Системы пожаротушения

Под установками пожаротушения понимается совокупность стационарных технических средств для тушения пожара за счет выпуска огнетушащих веществ. Такие установки, как одно из технических средств системы противопожарной защиты, применяются в тех случаях, когда пожар в начальной стадии может получить интенсивное развитие, что приведет к взрывам, обрушению строительных конструкций, выходу из строя технического оборудования и вызвать нарушение нормального режима работы ответственных систем защищаемого объекта, причинить большой материальный ущерб. Эти установки применяются тогда, когда из-за выделения токсичных веществ ликвидация пожаров передвижными силами и средствами затруднена.

Здесь мы рассматриваем автоматические системы пожаротушения с применением гидравлических аккумуляторов. Водяные автоматические установки пожаротушения (АУП) находят применение в различных отраслях народного хозяйства и используются для защиты объектов, на которых есть такие вещества и материалы, как хлопок, древесина,ткани, пластмассы, лен, резина, горючие и сыпучие вещества, ряд огнеопасных жидкостей. Эти установки «аквасторож» применяют также для защиты технологического оборудования, кабельных сооружений, объектов культуры.

Установка систем пожаротушения состоит из:

• источника водоснабжения (резервуар, водоем, городской водопровод и т.д.);
• пожарных насосов, предназначенных для забора и подачи воды в напорные трубопроводы;
• всасывающих трубопроводов, соединяющих водоисточник с пожарными насосами;
• напорных трубопроводов, проложенных от насоса до узла управления;
• трубопроводов канализационных;
• распределительных трубопроводов, расположенных в пределах защищаемого помещения;
• узлов управления, устанавливаемых в конце напорных трубопроводов, оросителей.

Кроме перечисленного, исходя из проектных решений, в проект системы пожаротушения могут быть включены:

1. бак с водой для заливки пожарных насосов;
2. гидроаккумулятор, поддерживающий постоянное давление в сети установки пожаротушения;
3. компрессор для подпитки гидроаккумулятора воздухом;
4. спускные краны;
5. обратные клапаны;
6. дозировочные шайбы;
7. реле давления;
8. манометры;
9. вакуумметры;
10. уровнемеры для измерения уровня в резервуарах и другие приборы сигнализации, управления и автоматики.

Принципиальная схема монтаж систем пожаротушения приведена на рис. 1.

1 – прибор приёмно-контрольной пожарной сигнализации; 2 – приборы управления и контроля; 3 – универсальный сигнализатор давления; 4 – распределительный трубопровод; 5 – спринклер; 6 – питательный трубопровод; 7 – узел управления; 8 – магистральный трубопровод; 9 – нормально открытая задвижка; 10-задвижка с электромагнитным приводом; 11 -насос; 12-электродвигатель; 13-водопровод; 14-гидроаккумулятор или импульсное устройство;15-компрессор; 16-электроконтактный манометр.

Установка работает следующим образом. При возникновении пожара разрушается тепловой замок спринклера. Вода, находящаяся под давлением, создаваемом гидроаккумулятором, из распределительной сети попадает в очаг пожара. Давление в распределительном и магистральном трубопроводах падает, что вызывает открытие клапана узла управления, вода поступает к вскрывшемуся спринклеру. Одновременно с универсального сигнализатора давления подаётся электрический сигнал о возникновении и начале тушения пожара. Падение давления в импульсном устройстве замыкает контакты электроконтактного манометра, и приборы управления формируют импульс на запуск электродвигателя насоса. До выхода насосов на рабочий режим питание спринклера осуществляется гидроаккумулятором. На рис. 2 представлена система автоматического водяного пожаротушения, установленная в здании Верховного Суда РФ.

Водяные установки пожаротушения имеют основной и автоматический водопитатели. Основной водопитатель обеспечивает работу установки расчетными расходом и напором в течение нормированного времени работы установки. В качестве основного водопитателя в водяных установках используют водопроводы любого назначения с гарантированным напором и расходом, а также насосы-повы-сители. Автоматический водопитатель служит для обеспечения расчетного расхода воды в течение времени, необходимого для выхода на рабочий режим основного и резервного насоса.

