Режим работы установки пожаротушения 1 страница

Классификация пожарных установок

Для автоматической пожарной защиты применяют различные способы. Пожарные установки можно классифицировать по их назначению, принципу действия, режиму работы, виду используе­мого огнетушащего средства, способу питания огнетушащим сред­ством, способу его подачи и др. На рис. IV-3 представлена прин­ципиальная схема установки автоматической пожарной защиты.

Установки применяют для предупреждения пожаров, тушения пожаров (установки тушения), сдерживания горения (установки локализации пожаров) и блокирования объектов от пожаров.

Установки, предназначенные для предупреждения пожаров, по­зволяют вводить в опасную зону огнетушащие (флегматизирующие) средства или изменять режим работы технологического агрегата (аппарата) и тем самым предотвращать возникновение взрывов и загораний.

Рис. 3. Принципиальная схема авто­матической пожарной установки:

/ — сооружение для хранения огнетушащих средств; 2 — оборудование подачи; 3 — уста­новка оповещения о пожаре; 4~ устройство выпуска огнетушащего средства; 5 — устрой­ство включения.

Установки, предназначенные для тушения пожаров, позволяют полностью ликвидировать возникший очаг горения огнетушащим средством или создать условия, в которых горение прекращается.

Установки локализации пожаров предназначены для сдержи­вания развития очага горения воздействием огнетушащих средств на огонь до прибытия передвижных подразделений пожарной ох­раны и аварийно-спасательных служб предприятия. Эти установки используют также в тех случаях, когда тушение пожара невоз­можно или нецелесообразно.

Установки блокирования объектов от пожаров предназначены для защиты их от опасного воздействия возникающих при пожаре высоких температур, например для защиты технологических уста­новок с емкостными аппаратами, содержащими легковоспламе­няющиеся жидкости и горючие газы, строительные металлические конструкции и др. Подобные установки применяют для охлажде­ния и создания завес, когда тушение или локализация пожаров невозможны или нецелесообразны по тактико-техническим сообра­жениям.

Установки классифицируют в зависимости от используемых в них средств тушения пожаров:

водяные — с применением оплошных, капельных, распыленных и мелкораспыленных водяных струй;

водо-химические — с применением водных растворов химиче­ских веществ;

пенные —с применением воздушно-механической пены;

газовые — с применением двуокиси углерода, галоидоуглеводо-родов, пара и инертных газов;

порошковые — с применением порошковых составов;

комбинированные' — с одновременным применением нескольких средств тушения, например пены и порошка, воды и газа.

По принципу тушения пожарные установки подразделяют сле­дующим образом:

установки тушения по площади предназначены для защиты всей площади помещения в случае возникновения пожара в любом месте. В качестве средств тушения служат распыленная вода, пена и порошки. Размер защищаемой площади не ограничивается;

установки объемного тушения рекомендуются для защиты всего объема помещения при возникновении пожара в любом месте. В ка­честве средств тушения служат двуокись углерода, галоидопроизводные и инертные газы, пар и пены высокой кратности. Размер защищаемого помещения ограничен: до 3000 м³ при использо­вании двуокиси углерода; 500 м³ при использовании пара; 6000 м³ — галоидированных и инертных газов; 5000 м³ — высоко­кратной пены;

установки локального тушения рекомендуются для локальной (местной) защиты технологического оборудования, технологических аппаратов и других объектов, расположенных в помещениях и на открытом воздухе. Такие установки применяют при неравномерном распределении сгораемых материалов на площади защищаемого объекта и неодинаковой вероятности загорания. Пожарные уста­новки локального действия располагают вблизи возможного оча­га пожара. В них могут использоваться огнетушащие средства лю­бого вида;

установки блокирующего действия рекомендуются для прегра­ждения распространения огня на соседние объекты или исключе­ния теплового воздействия на технологические аппараты. Такие установки используют для защиты объектов в случае пожаров на соседних объектах, если не исключена вероятность распростране­ния огня, а также для защиты технологических аппаратов, кото­рые могут оказаться в зоне горения, когда тушение пожаров по тем или иным условиям невозможно (например, горение горючих газов при аварии технологических установок, расположенных на открытом воздухе). В установках блокирующего действия чаще используют распыленную воду и реже воздушно-механическую пену и порошковые составы.

