Подбираем параметры основных водопитателей для установки водяного пожаротушения, защищающей склад хранения древесины (Р=180 кг/м 3).
Интенсивность орошения водой I=0,4 л/(м 2 . с) по таблице 5.2 для 6 группы помещений по степени опасности развития пожара.
Площадь орошения спринклерным оросителем F op =12 м 2 . Трассировка трубопроводов и места размещение оросителей на плане показаны на листе 1 графической части.
Выбираем тип оросителя и его основные параметры. Для этого определимтребуемые напор и расход на диктующем оросителе.
На основании полученных расчетов применяем в проектируемой установке спринклерный ороситель СВН-15.
Уточняем расход из оросителя:
С определенным коэффициентом запаса принимаем л/с (хотя эта процедура никаким нормативным документом не прописана, а следовательно расход можно и не увеличивать).
Таким образом, получаем начальные гидравлические параметры у диктующего оросителя:
Для левой ветви распределительного трубопровода принимаем следующие параметры трубопроводов:
участок 1-2: мм;
участок 2-3: мм;
участок 3-4: мм;
участок 4-а: мм.
При проектировании распределительных, питающих и подводящих сетей необходимо исходить из тех соображений, что водяные и пенные АУП эксплуатируются, как правило, довольно длительное время без замены трубопроводов. Поэтому, если ориентироваться на удельное гидравлическое сопротивление новых труб, через определенное время их шероховатость увеличивается, вследствие чего распределительная сеть уже не будет соответствовать расчетным параметрам по расходу и давлению. В связи с этим принимается средняя шероховатость труб. Значение удельного сопротивления А принимается по таблице V.1. настоящего пособия.
Расход первого оросителя 1 является расчетным значением на участке между первым и вторым оросителями.
Таким образом, падение давления на участке составит:
Давление у оросителя 2:
Расход оросителя 2:
Расчетный расход на участке между первым и вторым оросителями, т.е. на участке составит:
Давление оросителя 3:
Расход оросителя 3:
Расчетный расход на участке между первым и третьим оросителями, т.е. на участке, составит:
По расходу воды определяются потери давления на участке:
Потери давления на участке водопровода при мм очень высокие, поэтому на участке принимаем диаметр трубопровода мм. Тогда:
Давление оросителя 4:
Расход оросителя 4:
Таким образом, даже незначительное изменение спецификации распределительного и питающего трубопроводов в сторону уменьшения диаметра приводит к достаточно существенному изменению давления, что требует использования пожарного насоса с большим давлением подачи.
Расчетный расход на участке между первым и четвертым оросителями, т.е. на участке, составит:
По расходу воды определяются потери давления на участке (м) :
Давление в точке а:
Участок принимаем аналогичным участку, т.е. диаметры и длина трубопроводов будут равны:
участок а-5: мм; м;
участок 5-6: мм; м;
участок 6-7: мм; м.
В рядке I правая ветвь несимметрична левой ветви. Удельное гидравлическое сопротивление (или удельная гидравлическая характеристика) правой ветви распределительного трубопровода зависит от диаметров участка трубопровода между оросителями 7-6, 6-5 и между оросителем 5 и т. а (5-а).
Давление правой ветви рядка I с оросителями 5-7 в т. а должно быть равно давлению левой ветви рядка I с оросителями 1-4, т.е. МПа.
Расход в правой ветви рядка I при давлении 0,272 МПа составит:
где В а-7 - гидравлическая характеристика правой ветви рядка I.
При условии симметричности левой и правой ветвей рядка I (по три оросителя в каждой ветви) расход должен быть аналогичным расходу, т.е. =7,746 л/с.
Давление оросителя 5 аналогично давлению у оросителя 3, т.е. МПа.
Тогда давление в т. а для правой ветки рядка I составит:
Гидравлическая характеристика правой ветви рядка I:
Таким образом, расчетный расход правой ветки рядка I составит:
Общий расход рядка I:
т.е. истинный максимальный расход АУП будет составлять не 10, а 29,2 л/с.
