Нормирование расходов воды для тушения пожаров в высотных стеллажных складах. УДК 614.844.2
Л.Мешман, В.Былинкин, Р.Губин, Е.Романова

Нормирование расходов воды, для тушения пожаров в высотных стеллажных складах. УДК Б14.844.22

Л. Мешман

В. Былинкин

к.т.н., ведущий научный сотрудник,

Р. Губин

старший научный сотрудник,

Е. Романова

научный сотрудник

В настоящее время основными исходными характеристиками, по которым осуществляется расчет расхода воды для автоматических установок пожаротушения (АУП), являются нормативные значения интенсивности орошения или давления у диктующего оросителя. Интенсивность орошения используется в нормативных документах безотносительно конструкции оросителей, а давление -применительно только к конкретному типу оросителя.

Значения интенсивности орошения приведены в СП 5.13130 для всех групп помещений, в том числе складских зданий. При этом подразумевается применение спринклерной АУП под покрытием здания.

Однако принятые значения интенсивности орошения в зависимости от группы помещений, высоты складирования и вида огнетушащего вещества, приведенные в таблице 5.2 СП 5.13130 , не поддаются логике. Например, для группы помещений 5 с увеличением высоты складирования от 1 до 4 м (на каждый метр высоты) и от 4 до 5,5 м пропорционально возрастает и интенсивность орошения водой на 0,08 л/(с-м2).

Казалось бы, что аналогичный подход к нормированию подачи огнетушащего вещества на тушение пожара должен распространяться и на другие группы помещений и на тушение пожара раствором пенообразователя, однако этого не наблюдается.

Например, для группы помещений 5 при использовании раствора пенообразователя при высоте складирования до 4 м интенсивность орошения возрастает на 0,04 л/(с-м2) на каждый 1 м высоты стеллажного хранения, а при высоте складировании от 4 до 5,5 м интенсивность орошения возрастает в 4 раза, т.е. на 0,16 л/(с-м2), и составляет 0,32 л/(с-м2).

Для группы помещений 6 увеличение интенсивности орошения водой составляет по 0,16 л/(с-м2) до 2 м, от 2 до 3 м -всего лишь 0,08 л/(с-м2), свыше 2 до 4 м -интенсивность не изменяется, а при высоте складирования свыше 4-5,5 м интенсивность орошения изменяется на 0,1 л/(с-м2) и составляет 0,50 л/(с-м2). Вместе с тем, при использовании раствора пенообразователя интенсивность орошения составляет до 1 м - 0,08 л/(с-м2), свыше 1-2 м изменяется на 0,12 л/(с-м2), свыше 2-3 м - на 0,04 л/(с-м2), а далее свыше 3 до 4 м и от свыше 4 до 5,5 м - на 0,08 л/(с-м2) и составляет 0,40 л/(с-м2).

В стеллажных складах товар чаще всего хранится в коробках. В этом случае при тушении пожара струи огнетушащего вещества непосредственно на зону горения, как правило, не воздействуют (исключение составляет пожар на самом верхнем ярусе). Часть воды, диспергируемая из оросителя, растекается по горизонтальной поверхности коробок и стекает вниз, остальная часть, не падающая на коробки, образует вертикальную защитную завесу. Частично косые струи попадают в свободное внутристеллажное пространство и смачивают товары, не упакованные в коробки, или боковую поверхность коробок. Поэтому, если для открытых поверхностей зависимость интенсивности орошения от вида пожарной нагрузки и ее удельной нагрузки не вызывает сомнений, то при тушении стеллажных складов эта зависимость не проявляется столь заметно.

Тем не менее, если допустить некоторую пропорциональность в приращении интенсивности орошения в зависимости от высоты складирования и высоты помещения, то интенсивность орошения становится возможным определять не через дискретные значения высоты складирования и высоты помещения, как это представлено в СП 5.13130 , а через непрерывную функцию, выраженную уравнением

где 1дикт - интенсивность орошения диктующим оросителем в зависимости от высоты складирования и высоты помещения, л/(с-м2);

i55 - интенсивность орошения диктующим оросителем при высоте складирования 5,5 м и высоте помещения не более 10 м (по СП 5.13130 ), л/(с-м2);

Ф - коэффициент вариации высоты складирования, л/(с-м3); h - высота складирования пожарной нагрузки, м; l - коэффициент вариации высоты помещения.

Для групп помещений 5 интенсивность орошения i5 5 составляет 0,4 л/(с-м2), а для групп помещений б - 0,5 л/(с-м2).

Коэффициент вариации высоты складирования ф для групп помещений 5 принимается на 20% меньше, чем для групп помещений б (по аналогии с СП 5.13130).

Значение коэффициента вариации высоты помещения l приведено в таблице 2.

При выполнении гидравлических расчетов распределительной сети АУП необходимо по расчетной или нормативной интенсивности орошения (согласно СП 5.13130) определять давление у диктующего оросителя. Давление у оросителя, соответствующего искомой интенсивности орошения, можно определить только по семейству эпюр орошения. Но производители оросителей, как правило, эпюры орошения не представляют.

Поэтому проектировщики испытывают неудобство при принятии решения о проектном значении давления у диктующего оросителя. Кроме того, непонятно, какую высоту для определения интенсивности орошения принимать за расчетную: расстояние между оросителем и полом или между оросителем и верхним уровнем расположения пожарной нагрузки. Также неясно, как определять интенсивность орошения: на площади круга диаметром, равным расстоянию между оросителями, или на всей площади, орошаемой оросителем, либо с учетом взаимного орошения смежными оросителями.

Для противопожарной защиты высотных стеллажных складов в настоящее время начинают широко использоваться спринк-лерные АУП, оросители которых размещаются под покрытием склада. Такое техническое решение требует большого расхода воды. Для этих целей применяются специальные оросители как отечественного производства, например, СОБР-17, СОБР-25, так и зарубежного, например, ESFR-17, ESFR-25, VK503, VK510 с диаметром выходного отверстия 17 или 25 мм.