Продолжительность работы установок локализации пожаров и блокирования объектов от пожара определяется временем, необ­ходимым для ликвидации возникшей аварии и развертывания пе­редвижных подразделений пожарной охраны.

По продолжительности пуска пожарные установки разделяют­ся на сверхбыстродействующие (безынерционные; продолжитель­ность пуска до 0,1 с); быстродействующие (продолжительность пуска от 0,1 до.З с); средней инерционности (продолжительность пуска от 3 до 30 с); инерционные (продолжительность пуска свыше 0,5 мин).

По продолжительности действия (тушения) пожарные установ­ки могут быть кратковременного действия (до 15 мин), средней продолжительности действия (до 30 мин) и длительного действия (более 30 мин).

Режим работы установки пожаротушения (порядок пуска и продолжительность ее действия) определяет эффект ее использо­вания.

Режим работы установки в большинстве случаев рассчитывают в зависимости от возникающей при пожаре температуры. Опреде­ляющей является допустимая (критическая) температура среды в помещении или допустимая

Рис. 4. Номограмма для определения среднеобъемной температуры в помещении в зависимости от интенсивности тепловосприятия #„ ограждающих конструкций здания и поверхности расположенного в нем оборудования, коэффициента избыт­ка воздуха а и продолжительности пожара т (q₄, = qlF; F — поверхность огражда­ющих конструкций): I — t=f(q_t); 2~ <=ф(Т); 3-t=F(a).

температура объекта, находящегося в зоне горения.

По характеру развития Ф. В. Обухов [101] разделяет пожары на две основные категории. Пожары первой категории (наиболее характерные и часто встречаемые в реальной обстановке) имеют начальную стадию, характеризуемую сравнительно медленным нарастанием температуры в помещении до 200—300 °С. Продол­жительность этого периода в зависимости от соотношения площа­дей проемов и поверхности помещения изменяется от 15—30 мин до 1—2 ч.

Пожары второй категории характеризуются быстрым разви­тием (начальная стадия развития практически отсутствует). К ним относят пожары в зданиях и помещениях, в которых размещены производства с пожароопасными веществами (горючими жидкос­тями, газами и другими веществами с большей скоростью распро­странения горения по поверхности).

Во время пожара.воздух (среда) в помещении и находящееся в нем оборудование нагреваются. При нагревании до критической температуры теряется прочность конструкций, что приводит к ава­рии оборудования. Например,

Рис. IV-5. Номограмма для определения

F_n —площадь пола; F — площадь ограждающих конструкций зда»

А д — площадь окна;

металлические незащищенные конструкции имеют критическую температуру 500 °С, что соответст­вует температуре воздуха (среды) 718°С стандартного темпера­турного режима.

Температура среды при пожаре в помещении зависит от ряда факторов: размера очага, вида горючего материала, его количе­ства, состояния, условий тепло- и газообмена, размеров помеще­ния, продолжительности пожара и др. Эти факторы очень трудно поддаются учету, что обусловлено сложностью происходящих во время пожара явлений.

Среднеобъемную температуру в помещении (с погрешностью ±15%) М. П. Башкирцев [102] рекомендует определять по номо­грамме (рис. IV-4) в зависимости от плотности теплового потока, воспринимаемого ограждающими поверхностями здания и распо­ложенного в нем оборудования, коэффициента избытка воздуха и продолжительности пожара.

В работе [103] для определения среднеобъемной температуры в помещениях рекомендована номограмма, приведенная на рис. IV-5.

На рис. IV-5 показан также пример использования номограм­мы для пожара в здании, которое характеризуется следующими параметрами: 2У/ГЛ_в=(5Х2х4)У2+(2x1,6X3)1/11,5=66,98; F = = (10X30) Х2+(3X30) х2+(-10ХЗ)Х2=в40; F_n = 10X30=300; F_t = 300/840 = 0,357; F_o = 66,98/840=0,08.

Влияние различных факторов на температурный режим пожа­ра в помещении оценивают коэффициентом W—t/tc (t — средне-объемная температура в помещении; t_c — среднеобъемная темпе­ратура в помещения при «стандартном» пожаре*). Таетм обра­зом, среднеобъемная температура в помещении может быть най­дена по формуле

где т — продолжительность пожара, мин.

