Автоматическая установка водяного пожаротушения тонкораспыленной водой

Автоматические установки пожаротушения тонкораспыленной водой

Automated Firefighting Systems with Water Mist

Keywords: automated firefighting systems with water mist, spray element, gas generating element, fine-air mist of extinguishing media, hydraulic calculation

Fine mist extinguishing technology is known since 1950s, but it has not been widely used until our days. It was considered that large amount of water is more efficient for extinguishing the fire. A powerful jet easily reaches the core of fire, penetrates it and extinguishes, however most of the water (up to 60%) falls below the fire level and does not affect combustion.

Технология тушения тонкораспыленной водой известна с 1950-х годов, но до настоящего времени не находила широкого применения. Считалось, что большое количество воды эффективнее тушит очаг возгорания. Мощная струя легко достигает ядра очага пожара, проникает в него и тушит, но при этом большая часть воды (до 60 %) стекает ниже уровня возгорания и на горение не влияет.

Автоматические установки пожаротушения тонкораспыленной водой

Технология тушения тонкораспыленной водой известна с 1950-х годов, но до настоящего времени не находила широкого применения. Считалось, что большое количество воды эффективнее тушит очаг возгорания. Мощная струя легко достигает ядра очага пожара, проникает в него и тушит, но при этом большая часть воды (до 60 %) стекает ниже уровня возгорания и на горение не влияет. При технологии тушения тонкораспыленной водой механизм действия на пламя иной. Можно выделить четыре причины эффективности тонкодисперсной воды.

1. Вместо механического «сбивания» пламени водяной туман увеличивает скорость поглощения тепла из горючих газов и пламени. Суммарная поверхность капель гораздо выше, чем при традиционных методах тушения, поэтому помимо увеличения скорости испарения увеличивается и суммарная площадь испарения мелких капель, а значит, потери тепла тоже гораздо больше.

2. При быстром испарении водяной пар замещает воздух в зоне горения, вытесняя кислород, и огонь попросту «задыхается».

3. Снижается тепловое излучение. Данные экспериментов свидетельствуют, что тепловой поток от стандартных очагов возгорания на расстоянии 1,7 м снижается более чем в 4 раза, что локализует очаг возгорания.

4. Расход воды существенно меньше, нежели при обычном тушении. Плюс, зачастую больше ущерба бывает не от огня, а от пролитой воды.

Известно, что большую опасность при пожаре представляет не только открытое пламя, но и неконтролируемое распространение дыма и огня. Раскаленный до критических температур дым не только ядовит, но и способен оказывать поджигающее действие – он с легкостью распространяется по вентиляционным каналам. Тонкораспыленная вода не только охлаждает дымовые газы, но и осаждает ядовитые аэрозоли и позволяет контролировать начавшееся возгорание.

Автоматические установки пожаротушения тонкораспыленной водой (АУП-ТРВ) применяются для поверхностного и локального по поверхности тушения очагов пожара класса А, В (по ГОСТ 27331) и электроустановок под напряжением, не выше указанного в технической документации на данный вид АУП-ТРВ.

Исполнение установок должно соответствовать: требованиям ПБ 03–567 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.037, ГОСТ 12.4.009, ГОСТ Р 53288 и СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».

Проектирование системы пожаротушения ТРВ должно осуществляться с учетом архитектурно-планировочных решений защищаемых помещений и технических параметров технических средств установок ТРВ, приведенных в технической документации на распылители или модульные установки ТРВ.

Принцип действия АУП-ТРВ следующий. При срабатывании датчиков дыма (тепловых датчиков, извещателей пламени) подается сигнал на включение запорного механизма пускового баллона модуля тушения АУП-ТРВ. Вытесняющий газ поступает в резервуар с ОТВ (очищенная вода, часто со специальными добавками). ОТВ под давлением поступает в распределительные трубопроводы, проложенные под потолком защищаемого помещения, к оросителям. Управление и контроль над выпуском ОТВ выполняется автоматически. При превышении контрольного значения давления в резервуаре с ОТВ срабатывает предохранительный клапан (мембрана).