В СТО на оросители СОБР, в проспектах на оросители ESFR фирм Tyco и Viking , основным параметром является давление у оросителя в зависимости от его типа (СОБР-17, СОБР-25, ESFR-17, ESFR-25, VK503, VK510 и т.п.), от вида хранимых товаров, высоты складирования и высоты помещения. Такой подход удобен для проектировщиков, т.к. исключает необходимость поиска сведений по интенсивности орошения.

В то же время можно ли независимо от конкретной конструкции оросителя использовать какой-то обобщенный параметр для оценки возможности использования любых конструкций оросителей, разрабатываемых в будущем? Оказывается, можно, если использовать в качестве ключевого параметра давление или расход диктующего оросителя, а в качестве дополнительного -интенсивность орошения на заданной площади при стандартной высоте установки оросителя и стандартном давлении (согласно ГОСТ Р 51043 ). Например, можно воспользоваться значением интенсивности орошения, полученной в обязательном порядке при сертификационных испытаниях оросителей специального назначения: площадь, на которой проводится определение интенсивности орошения, для оросителей общего назначения 12 м2 (диаметр ~ 4 м), для специальных оросителей - 9,б м2 (диаметр ~ 3,5 м), высота установки оросителя 2,5 м, давление 0,1 и 0,3 МПа. Причем сведения об интенсивности орошения каждого типа оросителей, полученные в процессе проведения сертификационных испытаний, должны в обязательном порядке указываться в паспорте на каждый тип оросителя. При указанных исходных для высотных стеллажных складов параметрах интенсивность орошения должна быть не менее приведенной в таблице 3.

Истинная интенсивность орошения АУП при взаимодействии смежных оросителей в зависимости от их типа и расстояния между ними может превышать интенсивность орошения диктующего оросителя в 1,5-2,0 раза.

Применительно к высотным складам (с высотой складирования более 5,5 м) для вычисления нормативного значения расхода диктующего оросителя можно принять два исходных условия:

1. При высоте складирования 5,5 м и высоте помещения б,5 м.

2. При высоте складировании 12,2 м и высоте помещения 13,7 м. Первая реперная точка (минимальная) устанавливается на основании данных СП 5.131301 по интенсивности орошения и общего расхода водяных АУП. Для группы помещений б интенсивность орошения составляет не менее 0,5 л/(с-м2) и общий расход не менее 90 л/с. Расход диктующего оросителя общего назначения по нормам СП 5.13130 при такой интенсивности орошения составляет не менее б,5 л/с.

Вторая реперная точка (максимальная) устанавливается на основании данных, приведенных в технической документации на оросители СОБР и ESFR.

При примерно равных расходах оросителей СОБР-17, ESFR-17, VK503 и СОБР-25, ESFR-25, VK510 для тождественных характеристик склада СОБР-17, ESFR-17, VK503 требуют более высокого давления. Согласно для всех типов ESFR (кроме ESFR-25) при высоте складирования более 10,7 м и высоте помещения более 12,2 м требуется дополнительный уровень оросителей внутри стеллажей, что требует дополнительного расхода огнетушащего вещества. Поэтому целесообразно ориентироваться на гидравлические параметры оросителей СОБР-25, ESFR-25, VK510.

Для групп помещений 5 и б (по СП 5.13130) высотных стеллажных складов уравнение для расчета расхода диктующего оросителя водяных АУП предлагается вычислять по формуле

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

При высоте складирования 12,2 м и высоте помещений 13,7 м давление у диктующего оросителя ESFR-25 должно быть не менее: согласно NFPA-13 0,28 МПа, согласно FM 8-9 и FM 2-2 0,34 МПа. Поэтому расход диктующего оросителя для группы помещений 6 принимаем с учетом давления по FM, т.е. 0,34 МПа:

где qЕSFR - расход оросителя ESFR-25, л/с;

КРФ - коэффициент производительности в размерности по ГОСТ Р 51043 , л/(с-м вод.ст.0,5);

KISO - коэффициент производительности в размерности по ISO 6182-7 , л/(мин-бар0,5); р - давление у оросителя, МПа.

Расход диктующего оросителя для группы помещений 5 принимаем аналогичным образом по формуле (2) с учетом давления по NFPA, т.е. 0,28 МПа - расход составляет = 10 л/с.

Для групп помещений 5 расход диктующего оросителя принимаем q55 = 5,3 л/c, а для групп помещений 6 - q55 = 6,5 л/с.

Значение коэффициента вариации высоты складирования приведено в таблице 4.

Значение коэффициента вариации высоты помещения b приведено в таблице 5.

Соотношений давлений, приведенных в , с расходом, рассчитанным при этих давлениях для оросителей ESFR-25 и СОБР-25, представлено в таблице 6. Расчет расхода для групп 5 и 6 выполнен по формуле (3).

Как следует из таблицы 7, значения расхода диктующего оросителя для групп помещений 5 и 6, рассчитанные по формуле (3), достаточно хорошо корреспондируется со значением расхода оросителей ESFR-25, вычисленным по формуле (2).

С вполне удовлетворительной точностью можно принимать разницу в расходе между группами помещений 6 и 5 равной ~ (1,1-1,2) л/с.

Таким образом, исходными параметрами нормативных документов для определения общего расхода АУП применительно к высотным стеллажным складам, в которых оросители размещаются под покрытием, могут являться:

■ интенсивность орошения;

■ давление у диктующего оросителя;

■ расход диктующего оросителя.

Наиболее приемлемым, на наш взгляд, является расход диктующего оросителя, удобный для проектировщиков и не зависящий от конкретного типа оросителя.

Использование в качестве доминирующего параметра «расход диктующего оросителя» целесообразно ввести и во все нормативные документы, в которых в качестве основного гидравлического параметра используется интенсивность орошения.

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Высота складирования/высота помещения	Параметры			СОБР-25	Расчетное значение расхода, л/с, по формуле (3)
					группа 5	группа 6
	Давление, МПа
	Расход, л/с
	Давление, МПа
	Расход, л/с
	Давление, МПа
	Расход, л/с
	Давление, МПа
	Расход, л/с
	Давление, МПа
	Расход, л/с
	Расход, л/с

ЛИТЕРАТУРА:

1. СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».

