оросителями;

- вычерчивают схему размещения трубопроводов с указанием расчетных участков;

- определяют необходимый свободный напор по формуле

, (7)

где Н – максимальный допустимый напор (табл. 2 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или прил. 14), при отсутствии данных допускается принимать Н = 100 м;

Н _у – расчетный напор установки, м:

,

где Н _г – разность геометрических отметок между установкой и водопитателем:

,

где h _пом – высота помещения, м

,

где h _геом – геометрическая высота помещения, м (определяется по плану здания);

h _з – глубина прокладки трубопровода, м (h _з = 1, 2 м);

h _кпу – потери напора в узлах управления

,

где е – коэффициент потерь напора в узле управления (табл. 4 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или прил. 15);

å Н _тр – сумма потерь напора в водопроводной сети:

,

где å Н _тр.р. – расчетная сумма потерь напора в водопроводной сети

,

где Н_i – потери напора на расчетном участке трубопровода

,

где Q_i – расход воды на расчетном участке трубопровода, л/с (определяется по расчетной схеме);

В – характеристика трубопровода:

,

где К_i – коэффициент, принимаемый по табл. 3 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 16;

l_i – длина расчетного участка трубопровода, м (определяется по расчетной схеме);

- проверяют условие (7), если условие выполняется, то диаметры трубопроводов подобраны верно; в противном случае необходимо пересмотреть диаметры трубопроводов на отдельных участках трубопровода.

3.10.2. Установки пенного пожаротушения

3.10.2.1. Общие сведения

Автоматические установки пенного пожаротушения наибольшее распространение получили в нефтедобывающей, нефтеперераба-тывающей, химической, нефтехимической промышленности, а также металлургии, энергетике и на объектах, где в больших количествах применяются ЛВЖ и ГЖ.

Установки пенного АПТ, аналогично установкам водного АПТ, подразделяются на спринклерные и дренчерные.

3.10.2.2. Проектирование

Расчет установок пенного пожаротушения аналогичен расчету установок водного пожаротушения (п. 3.10.1.2). Единственным отличием является необходимость расчета линии пенообразователя (ПО).

Объем пенообразователя, необходимого для тушения пожара:

,

где Q _н – нормативный расход пенообразователя, л/с (Q _н = 3 ¸ 6 л/с);

t – продолжительность работы установки, мин (t = 30 мин – нормативное время тушения).

Объем пенообразователя:

,

где К _п – кратность пены, К _п = 0, 05 ¸ 0, 3.

Основным условием гидравлического расчета является следующее: потери напора в линии ПО должны быть менее потерь до КПУ водяной установки:

, (8)

где Н _по – потери в линии ПО, м;

Н ₁, Н ₂ – потери на участках до КПУ, м;

h _кпу – потери в КПУ, м.

Значения Н ₁, Н ₂ и h _кпу определяются аналогично установкам водяного тушения. Потери в линии ПО складываются из потерь напора на участках ПО:

,

где Н _{по i} – потери на участках линии ПО, м (определяются аналогично установкам водяного тушения).

В случае, если условие (8) выполняется, то установка пенного АПТ рассчитана верно. В противном случае – необходимо пересмотреть диаметры трубопроводов и размеры участков трубопроводов линии.

3.10.3. Установки порошкового пожаротушения

3.10.3.1. Общие сведения

Установки порошкового АПТ применяются для локализации и ликвидации пожаров классов А, В и С и электрооборудования под напряжением в соответствии с данными на огнетушащий порошковый состав, которым они заряжены. При защите помещений, относящихся к взрывоопасной категории (категории А и Б по НПБ 105-95 и взрывоопасные зоны по ПУЭ), оборудование, входящее в состав установки, при его размещении в защищаемом помещении должно иметь взрывобезопасное исполнение.

Установки тушения пожаров порошковыми составами могут быть стационарными (с ручным, дистанционным и автоматическим включением) и передвижными (автомобили порошкового тушения, возимые и ручные огнетушители).

Стационарные установки порошкового тушения монтируют в производственных зданиях, сооружениях, на технологических аппаратах и оборудовании.

Аппаратура установок порошкового АПТ устанавливается вне защищаемого помещения.