Согласно пп. 3.45, 3.47 СП 5.13130 модулем является единое устройство, в котором реализованы функции хранения/подачи ОТВ после подачи пускового сигнала, а модульной установкой тушения – несколько модулей с общей системой обнаружения очага пожара и контроля/управления их запуском.

В АУП-ТРВ могут использоваться модульные установки закачного типа, с наддувом (оснащенные баллоном с газом-пропеллентом) или с газогенерирующим зарядом. Конструкция газогенерирующего элемента должна исключать возможность попадания в огнетушащее вещество каких-либо его фрагментов. Также запрещается применение газогенерирующих элементов в качестве вытеснителей огнетушащего вещества при защите модульными установками ТРВ культурных ценностей.

Расположение распылителей относительно защищаемого оборудования, их гидравлические и гидродинамические параметры подачи огнетушащего вещества должны соответствовать требованиям технической документации на распылители или модульные установки ТРВ.

Каждый распылитель должен быть снабжен фильтрующим элементом с ячейкой фильтра не менее чем в 5 раз меньше диаметра выходного отверстия распылителя. В модульных АУП в качестве газа-вытеснителя могут использоваться воздух, углекислота и инертные газы (в газо-образном и сжиженном агрегатном состоянии). Допускается применение газогенерирующих элементов, прошедших промышленные испытания и рекомендованных к применению в пожарной технике. Конструкция газогенерирующего элемента должна исключать возможность попадания каких-либо его фрагментов в огнетушащее вещество или в окружающее пространство.

Трубопроводы водозаполненных установок должны быть выполнены из оцинкованной или нержавеющей стали.

Гидравлический расчет агрегатных установок ТРВ производится по методике, приведенной в СП 5.13130.2009. Начальное давление в модуле и давление на диктующем распылителе, продолжительность подачи ОТВ, геометрические параметры распределительных сетей, расчет и проектирование модульных установок ТРВ должны приниматься и производиться по нормативно-технической документации разработчика и (или) предприятия – изготовителя модульных установок и распылителей. Продолжительность подачи ТРВ должна быть достаточной, чтобы сгорела пожарная нагрузка, находящаяся в «мертвых» зонах, не доступных для диспергируемого потока ОТВ.

Особенности применения систем с тонкораспыленной водой заключаются в том, что к воде, используемой в данных системах, предъявляются особые требования по сравнению с обычными системами водяного пожаротушения. Отверстия в оросителях для получения тонкораспыленной воды очень маленькие, и для работы системы требуется вода высокой степени очистки. Кроме того, во избежание засорения отверстий оросителей в таких системах можно применять только коррозионно-стойкие трубы.

При проектировании систем с ТРВ удаление воды после пожара не предусматривается. При тушении пожара с использованием системы ТРВ расходуется минимальное количество воды. При этом толщина слоя воды на поверхности пола не превышает нескольких миллиметров, что минимизирует вероятность протечек на нижние этажи. Соответственно, при разработке специальных технических условий (СТУ) необходимо указывать, что после срабатывания системы с тонкораспыленной водой удаление воды не предусматривается. Остатки влаги легко удаляются из помещения просушкой и проветриванием.

Тонкораспыленный поток огнетушащего вещества – капельный поток огнетушащего вещества со среднеарифметическим диаметром капель 150 мкм и менее (СП 5.13130.2009).

Источник

Пожаротушение тонкораспыленной водой: как это работает?

Такие знакомые нам по фильмам системы пожаротушения, как разбрызгивание во все стороны воды, были достаточно эффективны в своё время. Но они имели несколько больших недостатков: небольшую площадь покрытия, большой расход ОТВ (огнетушащее вещество), слабое дымоудаление и отсутствие защиты от повторного тления. Как следствие, был разработан новый метод пожаротушения – тонкораспыленной водой.

Принцип пожаротушения тонкораспыленной водой

Главным отличием АУП-ТРВ (Автоматическая Установка Пожаротушения ТонкоРаспыленной Водой) от классических водяных систем пожаротушения является небольшой диаметр капли – 150 мкм и меньше. Это позволяет создать водяной туман, который более эффективен при тушении нескольких очагов пламени, и использовать меньшее количество воды.