Автоматическими водопитателями могут быть:

• гидропневматические баки (гидроаккумуляторы);
• водонапорные баки;
• водопроводы любого назначения.

Существует различная классификация водяных установок пожаротушения. С точки зрения использования гидроаккумуляторов, нас интересуют факторы инерционности и продолжительности подачи средств тушения, а также автономности. Применение гидроаккумуляторов позволяет находиться системе пожаротушения в состоянии абсолютной готовности к работе. Время срабатывания равно времени срабатывания датчика возникновения пожара. Поэтому они используются для сверхбыстродействующих и малоинерционных систем пожаротушения. Если продолжительность подачи средств тушения требуется небольшая (системы импульсного или кратковременного действия), то использование гидроаккумулятора также оправдано, как и в случае требования к автономности работы системы пожаротушения.

Системы компенсации температурных расширений

Этот раздел начнем с описания баков диафрагменного типа. Разрез конструкций представлен на рис.1.

Как правило, это небольшие баки, предназначенные для индивидуальных систем отопления или даже расположенные внутри настенных либо напольных котлов. Для экономии места их часто делают плоскими; форма – прямоугольная или круглая. При внешнем размещении используют баки баллонного типа. Корпус бака выполнен из высококачественной стали методом холодной глубокой штамповки. Толщина стали иногда достигает двух миллиметров. Внешняя поверхность корпуса покрыта порошковыми красками. Внутренний объем разделен на две части несменяемой мембраной диафрагменного типа, края которой по периметру зажаты между двумя половинками бака и провальцованы. В одной части бака находится воздух под давлением, в другой – теплоноситель. При расширении теплоносителя в системе отопления или холодоснабжения мембрана деформируется, и воздух во второй половине бака сжимается, компенсируя изменения объема системы. Внутреннюю поверхность бака, контактирующую с теплоносителем, часто покрывают влагостойкими красками. Иногда корпус бака изготавливают из оцинкованной стали. Недостатком такой конструкции баков является невозможность замены мембраны в случае ее разрыва, потери эластичности или повышенной влагопроницаемости.

В отопительных системах большого объема применяются расширительные баки большого объема баллонного типа со сменной мембраной.

Впрочем, сменные мембраны применяются и для маленьких баков. Замена мембраны производится через фланцевое соединение. Данный тип баков может быть выполнен в горизонтальном и вертикальном исполнении.

Следует отметить, что наиболее правильным является тот, в котором мембрана (при заполнении ее жидкостью) нагружается симметрично. При таком нагружении система более долговечна. Газ в расширительных баках может сжиматься только до определенного значения, обусловленного прочностью системы. В большинстве случаев, для исключения превышения этого порога, в систему устанавливают предохранительный клапан, отрегулированный на определенное давление. Получается, что не весь объем расширительного бака заполнен жидкостью, а только его часть. В простых системах этот объем составляет около 40%. В больших системах этот вопрос становится очень актуальным (чем больше бак, тем больше он стоит). На рис. 2 показан расширительный бак с воздушным компрессором.

Данная конструкция позволяет максимально использовать весь объем бака. Когда происходит расширение жидкости в системе и порог регулировки предохранительного клапана преодолен, газ стравливается в атмосферу и бак заполняется полностью. Но когда при снижении температуры объем теплоносителя уменьшается, для исключения разряжения, в воздушную часть бака необходимо «докачать» давление воздуха до требуемого значения. Это осуществляют компрессор и блок автоматики, регулирующий параметры работы системы. Использовать такие системы имеет смысл в тех случаях, когда можно обеспечить контроль за работой этих более сложных систем.

Расчет объемов гидроаккумуляторов

Для правильного расчета параметров мы предлагаем методику подбора объема гидроаккумулятора, в основу которой положен международный метод расчета UNI 9182, разработанный итальянскими инженерами.