Принимается диаметр питающего трубопровода на участке мм.
По расходу определяются потери давления на участке:
Поскольку потери давления на участке достаточно велики, то принимаем диаметр питающего трубопровода мм.
Тогда потери давления на участке составят:
Давление в т. b составит:
Общий расход двух рядков:
Расчет всех следующих рядков, если они выполнены конструктивно одинаково, проводится по аналогичному алгоритму.
Так как гидравлические характеристики рядков, выполненных конструктивно одинаково, равны, характеристика рядка II определяется по обобщенной характеристике расчетного участка трубопровода рядка I:
Расход воды из рядка II определяется по формуле:
Относительный коэффициент расходов II и I рядков:
По расходу определяются потери давления на участке:
Давление в т. с составит:
Так как гидравлические характеристики рядков, выполненных конструктивно одинаково, равны, характеристика рядка III определяется по обобщенной характеристике расчетного участка трубопровода рядка II:
Расход воды из рядка III определяется по формуле:
Общий расход трех рядков:
По ранее действующим НПБ 88 расход спринклерной АУП определяется как произведение нормативной интенсивности орошения на площадь для расчета расхода воды, т.е. расход должен быть равен:
Если для спринклерной АУП условно площадь для расчета расхода принять 160 м 2 , то её общий расход из трех рядков составит не л/с, а 93,2 л/с.
Требуемое давление (напор), которое должна обеспечить насосная установка, определяется по формуле
P=P O +P T +P M +P УУ +P H +P Z +P ВХ
Требуется подобрать насос для спринклерной установки со следующими параметрами гидравлической сети:
общий расход АУП составляет 36 м 3 /ч
давление у диктующего оросителя P O =0,075 МПа
линейные потери давления в подводящем и питающем трубопроводе P T =0,942 МПа
местные потери давления в трубопроводе P M =0,001 МПа
потери давления в спринклерном узле управления P УУ =0,19 МПа
потери давления в насосной установке P H =0,6 МПа
давление эквивалентное геометрической высоте диктующего оросителя P Z =0,0036 МПа
давление внешней магистральной сети P ВХ =0,642 МПа
Р=0,075+0,942+0,001+0,19+0,6+0,0036-0,642=1,17 МПа
По расходу Q=93,2 л/с и давлению Р=1,17 МПа из каталога выбираем два насоса марки ТП(Д) 200 - 660 (с числом оборотов 2900 об/мин), один основной, второй резервный.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра «Пожарная безопасность»
Расчетно-графическая работа
Тема: Расчет автоматической установки водяного пожаротушения
Руководитель:
ассистент кафедры
«Пожарная безопасность» Гарданова Е.В.
Исполнитель
студент группы ПБ-205 вв
Гафурова Р.Д.
Зачетная книжка № 210149
Уфа, 2012 г.
Задание
В данной работе необходимо выполнить аксонометрическую схему системы водяного автоматического пожаротушения с указанием на ней размеров и диаметров участков труб, мест расположения оросителей и необходимого оборудования.
Повести гидравлический расчет для выбранных диаметров трубопроводов. Определить расчетный расход установки автоматического водяного пожаротушения.
Выполнить расчет напора, который должна обеспечить насосная станция и подобрать оборудование для насосной станции.
установка пожаротушение трубопровод напор
Аннотация
РГР по курсу «Производственная и пожарная автоматика» направлена на решение конкретных задач по монтажу и техническому обслуживанию установок пожарной автоматики.
В данной работе показаны пути применения теоретических знаний для решения инженерных задач по вопросам создания систем противопожарной защиты зданий.
В ходе выполнения работы:
изучена техническая и нормативная документация, регламентирующая проектирование, монтаж и эксплуатацию установок пожаротушения;
приведена методика технологических расчетов для обеспечения требуемых параметров установки пожаротушения;
показаны правила применения технической литературы и нормативных документов по вопросам создания систем противопожарной защиты.
