Многообразие подходов к проектированию систем СО2 пожаротушения: quo vadis?

15.10.2013

sergej_ponomarev.jpgСергей Пономарев
Заместитель директора ООО «Квирин»
Тел.: (067) 446-01-92
e-mail: s_ponomarev@ukr.net
www.kvirin.ua


kvirin.jpgСо времен зарождения человечества люди всеми доступными способами пытались добыть и сберечь огонь, чтобы использовать его для своих нужд. Ему поклонялись так же как Земле, Воде, Ветру. Огонь крайне необходим для жизни человека и сегодня. Однако он способен делать жизнь не только комфортной, но и забирать ее при пожарах, беспощадно и в больших количествах. Люди изобретали, искали и ищут способы обуздания огненной стихии, управления ею, борьбы с ней. Однако самым эффективным средством «условного, мирного сосуществования» с огненной стихией является постоянный контроль за пожароопасными объектами, недопущение возникновения огня, раннее выявление очага возгорания и недопущение распространения огня.

До недавнего времени «правила игры» при проектировании систем газового пожаротушения с применением диоксида углерода в качестве огнетушащего вещества (далее СГП-СО2) в Украине устанавливались ДБН В.2.5-13 [1]. С октября 2010 года в силу вступили строительные нормы ДБН В.2.5-56 [2], отсылающие желающих произвести расчет СГП-СО2 к ДСТУ 4578 [3], кстати, на сегодня устаревшему в связи с выходом новой редакции ISO 6183 [4]. В Российской Федерации требования к проектированию СГП-СО2 регламентируется СП 5.13130.2009 [5], в США – NFPA 12 [6], Великобритании – BS 5306-4 [7].

Таким образом, практически в каждой стране существует свой подход к методике определения основных параметров СГП-СО2, на основе которой производители создают программный продукт для автоматизации расчетов. Исходя из многообразия методик, помноженного на многообразие программных продуктов, возникает закономерный вопрос: насколько сопоставимы полученные результаты? У этой проблемы есть две основные составляющие: сходимость собственно методик расчета и сходимость программных продуктов, созданных на их основе. И это, с учетом наличия на отечественном рынке разнообразной номенклатуры СГП-СО2, в том числе импортных, немаловажно для конечного потребителя – владельца: «потушит или не потушит, вот в чем вопрос».

Постараемся разобраться и начнем, как говорится, «в порядке поступления».

Не углубляясь в дебри гидравлических расчетов остановимся на первом шаге: определении массы СО2, необходимой для полноценной защиты пожароопасного объекта. Для простоты расчетов примем в качестве такого объекта условно герметичное помещение объемом V= 50 м3 (5,0 м – длина) х 4,0 м (ширина) х 2,5 м (высота). Вентиляционные проемы оснащены противопожарными клапанами. Пожароопасное вещество – н-гептан. Нормативная огнетушащая концентрация – 34 % (об.). Температурный режим эксплуатации – 20± 5 0С. Высота над уровнем моря – 200 м. Площадь постоянно открытых проемов – 0,02 м2 (неплотности дверей). СГП-СО2 расположена в защищаемом помещении (объемом трубопроводов можно пренебречь). Остаток СО2 после срабатывания – 5 %.

В качестве анализируемых методик остановимся на ранее используемой (ДБН В.2.5-13 [1]), действующей в настоящее время (ДСТУ 4578 [3]), а также методиках, в соответствии с которыми рассчитываются некоторые импортные СГП-СО2 (СП 5.13130.2009 [5], Руководство [8], разработанное с учетом NFPA 12 [6]).

