CC BY
56Бабурин В. В., Буй Суан Хоа
ОЦЕНКА НАДЁЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В работе на примере автоматической сприн-клерной установки пожаротушения для защиты высокостеллажного склада рассмотрена методика расчёта проектной вероятности её безотказной работы для определения соответствия требуемому уровню надёжности.
Ключевые слова: автоматическая установка пожаротушения, проектирование, расчёт надёжности.
Baburin V., Bui Xuan Hoa
RELIABILITY ESTIMATION OF AUTOMATIC FIRE EXTINCTION INSTALLATION DURING THE DESIGN PHASE
In this work the technique of calculating the design probability of its trouble-free operation for determining the level of the required reliability is considered on the example of an automatic sprinkler fire extinction installation.
Keywords: automatic fire extinction installation, design, reliability calculation.
Защита высокостеллажного склада в начальной стадии развития пожара наиболее надёжно может быть организована с помощью секций внутристеллажного тушения, с разделением групп спринклеров по высоте стеллажа, и одновременно работающей секцией спринклерного пожаротушения под кровлей здания.
Наибольшую сложность на этапе проектирования представляет выбор оптимальной расстановки оросителей внутри стеллажей. Это связано с необходимостью использования сплошных конструктивных элементов в виде несгораемых экранов над монтируемым оросителем. Однако применение сплошных несгораемых экра-
нов, полностью перегораживающих сечение стеллажа по горизонтали, не гарантирует исключения распространения пожара по высоте стеллажа. Более того, возможен переход горения из внутристеллаж-ного пространства спаренного стеллажа на его наружную поверхность, тушение которой будет неэффективно даже с использованием установленных в межстеллажном пространстве оросителей (рис. 1 а). На схеме показано, что при отсутствии в стеллаже сплошного экрана (рис. 1 б) обнаружение пожара происходит в условиях дублированного срабатывания оросителей, установленных на разной высоте. Расчёты показывают, что если сплошной экран установлен как показано на рисунке 1 а, то из-за высокого те-плоотвода металлическим экраном (более 50 % тепла) срабатывание оросителя верхнего уровня происходит со значительным запаздыванием. В этом случае возможен переход фронта пожара на наружную поверхность стеллажа.
Эксперименты, проведённые зарубежными специалистами, позволили установить, что распространение пламени идёт в большей степени вертикально с аэродинамической тягой внутри стеллажа, определяющей интенсивное распространение открытого пламени очага пожара вверх (см. рис. 2).
Препятствие в виде несгораемых экранов может задержать поступательное, линейное направление движения фронта пламени, однако очевидно, что при этом пламя будет интенсивно распространяться под самим экраном, открытое горение - выходить на периферийную область или боковые стороны грузов, расположенных в проходах стеллажей.
Рисунок 1. Характерные схемы функционирования системы автоматической противопожарной защиты высотного стеллажа: а - сплошной экран установлен; б - сплошной экран отсутствует
Рисунок 2. Распространение пламени в спаренном стеллаже без наличия экранов (развитие, обнаружение и начало тушения очага пожара)
В этом случае даже размещение спринклерных оросителей непосредственно под экраном не позволит надёжно локализовать горение, фронт пламени которого устремится вверх по наружной стороне стеллажа.
К сожалению, исследования эффективности условий размещения оросителей внутри стеллажей без установки сплошных экранов до настоящего времени не проводились и рекомендации по данному вопросу отсутствуют.
Согласно Федеральному закону № 123 установка пожаротушения должна обеспечивать требуемую надёжность функционирования. Поэтому сравнение возможных вариантов защиты на этапе проектирования автоматической установки пожаротушения (АУПТ) удобно произвести с помощью апробированного
математического аппарата теории надёжности [1, 3, 5]. Расчёт надёжности АУПТ производится с учётом типовых межрегламентных периодов проверки составляющих систем и блоков, при которых выявляются скрытые и явные отказы.
Надёжность АУПТ оценивается по величине вероятности безотказной работы РГАУПТ, которая складывается соответственно из параметров надёжности составляющих элементов или блоков: устройств контроля давления, прибора управления, шкафа автоматики, трубопроводов, контрольно-сигнального клапана (КСК) и др. В общем виде структурно-логическая схема для расчёта надёжности для АУПТ представлена на рисунке 3.