2. СТО 7.3-02-2009. Стандарт организации по проектированию автоматических установок водяного пожаротушения с применением оросителей СОБР в высотных складах. Общие технические требования. г. Бийск, ЗАО «ПО «Спецавтоматика», 2009.

3. Model ESFR-25. Early Suppression Fast Response Pendent Sprinklers 25 K-factor/Fire & Building Products - TFP 312 / Tyco, 2004 - 8 р.

4. ESFR Pendent Shrinkler VK510 (K25,2). Viking/ Technical Data, Form F100102, 2007 - 6 p.

5. ГОСТ Р 51043-2002 «Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители. Общие технические требования. Методы испытаний».

6. NFPA 13. Standard for the Installation of Sprinkler Systems.

7. FM 2-2. FM Global. Installation Rules for Suppression Mode Automatic Sprinklers.

8. FM Loss Prevention Data 8-9 Provides alternative fire protection methods.

9. Мешман Л.М., Цариченко С.Г., Былинкин В.А., Алешин В.В., Губин Р.Ю. Оросители водяных и пенных автоматических установок пожаротушения. Учебно-методическое пособие. М.: ВНИИПО, 2002, 314 с.

10. ISO 6182-7 Requiutmentsand Test Methods for Earle Suppression fast Response (ESFR) Sprinklers.

Общее количество различных требований, предъявляемых в процессе производства и контроля спринклерного оросителя, достаточно большое, поэтому рассмотрим только наиболее важные параметры.

1. Показатели качества

1.1 Герметичность

Это один из основных показателей, с которым сталкивается пользователь спринклерной системы. Действительно, спринклер с плохой герметичностью может доставить много неприятностей. Никому не понравится, если на людей, дорогостоящее оборудование или товар вдруг начнет капать вода. А если потеря герметичности происходит вследствие самопроизвольного разрушения термочувствительного запорного устройства, ущерб от пролитой воды может вырасти в несколько раз.

Конструкция и технология производства современных оросителей, которые совершенствовались на протяжении многих лет, позволяют быть уверенным в их надежности.

Основным элементом оросителя, который обеспечивает герметичность оросителя в самых тяжелых условиях эксплуатации, является тарельчатая пружина (5) . Важность этого элемента трудно переоценить. Пружина позволяет компенсировать незначительные изменения в линейных размерах деталей оросителя. Дело в том, что для обеспечения надежной герметичности спринклера элементы запорного устройства должны постоянно находиться под достаточно высоким давлением, которое обеспечивается при сборке стопорным винтом (1) . С течением времени под действием этого давления может произойти незначительная деформация корпуса спринклера, которой, однако, было бы достаточно для нарушения герметичности.

Было время, когда некоторые из производителей спринклеров для удешевления конструкции использовали в качестве уплотнительного материала резиновые прокладки. Действительно, эластичные свойства резины также позволяют компенсировать незначительные линейные изменения размеров и обеспечивать требуемую герметичность.

Рисунок 2. Спринклер с резиновой прокладкой.

Однако при этом не было учтено, что с течением времени эластичные свойства резины ухудшаются, и может произойти потеря герметичности. Но самое страшное, что может произойти прилипание резины к уплотняемым поверхностям. Поэтому при пожаре , после разрушения термочувствительного элемента, крышка оросителя остается намертво приклеенной к корпусу и вода из оросителя не поступает.

Такие случаи были зафиксированы при пожаре на многих объектах в США. После этого производителями была проведена широкомасштабная акция по отзыву и замене всех спринклеров с резиновыми уплотняющими кольцами 3 . В Российской Федерации применение оросителей с резиновым уплотнением запрещено. В то же время, как известно, в некоторые из стран СНГ продолжаются поставки дешевых спринклерных оросителей такой конструкции.

При производстве спринклерных оросителей и отечественными, и зарубежными стандартами предусмотрен целый ряд испытаний, которые позволяют гарантировать герметичность.

Каждый спринклер проверяется воздействием гидравлического (1,5МПа) и пневматического (0,6МПа) давления, а также производится его проверка на устойчивость к гидравлическому удару, то есть резким повышениям давления до 2,5 МПа.

Испытания на виброустойчивость дают уверенность, что оросители будут надежно служить при самых суровых условиях эксплуатации.

1.2 Прочность

Немаловажное значение для сохранения всех технических характеристик любого изделия имеет его прочность, то есть устойчивость к различным внешним воздействиям.

Химическая прочность элементов конструкции оросителя определяется на испытаниях по устойчивости к воздействию туманной среды из соляных брызг, водного раствора аммиака и двуокиси серы.

Удароустойчивость спринклерного оросителя должна обеспечить целостность всех его элементов при падении на бетонный пол с высоты 1 метра.

Розетка спринклерного оросителя должны выдерживать воздействие воды , выходящей из него под давлением 1,25 МПа.

В случае быстрого развития пожара спринклерные оросители в воздушных системах или системах с контролем пуска могут некоторое время находиться под воздействием высокой температуры. Для того чтобы быть уверенным, что ороситель не деформируется, и, следовательно, не изменит своих характеристик, проводятся испытания на термостойкость. При этом корпус оросителя должен в течение 15 минут выдерживать воздействие температуры 800°С.

Для проверки устойчивости к климатическим воздействиям спринклерные оросители подвергаются испытаниям на отрицательные температуры. Стандарт ISO предусматривает проверку оросителей при -10°С, требования ГОСТ Р несколько жестче и обусловлены особенностями климата: необходимо провести долговременные испытания при -50°С и кратковременные при -60°С.

1.3 Надежность теплового замка

Одним из самых ответственных элементов спринклерного оросителя является тепловой замок оросителя. Технические характеристики и качество этого элемента во многом предопределяют успешную работу спринклера. От четкой работы этого устройства, в соответствии с заявленными техническими характеристиками, зависит своевременность тушения пожара и отсутствие ложных срабатываний в дежурном режиме. За многолетнюю историю существования спринклерного оросителя было предложено множество типов конструкций теплового замка.