Начнем с того, что если в вашем доме только кран для воды, душ и кран для полива, то ничего считать не надо. Вам нужна стандартная установка водоснабжения с 24-литровым гидроаккумулятором. Смело покупайте ее. Она оптимальна в тех случаях, когда рассматривается оборудование для небольшого дома (дачи) и при непостоянном использовании. Даже если в перспективе потребуется увеличить число точек разбора воды, то можно будет просто купить отдельно и установить в любую точку системы водоснабжения еще один гидроаккумулятор объемом 24 л. Если дом без канализации, но с количеством точек разбора воды более трех, то в любых случаях вам достаточно гидроаккумулятора объемом 50 л.

Методика расчета объема гидроаккумулятора предназначена для индивидуальных домов, оснащенных канализацией (септиком), с ванными и другим оборудованием, потребляющим значительное количество воды, и состоит из нескольких пунктов.

1. Следует определить суммарный коэффициент потребления воды Су. Для этого составьте перечень точек водоразразбора в вашем доме и укажите количество каждого вида оборудования (см. табл 1 и 2)

Таблица 1. Частный дом           

Таблица 2. Коммунальный дом

2. Заполните табл. 3. В ее второй колонке представлены коэффициенты частоты использования каждого вида оборудования (Сх). В третьей колонке укажите количество устройств каждого вида оборудования в вашем доме (n). В правой колонке таблицы умножьте значение Сх на n. Сложив значения этой колонки, вы получите суммарный коэффициент потребления воды в вашем доме.

Таблица 3. Определение суммарного коэффициента потребления Cy

3. В зависимости от полученного значения суммарного коэффициента Су определите значение максимального расхода воды Qмакс , необходимого для вашего дома. Эти значения представлены в табл. 4.

Например, если у вас в доме туалет, душ, кран в раковине, кран на кухне (каждого устройства по одному), то коэффициент потребления:

Су = 3 + 2 + 6 + 2 = 13.

Ближайшее значение Су в табл. 5 равно 12. Этому значению соответствует максимальный расход воды для вашего дома:  Qмакс = 36 л/мин.

Таблица 4.

4. Для расчета объема гидроаккумулятора надо решить, сколько раз в час допускается включение гидроаккумулятора при максимальной интенсивности потребления. Нормальным считается 10-15 раз. Обращаем внимание на то, что большое значение этого параметра (некоторые компании рекомендуют назначать этот параметр при максимальной интенсивности до 45 включений в час) приводит к частому нагружению мембраны гидроаккумулятора на растяжение-cжатие, а общее количество таких нагружений ограничено прочностью мембраны. Кроме того, если 45 включений в час, это значит, что насос работает до отключения всего около минуты. Обычно производительность бытовых насосов систем индивидуального водоснабжения небольшая, и за минуту просто невозможно заполнить правильно подобранный гидроаккумулятор. Наша рекомендация в назначении этого параметра – 10.

При проверке возможности  использования уже существующего гидроаккумулятора в тех случаях, когда в доме добавляется новый источник потребления    воды, этот  параметр  можно  принять равным 15.

Требуется также назначить пороги срабатывания реле давления станции водоснабжения (Рмин и Рмакс ). Нижний порог Рмин для двухэтажных домов обычно равен 1,5 бар, а верхний порог Рмакс – 3 бар. Тогда, для определения объема гидроаккумулятора надо воспользоваться следующей формулой:

где V- полный объем гидроаккумулятора, л;

Омакс – максимальное значение потребного расхода воды, л/мин;

A – количество пусков системы в час;

Рмин- нижний мин порог давления при включении насоса, бар;

Рмакс-верхний порог давления при выключении насоса, бар;

Ро – начальное давление газа в гидроаккумуляторе, бар.

Например, если Qмакс = 36 л/мин, A = 15, Pмин = 1,8 бар, Рмакс = 3 бар, Ро = 1,8 бар, то полный объем гидроаккумулятора:

Ближайший по габаритам  является 150 литровый гидроаккумулятор для водоснабжения.