Выполнение РГР способствует развитию у студентов
навыков самостоятельной работы и формирования творческого подхода к решению
инженерных задач по вопросам создания систем противопожарной защиты зданий.
Аннотация
Введение
Исходные данные
Расчетные формулы
Основные принципы работы установки пожаротушения
1 Принцип работы насосной станции
2 Принцип работы спринклерной установки
Проектирование установки водяного пожаротушения. Гидравлический расчет
Выбор оборудования
Заключение
Список литературы
Введение
Наибольшее распространение в настоящее время получили автоматические системы водяного пожаротушения. Они используются на больших площадях для защиты торговых и многофункциональных центров, административных зданий, спортивных комплексов, гостиниц, предприятий, гаражей и автостоянок, банков, объектов энергетики, военных объектов и объектов специального назначения, складов, жилых домов и коттеджей.
В моем варианте задания представлен объект производства спиртов, эфиров с подсобными помещениями, который в соответствии с п.20 таблицы А.1 приложения А свода правил 5.13130.2009 независимо от площади должен иметь автоматическую систему пожаротушения. Остальные подсобные помещения объекта в соответствии с требованиями данной таблицы оснащать автоматической системой пожаротушения необязательно. Стены и перекрытия железобетонные.
Основным видом пожарной нагрузки являются спирты и эфиры. В соответствии с таблицей принимаем решение, что для тушения возможно использовать раствор пенообразователя.
Основная пожарная нагрузка в объекте с высотой помещений 4 метра исходит из ремонтной зоны, которая в соответствии с таблицей приложения Б свода правил 5.13130.2009 относится ко 4.2 группе помещений по степени опасности развития пожара в зависимости от их функционального назначение и пожарной нагрузки сгораемых материалов.
На объекте отсутствуют помещения категорий А и Б по взрывопожарной опасности в соответствии с СП 5.13130.2009 и взрывоопасные зоны в соответствии с ПУЭ.
Для тушения возможных возгораний в объекте, с учетом имеющейся горючей загрузки, возможно использование раствора пенообразователя.
Для оснащения объекта производства спиртов, эфиров выберем автоматическую установку пенного пожаротушения сплинклерного типа, заполненную раствором пенообразователя. Под пенообразователями подразумеваются концентрированные водные растворы ПАВ (поверхностно-активных веществ), предназначенные для получения специальных растворов смачивателей или пены. Применение подобных пенообразователей во время тушения пожара позволяет существенно снизить интенсивность горения уже через 1,5-2 минуты. Способы воздействия на источник возгорания зависят от вида пенообразователя, используемого в огнетушителе, но основные принципы действия едины для всех:
за счет того, что пена имеет массу, значительно меньшую, чем масса у любой воспламеняющейся жидкости, она покрывает поверхность топлива, тем самым подавляя огонь;
использование воды, входящей в состав пенообразователя, позволяет в течение нескольких секунд снизить температуру топлива до того уровня, при котором горение становится невозможным;
пена эффективно предотвращает дальнейшее распространение горячих испарений, образовывающихся в результате возгорания, что делает повторное воспламенение практически невозможным.
Благодаря этим особенностям, пенообразователи активно применяются для пожаротушения в нефтехимической и химической промышленностях, где существует высокий риск возгорания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей. Эти вещества не представляют угрозы для здоровья или жизни людей, а их следы с легкостью удаляются из помещений.
1. Исходные данные
Гидравлический расчет выполняется в соответствии с требованиями СП 5.13130.2009 «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования» по методике, изложенной в Приложении В.
Защищаемый объект представляет собой объем помещения 30х48х4м, в плане - прямоугольник. Общая площадь объекта составляет 1440 м2.