3.10.3.2. Проектирование

Расчет установок порошкового тушения сводится к определению расхода огнетушащего порошка, числа порошковых оросителей, объема сосуда для хранения порошка, потерь давления в сосуде с порошком и числа баллонов для хранения сжатого газа.

Расчетный расход огнетушащего порошка, кг/с

,

где J – интенсивность подачи огнетушащего порошка, кг/(м³× с)

(J = 0, 01 – 0, 02 кг/(м³× с));

V – объем защищаемого помещения, м³ (определяется по плану объекта).

Число порошковых оросителей

,

где q – производительность порошкового оросителя, кг/с (прил. 17).

Объем сосуда для хранения порошка:

,

где G _п – количество порошка, загруженного в сосуд, кг

,

где Q _н – нормативный расход порошка, кг/м³ (Q _н = 0, 2 ¸ 0, 4 кг/м³);

W _р – объем свободного пространства в сосуде с порошком, м³:

,

где r_п – насыпная плотность порошка, кг/м³ (r_п = 900 ¸ 1000 кг/м³ – для порошков типа СИ-2).

Давление в сосуде с порошком

,

где D Р _тр – потери давления на трение в трубопроводах при движении порошка

,

где D Р _{тр i} – потери давления на трение на i -ом участке трубопровода, Па

,

где l_i – длина участка трубопровода, м (по схеме установки);

К_i – коэффициент, принимаемый по табл. 3 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 16;

r – плотность газа в трубопроводе, кг/м³:

,

где Re – число Рейнольдса, Re = 10⁶;

m – динамическая вязкость газа при Т = 293 К (t = 20 °С):

,

где m₀ – динамическая вязкость газа при н.у. (Т ₀ = 273 К), m₀ = 17× 10^-6 (для N ₂);

С – постоянная Сюзерленда, С = 114;

d_i – диаметр участка трубопровода, м (табл. 3 прил. 6 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 16);

u – скорость движения транспортирующего газа:

,

где u_s – скорость витания, м/с (u_s = 2, 4 м/с – для порошков СИ-2);

m _к – относительная концентрация газопорошковой смеси, кг/кг (кг порошка на кг газа) μ _к = 16; 17; 20; 24; 30; 36; 44, кг/кг;

D Р _м – потери давления на местные сопротивления, Па

,

D Р _ор – потери давления на входе в ороситель, Па

,

где Р _ор – давление на входе в ороситель, Па (прил. 17);

a – безразмерный коэффициент (прил. 18);

D Р _в – потери в вертикальных участках трубопровода, Па

,

где z – геометрическая высота подъема оросителя над уровнем сосуда, м (по плану размещения установки);

r – плотность транспортирующего газа, кг/м³;

D Р _р – потери давления на разгон порошка из состояния покоя до скорости транспортирования, Па:

,

где x_р – коэффициент сопротивления разгону (прил. 19 методом линейной интерполяции).

Число баллонов для хранения сжатого газа

,

где G _г – требуемое количество сжатого газа, кг:

,

где G _р – количество сжатого газа для создания рабочего давления в сосуде с порошком:

,

где r_р – плотность газа при расчетном давлении Р и температуре Т в сосуде с порошком, кг/м³:

,

где r₀ – плотность газа при н.у., кг/м³ (при Т ₀ = 273 К, Р ₀ = 10⁵ Па, r₀ = 1, 51 кг/м³ для N ₂);

Р – давление газа в сосуде с порошком, Па:

;

Т – температура в сосуде с порошком, К (Т = 293 К);

G _т – количество сжатого газа для транспортирования порошка:

,

где t _тр – время транспортирования, с:

,

где l – длина трубопровода от сосуда до наиболее удаленного оросителя, м (по плану размещения установки);

u – скорость транспортировки порошка, м/с;

G _пр – количество сжатого газа для продувки системы трубопроводов после окончания работы:

,

где W _Б – объем баллона, м³ (W _Б = 0, 04 м³ или 40 л);

r_Б – плотность сжатого газа в баллоне при рабочем давлении и температуре, кг/м³ (r_Б = r_р).

