Особенности проектирования автоматических установок газового пожаротушения

Аннотация. Проектирование автоматических установок пожаротушения (АУП) во многом определяет эффективное и безопасное тушение пожара в начальной стадии его развития. Нормативные документы содержат лишь основные требования к проектированию АУП. В данной статье рассмотрены особенности проектирования газовых АУП, которые недостаточно подробно освещены в нормативно-технической документации.

Показаны отечественные и зарубежные способы определения параметров, характеризующих герметичность защищаемого помещения. Представлены решения, которые обеспечивают наиболее равномерное распределение огнетушащих газов в помещениях с большой площадью пола и большой высотой потолка.

Приведены правила построения трубопроводных разводок для сжиженных газов. Отмечены факторы, влияющие на эффективность газовой АУП при трех способах пуска.

Рассмотрены вопросы безопасности при воздействии газа на людей.

Учет этих особенностей позволит улучшить проектирование газовых АУП и повысит эффективность борьбы с пожарами.

Проектирование автоматических установок пожаротушения: общие принципы

Необходимость процедуры проектирования автоматических установок пожаротушения (АУП) обусловлена широким разнообразием условий горения и тушения пожара на объектах защиты. Существуют многочисленные справочники и учебные пособия, которые содержат сведения о показателях пожарной опасности веществ и материалов, а также о процессе развития пожара в начальной стадии [1–7]. Согласно требованиям СП 485.1311500.2020 [8], тип АУП, способ тушения, вид огнетушащего вещества определяет проектировщик с учетом показателей пожарной опасности веществ и материалов, а также особенностей защищаемого оборудования, архитектурных, конструктивных и объемно-планировочных решений объекта защиты.

В арсенале проектировщика для эффективного тушения пожаров с помощью АУП имеется два основных способа пожаротушения (по поверхности или по объему), а также пять огнетушащих веществ (вода, пена, газ, порошок или аэрозоль). Задача проектировщика заключается в выборе оптимального сочетания способа и огнетушащего вещества, которые позволят эффективно и с минимальными затратами ликвидировать возникший пожар веществ и материалов на объекте защиты.

АУП серийно не изготавливаются. Проектировщик должен выбрать элементную базу для построения АУП и разместить ее на объекте защиты. При этом обычно приходится решать целый комплекс противоречивых требований и условий. Методики нормативных документов (НД) помогают сделать правильный расчет количества огнетушащего вещества и параметров его подачи.

В каждом из зарубежных стандартов ISO 14520-1 [9], ISO 6183 [10], NFPA 2001 [11] указывается, что проектирование АУП могут осуществлять только высококвалифицированные опытные специалисты, способные учесть местные условия применения АУП на объекте защиты.

Следует отметить, что НД для проектирования АУП разрабатываются на основе обобщения практических результатов применения АУП при защите объектов. Поэтому редко встречающиеся, нетипичные или малоизученные примеры защиты объектов не используются при разработке НД. В таких случаях проектировщик, в дополнение к НД, руководствуется известными сведениями из технической документации об аналогичных применениях АУП, а также своим опытом.

Таким образом, в ряде случаев проектирование АУП является достаточно сложной процедурой даже при высокой квалификации исполнителей. Рассмотрим некоторые особенности проектирования АУП на примере автоматической установки газового пожаротушения (АУГП).

Преимущества и общие требования к газовому пожаротушению

Огнетушащий газ – это неэлектропроводная среда, которая после испарения не оставляет твердых или жидких осаждаемых веществ. Поэтому применение газа не причиняет ущерб объекту, его удаление после подачи также не вызывает трудностей и продолжительных перерывов защищаемого технологического процесса. Газ легко обтекает конструктивные преграды на пути его распространения, поэтому может применяться для пожаротушения объемным способом.

Проектировщик должен обеспечить эффективность пожаротушения применением необходимого количества газа и его равномерным распределением в объеме объекта защиты.

Особенности проектирования: обеспечение герметичности помещений

В случае, если АУГП применяется для тушения пожара подкласса А1 по ГОСТ 27331 [12] (тлеющие материалы), то прежде всего необходимо обеспечить максимально возможную герметичность помещения, чтобы минимизировать утечки газа из помещения для исключения повторных загораний. В этом случае, согласно НД, максимально допустимая негерметичность помещения не должна превышать уровень условно герметичного помещения, для которого принят показатель негерметичности не более 0,001 м–1.