Рисунок 3. Оросители со стеклянной колбой и плавким элементом.

Испытание временем прошли плавкие тепловые замки с термочувствительным элементом на основе сплава Вуда, который при заданной температуре размягчается и замок распадается, а также тепловые замки, в которых используется стеклянная термочувствительная колба. Под действием тепла жидкость, находящаяся в колбе, расширяется, оказывая давление на стенки колбы, и при достижении критической величины колба разрушается. На рисунке 3 показаны оросители типа ESFR с разными типами тепловых замков.

Для проверки надежности работы теплового замка в дежурном режиме и в случае пожара предусмотрен ряд испытаний.

Номинальная температура срабатывания замка должна быть в пределах допуска. Для спринклеров нижнего температурного диапазона отклонение температуры срабатывания не должно превышать 3°С.

Тепловой замок должен быть устойчив к тепловому удару (резкому нагреву температуры на 10°С ниже номинальной температуры срабатывания).

Теплостойкость теплового замка проверяется путем плавного нагрева температуры на 5°С ниже номинальной температуры срабатывания.

Если в качестве теплового замка используется стеклянная колба, то необходимо проверить ее целостность при помощи вакуума.

И стеклянная колба, и плавкий элемент подлежат проверке на прочность. Так, например, стеклянная колба должна выдерживать нагрузку в шесть раз большую, чем ее нагрузка в рабочем режиме. Для плавкого элемента установлен пятнадцатикратный предел.

2. Показатели назначения

2.1 Тепловая чувствительность замка

Согласно ГОСТ Р 51043 подлежит проверке время срабатывания оросителя. Оно не должно превышать 300 секунд для низкотемпературных спринклеров (57 и 68°С) и 600 секунд для самых высокотемпературных спринклеров.

Аналогичный параметр отсутствует в зарубежном стандарте, вместо этого широко применяется RTI (response time index): параметр, характеризующий чувствительность термочувствительного элемента (стеклянная колба или плавкий замок). Чем ниже его величина, тем более чувствителен к теплу этот элемент. Совместно с другим параметром - С (conductivity factor - мера теплопроводности между термочувствительным элементом и элементами конструкции спринклера) они образуют одну из важнейших характеристик спринклера – время реагирования.




Рисунок 4. Границы зон, определяющие быстродействие спринклера.

На рисунке 4 обозначены области, которые характеризуют:

1 – спринклер стандартного времени реагирования; 2 – спринклер специального времени реагирования; 3 – спринклер быстрого времени реагирования.

Для спринклеров с различным временем реагирования установлены правила по их использованию для защиты объектов с разным уровнем пожарной опасности:

• в зависимости от величины;
• в зависимости от типа;
• параметров складирования пожарной нагрузки.

Необходимо отметить, что приложение А (рекомендуемое) ГОСТ Р 51043 содержит методику по определению Коэффициента тепловой инерционности и Коэффициента потерь тепла за счет теплопроводности , основанные на методиках ISO/FDIS6182-1. Однако практической пользы от этой информации до сих пор не было. Дело в том, что, хотя в пункте А.1.2 и указано, что эти коэффициенты должны использоваться «... для определения времени срабатывания оросителей в условиях пожара, обоснования требований к их размещению в помещениях », реальных методик для их использования нет. Поэтому данные параметры невозможно найти среди технических характеристик спринклерных оросителей.

Кроме этого, окончится неудачей попытка определить коэффициент тепловой инерционности по формуле из Приложения А ГОСТ Р 51043:

Дело в том, что при копировании формулы из стандарта ISO/FDIS6182-1 была допущена ошибка.

Человек, владеющий знаниями математики в пределах школьной программы, легко заметит, что при преобразовании вида формулы из зарубежного стандарта (для чего это делалось, непонятно, может быть, чтобы меньше походило на плагиат?) был опущен знак минус в степени у множителя ν в 0,5 , который стоит в числителе дроби.

В тоже время, необходимо отметить и положительные моменты в современном нормотворчестве. Еще недавно чувствительность спринклерного оросителя можно было смело отнести к параметрам качества. Нынче вновь разработанный (но еще не вступивший в действие) СП 6 4 уже содержит указания по применению более чувствительных к изменению температуры спринклеров для защиты наиболее пожароопасных помещений:

5.2.19 При пожарной нагрузке не менее 1400 МДж/м 2 для складских помещений, для помещений высотой более 10 м и для помещений, в которых основным горючим продуктом являются ЛВЖ и ГЖ , коэффициент тепловой инерционности спринклерных оросителей должен быть менее 80 (м·с) 0,5 .

К сожалению, не совсем понятно, намеренно или вследствие неточности требование к температурной чувствительности спринклера устанавливается только на основании коэффициента тепловой инерционности термочувствительного элемента без учета коэффициента потерь тепла за счет теплопроводности. И это в то время, когда, согласно международному стандарту (рис. 4), спринклеры с коэффициентом потерь тепла за счет теплопроводности более 1,0 (м/с) 0,5 уже не относятся к быстродействующим.

2.2 Коэффициент производительности

Это один из ключевых параметров спринклерных оросителей . Он предназначен для вычисления количества воды, выливающейся через ороситель при определенном давлении в единицу времени. Это не трудно сделать по формуле:

Q – расход воды из оросителя, л/сек Р – давление у оросителя, МПа K – коэффициент производительности.

Величина коэффициента производительности зависит от диаметра выходного отверстия спринклера: чем больше отверстие, тем больше коэффициент.

В различных зарубежных стандартах могут встречаться варианты записи этого коэффициента в зависимости от размерности используемых параметров. Например, не литры в секунду и МПа, а галлоны в минуту (GPM) и давление в PSI, или литры в минуту (LPM) и давление в bar.

При необходимости все эти величины можно перевести из одной в другую, пользуясь коэффициентами пересчета из Таблицы 1.