Исходные данные для производства спиртов, эфиров в соответствии с определенной группой помещений находим из таблицы 5.1 данного свода правил раздела «Водяные и пенные установки пожаротушения»:
интенсивность орошения - 0,17 л/(с*м2);
площадь для расчета расхода воды - 180 м2;
минимальный расход воды установки пожаротушения - 65 л/с;
максимальное расстояние между оросителями - 3 м;
выбранная максимальная площадь, контролируемая одним спринклерным оросителем - 12м2.
продолжительность работы - 60 мин.
Для защиты склада выбираем ороситель
СПО0-РУо(д)0,74-R1/2/Р57(68,79,93,141,182).В3-«СПУ-15» ПО «СПЕЦАВТОМАТИКА» с
коэффициентом производительности k = 0,74 (по тех.документации на ороситель).
2. Расчетные формулы
Расчетный расход воды через диктующий ороситель,
расположенный в диктующей защищаемой орошаемой площади, определяем по формуле
где q1 - расход ОТВ через диктующий ороситель, л/с;- коэффициент производительности оросителя, принимаемый по технической документации на изделие, л/(с·МПа0,5);
Р - давление перед оросителем, МПа.
Расход первого диктующего оросителя является расчетным значением Q1-2 на участке L1-2 между первым и вторым оросителями
Диаметр трубопровода на участке L1-2 назначает проектировщик или определяют по формуле
где d1-2 - диаметр между первым и вторым оросителями трубопровода, мм;-2 - расход ОТВ, л/с;
μ - коэффициент расхода;- скорость движения воды, м/с (не должна превышать 10 м/с).
Диаметр увеличивают до ближайшего номинального значения по ГОСТ 28338.
Потери давления Р1-2 на участке L1-2 определяют
по формуле
где Q1-2 - суммарный расход ОТВ первого и второго оросителей, л/с;т - удельная характеристика трубопровода, л6/с2;
А - удельное сопротивление трубопровода, зависящее от диаметра и шероховатости стенок, с2/л6.
Удельное сопротивление и удельная
гидравлическая характеристика трубопроводов для труб (из углеродистых
материалов) различного диаметра приведены в таблице В.1
<#"606542.files/image005.gif">
Гидравлическую характеристику рядков, выполненных конструктивно одинаково, определяем по обобщенной характеристике расчетного участка трубопровода.
Обобщенную характеристику рядка I
определяем из выражения
Потери давления на участке а-b для симметричной и несимметричной схем находим по формуле.
Давление в точке b составит
Рb=Pa+Pa-b.
Расход воды из рядка II определяем по формуле
Расчет всех последующих рядков до получения расчетного (фактического) расхода воды и соответствующего ему давления ведем аналогично расчету рядка II.
Симметричную и несимметричную
кольцевые схемы рассчитывем аналогично тупиковой сети, но при 50% расчетного
расхода воды по каждому полукольцу.
3. Основные принципы работы
установки пожаротушения
Автоматическая установка
пожаротушения состоит из следующих основных элементов: насосной станции
автоматического пожаротушения с системой входных (всасывающих) и подводящих
(напорных) трубопроводов; - узлов управления с системой питающих и
распределительных трубопроводов с установленными на них спринклерными
оросителями.
1 Принцип работы насосной станции
В дежурном режиме эксплуатации питающие и распределительные трубопроводы спринклерных установок постоянно заполнены водой и находятся под давлением, обеспечивающим постоянную готовность к тушению пожара. Жокей-насос включается при срабатывании сигнализатора давления.
При пожаре, когда давление на жокей-насосе (в питающем трубопроводе) падает, при срабатывании сигнализатора давления включается рабочий пожарный насос, обеспечивающий полный расход. Одновременно при включении пожарного насоса подается сигнал пожарной тревоги в систему пожарной безопасности объекта.
