Правильный выбор УГП зависит от многих факторов.Рассмотрим основные из этих факторов.
Способ противопожарной защиты.УГП предназначены для создания в защищаемом помещении (объеме) газовой среды не поддерживающей горение. Поэтому существует два способа пожаротушения: объемный и локально-объемный.
В подавляющем большинстве применяется объемный способ.
Локальный по объему способ с экономической точки зрения выгоден в том случае, когда защищаемое оборудование установлено в помещении большой площади, которое по нормативным требованиям не требуется полностью защищать.
В НПБ 88-2001 приводятся нормативные требования при локально-объемном способе пожаротушения только для двуокиси углерода. На основании данных нормативных требований следует, что существуют условия, при которых локальный по объему способ пожаротушения экономически целесообразнее объемного. А именно, если объем помещения в 6 раз и более превышает условно выделенный объем, занимаемый оборудованием, подлежащим защите АПТ, то в этом случае локальный по объему способ пожаротушения экономически выгоднее объемного.
Газовое огнетушащее вещество.Выбор газового огнетушащего вещества должен производиться только на основе технико-экономического обоснования. Все остальные параметры, в т. ч. эффективность и токсичность ГОТВ нельзя рассматривать как определяющие по ряду причин. Любое из разрешенных к применению ГОТВ достаточно эффективно и пожар будет ликвидирован, если в защищаемом объеме будет создана нормативная огнетушащая концентрация. Исключением из этого правила является тушение материалов, склонных к тлению.
Исследования, проведенные в ФГУ ВНИИПО МЧС России под руководством А.Л. Чибисова показали, что полное прекращение горения (пламенного и тления) возможно только при подаче трехкратного от нормативного количества двуокиси углерода. Такое количество двуокиси углерода позволяет снизить концентрацию кислорода в зоне горения ниже 2,5% об.
По действующим в России нормативным требованиям (НПБ 88-2001) запрещено выпускать газовое огнетушащее вещество в помещение, если там находятся люди. И это ограничение является правильным. Статистика причин гибели людей на пожарах показывает, что более чем в 70% случаев гибели людей летальный исход происходил в результате отравления продуктами горения.
Стоимость каждого из ГОТВ значительно отличается друг от друга. В то же время, зная только цену 1 кг газового огнетушащего вещества нельзя оценить стоимость противопожарной защиты 1 м3 объема. Однозначно можно сказать только то, что защита 1 м3 объема с ГОТВ N2, Ar и "Инерген" по стоимости в 1,5 раза и дороже по сравнению с остальными газовыми огнетушащими веществами. Это вызвано тем, что перечисленные ГОТВ хранятся в модулях газового пожаротушения в газообразном состоянии, для чего требуется большое количество модулей.
Тип установки газового пожаротушения.УГП бывают двух типов: централизованные и модульные. Выбор типа установки газового пожаротушения зависит, во-первых, от количества защищаемых помещений на одном объекте, во-вторых, от наличия свободного помещения, в котором можно разместить станцию пожаротушения.При защите на одном объекте 3-х и более помещений, расположенных друг от друга на расстоянии не далее 100 м, с экономической точки зрения, централизованные УГП предпочтительнее. Причем, стоимость защищаемого объема снижается с увеличением количества помещений, защищаемых от одной станции пожаротушения.Вместе с тем, централизованная УГП по сравнению с модульной, имеет ряд недостатков, а именно: необходимость выполнения большого количества требований НПБ 88-2001 к станции пожаротушения; необходимость прокладки по зданию трубопроводов от станции пожаротушения к защищаемым помещениям.
Модули газового пожаротушения и батареи.Модули газового пожаротушения (МГП) и батареи являются основным элементом установки газового пожаротушения. Они предназначены для хранения и выпуска ГОТВ в защищаемое помещение. МГП состоит из баллона и запорно-пускового устройства (ЗПУ). Батареи, как правило, состоят из 2-х и более модулей газового пожаротушения, объединенных единым коллектором заводского исполнения. Поэтому все требования, которые предъявляются к МГП, являются аналогичными и для батарей.
В зависимости от применяемого в УГП газового огнетушащего вещества МГП должны удовлетворять ниже перечисленным требованиям. МГП, заправленные хладонами всех марок должны обеспечивать время выпуска ГОТВ не превышающее 10 с. Конструкция модулей газового пожаротушения, заправленных СО2, N2, Ar и "Инергеном", должна обеспечивать время выпуска ГОТВ не превышающее 60 с.
В процессе эксплуатации МГП должен обеспечиваться контроль массы заправленного ГОТВ.Контроль массы хладона 125, хладона 318Ц, хладона 227еа, N2, Ar и "Инергена" осуществляется с помощью манометра. При снижении давления газа-вытеснителя в баллонах с выше перечисленными хладонами на 10 %, а N2, Ar и "Инергена" на 5 % от номинального МГП должен быть отправлен в ремонт.
