Современные аспекты проектирования спринклерных установок пожаротушения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Главный инженер ЗАО "ПО "Спецавтоматика"

В. П. Пахомов

Канд. техн. наук, заместитель начальника отдела ФГУВНИИПОМЧСРФ

В. А. Былинкин

УДК 614.842

СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПРИНКЛЕРНЫХ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Рассматриваются автоматические спринклерныеустановки пожаротушения и их ключевой элемент— спринклер-ный ороситель. Показаны возможные варианты распределения воды для оросителей разных производителей. Перечисляются требования к оросителям и их основные характеристики, определяемые нормативно-техническими документами, а также установленные ими ограничения на использование оросителей в системах автоматического пожаротушения.

Вода как средство борьбы с огнем сопровождает жизнедеятельность человека с первобытных времен. По совокупности характеристик (высокая огнетушащая способность, экологическая чистота и низкая стоимость) она и сейчас, несмотря на появление все новых типов огнетушащих веществ, находится на первом месте. Для повышения эффективности и увеличения степени автоматизации процесса обнаружения и тушения пожаров было разработано огромное количество устройств и приспособлений, сделано множество изобретений, но самым значимым событием, позволившим создать полностью автоматическую установку пожаротушения (АУПТ), стало изобретение спринклерного оросителя.

С тех пор прошло более ста лет. Под влиянием новых, более жестких требований, предъявляемых к пожарной безопасности, автоматические спринк-

Рис. 1. Оросители началаXX и XXI вв.: 1 —розетка; 2 — термочувствительный элемент; 3 — корпус оросителя

лерные установки непрерывно совершенствуются. Для обеспечения надежности и эффективности работы в систему вводятся резервные насосы, устанавливаются автоматические водопитатели и обратные клапаны, совершенствуются исполнительные механизмы и узлы управления, включаются дополнительные датчики и сигнализаторы срабатывания, прохождения огнетушащего вещества, наличия необходимого давления и требуемого уровня воды. При этом ключевой элемент всей системы -спринклерный ороситель — на первый взгляд остается практически неизменным (рис. 1). Он по-прежнему состоит из термочувствительного запорного устройства, разрушающегося под действием температуры, и розетки, распределяющей воду равномерно по защищаемой площади.

В то же время именно к этому узлу, как наиболее ответственному элементу всей системы, предъявляются новые требования, направленные на повышение эффективности тушения. Для проектировщиков систем автоматического пожаротушения, в том числе и спринклерных, установлены правила применения оросителей, которые изложены в НПБ 88-2001* "Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования". Для производителя спринклерных оросителей обязательна сертификация на соответствие требованиям ГОСТ Р51043-02.

Важнейшим из числа обязательных для проектирования и перечисленных в НПБ 88-2001* требований является обеспечение необходимой интенсивности орошения защищаемой площади. Ее величина определена для каждой из групп помещений и должна быть обеспечена даже в самых неблагопри-

ятных для орошения местах, в том числе и под "диктующим", т.е. наиболее удаленным оросителем, где вследствие гидравлических потерь в трубопроводах давление воды минимальное. При такой постановке задачи решающее значение имеет не то, какой расход воды обеспечивает ороситель (т.е. каков его коэффициент производительности), а то, что при данных условиях работы должна быть обеспечена требуемая интенсивность орошения по всей защищаемой площади.

На рис. 2 показаны возможные варианты распределения воды у оросителей разных изготовителей, но с одинаковыми коэффициентом производительности и заявленной защищаемой площадью 12 м2. Рис. 2, а иллюстрирует идеальную работу оросителя, т.е. практически вся вода распределяется равномерно внутри защищаемой площади. В случае, указанном на рис. 2, б орошение происходит также равномерно, но значительная часть воды распределяется за пределы защищаемой площади, тем самым снижая интенсивность орошения внутри нее.

Эта особенность встречается достаточно часто у оросителей от западных производителей. Среди их характеристик показатели интенсивности орошения зачастую вообще отсутствуют. Это вызвано различием в методиках, применяемых для расчета АУПТ. Расчет по зарубежной методике выполняется только по коэффициенту производительности оросителя. При этом условно допускается, что вся вода распределяется по защищаемой площади, а это далеко не всегда совпадает с действительностью.

Такое допущение можно принимать только при расчете дренчерных секций АУПТ. В этом случае данный недостаток нивелируется тем, что в процессе тушения участвуют все оросители дренчерной секции, и за счет перекрытия зон орошения рядом стоящих оросителей достигается желаемая интенсивность орошения, как это показано на рис. 3.

В таком случае расчет секции действительно можно вести по коэффициенту производительности оросителя. Однако по статистике, дренчерных секций, разрабатываемых для защиты объекта именно по площади (здесь не берется во внимание применение для водяных завес и других специальных объектов), проектируется не более 5% общего количества, поэтому вернемся к рассмотрению особенностей применения спринклерных оросителей.

Заметим, что при расчете спринклерной секции АУПТ по российским нормам коэффициент производительности используется только для определения реального расхода воды через ороситель. Это необходимо для правильного выбора оборудования, которое обеспечивает данную секцию водой в необходимых количествах.

