Памятка проектировщику в области газового пожаротушения. Методика расчета газового пожаротушения Определение расчетной массы готв, необходимой для тушения пожара

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.

Ответственность за установку газового пожаротушения всегда несет проектировщик. Для успешной работы необходимо, прежде всего, правильно произвести расчеты. Гидравлические расчеты предоставляются производителями бесплатно, по запросу. Что касается других операций, то их проектировщик выполняет самостоятельно. Для более успешной работы приведем необходимые для расчетов формулы и раскроем их содержание

Начальник проектного отдела компании ООО "Пожтехника"

Для начала давайте разберемся с областями применения газового пожаротушения.

Прежде всего, газовое пожаротушение – это пожаротушение по объему, то есть потушить мы можем закрытый объем. Локальное пожаротушение тоже возможно, но только на углекислоте.

Расчет массы газа

Первым делом нужно выбрать газовое огне-тушащее вещество (как мы уже знаем, выбор ГОТВ – это прерогатива проектировщика). Этой теме была посвящена наша рубрика в № 2 журнала за 2010 г., поэтому останавливаться на данном этапе работ мы не будем.

Поскольку газовое пожаротушение является объемным, то соответственно основными исходными данными для его расчета будут длина, ширина и высота помещения. Зная точный объем помещения, можно посчитать массу газового огнетушащего вещества, необходимую для тушения этого объема. Расчет массы газа, который должен храниться в установке, производится по формуле:

где Мρ – 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:

где Vр – 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.);

K 1 – коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов;
K 2 – коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения;
ρ 1 – плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении Tм, кг/м 3 , определяется по формуле:

р о - плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре Tо = 293 К (20 °С) и атмосферном давлении 101,3 кПа;
Tо - минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К;
K 3 - поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря, значения которого приведены в приложении Д (СП 5.13130.2009);
Cн - нормативная объемная концентрация, % (об.)

Значения нормативных огнетушащих концентраций Cн приведены в приложении Д (СП 5.13130.2009); Масса остатка ГОТВ в трубопроводах Mтр, кг, определяется по формуле:

где Vтр - объем всей трубопроводной разводки установки, м 3 ;
р ГОТВ - 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.

Результат

На первый взгляд может показаться, что слишком много формул, ссылок и пр., но на самом деле все не так сложно. Нужно вычислить и сложить три величины: массу ГОТВ, необходимую для создания огнетушащей концентрации в объеме, массу остатков ГОТВ в трубопроводе и массу остатков ГОТВ в баллоне. Полученную сумму умножаем на коэффициент утечки ГОТВ из баллонов (обычно 1,05) и получаем точную массу ГОТВ, необходимую для защиты конкретного объема Не забываем, что 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

Сброс избыточного давления

Еще один очень важный момент - это расчет площади проема для сброса избыточного давления. Площадь проема Fc, м2, определяется по формуле:

где Pпр - предельно допустимое избыточное давление, которое определяется из условия сохранения и прочности строительных конструкций защищаемого помещения или размещенного в нем оборудования, МПа; Pа - атмосферное давление, МПа;
р в - плотность воздуха в условиях эксплуатации защищаемого помещения, кг/м3;
K 2 - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2;
K 3 - коэффициент, учитывающий изменение давления при его подаче;
τ под - время подачи ГОТВ, определяемое из гидравлического расчета, с;
∑ F - площадь постоянно открытых проемов (кроме сбросного проема) в ограждающих конструкциях помещения, м 2 Значения величин Mp, K 1 , р 1 определяются исходя из расчета массы ГОТВ Для ГОТВ - сжиженных газов коэффициент K 3 = 1. Для ГОТВ - сжатых газов коэффициент K 3 принимается равным

для азота - 2,4;
для аргона - 2,66;
для состава "Инерген" - 2,44

Если значение правой части неравенства меньше или равно нулю, то проем (устройство) для сброса избыточного давления не требуется.

Для расчета площади проемов нам необходимо получить от заказчика данные по площади постоянно открытых проемов в защищаемом помещении. Конечно, это могут быть небольшие отверстия в кабель-каналах, вентиляции и т.д. Но следует понимать, что эти отверстия могут быть загерметизированы в дальнейшем, и поэтому для надежной работы установки (если нет видимых открытых проемов) лучше брать значение показателя ∑F = 0. Установка газового пожаротушения без клапанов сброса избыточного давления может только повредить эффективному тушению, а в некоторых случаях – привести к человеческим жертвам, например при открытии двери помещения.