Если электродвигатель рабочего пожарного насоса не включается или насос не обеспечивает расчетного давления, то через 10 с включается электродвигатель резервного пожарного насоса. Импульс на включение резервного насоса подается от сигнализатора давления, установленного на напорном трубопроводе рабочего насоса.
При включении рабочего пожарного насоса жокей-насос автоматически отключается. После ликвидации очага пожара прекращение подачи воды в систему производится вручную, для чего отключаются пожарные насосы и закрывается задвижка перед узлом управления.
3.2 Принцип работы спринклерной
установки
При возникновении загорания в помещении, защищаемом спринклерной секцией, и повышении температуры воздуха более 68 "С разрушается тепловой замок (стеклянная колба) спринклерного оросителя. Вода, находящаяся в распределительных трубопроводах под давлением, выталкивает клапан, перекрывающий выходное отверстие спринклера, и он вскрывается. Вода из спринклерного оросителя поступает в помещение; давление в сети падает. При падении давлении на 0,1 МПа срабатывают сигнализаторы давления, установленные на напорном трубопроводе, подается импульс на включение рабочего насоса.
Насос забирает воду из городской водопроводной сети, минуя водомерный узел, и подает ее в систему трубопроводов установки пожаротушения. При этом жокей-насос автоматически отключается. Сигнализаторы потока жидкости при возникновении пожара на одном из этажей дублируют сигналы о срабатывании установки водяного пожаротушения (тем самым идентифицируя место загорания) и одновременно отключают систему энергопитания соответствующего этажа.
Одновременно с автоматическим
включением установки пожаротушения в помещение пожарного поста с круглосуточным
пребыванием оперативного персонала передаются сигналы о пожаре, включении
насосов и начале работы установки в соответствующем направлении. При этом
световая сигнализация сопровождается звуковой.
4. Проектирование установки водяного
пожаротушения. Гидравлический расчет
Гидравлический расчет выполняют на самый удаленный и высокорасположенный («диктующий») ороситель из условия срабатывания всех оросителей, наиболее удаленных от водопитателя и смонтированных на расчетной площади.
Намечаем трассировку трубопроводной сети и план размещения оросителей и выделяем диктующую защищаемую орошаемую площадь на гидравлической план-схеме АУП, на которой расположен диктующий ороситель и проводим гидравлический расчет АУП.
Определение расчетного расхода воды на защищаемой площади.
Определение расхода и напора перед «диктующим оросителем» (расход в точке 1 на схеме в приложении 1) определяется по формуле:
=k √ H
Расход «диктующего» оросителя должен обеспечивать нормативную интенсивность орошения, поэтому:
мин = I*S=0,17 * 12 = 2,04 л/с,
таким образом, Q1 ≥ 2,04 л/с
Примечание. При расчете необходимо учитывать количество оросителей, защищающих расчетную площадь. На расчетной площади 180 м2 расположено 4 рядка по 5 и 4 оросителей, общий расход должен быть не менее 60 л/с (см. табл.5.2 СП 5.13130.2009 для 4.2 группы помещений). Таким образом, при расчете напора перед «диктующим» оросителем необходимо учесть, что для обеспечения минимального требуемого расхода установки пожаротушения расход (а значит и напор) каждого оросителя придется увеличить. То есть в нашем случае - если расход из оросителя принять равным 2,04 л/с, то суммарный расход 18 оросителей будет приблизительно равен 2,04*18=37 л/с, а с учетом разного напора перед оросителями будет чуть больше, но это значение не соответствует требуемому расходу 65 л/с. Таким образом, необходимо подобрать напор перед оросителем таким образом, чтобы суммарный расход 18 оросителей, расположенных на расчетной площади был более 65 л/с. Для этого: 65/18=3,611, т.е. расход диктующего оросителя должен быть более 3,6 л/с. Проведя несколько вариантов расчетов в черновике определяем требуемый напор перед «диктующим» оросителем. В нашем случае H=24 м.в.с.=0,024МПа.