Столь сильный акцент на обеспечение требуемой интенсивности орошения каждым спринклер-ным оросителем сделан неслучайно. Согласно статистическим данным, от 10 до 40% пожаров в разные годы были затушены одним единственным спринклерным оросителем. На рис. 4 представлены выборки для трех лет. Количество оросителей приведено нарастающим итогом, т.е. в группу для трех оросителей входят данные для двух и одного оросителя, вскрывшихся при тушении пожаров.

Для определения интенсивности орошения, указанной в НПБ 88-2001*, проводились эксперименты по тушению тестовых очагов пожара, которые представляли собой ограниченный объем горящей древесины или легковоспламеняющейся жидкости. В реальных условиях из-за недостаточной интенсивности орошения процесс может пойти по нежелательному сценарию, когда очаг возгорания начнет стремительно развиваться, увеличивая свою площадь. Конечно, в этом случае через некоторое время начнут срабатывать и другие спринклеры, увеличивая суммарную интенсивность орошения, как в случае с дренчерной секцией. Однако при этом появляется риск, что более мощный очаг возгорания не будет потушен, да и в случае положительного исхода разрушительных последствий буР = 0,3 МПа К =0,32 Х\

I К = 2 м^ч \ \ У0,04 л/(м2-с>/

б

Рис. 2. Варианты распределения воды для оросителей различных производителей

Рис. 3. Работа дренчерной секции

I

о>

а

о> я

н'

3

п

0 &

о>

4 а

1

X &

3

а

о =

3-

£

40 30

20 10

и

▲ 1984 г

■ 1987 г. • 1991г.

• ▲ Л /А 4 * н VI ■

-.* « г—■/-

А? Л 1

• Ш

' \

г А

/ ✓ /• А

г * у

0

20

40

60

800

100 %

Рис. 4. Количество спринклеров, вскрывшихся при тушении пожаров

дет гораздо больше, причем не только от огня, но и от пролитой воды.

Кроме этого, существует еще одно немаловажное обстоятельство, касающееся обеспечения АУПТ водой. Особенности спринклерной защиты, когда в тушении участвует только часть оросителей, позволяют выполнять расчет оборудования, отвечающего за водоснабжение, не по общей сумме установленных спринклеров, а по части защищаемой площади, которая варьируется от 120 до 360 м2 в зависимости от группы помещения.

Цифры, определяющие площадь для расчета, возникли не "с потолка", а на основании статистических данных с использованием допущений о возможности возникновения нескольких очагов возгораний. Также учитывалось множество других ограничивающих факторов. Если обратиться к данным, указанным на рис. 4, то можно увидеть, что более 80% пожаров потушено не более чем десятью спринклерами. Исходя из этого обстоятельства и с учетом максимальной площади, защищаемой одним спринклером — 12 м2, и была определена площадь для расчета расхода воды для помещений первой группы — 120 м2. Для остальных групп помещений площадь для расчета принималась кратной этой величине в зависимости от пожарной опасности. При этом общая защищаемая площадь может достигать значительных размеров (около 10000 м2) согласно п. 4.11 НПБ 88-2001*, которые устанавливают ограничение в 800 спринклерных оросителей, устанавливаемых в одной секции АУПТ. Все сказанное ведет к возможности значительного снижения установленной мощности пожарных насосов,

уменьшению диаметров трубопроводов и, как следствие, значительному снижению стоимости всей установки.

Однако необходимо помнить, что все вышеперечисленные рассуждения и допущения справедливы только при условии обеспечения расчетной интенсивности орошения одним оросителем. Таким образом, применяя спринклеры, которые не удовлетворяют установленным НПБ 88-2001* нормам по интенсивности орошения, мы вносим дополнительную неопределенность, тем самым многократно повышая риск неудачной работы всей АУПТ.

При использовании оросителя с увеличенной площадью орошения (см. рис. 2, б) у проектировщика может возникнуть желание повысить рабочее давление и тем самым довести орошение до требуемого уровня интенсивности, а заодно и увеличить площадь, защищаемую таким спринклером. Однако в этом случае вступают в силу другие ограничения, установленные НПБ 88-2001*. Так как сприн-клерный ороситель одновременно является еще и детектором возгорания, то для уменьшения времени, необходимого для обнаружения очага возгорания, максимальное расстояние между оросителями не должно превышать 4 м. Следовательно, спринк-лерный ороситель с защищаемой площадью больше 12 м2 всегда будет избыточным. Применение таких оросителей в проектах, с учетом безусловного выполнения всех требований НПБ 88-2001*, влечет за собой увеличение рабочего давления и расхода воды со всеми вытекающими последствиями по обеспечивающему оборудованию.

В качестве показателя количественной оценки оросителей по эффективности использования воды для создания требуемой интенсивности орошения можно ввести дополнительную характеристику — коэффициент полезного использования расхода. Этот параметр не указывается в документации на ороситель, но его легко можно получить на основании других данных:

Чр = ЧР / 9®

где 9р — реально достижимая интенсивность орошения, которая определяется экспериментально и должна содержаться в документации на ороситель если не в виде графика, то хотя бы при двух значениях давления — 0,1 и 0,3 МПа;

ди — идеальная интенсивность, которую можно рассчитать по следующей формуле:

9и =

10К4Р

5

где К — коэффициент производительности оросителя;

7

3

2

Р — рабочее давление, МПа;

S — защищаемая площадь, м2.