Принцип действия установки тушения тонкораспыленной водой состоит в следующем:

1. Когда срабатывают датчики дыма извещатели пламени или тепловые датчики, прибор АПС (автоматической пожарной сигнализации) подает сигнал на активацию запорно-пускового устройства на газовом баллоне (также есть возможность запуска системы ручным извещателем, который аналогичным образом запускает систему АУП-ТРВ).
2. Через рукав высокого давления вода под действием газа-вытеснителя поступает из резервуара к трубопроводу, а затем к оросителям, установленным в зоне защиты от пожара.
3. Смесь воды и газа распыляется под давлением в виде водяного тумана. Под действием высокой температуры водяные капли закипают и образуют пар, который способен проникнуть в труднодоступные места и очаги возгорания. Распыление продолжается до тех пор, пока датчики не дадут сигнал об устранении очага возгорания или пока не закончится вытесняющий газ.
4. После остановки распыления водяной туман сохраняется в помещении еще около 15 минут, после чего оседает на поверхность.

В нерабочем состоянии модуля давление внутри него отсутствует, что позволяет избежать потери работоспособности оборудования при незначительной разгерметизации.

Источник

Эффективное пожаротушение тонкораспылённой водой высокого давления

В статье описаны преимущества тушения пожаров тонкораспылённой водой высокого давления перед тра­диционными способами пожаротушения. Проведена сравнительная оценка эффективности тонкораспылённой воды высокою давления, стоимости оборудовании и монтажа, а также вторичного ущерба при разных способах пожаро­тушения. Приведены данные исследований и огневых испытаний, полученные авторами статьи при моделировании различных очагов возгорания.

Разработки технологий и систем пожаротушения тонкораспылённой водой вы­сокого давления (ТРВ ВД) как стационарных, так и мобильных насчитывают более 25 лет. Соответ­ствующие установки вызывают неизменный ин­терес на выставках, однако масштабы их практи­ческого применения весьма ограничены. Связано это, с точки зрения авторов статьи, с недостаточ­ной детализацией требований, указанных в норма­тивном документе [1] (разделы 5.4, 5.5). В 2004 г. ООО НПО «ПРОСТОР» разработал и начал вы­пускать мобильные установки с использованием ТРВ ВД (рис. 1).

Созданные пожарные стволы и форсунки позволяли организовать заброс высокоскоростной тонкораспылённой воды в зону горения с расстояния 15-20 м. Однако очевидная и прогрессив­ная технология ТРВ ВД до сих пор тиражируется преимущественно в виде мобильных и передвиж­ных агрегатов.

Доктор технических наук, профессор И. М. Абдурагимов в своих первых лекциях фактически сформулировал идею ТРВ ВД, говоря, что в идеале для тушения 1 м² твёрдого вещества требуется 0.5 л воды. Нужно только решить главную зада­чу: как с помощью небольшого объёма воды эф­фективно воздействовать на очаг горения. Первые мобильные установки пожаротушения НПО «ПРО­СТОР», имеющие запас воды 50 или даже 120 л воды (см. рис. 1), являлись своего рода огнетуши­телями для ликвидации или подавления локальных пожаров мощностью до 5 МВт. Но по-прежнему нет поддержки технологии ТРВ ВД в сфере уст­ройства стационарных, автоматических установок пожаротушения (АУП) ТРВ ВД.

В 2016 г. завершена разработка современной отечественной стационарной системы пожароту­шения ТРВ ВД, создан целый комплекс оборудо­вания, включая фирменные форсунки, средства для надежного монтажа трубопроводов, разрабо­таны руководства по проектированию, монтажу и эксплуатации, сертифицированы все компонен­ты системы и созданы необходимые внутренние нормативные документы. Тем не менее остаются те же проблемы внедрения, так как нормативная база для проектирования и внедрения систем по­жаротушения ТРВ ВД по-прежнему отсутствует, поэтому во многих случаях принимается решение в пользу традиционных спринклерных АУП.