Разница в потери давления вызвана следующими факторами:При снижении давления газа-вытеснителя частично теряется масса хладона, находящегося в паровой фазе. Однако, эта потеря составляет не более 0,2 % от первоначально заправленной массы хладона. Поэтому ограничение по давлению, равное 10 %, вызвано увеличением времени выпуска ГОТВ из УГП в результате снижения первоначального давления, которое определяется на основании гидравлического расчета установки газового пожаротушения.N2, Ar и "Инерген" хранятся в модулях газового пожаротушения в сжатом состоянии. Поэтому снижение давления на 5 % от первоначальной величины является косвенным методом потери массы ГОТВ на эту же величину.
Контроль потери массы ГОТВ, вытесняемого из модуля под давлением собственных насыщенных паров (хладон 23 и СО2), должен осуществляться прямым методом. Т.е. модуль газового пожаротушения, заправленный хладоном 23 или СО2, в процессе эксплуатации должен быть установлен на весовом устройстве. При этом, весовое устройство должно обеспечивать контроль потери массы газового огнетушащего вещества, а не суммарной массы ГОТВ и модуля, с точностью до 5 %.Наличие такого весового устройства предусматривает, что модуль установлен или подвешен на прочном упругом элементе, перемещения которого изменяют свойства тензодатчика. На эти изменения реагирует электронный прибор, который выдает тревожный сигнал при изменении параметров тензодатчика выше установленного порога. Основные недостатки тензометрического устройства заключаются в необходимости обеспечить свободное перемещение баллона на прочной металлоемкой конструкции, а также негативном влиянии внешних факторов – соединительных трубопроводов, периодических толчков и вибрации при эксплуатации и т. п. Увеличиваются металлоемкость и габариты изделия, возрастают проблемы с монтажом.
В модулях МПТУ 150-50-12, МПТУ 150-100-12 применен высокотехнологичный метод контроля сохранности ГОТВ. Электронное устройство контроля массы (УКМ) встроено непосредственно в запорно-пусковое устройство (ЗПУ) модуля.Вся информация (масса ГОТВ, дата калибровки, дата обслуживания) сохраняется в запоминающем устройстве УКМ и при необходимости может выводиться на компьютер. Для визуального контроля ЗПУ модуля оборудовано светодиодом, который выдаёт сигналы о нормальной работе, уменьшении массы ГОТВ на 5% и более или неисправности УКМ. При этом стоимость предложенного устройства контроля массы газа в составе модуля гораздо меньше, чем стоимость тензометрического весового устройства с контрольным прибором.
Модуль изотермический для жидкой двуокиси углерода (МИЖУ).МИЖУ состоит из резервуара горизонтального для хранения СО2, запорно-пускового устройства, приборов контроля количества и давления СО2, холодильных агрегатов и щита управления. Предназначены модули для защиты помещений объемом до 15тыс.м3. Максимальная вместимость МИЖУ — 25т СО2. В модуле хранится, как правило, рабочий и резервный запас СО2.
Дополнительным преимуществом МИЖУ является возможность его установки вне здания (под навесом), что позволяет существенно экономить производственные площади. В отапливаемом помещении или теплом блок-боксе устанавливаются только устройства управления МИЖУ и распределительные устройства УГП (при наличии).
МГП с вместимостью баллонов до 100 л в зависимости от типа горючей нагрузки и заправленного ГОТВ позволяют защитить помещение объемом не более 160 м3. Для защиты помещений большего объема требуется установка 2-х и более модулей. Технико-экономическое сравнение показало, что для защиты помещений объемом более 1500 м3 в УГП целесообразнее применять модули изотермические для жидкой двуокиси углерода (МИЖУ).
Насадки.Насадки предназначены для равномерного распределения ГОТВ в объем защищаемого помещения. Расстановка насадков в защищаемом помещении осуществляется в соответствии с ТУ завода — изготовителя. Количество и площадь выходных отверстий насадков определяется гидравлическим расчетом с учетом коэффициента расхода и карты распыла, указанных в технической документации на насадки. Расстояние от насадков до потолка (перекрытия, подвесного потолка) не должно превышать 0.5м при использовании всех ГОТВ, за исключением N2.