Правила учета открытых проемов для вычисления показателя негерметичности в отечественной нормативной документации подробно не указаны. В настоящее время размеры видимых проемов измеряются линейкой или другим мерительным инструментом. Однако если дверные и оконные проемы не имеют резиновых уплотнений в притворах, то здесь также есть открытые проемы. Опытные проектировщики для расчета массы газа принимают ширину невидимых проемов по периметру окон и дверей равной 5 мм. Учитываются также размеры проема для забора (подачи) воздуха в системе вентиляции помещения.

За рубежом для определения герметичности помещения применяют вентиляционный метод. Сущность метода заключается в наддуве помещения воздухом с помощью вентилятора. Для известного расхода наддува воздухом определяют избыточное давление в помещении. Затем по результатам нескольких измерений производят расчет эквивалентного проема помещения. Аналогичный метод стандартизован в нашей стране в ГОСТ 31167-2009 [13], однако он до сих пор не находит широкого применения в практике проектирования АУГП.

Специфика проектирования АУГП для помещений больших объемов и высоты

Большие объемы и площади

Особенности защиты помещений больших размеров в отечественных НД подробно не освещены, так как такие объекты встречаются достаточно редко. Зарубежные нормы также содержат очень мало информации применительно к таким объектам.

Особенность проектирования АУГП для помещений больших объемов заключается в том, чтобы обеспечить равномерность распределения газа при его подаче из одного источника (станции пожаротушения и т. п.).

Для помещения, имеющего большую площадь пола, важно максимально равномерно распределить газ по отдельным насадкам трубопроводной разводки. В этом случае применить симметричную схему разводки чрезвычайно сложно. При этом необходимо выполнять требование СП 485.1311500.2020 [8], согласно которому разница расходов газа между двумя крайними насадками на одном распределительном трубопроводе не должна превышать 20 %.

За рубежом разрешено применять насадки с различными отверстиями для выхода газа при условии, что монтажная организация неукоснительно выполняет требования проекта по этому вопросу.

В нашей стране действует другое правило: в одном помещении (защищаемом объеме) должны применяться насадки только одного типоразмера, то есть насадки для одного объема помещения должны быть одинаковыми. Это упрощает работу монтажных организаций, но осложняет проектирование. Обычно задача решается увеличением проходных сечений трубопроводов, в отдельных случаях для обеспечения указанных расходов требуется увеличить расчетное количество газа в АУГП.

Помещения с высокими потолками

Дополнительные проблемы возникают для защиты помещений с высоким потолком. Распределение газа в локальном объеме каждого насадка осуществляется за счет энергии конвективных потоков струй газов, выходящих из насадков. Если локальная зона насадка имеет большую высоту, то равномерное перемешивание газовой среды затруднено.

При высоте потолка до 3,5…4,0 м газ обычно распределяется сравнительно равномерно. При высоте потолка от 4 до 6 м при подаче газа из трубопроводной разводки в один ярус рекомендуется применять газы, которые при нормальных условиях имеют сравнительно большое давление – СО2, сжатые газы (азот, аргон, составы «Инерген» и «Арогонит») или хладон 23. Не исключен вариант применения хладона 125. Такие газы предпочтительно применять и в помещениях с большей высотой потолка для многоярусного трубопровода с насадками.

Правила построения разводки для высоких помещений можно найти в международном стандарте ISO 6183 [10], который определяет требования к углекислотным (СО2) АУГП. Отсюда, для помещений высотой от 5 до 10 м, кроме насадков под потолком, дополнительные насадки требуется разместить на уровне примерно одной трети высоты помещения. Для помещений высотой более 10 м дополнительные насадки размещают на уровне одной трети и двух третей высоты
помещения.

Распределение открытых проемов

Еще одна особенность проектирования АУГП в помещениях больших объемов заключается в допустимом распределении постоянно открытых проемов по помещению. СП 485.1311500.2020 [8] формально допускает суммарный открытый проем 10 м² в помещении объемом 10 000 м³. Очевидно, что рядом с таким сосредоточенным проемом организовать пожаротушение не представляется возможным. Проем такой площади в указанных условиях нормы допускают, но он должен быть сравнительно равномерно распределен по объему помещения. Следует отметить, что зарубежные требования к герметичности помещения существенно более жесткие, чем отечественные нормы.

Нюансы проектирования трубопроводной разводки и конструкций

В некоторых зарубежных странах проектные организации обязаны самостоятельно разрабатывать руководящий документ, который содержит более жесткие и подробные правила проектирования АУП, чем действующие национальные или международные НД. Такие документы разрабатываются под руководством опытных наставников (организаций), отступления от этих документов для зарубежного проектировщика запрещены.