За рубежом технологии пожаротушения ТРВ ВД активно развиваются, чему способствуют стандарт [4] и нормы NFРА [5], а также активное содействие их продвижению со стороны страхо­вых компаний. К сожалению, отечественные стра­ховые компании пока не заинтересованы в стимулировании продвижения технологии ТРВ ВД или содействии принятию необходимых нормативно-­правовых документов. Поэтому приходится возвращаться к вопросам эффективности ТРВ ВД, поиску эффективной системы пожаротушения, которая может сократить вторичный ущерб от пожара практически до нуля.

Традиционные системы пожаротушения низкого рабочего давления (до 1,25 МПа) – НД.

Системы пожаротушения с рабочим давлением выше 3,5 МПа (более 5 МПа) → БД.

Все устройства подачи огнетушащего вещества (оросители, распылители, форсунки) – распылители.

Сравнение систем пожаротушения НД и ВД

Согласно классификации, указанной в законе [2] (ч. 1, ст. 45), существуют АУП агрегатного и мо­дульного типа с распылителями НД и ВД, которые отличаются, помимо рабочего давления, расходом воды. Но данным исследователей из Финляндии, разработанный ими распылитель ВД за 30 мин «выливает» 380 л воды (давление около 10 МПа), а традиционный распылитель НД за то же время 3600 л [7]. Примерно такие же оценки у итальян­ских производителей АУП ТРВ ВД [8]. Обычный спринклер по сравнению с их распылителем «вы­ливает» воды в 8 раз больше. Таким образом, на­прашивается первый вывод: расход воды в системах с НД примерно к 10 раз выше, чем в системах с ВД.

Для систем с НД используются трубы (под­водящие, магистральные и распределительные) гораздо большего диаметра, чем в системах ВД. Также важен и сам материал, из которого изготавливаются трубы. Если в системах НД можно ис­пользовать иногда даже не оцинкованную чёрную трубу (что, конечно, неправильно), то для систем ВД обязательно наличие только нержавеющей и, желательно, отечественной трубы. По приблизи­тельной оценке, учитывая, что примерно 2/3 всего распределительного трубопровода АУП (для систем ВД) составляют распределительные линии мало­го диаметра, погонный метр нержавеющей трубы почти в 2 раза дороже, хотя распределительный трубопровод из нержавеющей стали в 4 раза лег­че. Второй вывод: с учётом труб большого диаметра подводящие, магистральные и распределительные трубопроводы в системах пожаротушения НД по сравнению с линиями ВД более чем в 6 раз тяжелее, но при этом по стоимости примерно в 2 раза дешевле.

Третий вывод: для систем пожаротушения НД необходим значительно больший запас воды и, соответственно, более мощные нагнетательно-распределительные системы. Отличие может быть даже больше чем в 10 раз, так как всё зависит от нормативных требований по продолжительно­сти подачи воды системой [1].

В работе [6] по материалам зарубежных публикаций были сделаны сравнительные оценки (рис. 2). Если принять за исходное условие усред­нённую спринклерную систему НД, то в ней при­мерно поровну распределены масса оборудования и необходимый запас воды.

Общая масса всей системы пожаротушения ВД с рабочим давлением 10 — 15 МПа составляет только 15 % от массы системы пожаротушения НД. В самой установке пожаротушения ВД соотноше­ние массы воды, необходимой для пожаротушения, к массе оборудования, примерно равно 1:10.

Если сравнивать обе установки по массе оборудования и трубопроводов, то соотноше­ние будет примерно 4:1, а с учётом запаса воды – примерно 7:1 не в пользу систем НД. Четвертый вывод: объёмы и масса монтируемого оборудо­вания и, соответственно, затраты на монтаж си­стем пожаротушения НД в разы превышают за­траты при монтаже систем пожаротушения ВД. При этом более компактные системы пожаро­тушения ВД значительно проще в обслуживании и эксплуатации.

Оценки и сравнения, сделанные на основе рассмотрения конструктивных, архитектурно-планировочных и компоновочных решений ЛУП, не будут полными без сравнения основных элементов этой системы – распылителей, задача которых распределить истекающие потоки воды на мак­симально возможную площадь. В распылителях НД эту функцию выполняют дополнительные конструктивные элементы, устанавливаемые на выходе струи из распылителя (рис. 3).