В случае размещения сплошного экрана вероятность безотказной работы системы определяется надёжностью
РЭ
РЗ
р р
1 ПУ 1 ШУ
РЭ
Р8
ДВ+нас
ДВ+нас
г| I
Рисунок 3. Структурно-логическая схема расчёта надёжности АУПТ: Ро=; Р™ Р.и*; Р^ ; Р Р^; Р - вероятности безотказной работы основных
РЭ' ПУ ШУ ДВ+нас труб КСК' спр ^ ^
составляющих элементов: реле давления, прибора управления, шкафа управления, насосного агрегата, трубопроводов, КСК, спринклеров
только одного оросителя нижнего уровня, так как в диапазоне времени начальной стадии пожара срабатывание оросителей верхнего уровня с оптимальной инерционностью не гарантируется. Кроме того, возможен выход границ очага горения за эффективную площадь орошения внутристеллажного оросителя.
Вероятность безотказной работы всей системы РГАУПТ, состоящей из последовательно соединённых (с точки зрения надёжности) блоков, характеризуемых интенсивностью отказов X, определяется
произведением вероятностей безотказной работы отдельных блоков Р. :
рлугтг=№=ехр
/=1
1=1
Расчётный показатель вероятности безотказной работы спринклера, установленного под сплошным экраном, выглядит так:
Рт = ехр-хт® = 0,9569,
где X - интенсивность отказов (1/ч), принимаемая из таблиц величин интенсивно-стей отказов [1, 4, 6].
Для всей секции с КСК, с установленной на объекте периодичностью технического обслуживания (ТО) один раз в месяц, вероятность безотказной работы составит:
псекции
гт
= Р7?пр.Р7кск =0,9533.
При резервировании функций блоков системы вероятность безотказной работы определяется:
1=1
При отсутствии экранов происходит гарантированное обнаружение пожара оросителем первого уровня или дублирующим (оросителем верхнего уровня). Для независимых событий вероятность безотказной работы такой дублированной системы защиты равна:
Вероятность безотказной работы всей АУПТ, с учётом резервирования функций блоков пуска и насосных агрегатов, по двум рассматриваемым вариантам применения спринклеров составит:
РГ1АУПТ =0,91532; Р™ =0,95474.
Как видно из полученного результата, требуемый стандартом параметр надёжности для АУПТ - Рт = 0,924 (согласно ГОСТ Р 50680 [2]) - достигается только при использовании структуры АУПТ с периодичностью организации ТО через 720 часов (второй вариант).
Таким образом, при отсутствии сплошных разделяющих экранов и оптимизации расположения оросителей в уровнях защищаемого стеллажа расчётная проектная вероятность безотказной работы системы достигает требуемого уровня надёжности.
Рт = [1 - (1 - Р)(1 - Р-1)] = 0,9980.
Эта зависимость также используется для расчёта дублированных систем пуска АУПТ и насосов (Рр5 и РДВ+нас). При той же периодичности ТО надёжность секции внутристеллажного тушения составит:
псекции _ репр _ п
I 'р т т
КСК
= 0,9943.
Пользуясь правилом умножения вероятности, определяем общую надёжность системы пожаротушения для независимых событий:
рАУПТ = р . р . р . р х
Т 1 РЭ ПУ ШУ РЭ
х Р ■ Р ■ Р ■ Р ■ Р
ДВ+нас труб КСК труб спр
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабуров В. П. и др. Производственная и пожарная автоматика. Ч. 2. Автоматические установки пожаротушения. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007.
2. ГОСТ Р 50680-94. Установки водяного пожаротушения. Общие технические требования. Методы испытаний.
3. ГОСТ Р 53480-2009. Надёжность в технике. Термины и определения.
4. Харисов Г. Х. Рекомендации по расчёту надёжности технических средств защиты людей от опасных факторов пожара. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1988.
5. Дружинин Г. В. Надёжность автоматизированных систем. - М.: Энергия, 1988.
6. Севриков В. В. и др. Надёжность и эффективность автоматических установок пожаротушения. - М.: Машиностроение, 1993.