Трубная разводка.Разводка трубопроводов в защищаемом помещении, как правило, должна быть симметричной с равным удалением насадков от магистрального трубопровода. Трубопроводы установок выполняются из металлических труб. Давление в трубопроводах установки и диаметры определяются гидравлическим расчетом по методикам, согласованным в установленном порядке. Трубопроводы должны выдерживать давление при испытаниях на прочность и герметичность не менее 1.25 Рраб. При использовании в качестве ГОТВ хладонов суммарный объем трубопроводов, включая коллектор, не должен превышать 80% от жидкой фазы рабочего запаса хладона в установке.Трассировка распределительных трубопроводов установок, использующих хладон, должна производиться только в горизонтальной плоскости.При проектировании централизованных установок с использованием хладонов следует обратить внимание на следующие моменты:подключать магистральный трубопровод помещения с максимальным объемом следует ближе к батарее с ГОТВ;при последовательном подключении к станционному коллектору батарей с основным и резервным запасом, наиболее удаленным от защищаемых помещений должен быть основной запас из условия максимального выхода хладона из всех баллонов.
Выбор и расчет системы газового пожаротушения.Правильный выбор установки газового пожаротушения УГП зависит от многих факторов. Поэтому целью данной работы является показ основные критерии, влияющие на оптимальный выбор УГП и принцип ее гидравлического расчета.
Ниже приводятся основные факторы, влияющие на оптимальный выбор УГП. Во-первых, тип горючей нагрузки в защищаемом помещении (архивы, фондохранилища, радиоэлектронное оборудование, технологическое оборудование и т.д.). Во-вторых, величина защищаемого объема и его негерметичность. В третьих, вида газового огнетушащего вещества ГОТВ. В четвертых, тип оборудования, в котором ГОТВ должно храниться. В пятых, тип УГП: 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 УГП должен основываться на оптимальных технико-экономических показателях. Следует особо отметить, что любое из разрешенных к применению ГОТВ ликвидирует пожар не зависимо от типа горючего материала, но только при создании в защищаемом объеме нормативной огнетушащей концентрации.
Взаимное влияние перечисленных выше факторов на технические и экономические параметры УГП будем оценивать из условия, что в России разрешены к применению следующие ГОТВ: хладон 125, хладон 318Ц, хладон 227еа, хладон 23, СО2, N2, Ar и смесь (N2, Ar и СО2), имеющая торговую марку "Инерген".
По способу хранения и методам контроля ГОТВ в модулях газового пожаротушения МГП все газовые огнетушащие вещества можно разбить на три группы.К 1-й группе относятся хладон 125, хладон 318Ц и хладон 227еа. Эти хладоны хранятся в МГП 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 МГП.
Хладон 23 и СО2 составляют 2-ю группу. Они хранятся также в сжиженном виде, но вытесняются из МГП под давлением собственных насыщенных паров. Рабочее давление модулей с перечисленными ГОТВ 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 3-й группе относятся N2, Ar и Инерген. Данные ГОТВ хранятся в МГП в газообразном состоянии. Далее, когда будем оценивать достоинства и недостатки ГОТВ из этой группы, будет рассматриваться только азот. Это связано с тем, что N2 является самым эффективным ГОТВ (имеет наименьшую огнетушащую концентрацию и одновременно наименьшую стоимость). Контроль массы ГОТВ 3-й группы 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. 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 и более. МИЖУ 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 град. С.
Рассмотрим на примерах, как влияет каждый из 4-х факторов на технико-экономические показатели УГП. Масса ГОТВ 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.
Таблица 1
Экономическое обоснование таблицы в конкретных цифрах имеет определенную трудность. Это связано с тем, что стоимость оборудования и ГОТВ у фирм — производителей и поставщиков имеет разную стоимость. Однако имеется общая тенденция заключающаяся в том, что с увеличением емкости баллона возрастает стоимость модуля газового пожаротушения. Стоимость 1 кг СО2 и 1 м3 N2 близки по цене и на два порядка меньше стоимости хладонов.
Анализ табл. 1 показывает, что стоимость УГП с хладоном 125 и СО2 сопоставимы по величине. Несмотря на значительно более высокую стоимость хладона 125 по сравнению с двуокисью углерода суммарная цена хладон 125 — МГП с баллоном емкостью 40 л будет сопоставима или даже несколько ниже комплекта двуокись углерода — МГП с баллоном 80 л — весовое устройство. Однозначно можно констатировать значительно большую стоимость УГП с азотом по сравнению с двумя ранее рассмотренными вариантами. Т.к. требуется 2 модуля с максимальным объемом. Потребуется больше места для размещения 2-х модулей в помещении и, естественно, стоимость 2-х модулей объемом 100 л всегда будет больше модуля объемом 80 л с весовым устройством, которое, как правило, в 4 — 5 раз по цене меньше самого модуля.