(1) =k √ H= 0.74√24=
3,625 л/с;
Посчитаем диаметр трубопровода в
рядке по следующей формуле:
Откуда получим при скорости течения воды 5 м/c, значение d=40 мм и примем для запас значение 50 мм.
Потери напора на участке 1-2: dH(1-2)= Q(1) *Q(1) *l(1-2) / Km= 3,625*3,625*6/110=0,717 м.в.с.=0,007МПа;
Для определения расхода из 2-го
оросителя вычислим напор перед 2-м оросителем:
Н(2)=Н(1)+ dH(1-2)=24+0,717=24,717 м.в.с.
Расход из 2-го оросителя: Q(2) =k √ H= 0.74√24,717= 3,679 л/с;
Потери напора на участке 2-3: dH(2-3)= (Q(1) + Q(2))*(Q(1) + Q(2))*l(2-3) / Km= 7,304*7,304*1,5/110=0,727 м. в. с;
Напор в точке 3: Н(3)=Н(2)+ dH(2-3)= 24,717+0,727=25,444 м.в.с;
Суммарный расход правой ветки первого рядка равен Q1 + Q2 = 7,304 л/с.
Поскольку правая и левая ветки первого рядка выполнены конструктивно одинаково (по 2 оросителя), то расход левой ветки будет также равен 7,304 л/с. Суммарный расход первого рядка равен Q I =14,608 л/с.
Расход в т.3 -делится пополам, поскольку питающий трубопровод выполнен тупиковым. Поэтому при подсчете потерь напора на участке 4-5 будет учитываться расход первого рядка. Q(3-4) = 14,608 л/с.
Значение d=150 мм примем для основного трубопровода.
Потери напора на участке 3-4:
(3-4)=Q(3)*Q(3)*l(3-4)/Km= 14,608
*14,608 *3/36920=0,017 м. в. с;
Напор в точке 4: Н(4)=Н(3)+ dH(3-4)= 25,444+0,017=25,461 м. в. с;
Для определения расхода 2-го рядка
необходимо определить коэффициент В:
То есть B= Q(3)*Q(3)/H(3)=8,39
Таким образом, расход 2-го рядка равен:
II= √8, 39*24,918= 14,616 л/с;
Суммарный расход из 2-х рядков: QI +QII = 14,608+14,616 =29,224 л/с;
Аналогично
нахожу(4-5)=Q(4)*Q(4)*l(4-5)/Km= 29,224 *29,224*3/36920=0,069 м. в. с;
Напор в точке 5: Н(5)=Н(4)+ dH(4-5)= 25,461+0,069=25,53 м. в. с;
Так как, следующие 2 рядка являются
несимметричными, то находим расход 3-го рядка следующим образом:
То есть B= Q(1)*Q(1)/H(4)=
3,625*3,625/25,461=0,516лев= √0,516 * 25,53= 3,629 л/с;(5)= 14,616 +3,629
=18,245 л/с= Q(5)*Q(5)/H(5)=13,04III= √13,04 * 25,53= 18,24 л/с;
Суммарный расход из 3-х рядков:Q (3 рядков)=47,464 л/с;
Потери напора на участке 5-6:(5-6)=Q (6) *Q (6) *l(5-6)/Km= 47,464 *47,464 *3/36920=0,183 м. в. с;
Напор в точке 6: Н(6)=Н(5)+ dH(5-6)= 25,53+0,183=25,713 м. в. с;
IV= √13,04 * 25,713= 18,311
л/с;
Суммарный расход из 4-х рядков: Q(4 рядков) =65,775 л/с;
Таким образом, расчетный расход равен 65,775 л/с, что соответствует требованиям нормативных документов >65 л/с.
Требуемый напор в начале установки (возле пожарного насоса) рассчитывают из следующих составляющих:
напор перед «диктующим» оросителем;
потери напора в распределительном трубопроводе;
потери напора в питающем трубопроводе;
потери напора в узле управления;
разность отметок насоса и «диктующего» оросителя.