Распылители ВД, благодаря появлению но­вых технологий и материалов, изобретены сравни­тельно недавно. По конструкции это либо несколько струйных сопел, расположенных под углом (рис. 4, а), либо специальные вихревые форсунки или распы­лители (рис. 4, б).

Сравнительная оценка размеров частиц воды в рас­пылителях НД и ВД

Главное отличие распылителей НД и ВД в размерах частиц воды, которые формируются на выходе из распылителя (см. рис. 3, 4). В распылителях ВД при давлении от 7-12 МПа это, прежде всего, мелкодисперсный поток водя­ных капель размером менее 150 мкм, фактически — от 50 до 100 мкм. Разработчики систем пожаро­тушения НД оперируют средним размером капель 2 мм, сравнивая их с каплями 0,05 мм в систе­мах ВД [9].

Если теоретически распылить 1 л воды на равномерные частицы размером 2 и 0,05 мм, то получится следующее количество капель: 240 000 и 15 300 000 000. Так как испарение воды проис­ходит с поверхности, то интенсивность испарения при пожаротушении больше зависит не от количества капель, а от их суммарной свободной поверх­ности. Суммарная боковая поверхность для частиц воды НД и ВД равна 3 и 120 м², соответственно, т. е. возрастает в 40 раз. Таким образом, огромное количество капель и увеличенная в десятки раз поверхность испарения в системах пожаротуше­ния ТРВ ВД значительно повышает скорость по­глощения тепла в зоне горения и интенсивность вытеснения из неё кислорода, а также активно экранирует тепловое излучение

Скорость истечения воды из распылителя ВД

Данный параметр для подобного устройства весь­ма важен: чем выше давление в системе, тем выше скорость истечения. При скорости истечения, превышающей 100-150 м/с, следует учитывать до­полнительный мощный аэродинамический фактор дробления водяного потока, чего нет при гравитационном истечении в случае распылителей НД, т. е. в итоге получается быстролетящий туман. Мел­кие частицы воды, обладающие хорошей проницаемостью, способствуют распределению ТРВ по всему пространству, даже «затекая» за препятствия, напоминая по характеру распределения в пространстве газ (квазигаз). Такая способность летящего тумана больше соответствует объёмному способу тушения пожара. В совокупности все перечис­ленные свойства и особенности систем пожаро­тушения ТРВ ВД позволяют говорить о том, что они способны составить серьёзную конкуренцию не только традиционным системам распыления воды НД, но в ряде случаев и газовым системам пожаротушения.

Преимущества от использования водяного тумана при тушении пожара

• эффективно осуществляет дымоподавление (дымоосаждение);
• мелкодисперсная вода экранирует тепловое излу­чение и может использоваться для защиты пожарного, а также материальных ценностей на пожаре;
• распылённая вода более равномерно охлаждает сильно нагретые металлические поверхности несущих конструкций, что исключает их локальную деформацию, потерю устойчиво­сти и разрушение;
• низкая электрическая проводимость водяного тума­на делает возможным его применение в качестве эффективного средства пожаротушения на электроустановках, находящихся под напряжением.

Особенно эффективным является применение систем пожаротушения ТРВ ВД на ранних стадиях обнаружения пожара, в замкнутых поме­щениях, а также на объектах, не допускающих вто­ричного ущерба от пожара (избыточный пролив воды). В соответствии с рекомендациями международного и европейского стандартов [4. 5], ис­следованиями зарубежных коллег [7. 8], а также из накопленного опыта наиболее эффективно ис­пользовать ТРВ ВД для тушения пожаров класса A, В и E в следующих местах:

• в кабельных сооружениях электростанций (АЭС) и подстанций, промышленных и обще­ственных зданий (тоннели, каналы, подвалы, шахты, этажи, двойные полы, галереи, камеры, используе­мые для прокладки электрокабелей);
• в городских кабельных коллекторах и тоннелях;
• в электроустановках, находящихся под на­пряжением до 35000 В;
• в помещениях для хранения горючих ма­териалов или негорючих материалов в горючей упаковке;
• в наземных и подземных помещениях и сооружениях метрополитенов и подземных ско­ростных трамваях;
• в автотранспортных тоннелях;
• в помещениях складского назначения;
• в помещениях хранилищ библиотек и архивов.