3.10.4. Установки газового пожаротушения

3.10.4.1. Общие сведения

Системы газового пожаротушения являются эффективными и в ряде случаев единственными средствами ликвидации пожаров. Газовое пожаротушение, в отличие от водяного, аэрозольного, пенного и порошкового, не вызывает коррозии защищаемого оборудования, не наносит ущерба защищаемому объекту, а последствия его применения легко устранимы путем простого проветривания.

Автоматические установки газового пожаротушения (АУГП) применяются для ликвидации пожаров классов А, В, С и электрооборудования (электроустановок с напряжением не выше указанного в технической документации на используемые газовые огнетушащие вещества (ГОТВ)). Тушение пожаров класса С предусматривается, если при этом не происходит образования взрывоопасной атмосферы. При этом установки не должны применяться для тушения пожаров:

- волокнистых, сыпучих и других горючих материалов, склонных к самовозгоранию и/или тлению внутри объема вещества (древесные опилки, хлопок, травяная мука и др.);

- химических веществ и их смесей, полимерных материалов, склонных к тлению и горению без доступа воздуха;

- гидридов металлов и пирофорных веществ;

- порошков металлов (натрий, калий, магний, титан и др.).

Газовые системы и установки АПТ можно разделить:

- по способу тушения на общеобъемного, локально-объемного и комбинированного действия;

- по виду огнетушащего вещества на газовые (углекислотные, азотные, аргоновые), аэрозольные (фреоновые, бромэтиловые) и газо-аэрозольные (на основе составов 3, 5);

- по способу хранения огнетушащего вещества на хранящиеся под избыточным давлением и без давления;

- по способу пуска в действие на системы с электрическим, пневматическим, тросовым и пневмотросовым приводам.

3.10.4.2. Проектирование

Основной задачей при расчете установок газового тушения является определение основного запаса двуокиси углерода, диаметров магистральных и распределительных трубопроводов, а также количества газовых насадков.

Ниже приводится методика расчета установки газового пожаротушения с двуокисью углерода.

Масса основного запаса двуокиси углерода:

,

где 1, 1 – коэффициент, учитывающий утечки СО ₂ через неплотности в запорной арматуре;

k ₂ – коэффициент, учитывающий вид сгораемого материала, вещества (по табл. 1 прил. 7 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 20, при отсутствии данных принять k ₂ = 1);

k ₃ – коэффициент, учитывающий утечку СО ₂ через неплотности в ограждающих конструкциях, кг/м² (k ₃ = 0, 2 кг/м²);

А ₁ – суммарная площадь ограждающих конструкций защищаемого помещения, м² (определяется по плану здания);

А ₂ – суммарная площадь постоянно открытых проемов, м²

(по черт. 1 прил. 7 к СНиП 2.04.09-84 или по прил. 21);

0, 7 – нормативная массовая огнетушащая концентрация, кг/м³;

V – объем защищаемого помещения, м³ (определяется по плану здания).

Расчетное число баллонов для установки определяем из расчета вместимости в 40-литровый баллон 25 кг СО ₂.

Среднее давление в изотермической емкости Р_m, МПа:

,

где р ₁ – давление в емкости при хранении СО ₂, р ₁ = 1, 2 ¸ 2, 4 МПа;

р ₂ – давление в емкости в конце выпуска расчетного количества СО ₂, МПа (прил. 22, черт. 2 прил. 7 к СНиП 2.04.09-84, m ₄ принимать из интервала 0, 1 ¸ 0, 9).

Средний расход СО ₂ Q_m, кг/с:

,

где t – время подачи СО ₂, с:

Внутренний диаметр магистрального трубопровода d, м:

,

где К ₄ – множитель, определяемый по прил. 23 методом линейной интерполяции.

Выбранный диаметр магистрального трубопровода округляем до ближайшего стандартного диаметра d _ст (в большую сторону, прил. 16).

Суммарная площадь сечения отверстий выпускных насадков å f _нас, м²

.

Количество насадков

,

где d _нас – диаметр отверстия насадка, м:

Внутренние диаметры распределительных трубопроводов d_i, м:

,

где x – количество насадков на i -ом распределительном трубопроводе (определяется по плану установки).

Выбранные диаметры распределительных трубопроводов определяются до ближайших стандартных значений d_{i ст} (в большую сторону, прил. 16).