Расчет массы готв. Методика расчета массы газового огнетушащего вещества для установок газового пожаротушения при тушении объемным способом. Проектирование системы газового пожаротушения
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.
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
При проектировании систем газового пожаротушения возникает задача определения времени выхода в помещение необходимого количества огнетушащего вещества при заданных параметрах гидравлической системы. Возможность проведения такого расчета позволяет подобрать оптимальные характеристики системы газового пожаротушения, обеспечивающей требуемое время выхода необходимого количества огнетушащего вещества.
В соответствии с п. 8.7.3 СП 5.13130.2009 должна быть обеспечена подача не менее 95% массы газового огнетушащего вещества, требуемой для создания нормативной огнетушащей концентрации в защищаемом помещении, за временной интервал, не превышающий 10 с для модульных установок и 15 с для централизованных установок газового пожаротушения, в которых в качестве огнетушащего вещества огнетушащего вещества применяются сжиженные газы (кроме углекислоты).
В связи с отсутствием утвержденных отечественных методик , позволяющих определить время выхода огнетушащего вещества в помещение, была разработана данная методика расчета газового пожаротушения. Эта методика позволяет с использованием компьютерной техники проводить расчет времени выхода огнетушащего вещества для систем газового пожаротушения на основе хладонов, в которых огнетушащее вещество находится в баллонах (модулях) в жидком состоянии под давлением газа-вытеснителя, обеспечивающего необходимую скорость выхода газа из системы. При этом учитывается факт растворения газа-вытеснителя в жидком огнетушащем веществе . Данная методика расчета газового пожаротушения лежит в основе компьютерной программы ТАКТ-Газ , в ее части, касающейся расчета систем газового пожаротушения на основе хладонов и нового огнетушащего вещества Novec 1230 (хладон ФК-5-1-12).
Выбор и расчет системы газового пожаротушения
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.
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 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
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
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).