Авторы статьи признают, что для многих объектов жилого и общественного назначения вполне достаточно использовать традиционные системы пожаротушения НД и проблема их не­достаточной эффективности (не выше 50-60 %) относится, скорее всего, к упущениям в проекти­ровании, монтаже и особенно в обслуживании. Системы пожаротушения ИД ориентированы на лик­видацию пожара в помещении (здании) до возникновения критических значений опасных факторов пожара [2]. При этом следует отметить, что в соот­ветствии со статьей 89 закона [2] расчёт эвакуационных путей и выходов людей производится без учёта применяемых средств пожаротушения, что занижает значимость и эффективность АУП. Следует отметить, что традиционные спринклер­ные ЛУП неэффективны при ликвидации пожара до наступления предела огнестойкости строитель­ных конструкций, до причинения максимально допустимого ущерба защищаемому имуществу и до наступления опасности разрушения технологи­ческих установок [2]. ТРВ ВД лучше использовать в качестве средства объёмного или локально объёмного пожаротушения, что пока не вписыва­ется в способы, указанные в нормативном доку­менте [1], но такие системы (ТРВ ВД) позволяют обеспечить достижение тех результатов, которые не могут обеспечить спринклерные автоматиче­ские установки пожаротушения [3].

Системы пожаротушения НД сохраняют ве­дущую роль в системах противопожарной зашиты из-за развитой нормативной правовой базы, отра­ботанных проектных и технологических решений, сформировавшегося положительного отношения страховых компаний.

Системы пожаротушения тонкораспылённой водой высокого давления после создания высоко­эффективных распылителей и форсунок ТРВ ВД на основе новых технологий, инструментария и материалов, экспериментально показывают свои существенно более высокие потенциальные воз­можности и эффективность. Однако низкие темпы формирования нормативной и расчётно-аналити­ческой базы для их применения являются серьёз­ным сдерживающим фактором для перехода на их широкое использование.

1. СП 5.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автома­тические. Нормы и правила проектирования. — М.: МЧС России, ВНИИПО МЧС России. 2009. — 114 с.

2. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасно­сти». — М.: Проспект. 2014. — 111 с.

3. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». — М., 2009. — 20 с.

4. ONR CEN/TS 14972:2011. Ortsfeste Brandbekampfungsanlagen – Feinspruh Loschanlagen // Planung und Einbau; Deutsche Fassung, Belgium, Brussel, Europaisches Komitee fur Normung, 2011, S. 9.

5. NFPA 750. Standart on Water Mist Fire Protection Systems. – Las Vegas, An International Codes and Standarts Organization, National Fire Protection Association, 2015, 88 p.

6. Гергель В. И., Цариченко С. Г., Поляков Д. В. Пожаро­тушение тонкораспылённой водой установками высокого дав­ления оперативного применения // Пожарная безопасность. — 2006. — № 2. — С. 125-132.

7. Противопожарная защита для офисных зданий [Элек­тронный ресурс] // Каталог фирмы MARIOFF CORPORATION. Режим доступа: http://www.marioff.com/fire-protection/fire-protection-for-buildings/fire-protection-for-office-buil. (Дата обращения 24.05.2017 г.).

8. Модуль пожаротушении тонкораспылённой водой ЕI-МISТ [Электронный ресурс] // Официальный сайт компа­нии ООО «Пламя Е1» (Пожарная безопасность и оборудова­ние) [сайт]. Режим доступа: http://www.plamya-ei.ru/produkcija (Дата обращения 24.05.2017 г.).

9. Пахомов В. П. Особенности применения АУПТ тонкораспылённой воды // Пожарное дело в строительстве. — 2009. — № 5. — С. 59-65.

10. НПБ 88-01. Установки пожаротушения и сигнализа­ции. Нормы и правила проектирования. — М.: МВД РФ, Государ­ственная противопожарная служба, 2002. — 119 с.

Источник