Например, в таких документах часто указываются правила построения трубопроводных разводок, которые направлены на более равномерное распределение газа внутри объема помещения. Особое внимание уделяется правильной ориентации тройников в случае подачи сжиженных огнетушащих газов. Причина заключается в том, что давление сжиженного газа при движении по трубопроводу уменьшается. Это приводит к выделению парогазовой фазы и образованию смеси жидкость – газ (пар). Такая смесь может частично расслаиваться под действием сил гравитации, то есть происходит всплытие пузырьков в жидкости, особенно на горизонтальных участках труб. Поэтому тройники ориентируют так, чтобы выходящие потоки находились в горизонтальной плоскости, так как при этом доля жидкости и газа в выходящих потоках одинаковая. Пример правильной и неудачной ориентации тройников приведен на рис. 1.

Кроме того, следует уделить внимание пропорциям разделения потоков в тройниках (рис. 2), а также способу заужения сечения трубопровода с помощью конических переходов с углом конуса до 30°.

Влияние конструкции и ориентации насадков

Конструкция насадка также оказывает влияние на равномерность распределения газа в помещении. Проектировщику следует ориентировать струи газа, выходящие из насадка, таким образом, чтобы энергия струи газа не терялась в результате трения об ограждающие конструкции. Пример такой ориентации приведен на рис. 3. В узком пространстве двойного пола струи газа следует направлять горизонтально, так как любое отклонение от этого направления увеличивает трение. Под потолком, где нет пожарной нагрузки, струи газа могут быть направлены под небольшим углом вниз, при этом трение о потолок уменьшается.

Безопасность людей и выбор огнетушащего газа

Целый ряд факторов оказывает влияние на выбор огнетушащего газа для защиты объекта. При этом вопросам безопасности людей в помещении следует уделить особое внимание. Безопасность людей во всех случаях должна обеспечиваться своевременной оперативной эвакуацией тренированного персонала до подачи газа в течение временной задержки по сигналам оповещателей. Однако в редких случаях происходят ложные несанкционированные срабатывания АУГП с подачей газа на людей. Кроме того, следует учесть, что ручной местный пуск централизованной АУГП осуществляется без включения оповещателей, а временная задержка отсутствует.

В таких случаях не исключено воздействие газа на людей. Поэтому при проектировании следует учитывать, что:

• хладон 114В2 и СО₂ обладают чрезвычайно высокой опасностью для людей;
• сжатые газы (азот, аргон, составы «Инерген» и «Арогонит») наиболее безопасны, так как накопление огнетушащей концентрации этих газов длится около минуты, при этом видимость в помещении не теряется вследствие отсутствия водяного тумана, а среда с концентрацией газа выше нормативной по горючему н-гептану пригодна для дыхания и эвакуации несколько минут;
• среди сжиженных газов хладон 23 и ФК-5-1-12, а также хладон 227еа оказывают наименее опасное воздействие на людей;
• более опасен хладон 125, его лучше применять в помещениях небольших размеров с возможностью оперативной эвакуации.

Важно помнить, что подача в помещение любого сжиженного газа вследствие его испарения и охлаждения воздуха приводит к потере видимости из-за водяного тумана, который образуется из влаги воздуха.

Огнестойкость ограждающих конструкций и эффективность АУГП

Следует учитывать, что эффективность АУГП может быть достигнута только в помещении, которое согласно СП 486.1311500.2020 [14] выделено ограждающими конструкциями, отнесенными к противопожарным преградам с пределом огнестойкости не менее 45 минут. Это положение особенно важно для централизованных АУГП, так как в этом случае предусмотрено три вида пуска АУГП – автоматический, ручной дистанционный и ручной местный.

Если загорание быстро обнаружено с помощью малоинерционной системы пожарной сигнализации и АУГП сработала в автоматическом режиме (временная задержка обычно небольшая, чаще всего до 30 с), то пламя будет эффективно ликвидировано при создании во всем помещении концентрации газа не ниже нормативной. В этом случае любой огнетушащий газ, указанный в СП 485.1311500.2020 [8], способен ликвидировать не только пламенное горение, но иногда даже тление, так как тление не успело развиться.

Эффективность АУГП должна сохраняться в случае отказа автоматического пуска, то есть при более длительном развитии пожара. Дистанционный и, тем более, ручной местный пуск будут осуществлены с большой задержкой времени. За это время герметичность помещения должна сохраняться за счет достаточной огнестойкости ограждающих конструкций, указанной в СП 486.1311500.2020 [14].

Выводы

Предложены технические решения для проектирования АУГП при защите объектов в условиях, которые сравнительно редко встречаются в практике автоматического пожаротушения и потому недостаточно подробно освещены в нормативно-технической документации.

Применение таких решений может повысить эффективность и безопасность при тушении пожаров с помощью АУГП.

Перейти к содержимому PDF