Выбор модуля пожаротушения

С массой и площадью проема для сброса избыточного давления разобрались, теперь необходимо выбрать модуль газового пожаротушения. В зависимости от производителя модуля, а также физических и химических свойств выбранного ГОТВ определяется коэффициент заправки модуля. В большинстве случаев его значения находятся в диапазоне от 0,7 до 1,2 кг/л. Если получается несколько модулей (батарея модулей), то не забываем про п. 8.8.5 СП 5.13130: "При подключении двух и более модулей к коллектору (трубопроводу) следует применять модули одного типоразмера:

с одинаковым наполнением ГОТВ и давлением газа-вытеснителя, если в качестве ГОТВ применяется сжиженный газ;
с одинаковым давлением ГОТВ, если в качестве ГОТВ применяется сжатый газ;
с одинаковым наполнением ГОТВ, если в качестве ГОТВ применяется сжиженный газ без газа-вытеснителя".

Расположение модулей

После того как определились с количеством и типами модулей, необходимо согласовать с заказчиком место их расположения. Как ни странно, такой легкий на первый взгляд вопрос может вызвать множество проблем при проектировании. В большинстве случаев строительство серверных, электрощитовых и других подобных помещений ведется в сжатые сроки, поэтому возможны некоторые изменения в архитектуре здания, что негативно сказывается на проектировании, особенно на месте размещения модулей газового пожаротушения. Тем не менее при выборе места размещения модулей необходимо руководствоваться сводом правил (СП 5.13130.2009): "Модули могут располагаться как в самом защищаемом помещении, так и за его пределами, в непосредственной близости от него. Расстояние от сосудов до источников тепла (приборов отопления и т.п.) должно составлять не менее 1 м. Модули следует размещать как можно ближе к защищаемым помещениям. При этом их не следует располагать в местах, где они могут быть подвергнуты опасному воздействию факторов пожара (взрыва), механическому, химическому или иному повреждению, прямому воздействию солнечных лучей".

Трубная разводка

После определения места размещения модулей газового пожаротушения необходимо прорисовать трубную разводку. Она должна быть по возможности симметричной: нужно, чтобы каждый насадок был равноудален от магистрального трубопровода. Следует расставить насадки в соответствии с их радиусом действия.

У каждого производителя есть определенные ограничения по расстановке насадков: минимальное расстояние от стены, высота установки, размеры насадков и т.д., которые тоже нужно учитывать при проектировании.

Гидравлический расчет

Только после расчета массы ГОТВ, выбора места расположения модулей, прорисовки эскиза трубной разводки и расстановки насадков мы можем приступить к гидравлическому расчету установки газового пожаротушения. Громкое название "гидравлический расчет" скрывает под собой определение следующих параметров:

расчет диаметра трубопроводов по всей длине трубной разводки;
расчет времени выхода ГОТВ из модуля;
расчет площади выпускных отверстий насадков.

За гидравлическим расчетом опять обращаемся к производителю установок газового пожаротушения. Существуют методики гидравлического расчета, которые были разработаны под определенного производителя модулей с заправкой определенного газового огнетушащего состава. Но в последнее время все большее распространение получает программное обеспечение, которое позволяет не только рассчитывать вышеописанные параметры, но и прорисовывать трубную разводку в графическом удобном интерфейсе, рассчитывать давление в трубопроводе и на насадке и даже указывать диаметр сверла, которым необходимо просверлить отверстия в насадках.

Конечно, все расчеты программа производит на основе введенных вами данных: от геометрических размеров помещения до высоты объекта над уровнем моря. Большинство производителей предоставляют гидравлические расчеты бесплатно, по запросу. Есть возможность и приобрести программу гидравлического расчета, пройти обучение и уже не зависеть от конкретного производителя.

Финиш

Ну что, все этапы пройдены. Осталось лишь оформить проектную документацию в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и согласовать проект с заказчиком.

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).

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).

Расчет АУГП включает:

* определение расчетной массы ГОТВ, необходимой для тушения пожара;
* определение продолжительности подачи ГОТВ;
* определение диаметра трубопроводов АУГП, типа и количества насадок;
* определение максимального избыточного давления при подаче ГОТВ;
* определение необходимого запаса ГОТВ и модулей.

Способ тушения - объемный. ГОТВ - Хладон 125ХП (C2F5H).

Определение расчетной массы ГОТВ, необходимой для тушения пожара

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.