Методика определения значений *¥ приведена в работе [104]. В приближенных расчетах температуру окружающей среды t (при ^600 °С) внутри закрытого помещения при пожарах вто­рой категории можно определить по формуле

M) ИЛИ /=

где t₀ — начальная температура, °С, &_я — коэффициент, учитывающий использо­вание тепла, выделяющегося во время пожара, для нагревания воздуха в поме­щении, а также условия воздухообмена; Q% —теплота сгорания, Дж/кг; иг — удельная скорость выгорания, кг/(м²-с); т—продолжительность пожара, с; ^пож — площадь горения, м²; с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(м³-К); Whom — объем помещения, м³; qo — интенсивность тепловыделения, Вт/м².

Ниже приведены значения ky,:в зависимости от условий возду­хообмена, определяемых отношением площади проемов к площа­ди пола помещения и его> высотой:

Отношение _/ площади проемов

	,1	>о	,1	<о	,1	<0,1
		<6		>6
0,		0,		0,		0,50

к площади пола помещения

Высота помещения, м...

Чг_я

Уравнение (IV. 1) можно представить в виде

t = t_Q+o_txF_wm/W_ttou (IV.2)

где Vt = k_Kq_ojc — удельная скорость повышения температуры окружающей среды внутри закрытого помещения, К-м^э/(м²-с).

Ниже приведены значения интенсивности тепловыделения при пожаре наиболее часто встречающихся в химической промышлен-

ность. 150

Принятый СНиП для испытания строительных конструкций на огнестой-

ностчи твердых сгораемых материалов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (вМВт/м²):

Резина (покрышки), ткани 0,167

Древесина, каучук, волокно (ацетатное, вискозное).. 0,314

Ацетон, спирты (бутиловый, этиловый, метиловый). -. 0,625

Бензин (автомобильный), керосин 1,25

Бензол, толуол, цнклогексан, реакционная масса СКД

и СКЭП 2,50

Бензин (экстракционный), реакционная масса СКИ.. 3,75

Яэо-пентан 3,75

Более подробные характеристики показателей пожарной опас­ности горючих и легковоспламеняющихся жидкостей приведены в работе [104].

Площадь горения через промежуток времени т_Р (при круговом развитии пожара) достигает величины

где v_L — скорость перемещения пламени по поверхности, м/с.

Значение v_L для твердых сгораемых веществ составляет 0,067 м/с, для волокнистых веществ во взрыхленном состоянии 0,12 м/с, для горючих жидкостей 0,6 м/с.

Наибольшая площадь поверхности.' горения горючих жидкостей зависит в каждом конкретном случае от объема разлившейся жидкости, наличия устройств (например, бортов), препятствую­щих растеканию и т. п.

Объем разлившейся из технологического аппарата горючей жидкости определяется расходом жидкости и продолжительностью истечения. Расход жидкости. Q (в,м³/с), вытекающей из аппарата под давлением, рассчитывают по формуле

где ц — коэффициент расхода, характеризующий условия истечения; со — пло­щадь живого сечения отверстия, м²; р — рабочее давление в аппарате, Па; р — плотность горючей жидкости, кг/м³.

Тепловыделение можно рассчитать по формуле

<? = <7(/пож (IV.5)

При разливе горючей жидкости через верхний сальник техно-. логического аппарата площадь горения будет представлять собой сумму площадей поверхности аппарата, трубопроводов и площади пола под аппаратами, ограниченной бортиками для предотвраще­ния растекания горючей жидкости (противопожарный отсек).

Характер пожара внутри помещения и условия его тушения удобно выразить графически (рис. IV-6). Предположим, что во время аварии технологического аппарата горючая жидкость раз­лилась на поверхности пола. В случае загорания горючей жидко­сти в одной точке пламя быстро распространяется на всю площадь (линейная скорость распространения пламени для большинства

нефтепродуктов равна 2—3 м/с и более). Промежуток времени, за который происходит распространение пожара по всей площади, обозначается ка,к время развития пожара т_Р.

Поскольку тепловыделение пропорционально площади горения, то ко времени т_Р, когда площадь будет полностью объята огнем и на свободной поверхности установится постоянная скорость сго­рания жидкости, тепловой поток q достигнет предельного значе­ния (точка Л), которое далее остается практически, неизменным.