Пример 2. Параметры помещения аналогичны примеру 1, но требуется защитить не радиоэлектронное оборудование, а архив. Результаты расчета аналогично 1-го примера представим в табл. 2 сведем в табл. 1. Таблица 2
На основе анализа табл. 2 можно однозначно сказать, и в данном случае УГП с азотом по стоимости значительно выше установок газового пожаротушения с хладоном 125 и двуокисью углерода. Но в отличие от 1-го примера в данном случае более четко можно отметить, что наименьшую стоимость имеет УГП с двуокисью углерода. Т.к. при сравнительно небольшой разнице в стоимости между МГП с баллоном емкость 80 л 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 негерметичность. Т.к. все это вызывает общее увеличение количества любого вида ГОТВ.
Таким образом, только на основании 2-х примеров видно, что выбрать оптимальную УГП для противопожарной защиты помещения можно только после рассмотрения, как минимум, двух вариантов с различными видами ГОТВ.
Однако имеются исключения, когда УГП с оптимальными технико-экономическими параметрами не может быть применена из-за определенных ограничений, накладываемых на газовые огнетушащие вещества.К таким ограничениям, прежде всего, относится защита особо важных 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, так как модули с этими ГОТВ должны устанавливаться на весовых устройствах, исключающих их жесткое крепление.
При противопожарной защите помещений с постоянно присутствующим персоналом (авиадиспетчерские, залы со щитами управления АЭС и т.д.) предъявляются ограничения по токсичности ГОТВ. В этом случае исключается применение двуокиси углерода, так как объемная огнетушащая концентрация двуокиси углерода в воздухе является смертельной для человека.
При защите объемов более 2000 м3 с экономической точки зрения наиболее приемлемым является применение двуокиси углерода, заправленного в МИЖУ, по сравнению со всеми остальными ГОТВ.
После проведения технико-экономического обоснования становится известным количество ГОТВ, необходимое для ликвидации пожара и предварительное количество МГП.Далее определяется место установки модулей газового пожаротушения, место установки насадков в защищаемом объеме и трасса прокладки трубной разводки.
Насадки должны быть установлены в соответствии с картами распыла, указанными в технической документации завода-изготовителя насадков. Расстояние от насадков до потолка (перекрытия, подвесного потолка) не должно превышать 0,5 м при использовании всех ГОТВ, за исключением N2.
Трубная разводка, как правило, должна быть симметричной. Т.е. насадки должны быть равноудалены от магистрального трубопровода. В этом случае расход ГОТВ через все насадки будет одинаков, что обеспечит создание равномерной огнетушащей концентрации в защищаемом объеме. Типичные примеры симметричной трубной разводки приведены на рис. 1 и 2.
При проектировании трубной разводки следует также учитывать правильное соединение отводящих трубопроводов (рядков, отводов) от магистрального трубопровода.Крестообразное соединение возможно только при условии, когда расход ГОТВ G1 и G2 равны по величине (Рис. 3)
Если G1 и G2 не крестообразное, то противоположные соединения рядков и отводов с магистральным трубопроводом необходимо разносить по направлению движения ГОТВ на расстояние L, превышающем 10*D, как показано на Рис. 4. Где D — внутренний диаметр магистрального трубопровода.
На пространственное соединение труб при проектировании трубной разводки УГП не накладывается никаких ограничений при применении ГОТВ, принадлежащих ко 2-й и 3-ей группам. А для трубной разводки УГП с ГОТВ 1-й группы имеется ряд ограничений. Это вызвано следующим:При наддуве хладона 125, хладона 318Ц или хладона 227еа в МГП азотом до требуемого давления частично азот растворяется в перечисленных хладонах. Причем количество растворяемого азота в хладонах пропорционально давлению наддува.После открытия запорно-пускового устройства ЗПУ модуля газового пожаротушения под давлением газа-вытеснителя хладон с частично растворенным азотом по трубной разводке поступает к насадкам и через них выходит в защищаемый объем. При этом давление в системе (модули — трубная разводка) снижается в результате расширения объема, занимаемого азотом в процессе вытеснения хладона, и гидравлического сопротивления трубной разводки. Происходит частичное выделение азота из жидкой фазы хладона и образуется двухфазная среда (смесь жидкой фазы хладона — газообразный азот). Поэтому к трубной разводке УГП, применяющей 1-ю группу ГОТВ, накладывается ряд ограничений. Основной смысл этих ограничений направлен на предотвращение расслоения двухфазной среды внутри трубной разводки.При проектировании и монтаже все соединения трубной разводке УГП должны выполняться так как показано на Рис. 5a, 5б и 5в
и запрещается выполнять в видах, показанных на Рис. 6а, 6б, 6с. На рисунках стрелками показано направление течения ГОТВ по трубам.
В процессе проектирования УГП в аксонометрическом виде выполняется схема трубной разводки, длина труб, количество насадков и их высотные отметки. Для определения внутреннего диаметра труб и суммарной площади выходных отверстий каждого насадка необходимо выполнить гидравлический расчет установки газового пожаротушения.