1. В соответствии с ДБН В.2.513 [1] и СП 5.13130.2009 [5] масса СО2, кг, обобщенно определяется из формулы:

МСО2 = К1 (Мр + Мтр + Мб • n), (1)

где K1 – коэффициент, учитывающий утечки СО2 из сосудов, K1=1,05;

Мр – масса СО2, предназначенная для создания в объеме помещения огнетушащей концентрации при отсутствии искусственной вентиляции воздуха, определяющаяся по формуле:

formula1.jpg

Vр – расчетный объем защищаемого помещения, м3. В расчетный объем помещения включается его внутренний геометрический объем, в том числе объем системы вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления (до герметичных клапанов или заслонок). Объем оборудования, находящегося в помещении, из него не вычитается, за исключением объема сплошных (непроницаемых) строительных элементов (колонны, балки, фундаменты под оборудование и т. д.);

K2 – коэффициент, учитывающий потери СО2 через открытые проемы помещения, определяющийся по формуле:

formula2.jpg

П – параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого помещения, м0,5 • с–1. Численные значения параметра П выбираются следующим образом: П = 0,65 – при расположении проемов одновременно в нижней (0 – 0,2) Н и верхней зоне помещения (0,8 – 1,0) Н, причем площади проемов в нижней и верхней части примерно равны и составляют половину суммарной площади проемов; П = 0,1 – при расположении проемов только в верхней зоне (0,8 – 1,0) H защищаемого помещения (или на потолке); П = 0,25 – при расположении проемов только в нижней зоне (0 – 0,2) Н защищаемого помещения; П = 0,4 – при примерно равномерном распределении площади проемов по всей высоте защищаемого помещения и во всех остальных случаях;

formula3.jpg

ΣFн – суммарная площадь проемов, м2;

H – высота помещения, м;

tпод – нормативное время подачи СО2 в защищаемое помещение, с;

ρ1 – плотность СО2 с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении Tmin, кг/м3, определяется по формуле:

formula4.jpg

ρо – плотность паров СО2 при температуре Tо = 293 К (20 °С) и атмосфеном давлении 101,3 кПа;

Примечание. Для расчета принимается ρ1= 1,84 кг/м3 (по ДСТУ 5092 [9]).

Tmin – минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К;

K3 – поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря;

Cн – нормативная огнетушащая концентрация для объемного тушения, % (об.);

Mтр – масса остатка СО2 в трубопроводах, кг, определяется по формуле:

Мтр = Vтр • ρ , (5)

Vтр – объем всей трубопроводной разводки СГП-СО2, м3;

ρ – плотность остатка СО2 при давлении, которое имеется в трубопроводе после окончания истечения массы Mр в защищаемое помещение, кг•м-3;

Mб – остаток СО2 в модуле пожаротушения (далее – МГП), принимаемый по ТД, кг,

n – количество МГП в СГП-СО2.

2. В соответствии с ДСТУ 4578 [3] масса СО2, кг, определяется из формулы:

formula6.jpg

Av – общая площадь поверхности всех стен, пола и потолка (включая проемы AOV) ограждения защищаемого пространства, м2;

Aov – общая площадь поверхности всех проемов при условии, что они будут открыты при пожаре, м2;

Vv – объем защищаемого закрытого пространства, м3;

Vz – дополнительный объем газовой среды, удаляющийся в течение продолжительности ингибирования вентиляционными системами, которые не могут быть отключены, м3;

Vg – объем строительных конструкций, который можно отнять, м3;

Kb – коэффициент, характеризующий защищаемый материал;

0,2 – характеризует утечки СО2, кг•м2;

0,7 – характеризует минимальное количество СО2, взятое за основу, кг•м3.

tabl1.jpg

3. В соответствии с Руководством [8] минимальное необходимое количество СО2, кг, определяется из формулы:

Wmin = WВ + WL+ WV + WT, (7)

где – базовое количество СО2, кг, необходимое для достижения расчетной концентрации согласно формулы с учетом таблицы 1 (по [8]):

WВ =V/f1, (8)

V – объем помещения, м3;

f1 – объемный коэффициент, м3•кг-1;

WL – количество СО2, кг, необходимое для компенсации утечки через не закрываемые проемы согласно формулы:

WL = Ql tp, (9)

Ql – длительность тушения, мин.