Таблица 1. Соотношение между коэффициентами

Например, для оросителя СВВ-12:

При этом необходимо помнить, что при расчете расхода воды при помощи значений К-факторов необходимо пользоваться немного другой формулой:

2.3 Распределение воды и интенсивность орошения

Все перечисленные выше требования в большей или меньшей степени повторяются и в стандарте ISO/FDIS6182-1, и в ГОСТ Р 51043. При существующих небольших разночтениях, они, однако, не носят принципиального характера.

Весьма значительные, действительно принципиальные отличия между стандартами касаются параметров распределение воды по защищаемой площади. Именно эти отличия, заложенные в основу характеристик оросителя, в основном и предопределяют правила и логику проетирования систем автоматического пожаротушения.

Одним из важнейших параметров оросителя является интенсивность орошения, то есть расход воды в литрах, приходящийся на 1 м 2 защищаемой площади в секунду. Дело в том, что в зависимости от величины и горючих свойств пожарной нагрузки для ее гарантированного тушения требуется обеспечить определенную интенсивность орошения.

Эти параметры определялись экспериментально при проведений многочисленных испытаний. Конкретные значения интенсивности орошения для защиты помещений различной пожарной нагрузки приведены в Таблице 2 НПБ88.

Обеспечение пожарной безопасности объекта - чрезвычайно важная и ответственная задача, от правильного решения которой может зависить жизнь множества людей. Потому требования к оборудованию, обеспечивающему выполнение этой задачи, трудно переоценить и назвать излишне жестокими. В этом случае становится понятно, почему в основу формирования требований российсуик стандартов ГОСТ Р 51043, НПБ 88 5 , ГОСТ Р 50680 6 заложен принцип тушения возгорания одним оросителем.

Другими словами, если возникает возгорание в пределах защищаемой зоны спринклера, он один должен обеспечить требуемую интенсивность орошения и потушить начинающийся пожар . Для выполнения этой задачи при сертификации оросителя проводятся испытания на проверку его интенсивности орошения.

Для этого в пределах сектора, ровно 1/4 площади круга защищаемой зоны, в шахматном порядке расставляются мерные банки. Ороситель устанавливается в начало координат этого сектора и производятся его испытания при заданном давлении воды.

Рисунок 5. Схема испытания оросителя по ГОСТ Р 51043.

После этого измеряется количество воды, которое оказалось в банках, и вычесляется pсредняя интенсивность орошения. Согласно требованиям пункта 5.1.1.3. ГОСТ Р 51043, на защищаемой площади 12 м 2 ороситель, установленный на высоте 2,5 м от пола, при двух фиксированных давлениях 0,1 МПа и 0,3 МПа должен обеспечивать интенсивность орошения не менее, чем указано в таблице 2 .

Таблица 2 . Требуемая интенсивность орошения оросителя по ГОСТ Р 51043.

Глядя на эту таблицу, возникает вопрос: какую интенсивность должен обеспечить ороситель с d у 12 мм при давлении 0,1 МПа? Ведь ороситель с таким d у подходит как ко второй строке с требованием 0,056 дм 3 /м 2 ⋅с, так и к третьей 0,070 дм 3 /м 2 ⋅с? Почему к одному из важнейших параметров спринклера столь небрежное отношение?

Для прояснения ситуации попробуем провести ряд простых вычислений.

Допустим, диаметр выходного отверстия в оросителе немного больше 12 мм. Тогда по формуле (3) определим количество воды, выливающееся из оросителя при давлении 0,1 МПа: 1,49 л/с. Если вся эта вода выльется точно на защищаемую площадь 12 м 2 , то будет создана интенсивность орошения 0,124 дм 3 /м 2 ⋅с. Если соотнести эту цифру с требуемой интенсивностью 0,070 дм 3 /м 2 ⋅с, выливающейся из оросителя, получится, что только 56,5% воды, удовлетворяет требованиям ГОСТа и попадает на защищаемую площадь.

Теперь допустим, что диметр выходного отверстия чуть меньше 12 мм. В этом случае необходимо соотнести полученную интенсивность орошения 0,124 дм 3 /м 2 ⋅с с требованиями второй строки таблицы 2 (0,056 дм 3 /м 2 ⋅с). Получается и того меньше: 45,2%.

В специализированной литературе 7 вычисленные нами параметры называются коэффициентом полезного использования расхода.

Возможно, в требованиях ГОСТа заложены только минимально допустимые требования к коэффициенту полезного использования расхода, ниже которого ороситель, как часть установки пожаротушения , вообще рассматривать нельзя. Тогда получается, что реальные параметры спринклера должны содержаться в технической документации производителей. Почему же и там мы их не находим?

Дело в том, что для проектирования спринклерных систем для различных объектов необходимо знать, какую интенсивность будет создавать спринклерный ороситель в тех или иных условиях. В первую очередь, в зависимости от давления перед оросителем и высоты его установки. Практические испытания показали, что эти параметры невозможно описать математической формулой, и для создания такого двухмерного массива данных необходимо провести большое количество экспериментов.

Кроме этого, возникает еще несколько практических проблем.

Попробуем представить себе идеальный ороситель с коэффициентом полезного использования расхода 99%, когда почти вся вода распределяется в пределах защищаемой площади.

Рисунок 6. Идеальное распределение воды внутри защищаемой площади.

На рисунке 6 показана идеальная картина распределения воды для оросителя с коэффициентном производительности 0,47. Видно, что только незначительная часть воды попадает за пределы защищаемой площади радиусом 2 м (обозначена пунктиром).

Вроде бы все просто и логично, однако вопросы начинаются, когда необходимо защитить спринклерами большую площадь. Как при этом размещать оросители?

В одном случае появляются незащищенные участки (рисунок 7 ). В другом - для покрытия незащищенных участков оросители необходимо расставлять ближе, что приводит к перекрытию части защищаемых площадей соседними оросителями (рисунок 8 ).

Рисунок 7. Расположение оросителей без перекрытия зон орошения

Рисунок 8. Расположение оросителей с перекрытием зон орошения.

Перекрытие защищаемых площадей приводит к тому, что необходимо существенно увеличивать количество оросителей, а, главное, для работы такой спринклерной АУПТ потребуется гораздо больше воды. При этом в случае, если при пожаре сработает более одного оросителя, количество выливающейся воды будет явно избыточным.