Средняя температура среды'в помещении зависит от количе­ства выделившегося во время пожара тепла.

Когда воздух в помещении нагреется до температуры сраба­тывания пожарного датчика t_aaT (точка Б), автоматически вклю­чится установка тушения. Однако подача средств тушения в очаг горения произойдет не сразу, а лишь через определенный проме­жуток времени т_и (точка Г).

Продолжительность пуска автоматической установки склады­вается из времени срабатывания пожарного' датчика, времени от­крывания клапана для подачи средств тушения, времени, в тече­ние которого устанавливается расчетный расход, времени запол­нения трубопроводов (за клапаном) средством тушения, времени., необходимого для подачи средства тушения из распределительного устройства (водяного оросителя, пенного генератора и др.) в очаг пожара и определяется по-формуле:

^ТИ^ С ('_и — t_g) WnoJikuQ^FnoynVr) (IV. 6)

где t-a —температура среды, прн которой срабатывает пожарная установка; to — начальная температура среды.

Под воздействием средств тушения на пожар (точка В) теп­ловыделение уменьшается и через промежуток времени т_т насту­пит полное тушение (точка Д).

Рис. IV-6. Кривые, характеризующие нарастание температуры и изменение тепло­выделения в условиях развития пожара и его тушения: / — тепловыделение пожара q\ 2 — среднеобъемная температура в помещении.

Рис. IV-7. Скорость изменения тепло­выделения при тушении пламени (воз­душно-механической пеной (/—удель­ный расход средств тушения): / — реакционная масса СКД 1_и=20 с, т_т=34 с, /=0,6 л/(м²-с): 2— бензол т_и =10 с, Т_т=33 с, /=0,56 л/(м^г-с); 3-< толуол тг_и= 15 с; Т_т=27 с, /=0,7 л/(м^г-с); i 4 — реакционная масса СКД t —13 с,

t_T=29 с, /=0,49 л*(м^г-с).

Допустимую температуру окружающей среды при пожароту­шении можно определить из уравнения

"и "доп

\ ^vtr <& — \ v_iT dt

(IV.7)

где У/г и И/т — скорости повышения температуры при пожаре соответственно до начала тушения и во время тушения.

Для простейшего случая, когда i>;_r=a<7=const и v_tr_r = aq/2 = = const, допустимая температура окружающей среды внутри по­мещения определяется из уравнения

(I V.8)

'доп

'доп =

оп - т_т/2) где Тдоп — суммарная продолжительность горения и тушения пожара.

На:р,И'С. IV-7 приведены эксперименталыные данные, характе­ризующие изменение тепловыделения при тушении пламени бен­зола, толуол.а и реакционной массы СКД воздушно-механической пеной на основе пшообразователя ПО-1. ГЬ этим данным можно определить основные тактико-технические показатели установки тушения.

Характер тушения пламени толуола на площади 29 м² воздуш­но-механической пеной представлен иа рис. IV-8.

Для более точного' определения показателей режима работы установки пожаротушения предложен, метод расчета параметров в зависимости- от среднеобъемной и локальной температуры воз­духа, -а также температуры защищаемых объектов (технологиче­ских -аппаратов, содерж-ащих горючие жидкости и газы под давле­нием, строительных конструкций и др.) [104].

Рис. IV-8. Характер тушения пламени толуола воздушно-ме­ханической пеной (кратностью 50) при т_я = 15 с, Тт=27 с и /=0,7 л/(с-м²).

Изменение температуры,в помещении при /работе установки тушения пожаров выражают формулой:

I)— v_tt_T (IV.9)

где ty=t/t_c\ t_c —среднеобъемная температура в помещении при «стандартном пожаре»; т — продолжительность пожара, мин; vt — скорость снижения темпе­ратуры при тушении пожара, °С/мин; Тт — продолжительность тушения, мин.

После математических преобразований формула для расчета vt приобретает вид.

I OnfVih

— (IV. 10)

где а, Ь и с — параметры в эмпирической формуле продолжительности тушения, характеризующие эффект средства тушения и свойства сгораемых веществ; / — удельный расход средств тушения.