Ql – расход утечки через проем, кг•мин-1, определяемый из формулы:

Ql = L• Ao /2, (10)

L – расход утечки СО2, определяемый графическим способом по [8] (см. рисунок 1) с учетом данных СНиП 23-02 [10], кг(мин м2)-1;

Ao – площадь всех не закрываемых проемов, м2;

Wv – количество СО2, необходимое для компенсации утечки, обусловленной принудительной вентиляцией, согласно формулы: WV =(qV • tp • fC )/f1 (11)

Qv – объемный расход воздуха, обусловленный работой принудительной вентиляции, м3/мин;

Wt – количество СО2, необходимое для компенсации утечки, обусловленной особо высокими или низкими температурами, согласно формулы:

Wt = τ • (Wb + Wl + Wv) (12)

τ – поправочный коэффициент для экстремальных температур:

τ = τh = ΔTh/2,78 (13)

ΔTh - превышение температуры над 93°С;

τ = τL = ΔTl/0,55 (14)

ΔTl - понижение температуры ниже минус 18°С.

Результаты расчетов для выше предложенных условий приведены в таблице.

На выходе – три различных решения одной и той же задачи с разницей в номинале, доходящей почти до 15 кг. И при этом, все три СГП-СО2, рассчитанные в соответствии с официально признанными методиками, должны выполнить свою задачу – потушить пожар.

ris1.jpg

Где же та «золотая» середина технико-экономического решения, при котором эффект «уверенного» пожаротушения достигается при минимальных затратах на создание системы пожаротушения: «минимум СО2, минимум МГП» — «пожар потушен»?

У каждого метода есть свои «плюсы» и «минусы». Так, например, метод по ДСТУ 4578 [3], при своей кажущейся простоте, довольно сложно применим для защиты закрытого технологического оборудования со сложными объемно-планировочными решениями, а методы по СП 5.13130.2009 [5] и [8] требуют довольно объемных расчетов. Указанные причины приводят к выводу о необходимости создания автоматизированных программ расчетов, что, в свою очередь приводит к удорожанию работ по проектированию системы пожаротушения.

tabl2.jpg

И, наконец, несколько слов о программных продуктах, реализующих расчеты СГП-СО2. Строго говоря, программа расчета, это некая «terra incognita», где все зависит от правильно выписанных исходных условий, требований к точности получаемых результатов и т.д. К сожалению, четкий перечень (см., например, ДСТУ 4466-1 [11]) требований к формированию программных продуктов, предназначенных для реализации расчетов СГП-СО2 на сегодня отсутствует.

Литература: 1. ДБН В.2.5-13-98 Інженерне обладнання будинків і споруд. Пожежна автоматика будинків і споруд (не чинний).

2. ДБН В.2.5-56-2010 Інженерне обладнання будинків і споруд. Системи протипожежного захисту.

3. ДСТУ 4578:2006 Системи пожежогасіння діоксидом вуглецю. Проектування та монтаж. Загальні вимоги (ISO 6183:1990, MOD).

4. ISO 6183:2009 Fire protection equipment – Carbon dioxide extinguishing systems for use on premises – Design and installation.

5. СП 5.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.

6. NFPA 12:2011 Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems.

7. BS 5306-4:2001+A1:2012 Fire extinguishing installations and equipment on premises. Specification for carbon dioxide systems.

8. Руководство по проектированию, монтажу, эксплуатации и техническому обслуживанию комплектной углекислотной (СО2) системы пожаротушения компании Kidde Fire Systems, дет. 81-Сo2MAN-001 (февраль 2007).

9. ДСТУ 5092:2008 Пожежна безпека. Вогнегасні речовини. Діоксид вуглецю (EN 25923:1993 (ISO 5923:1989), MOD).

10. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

11. ДСТУ 4466-1:2008 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтаж, випробовування, технічне обслуговування та безпека. Частина 1: Загальні вимоги (ISO 14520-1:2006, MOD).


Автор:  f+s
Источник:  http://security-info.com.ua

Возврат к списку