Достаточно простое решение этой, на первый взгляд, противоречивой задачи предложено в зарубежных стандартах.

Дело в том, что в зарубежных нормах требования к обеспечению необходимой интенсивности орошения предъявляются к одновременной работе четырех оросителей. Оросители располагаются в углах квадрата, внутри которого по площади установлены мерные емкости.

Испытания для спринклеров с различным диаметром выходного отверстия проводят при разных расстояниях между оросителями - от 4,5 до 2,5 метров. На рисунке 8 показан пример расстановки оросителей с диаметром выходного отверстия 10 мм. При этом расстояние между ними должно быть 4,5 метра.

Рисунок 9. Схема испытания оросителя по ISO/FDIS6182-1.

При таком расположении оросителей вода попадет в центр защищаемой площади, если форма распределения будет существенно больше 2 метров, например, такой, как на рисунке 10 .

Рисунок 10. График распределения воды оросителя по ISO/FDIS6182-1.

Естественно, при такой форме распределения воды средняя интенсивность орошения будет уменьшаться пропорционально увеличению площади орошения. Но поскольку испытании участвуют четыре оросителя одновременно, в перекрытия зон орошения обеспечат более высокую среднюю интенсивность орошения.

В таблице 3 приведены условия испытания и требования к интенсивности орошения для ряда спринклерных оросителей общего назначения по стандарту ISO/FDIS6182-1. Для удобства технический параметр по количеству воды в емкости, выраженный в мм/мин, приведен в более привычный для российских норм размерности, литры в секунду/м 2 .

Таблица 3. Требования к интенсивности орошения по ISO/FDIS6182-1.

Диаметр выходного отверстия, мм	Расход воды через ороситель, л/мин	Расстановка оросителей		Интенсивность орошения		Допустимое количество емкостей с уменьшеным объемом воды
		Защищаемая площадь, м 2	Растояние между оростелями, м	мм/мин в емкости	л/с⋅м 2
10	50,6	20,25	4,5	2,5	0,0417	8 из 81
15	61,3	12,25	3,5	5,0	0,083	5 из 49
15	135,0	9,00	3,0	15,0	0,250	4 из 36
20	90,0	9,00	3,0	10,0	0,167	4 из 36
20	187,5	6,25	2,5	30,0	0,500	3 из 25

Чтобы оценить, насколько высок уровень требований к величине и равномерности интенсивности орошения внутри защищаемого квадрата, можно произвести следующие несложные вычисления:

1. Определим, какое количество воды выливается в пределах квадрата площади орошения в секунду. Из рисунка видно, что сектор четверти орошаемой площади круга оросителя участвует в орошении квадрата, поэтому четыре оросителя выливают на «защищаемый» квадрат количество воды, равное тому, что выливается из одного оросителя. Поделив указанный расход воды на 60 получаем расход в л/сек. Например, для Ду 10 при расходе 50,6 л/мин получим 0,8433 л/сек.
2. В идеале, если вся вода равномерно распределяется по площади, для получения удельной интенсивности расход нужно делить на защищаемую площадь. Например, 0,8433 л/сек делим на 20,25 м 2 , получаем 0,0417 л/сек/м 2 , что в точности совпадает с нормативным значением. А так как идеального распределения добиться в принципе невозможно, то допускается наличие емкостей с меньшим содержанием воды в количестве до 10%. В нашем примере это 8 из 81 банки. Можно признать, это достаточно высокий уровень равномерности распределения воды.

Если говорить о контроле равномерности интенсивности орошения по российскому стандарту, то проверяющему предстоит гораздо более серьезное испытание математикой. Согласно требованиям ГОСТ Р51043:

Среднюю интенсивность орошения водяного оросителя I, дм 3 /(м 2 c), рассчитывают по формуле:

где i i – интенсивность орошения в i-ой мерной банке, дм 3 /(м 3 ⋅ с);
n – число мерных банок, установленных на защищаемой площади. Интенсивность орошения в i-й мерной банке i i дм 3 /(м 3 ⋅ с), рассчитывают по формуле:

где V i – объем воды (водного раствора), собранный в i-й мерной банке, дм 3 ;
t – продолжительность орошения, с. Равномерность орошения, характеризуемую значением среднеквадратического отклонения S, дм 3 /(м 2 ⋅ с), рассчитывают по формуле :

Коэффициент равномерности орошения R рассчитывают по формуле:

Оросители считают выдержавшими испытания, если средняя интенсивность орошения не ниже нормативного значения при коэффициенте равномерности орошения не более 0,5 и количество мерных банок с интенсивностью орошения менее 50 % от нормативной интенсивности не превышает: двух – для оросителей типов В, Н, У и четырех – для оросителей типов Г, Г В, Г Н и Г У.

Коэффициент равномерности не учитывают, если интенсивность орошения в мерных банках менее нормативного значения в следующих случаях: в четырех мерных банках – для оросителей типов В, Н, У и шести – для оросителей типов Г, Г В, Г Н и Г У.

А вот эти требования – уже не плагиат зарубежных стандартов! Это наши, родные требования. Впрочем, нужно отметить, что и они имеют недостатки. Однако для того чтобы выявить все недостатки или достоинства данного метода измерения равномерности интенсивности орошения, понадобится не одна страница. Возможно, это будет сделано в следующей редакции статьи.

Заключение

1. Сравнительный анализ требований, предъявляемых к техническим характеристикам спринклерных оросителей в российском стандарте ГОСТ Р 51043 и зарубежном ISO/FDIS6182-1, показал, что они практически идентичны в части показателей качества оросителей.
2. Существенные отличия между оросителями заложены в требованиях различных российских стандартов по вопросу обеспечения необходимой интенсивности орошения защищаемой площади одним оросителем. В соответствии с зарубежными стандартами нужная интенсивность орошения должна обеспечиваться работой четырех оросителей одновременно.
3. К преимуществу метода «защиты одним оросителем» можно отнести более высокую вероятность того, что возгорание будет потушено одним оросителем.
4. В качестве недостатков можно отметить:

• для защиты помещения требуется больше спринклеров;
• для работы установки пожаротушения понадобится существенно больше воды, в некоторых случаях ее количество может вырасти в разы;
• доставка больших объемов воды влечет за собой значительное удорожание всей системы пожаротушения;
• отсутствие четкой методики, разъясняющей принципы и правила расстановки оросителей в защищаемом помещении;
• отсутствие необходимых данных по реальной интенсивности орошения оросителей, препятствующее четкому выполнению инженерного расчета проекта.