Потери напора в узле управления:
.вод.ст,
Требуемый напор, который должна обеспечить насосная установка, определяют по формуле:
тр=24+4+8,45+(9,622)*0,2+9,622 =47,99 м.в.с.=0,48
МПа
Общий расход воды на спринклерное пожаротушение:(4 рядков) =65,775 л/с = 236,79 м3/ч
Требуемый напор:
тр = 48 м.в.с.=0,48 МПа
5. Выбор оборудования
Расчеты проводились с учетом выбранного оросителя СПОО-РУоО,74-R1/2/Р57.ВЗ-«СПУ-15»-бронза с диаметром выходного отверстия 15 мм.
С учетом специфики объекта (уникальное многофункциональное здание с массовым пребыванием людей), сложной системы трубопроводов внутреннего противопожарного водопровода, насосная установка подбирается с запасом подаваемого напора.
Время тушения составляет 60 мин, то есть необходимо подать 234 000 литров воды.
Проектным решением выбирается насос Иртыш-ЦМК 150/400-55/4 число оборотов 1500 об/мин, который имеет запас как по H=48 м.в.с., так и по Q. насоса=65м.
Рабочие характеристики насоса приведены на
рисунке.
Заключение
В данной РГР приведены результаты изученных методик проектирования автоматических установок пожаротушения, и расчеты, необходимые для проектирования автоматической установки пожаротушения.
По результатам гидравлического расчета определено размещение оросителей с целью достижения расхода воды на пожаротушение на защищаемой площади - 65 л/с. Для обеспечения нормативной интенсивности орошения потребуется напор 48 м.вод.ст.
Оборудование для установок выбрано, исходя из
нормативного минимального значения интенсивности орошения, расчетных значений
расхода и требуемого напора.
Список литературы
1 СП 5.13130.2009. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.
Федеральный закон № 123 - ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008 г.
Проектирование водяных и пенных автоматических установок пожаротушения/ Л.М. Мешман, С.Г. Цариченко, В.А. Былинкин, В.В. Алешин, Р.Ю. Губин; под общ.ред. Н.П. Копылова. - М:ВНИИПО МЧС РФ, 2002.-413 с.
Интернет-сайты производителей противопожарного оборудования
Почему вода не тушит?
Экспертный обзор ошибок, допускаемых при проведении гидравлического расчета автоматической установки водяного пожаротушения (АУВПТ).
Как часто в попытках оптимизировать при проектировании, многие «специалисты» на выходе получают весьма неэффективную установку водяного пожаротушения.
В настоящей статье изложены некоторые наблюдения автора про тонкости гидравлического расчета установок водяного пожаротушения и ошибки, которые необходимо избегать при проведении его экспертизы. Приводятся частичный анализ существующей официальной методики расчета и некоторые выводы из собственного опыта проектирования.
1. Эпюры и графики вместо расчетов.
Многие проектировщики ошибочно определяют Давление (Р) на диктующем оросителе расчетным путем в зависимости от Коэффициента производительности оросителя (Кпр.) и требуемого Расхода (Q) данного оросителя. При этом требуемый Расход принимается пу¬тем умножения нормативной интенсивности на площадь защищаемую оросителем, которая указана в паспорте этого оросителя.
Например, если требуемая интенсивность 0,08 л/с на 1 м кв., а защищаемая оросителем площадь составляет 12 м кв., то расход оросителя принимается 0,96 л/с. А необходимое на оросителе давление высчитывается поформу-ле Р=(д/10*Кпр.)л2.
Этот вариант был бы верен, если бы весь объем воды, выходящий из оросителя, приходился бы только на его защищаемую площадь и при этом еще равномерно распределялся по всей данной площади.