Далее представим наши рекомендации по назначению порогов срабатывания реле давления систем водоснабжения индивидуального дома. Разница порогов срабатывания Рмакс -Рмин определяет величину объема воды, выдаваемого гидроаккумулятором системы водоснабжения. Чем больше эта разница, тем эффективнее работа гидроаккумулятора, но мембрана в каждом цикле работы нагружается сильнее.

Значение Рмин (давление включения насоса) определяется исходя из значения гидростатического давления (высоты воды) в системе водоснабжения вашего дома. Например, если высота между самой нижней и самой верхней точек разбора в системе равна 10 м, то давление водяного столба- 10 м (1 бар). Каким должно быть минимальное значение давления Рмин? Давление воздуха в камере противодавления гидроаккумулятора должно быть больше или равно гидростатическому, то есть в нашем случае – 1 бар. Нижний порог срабатывания Рмин тогда должен быть несколько больше (на 0,2 бар) начального давления воздуха в гидроаккумуляторе.

Однако нам надо, чтобы расчет объема гидроаккумулятора был точным и система работала устойчиво. Самой критичной, с точки зрения стабильности работы, является наиболее высокая точка разбора (например, кран или душ на верхнем этаже). Настенный кран работает нормально, если перепад давления в нем не менее 0,5 бар. Следовательно, давление должно быть 0,5 бар плюс значение гидростатического давления этой точки. Таким образом, минимальное значение давления газа в гидроаккумуляторе Ро равно 0,5 бар плюс значение приведенного гидростатического давления в точке расположения гидроаккумулятора (расстояние по высоте между верхней точкой разбора и точкой расположения гидроаккумулятора). В нашем случае, если гидроаккумулятор расположен в низшей точке системы водоснабжения, минимальное значение газа в нем Ро = 1 бар + 0,5 бар = = 1,5 бар, а порог срабатывания (включения) насоса Рмин = 1,5 + + 0,2 = 1,7 бар. Если гидроаккумулятор расположен в верхней точке системы, а датчик давления -в нижней, то давление газа в гидроаккумуляторе должно равняться 0,5 бар, а порог включения насоса- 1,7 бар.

При назначении верхнего порога срабатывания системы автоматического водоснабжения Рмакс необходимо учитывать несколько моментов, в первую очередь -напорную характеристику насоса. Значение напора, создаваемого насосом и выраженное в метрах водяного столба, разделенное на 10, покажет максимальное значение давления. Однако при этом следует учитывать, что:

• в характеристиках насоса указаны максимальные параметры без учета гидравлических сопротивлений трубопроводов;
• напряжение электрической сети часто не  соответствует номинальному значению 220 В, и реальные значения могут быть ниже;
• производители бытовых насосов  часто указывают завышенные характеристики;
• при максимальных значениях напора расход насоса минимален  и система будет заполняться очень долго;
• при длительной эксплуатации характеристики насоса уменьшаются.

Учитывая вышесказанное, мы рекомендуем назначать величину верхнего порога срабатывания на 30% ниже, чем максимальное значение напора вашего насоса. Однако первоначальным при определении верхнего порога срабатывания является высота вашего дома, вернее, высота системы водоснабжения дома. Величина верхнего порога срабатывания равна высоте системы водоснабжения (выраженной в метрах) плюс 20 м, и разделенная на 10. Вы получите давление, выраженное в барах.

В бытовых системах водоснабжения рекомендуемая разница между нижним и верхним порогами срабатывания – 1,0-1,5 бар. Эти значения наиболее приемлемы. Таким образом, для определения верхнего порога давления включения насоса мы рекомендуем:

• определить нижний порог давления включения насоса;
• к полученному значению прибавить 1,5 бар;
• полученное значение сравнить с   напорными   характеристиками насоса.

Оно должно быть на 30% ниже максимального значения напора вашего насоса. Таким образом, можно проверить правильность подбора насоса и гидроаккумулятора или возможность использования существующего при установке дополнительного оборудования, потребляющего воду.