Подачу средств тушения по заданному значению ют из условия

с

450ф/и, — (6+0,375)

определя-

(IV.11)

Последующее.решение задачи сводится,к определению такого режима работы устаиовки, при котором средства тушения посту­пают своевременно в заданных количествах с наименьшими при­веденными затратами (обычно ежегодными затратами в установ­ленный срак).

Продолжительность тушения (при условии уменьшения тепло­выделения пропорционально' продолжительности тушения) можно определить по формулам

— 9 (t ^доп — to \

Продолжительность тушения пожара стационарными автома­тическими установками пожаротушения устанавливают по резуль­татам технико-экономического анализа.

Выражая строительную стоимость установки включения С_в (автоматического обнаружения) через инерционность т_и и стои­мость установки пожаротушения С_п через продолжительность ту­шения Тт, получим уравнение, определяющее зависимость пере­менной части приведенных затрат от параметров т_и и т_т

П = ф(т_и, т_т) = (Л + £н)(а+ с -\-b-c~^m +/т~") + ct?(t,,+ т_т/2) (IV. 13)

где А —доля амортизационных отчислений; Е_в — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; a, b я m — параметры эмпирической формулы строительной стоимости установки автоматического обнаружения; с, f и п — параметры эмпирической формулы строительной стоимости установки тушения; а — экономический показатель, характеризующий ущерб возможного пожара; q — тепловой поток возможного пожара.

В результате анализа экстремальных значений П=ф(т_и, т_т), дифференцирования по т_и и по т_т и дальнейших математических преобразований получены значения Ти и т'г, соответствующие

1 _ 1

(IV. 14)

Описанные математические модели дают возможность обосно­ванно назначать показатели при разработке и использовании си­стем автоматической пожарной защиты в зависимости от парамет­ров качества их.функционирования и приведенных затрат.

Продолжительность локализации горения для установок, ло­кализующих пожар¹, определяется по формуле

Тл = Сдал - t_o)№nV_tFnom/WnoM) —Г„ (IV. 15)

где k_n — коэффициент локализации горения, характеризующий уменьшение ско­рости горения в режиме локализации по отношению к скорости свободного го­рения.

Продолжительность локализации т_л должна быть меньше или равна продолжительности наращивания требуемой мощности ие-редвижлых средств тушения, которая складывается _# из времени подачи сигнала пожарной тревоги, времени мобилизации подраз­делений пожарной охраны, времени движения подразделения по­жарной охраны от пожарной части к месту пожара, и времени боевого развертывания прибывших на пожар подразделений по­жарной охраны.

Продолжительность наращивания требуемой мощности, пере­движных средств тушения может определяться или уточняться по фактическому времени, которое фиксируется при тактических уче­ниях пожарных подразделений.

Рис. IV-9. Схема турбулентной кон­вективной струи над очагом горения.

Продолжительность блокирования т_н может быть найдена по безразмерному параметру 0 и критериям Био и Фурье:

6 = -^52S = /(Bi; Fo) (IV. 16)

где tc, <доп и to — соответственно температура среды, допустимая температура поверхности* и начальная температура (до возникновения пожара), °С;

Bi =

I

Fo =

а — коэффициент теплообмена, Вт/(м²-К); ^ — коэффициент теплопроводности материала нагреваемой поверхности, Вт/(м-К); / — расчетная толщина стенки (нагреваемой поверхности), м; а — коэффициент температуропроводности, м²/с; т_в — продолжительность нагревания, с.

Для практических расчетов используют графики 0 = f (Bi, Fo). По значению 0 и критерию Bi на графике находят значение Fo и затем определяют продолжительность нагревания т_и-

При решении практических задач пожарной защиты необходи­мо правильно определить значение t_c, поэтому важно знать связь динамических и тепловых границ потока нагретых продуктов сго­рания, форму образующейся струи**, размеры и местоположения области пламени, переходной области и конвективных потоков. Схема конвективной струи над очагом горения показана на рис. IV-9.

В очаге горения можно выделить границу пламени высотой L, переходную область высотой L_o, представляющую собой поток продуктов сгорания и нагретых тазов, область конвективных по-

* Решение задач по определению температуры иа поверхности различных тел приведено А. В. Лыковым [105].

** При возникновении пожара поток продуктов сгорания и нагретых газов поднимается к потолку в виде конической струи и распространяется под ним радиально от очага горения, образуя слой нагретых газов глубиной h.