Литература

1 ГОСТ Р 51043-2002. Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители. Общие технические требования. Методы испытания.

2 ISO/FDIS6182-1. Fire protection - Automatic sprinkler systems - Part 1:Requirements and test methods for sprinklers.

3 http://www.sprinklerreplacement.com/

4 СП 6. Система противопожарной защиты. Нормы и правила проектирования. Автоматическая пожарная сигнализация и автоматическое пожаротушение. Проект окончательной редакции No171208.

5 НПБ 88-01 Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.

6 ГОСТ Р 50680-94. Установки водяного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытания.

7 Проектирование водяных и пенных автоматических установок пожаротушения. Л.М Мешман, С.Г. Цариченко, В.А. Былинкин, В.В. Алешин, Р.Ю. Губин; Под общей редакцией Н.П. Копылова. – М.: ВНИИПО МЧС РФ, 2002 г.

Выбор огнетушащего вещества, способа пожаротушения и типа автоматической установки пожаротушения.

Возможные ОТВ выбирают в соответствии НПБ 88-2001. Учитывая сведенья применимости ОТВ для АУП в зависимости от класса пожара и свойств находящихся материальных ценностей согласна рекомендациям для тушения пожаров класса А1 (А1- горение твердых веществ сопровождаемые тлением) подойдет тонкораспыленная вода ТРВ.

В расчётном графическом задание принимаем АУП-ТРВ. В рассматриваемом жилом доме будет стрингерной водонаполненной (для помещений с минимальной температурой воздуха 10˚С и выше). Спринклерные установки принимаются в помещениях с повышенной пожарной опасностью. Проектирование установок ТРВ должно осуществляется с учетом архитектурно планировочных решений защищаемого помещения и технических параметров, технических установок ТРВ приведенных к документации на распылители или модульные установок ТРВ. Параметры проектируемой стринклерной АУП (интенсивность орошения расход ОТВ минимальная площадь орошения продолжительность подачи воды и максимальное расстояние между стринклерными оросителями, определяем в соответствии . В разделе 2.1 в РГЗ была определенная группа помещений. Для защиты помещений следует использовать оросители В3 – “Макстоп”.

Таблица 3

Параметры установки пожаротушения.

2.3. Трассировка систем пожаротушения.

На рисунке изображена схема трассировки, в соответствии с которой необходимо установить ороситель в защищаемом помещении:

Рисунок 1.

Количество спринклерных оросителей в одной секции установки не ограничивается. При этом для выдачи сигнала уточняющего местоположения загорания здания, а также для включения систем оповещения и дымоудаления рекомендуется устанавливать на питающих трубопроводах сигнализаторы потоков жидкости с характером срабатывания. Для группы 4 минимальное расстояние от верхней кромки предметов до оросителей должно составлять 0,5 метров. Расстояние от розетки спринклерного оросителя устанавливаемых вертикально до плоскости перекрытия должно составлять от 8 до 40 см. В проектируемой АУП принимаем это расстояние равное 0,2м. В пределах одного защищаемого элемента следует установить одиночные оросители с одинаковым диаметром, тип оросителя будет определен по результату гидравлического расчета.

3. Гидравлический расчет системы пожаротушения.

Гидравлический расчет спринклерной сети выполняют с целью:

1. Определение расхода воды

2. Сравнение удельного расхода интенсивности орошения с нормативным требованием.

3. Определение необходимого давления водопитателей и наиболее экономных диаметров труб.

Гидравлический расчет противопожарного водопровода сводится к решению трех основных задач:

1. Определение давления на входе в противопожарный водопровод (на оси выходного патрубка, насоса). Если заданы расчетный расход воды схема трассировки трубопроводов, их длина и диаметр, а также тип арматуры. В данном случае расчет начинается с определения потерь давления при движении воды в зависимости от диаметра трубопроводов и т.д. Заканчивается расчет выбором марки насоса по расчетному расходу воды и давлению в начале установки

2. Определение расхода воды по заданному давлению в начале противопожарного трубопровода. Расчет начинается с определения гидравлического сопротивления всех элементов трубопровода и заканчивается установлением расхода воды с заданного давления в начале пожарного водопровода.

3. Определение диаметра трубопровода и других элементов по расчетному расходу воды и давления в начале трубопровода.

Определение необходимого напора при заданной интенсивности орошения.

Таблица 4.

Параметры оросителей «Макстоп»

В разделе была принята спринклерная АУП, соответственно принимаем, что будут применятся оросители марки СИS- ПН 0 0,085 – оросители спринкрельные, водяные, специального назначения с потоком концентрической направленности устанавливаемые вертикально без декоративного покрытия с коэффициентом производительности 0,085, номинальной температурой срабатывания 57 о, расчетный расход воды в диктующем оросителе определяется по формуле:

Коэффициент производительности составляет 0,085;

Необходимый свободный напор равный 100 м.

3.2. Гидравлический расчет разделительных и питающих трубопроводов.