В общем случае коэффициент полезного использования расхода может быть различным даже для одного и того же оросителя при разных давлениях установки и полностью зависеть от совершенства конструкции и качества изготовления. На рис. 5 продемонстрирована зависимость реальной и идеальной интенсивностей орошения для оросителя СВН-10 от его давления. В таблице приведены сравнительные характеристики оросителей различных производителей (Спецавтоматика, Chang Der и Kaixuan) при давлении 0,1 и 0,3 МПа.

Из таблицы видно, что ороситель СВН-10 существенно превосходит другие оросители по коэффициенту полезного использования расхода, а обеспечиваемая им интенсивность орошения вообще достигается только у оросителей с большим коэффициентом производительности. К сожалению, данные по интенсивности орошения для оросителей других производителей из открытых источников получить не удалось.

Если данные по интенсивности орошения не указаны в характеристиках оросителя или имеют заниженные значения для применения в условиях, определенных НПБ 88-2001*, то для обеспечения полной уверенности в правильности проектного решения необходимо проведение дополнительных испытаний, направленных на определение эффективности тушения модельных очагов пожара в каждом конкретном случае. При этом обязательно должны учитываться все особенности размещения оросителей, в том числе и по высоте, а также пожарная нагрузка помещения.

Хотя коэффициент полезного использования расхода не указывается в основных характеристиках оросителя, косвенным образом это требование определено ГОСТ Р 51043 (п. 5.1.1.3), проверка на соответствие которому является обязательной при прохождении процедуры сертификации. Так, для оросителей с условным диаметром от 10 до 12 мм, согласно требованиям указанного пункта ГОСТ,

^ 0,35

| 0,30

0,25

ч

Ä 0,20 н

§ 0,15

о>

Ё 0,05 -К

0-.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Давление, МПа

Рис. 5. Зависимость интенсивности орошения от давления оросителя СВН-10

интенсивность орошения должна быть не менее 0,056 л/(м2-с) при давлении 0,1 МПа.

Требования для проектирования, установленные НПБ 88-2001*, являются существенным шагом вперед для повышения общего уровня безопасности. Однако успешное продвижение по этому пути зависит не только от разработчиков норм и проектировщиков, но и от людей, ответственных за приемку систем в эксплуатацию. Лучшим способом проверки работоспособности АУПТ при сдаче ее в эксплуатацию являются, конечно, тестовые испытания. Во время таких испытаний в нескольких наиболее проблемных точках, в том числе и под "диктующим" оросителем, замеряется интенсивность орошения. Но в том случае, если проведение таких испытаний не представляется возможным, экспертам необходимо тщательнейшим образом проверять раздел проектной документации, связанный с расчетом секций АУПТ по интенсивности орошения.

Методика проектирования, основанная на реальных значениях интенсивности орошения, укрепляет уверенность в том, что АУПТ обеспечит надежную защиту объекта независимо от того, ороситель какой фирмы был выбран для применения. В то же время это накладывает дополнитель-

Характеристики оросителей

Условный Коэффициент Интенсивность орошения, л/(м2-с) Коэффициент полезного использования расхода

Ороситель Производитель диаметр, мм производительности Давление, МПа

0,1 0,3 0,1 0,3

СВН-10 СВН-12 Спецавтоматика 10 12 0,35 0,47 0,056 0,070 0,090 0,115 0,60 0,57 0,56 0,54

AHD204F Chang Der 12 0,42 0,026 0,072 0,23 0,37

КХ-СН-10 КХ-СН-12 Kaixuan 10 12 0,31 0,43 0,028 0,056 0,042 0,090 0,34 0,49 0,32 0,46

Давление, МПа

Рис. 6. Зависимость интенсивности орошения от давления для оросителей: 1 —СВН-8; 2 — СВН-10; 3 — СВН-12; 4 — СВН-15

ные обязательства на производителей оросителей по предоставлению информации, необходимой для правильного использования их оборудования, особенно зависимость реальных значений интенсив-

ности орошения от рабочих давлений во всем их диапазоне (рис. 6).

Необходимо заметить, что корректную разработку графиков интенсивности орошения возможно выполнить только с использованием значений, полученных опытным путем. Провести такую работу способно предприятие, располагающее соответствующим оборудованием, методиками и опытом.

Так как оросители различных производителей, несмотря на некоторую внешнюю схожесть, являются по-своему уникальными разработками, и, следовательно, обладают различными характеристиками (как видно из табл. 1), хочется предостеречь от соблазна экстраполяции данных, указанных для конкретного оросителя, на аналогичные. При этом обязательно будет допущена ошибка, которая может стать роковой, что является совершенно недопустимым, особенно в случаях, когда речь идет о сохранности не только имущества, но и человеческих жизней.

Поступилав редакцию 15.01.08.