Рис. IV-10. Зависимость средней тем­пературы в турбулентной конвектив­ной струе от конвективного теплово­го потока и высоты расположения расчетной точки.

токов (конвективную струю) высотой L_K и слой нагретых газов толщиной под (потолком h. Температура пламени' для ориентиро­вочных расчетов может быть принята равной 1000°С. Высота пламени L определяется по формуле

(IV. 17)

где D — диаметр очага горения, м; q_a — интенсивность тепловыделения, кВт/м².

Высота переходной области струи L_o для приближенных рас­четов может быть принята равной 0,7—1,0/-. Температура в этой зоне изменяется приблизительно¹ от 1000 до 400°С.

Температуру среды в турбулентной конвективной струе (/_с) можно рассчитать по формуле

*. = *. + *-*+*{*$?-. $-)^Щ

^{х рК} / (IV. 18)

где t_a — начальная температура, °С; At — повышение температуры, °С; g — ус­корение свободного падения, м/с²; с_р — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К); р — плотность воздуха, кг/м³; Q_o — конвективный тепловой поток, Вт; г — расстояние от фиктивного источника тепла до расчетного сечения, м; z=H+r — х; Н — высота помещения, м; г — расстояние от фиктивного до фак­тического источника горения, м; х — расстояние от потолка до расчетного се­чения, м.

Для определения At в зависимости от Qo и z используют гра­фики, представленны-е яа рис. IV-10. Для приближенных расче-

тов значение Q_o может быть принято равным 0,7 q (q — тепловыде­ление при пожаре).

Инерционность установки блокирования от пожара должна быть меньше -или равна продолжительности наращивания требуе­мой мощности передвижных средств тушения.

Эффект действия автоматической установки' тушения можно охарактеризовать продолжительностью включения ее в работу (инерционностью), а также скоростью и- продолжительностью ту­шения.

С увеличением инерционности установки необходимо увеличи­вать скорость тушения v_t, а следовательно, уменьшать продол­жительность тушения пожара. С точки зрения тактики тушения целесообразно сокращать значение т_и до минимума и, по-видимо­му, самой лучшей будет пожарная установка с безынерционной системой пуска. Однако создание быстродействующего устройства автоматического пуска обходится дороже обычной системы. Если рассматривать это устройство изолированно от устройства для тушения, то оказывается выгодным не уменьшать, а увеличивать т_и, применяя простейшие недорогие элементы (датчики, клапаны и др.). Очевидно, что' должно быть найдено такое значение т_и, при котором стоимость всей установки, состоящей из устройств включения и подачи, была бы наименьшей.

Критерием экономической эффективности устройства автома­тического' пуска, когда значение т_и не задано, являются капиталь­ные затраты на строительство установки тушения (без установки автоматического пуска).

Стоимость установки для автоматического обнаружения пожа­ра и устройства включения подачи средств тушения определяется видом пожарного датчика, конструкцией запор но-пусковой арма­туры и конструктивными особенностями устройства. С сокраще­нием продолжительности срабатывания этих элементов повышает­ся стоимость устройства для включения установки. Стоимость обо­рудования подачи средств тушения и сооружения для их хране­ния определяется скоростью (интенсивностью) подачи. С увели­чением инерционности установки уменьшается продолжительность тушения, а значит, повышается интенсивность подачи и пропор­ционально ей увеличивается стоимость устройства для его подачи.

Задача, расчета стоимости устройства для подачи средств ту­шения заключается в том, чтобы выразить эти затраты в зависи­мости от оптимального значения инерционности, определяющей наиболее выгодный в экономическом отношении вариант пожар­ной установки.

4. Выбор установки обнаружения загораний и оповещения о пожаре

Установка обнаружения загораний и, оповещения о пожаре представляет собой комплекс приборов для обнаружения загора­ния (пожара) и сообщения о месте его возникновения. В них, как

правило', /входят лзвещатель (пожарные датчики), приемная стан­ция, устройство питания и линейные сооружения.

Автоматические установки обнаружения загораний и оповеще­ния о пожаре -классифицируются в зависимости от вида пожарных извещателей:

тепловые — реагирующие на заданную температуру окружаю­
щей среды; '

дымовые — реагирующие на дым и газы, выделяющиеся дри горении;

Дата добавления: 2014-12-24