Для каждой секции пожаротушения определяется самая удалённая или наиболее самая высокорасположенная защищаемая зона, и гидравлический расчет проводится именно для этой зоны в пределах расчётной площади. В соответствии с выполненным видом трассировки системы пожаротушения, по конфигурации она тупиковая, не симметричная с водопроводом утренним тру не совмещена. Свободный напор у диктующего оросителя составляет 100 м, потеря напора на подающем участке равны:

Участка длина участка трубопровода между оросителями;

Расход жидкости на участке трубопровода;

Коэффициент, характеризующий потерю напора по длине трубопровода, для выбранной марки составляет 0,085;

Требуемый свободный напор у каждого последующего оросителя представляет собой сумму, состоящую из требуемого свободного напора у предыдущего оросителя, и потеря напора на участке трубопровода между ними:

Расход воды пенообразователя из последующего оросителя определяется по формуле:

В пункте 3.1 был определён расход диктующего оросителя. Трубопроводы водонаполненных установок должны быть выполнены из оцинкованной и нержавеющей стали, диаметр трубопровода определяют по формуле:

Участка расход воды, м 3 /с

Скорость движения воды м/с. принимаем скорость движения от 3 для 10 м/с

Диаметр и трубопровода выражаем в мл и увеличиваем до ближайшего значения (7). Трубы соединятся сварным методом, фасонные детали изготавливаются на месте. Диаметры трубопровода следует определять на каждом расчётном участке.

Полученные результаты гидравлического расчета, сводим в таблицу 5.

Таблица 5.

3.3Определение требуемого напора в системе

Расход воды для пожаротушения из сети противопожарного водопровода на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности должен приниматься из расчета двух одновременных пожаров на предприятии: одного пожара в производственной зоне и второго пожара – в зоне сырьевых или товарных складов горючих газов, нефти и нефтепродуктов.

Расход воды определяется расчетом, но должен приниматься не менее: для производственной зоны – 120 л/с, для складов – 150 л/с. Расход и запас воды должен обеспечивать тушение и защиту оборудования стационарными установками и передвижной пожарной техникой.

За расчетный расход воды при пожаре на складе нефти и нефтепродуктов следует принимать один из следующих наибольших расходов: на пожаротушение и охлаждение резервуаров (исходя из наибольшего расхода при пожаре одного резервуара); на пожаротушение и охлаждение железнодорожных цистерн, сливно-наливных устройств и эстакад или на пожаротушение сливно-наливных устройств для автомобильных цистерн; наибольший суммарный расход на наружное и внутреннее пожаротушение одного из зданий склада.

Расходы огнетушащих средств следует определять, исходя из интенсивности их подачи (табл. 5.6) на расчетную площадь тушения нефти и нефтепродуктов (например, в наземных вертикальных резервуарах со стационарной крышей за расчетную площадь тушения принимается площадь горизонтального сечения резервуара).

Расход воды на охлаждение наземных вертикальных резервуаров следует определить расчетом, исходя из интенсивности подачи воды, принимаемой по таблице 5.3. Общий расход воды определяется как сумма расходов на охлаждение горящего резервуара и охлаждение соседних с ним в группе.

Свободный напор в сети противопожарного водопровода при пожаре следует принимать:

· при охлаждении стационарной установкой – по технической характеристике кольца орошения, но не менее 10 м на уровне кольца орошения;

· при охлаждении резервуаров передвижной пожарной техникой по технической характеристике пожарных стволов, но не менее 40 м.

Расчётную продолжительность охлаждения резервуаров (горящего и соседних с ним) следует принимать:

· наземных резервуаров при тушении пожара автоматической системой – 4 ч;

· при тушении передвижной пожарной техникой – 6 ч;

· подземных резервуаров – 3 ч.

Общий расход воды из водопроводной сети для защиты аппаратов колонного типа при условном пожаре стационарными установками водяного орошения принимается как сумма расходов воды на орошение горящего колонного аппарата и двух соседних с ним, расположенных на расстоянии менее двух диаметров наибольшего из них. Интенсивность подачи воды в расчете на 1 м 2 защищаемой поверхности аппаратов колонного типа с СУГ и ЛВЖ принимается равной 0,1 л/(с×м 2).

Расчёт кольцевого оросительного трубопровода рассмотрим на примере охлаждения боковой поверхности при пожаре наземного вертикального резервуара с ЛВЖ со стационарной крышей номинальным объемом W = 5000 м 3 , диаметром d р = 21 м и высотой H = = 15 м. Стационарная установка охлаждения резервуара состоит из горизонтального секционного кольца орошения (оросительного трубопровода с устройствами распыления воды), размещаемого в верхнем поясе стенок резервуара, сухих стояков и горизонтальных трубопроводов, соединяющих секционное кольцо орошения с сетью противопожарного водопровода (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема участка водопроводной сети с кольцом орошения:

1 – участок кольцевой сети; 2 – задвижка на ответвлении; 3 – кран для слива воды; 4 – сухой стояк и горизонтальный трубопровод; 5 – оросительный трубопровод с устройствами для распыления воды

Определим общий расход на охлаждение резервуара при интенсивности подачи воды J = 0,75 л/с на 1 м длины его окружности (табл. 5.3)Q = J pd р = 0,75 × 3,14 × 21 = 49,5 л/с.

В кольце орошения в качестве оросителей принимаем дренчеpы с плоской розеткой ДП-12 с диаметром выходного отверстия 12 мм.

Определяем расход воды из одного дренчера по формуле ,

где К – расходная характеристика дренчера, К = 0,45 л/(с×м 0,5); H а = 5 м –минимальный свободный напор.Тогда л/с. Определяем количество дренчеров . Тогда Q = nq = 50 × 1 = 50 л/с.

Расстояние между дренчерами при диаметре кольца D к = 22 м. м.

Диаметр ответвления d вс подводящего воду к кольцу, при скорости движения воды V = 5 м/с равен м.

Принимаем диаметр трубопровода d вс = 125 мм.

По кольцу от точки b к точке а вода пойдет по двум направлениям, поэтому диаметр трубы кольцевого участка определим из условия пропуска половины общего расхода м.

Для равномерности орошения стенок резервуара, то есть необходимости незначительного перепада напора в кольце орошения у диктующего (точка а ) и ближайшего к точке b дренчеров принимаем d к = 100 мм.

По формуле определим потери напора h к в полукольце м. = 15 м. .

Величина свободного напора в начале ответвления учитывается при определении характеристики насоса.

Для более высоких установок (например, ректификационных колонн) можно предусмотреть несколько перфорированных трубопроводов на различных отметках. Напор наиболее высоко расположенного трубопровода с отверстиями необходимо принимать не более 20–25 м.