Но фактически часть воды из оросителя распределяется за пределы данной защищаемой оросителем площади. Поэтому, для правильного определения давления на диктующем оросителе необходимо использовать только эпюры орошения или паспортные данные, где указано, какое необходимо давление создать перед оросителем, чтобы он обеспечил требуемую интенсивность на защищаемой площади.
Это требование указано в 1-ой части пункта В.1.9 приложения «В» к СП 5.13130:
«...определяется с учетом нормативной интенсивности орошения и высоты расположения оросителя по эпюрам орошения или паспортным данным давление, которое необходимо обеспечить у диктующего оросителя...».
2. Почему диктующий ороситель не главный?
Расход всей секции часто принимается путем простого умножения минимальной защищаемой площади (указанной в таблице 5.1 СП 5.13130 для спринклерной АУП) на нормативную интенсивность или просто по минимальному требуемому расходу, указанному в таблицах 5.1, 5.2, 5.3 СП 5.13130.
Хотя в настоящее время в соответствии с методикой расчета, изложенной в приложении «В» к СП 5.13130 требуется вначале правильно определить расход самого удаленного и высокорасположенного оросителя (диктующего оросителя), затем рассчитать потери давления на участке от диктующего оросителя до следующего, потом с учетом этих потерь рассчитать давление на втором оросителе (ведь давление на нем будет больше, чем на диктующем). Т.е. необходимо определять расход каждого оросителя, находящегося на защищаемой данной установкой площади. При этом необходимо учитывать, что расход оросителей, установленных на распределительной сети, возрастает по мере удаления от диктующего оросителя, т.к. дав¬ление на них также возрастает по мере приближения к месту расположения узла управления.
Далее необходимо просуммировать расход всех оросителей, приходящихся на защищаемую площадь для данной группы помещений и сравнить этот расход с минимальных (нормативным) расходом, указанным в таблицах 5.1, 5.2, 5.3 СП 5.13130. Если расчетный расход будет менее нормативного, то расчет необходимо продолжать (учитывать последующие оросители, размещенный на трубопроводах) до превышения значения фактического расхода над нормативным.
3. Не все струи одинаковые...
Аналогична ситуация при определении расходов пожарных кранов при проектировании совмещенной установки водяного по¬жаротушения и системы внутреннего противопожарного водопровода.
Первично расходы на пожарные краны определяются по таблицам 1 и 2 СП 10.13130, в зависимости от назначения объекта и его параметров (этажности, объема, степени огнестойкости и категории). Но во втором абзаце пункта 4.1.1 СП 10.13130 указано, что «Расход воды на пожаротушение в зависимости от высоты компактной части струи и диаметра спрыска следует уточнять по таблице 3».
Например, для общественного здания определили 2 струи по 2,5 л/с. Далее, по таблице 3 смотрим, что расход 2,6 л/с может быть обеспечен при длине пожарного рукава 10 м только при давлении 0,198 МПа перед клапаном пожарного крана DN65 и при диаметре спрыска наконечника пожарного ствола 13 мм. Значит и ранее определенный для каждого пожарного крана расход (2,5 л/с) будет увеличен как минимум до 2,6 л/с.
Далее, если у нас не один пожарный кран (две и более струи), то по аналогии с расчетом спринклерной установки, необходимо произвести расчет потерь давления на участке от первого (диктующего) пожарного крана до второго. Затем необходимо определить фактическое давление, которое будет у клапана второго пожарного крана с учетом его геометрической высоты, длины и диаметра трубопровода. Если давление больше, чем на первом ПК, то и расход второго ПК будет больше. А если давление меньше, то необходимо выполнить соответствующую поправку давления на первом ПК таким образом, чтобы давление на клапане второго ПК соответствовало ранее принятым (уточненным) по таблице 3 СП 10.13130.
Если же в системе три и более задействованных пожарных крана (струй), то расчет такой системы усложняется в разы и провести его вручную весьма трудоемко.
4. Штраф за превышение скорости.
При проведении гидравлического расчета АУВПТ важно, помимо расчета основных параметров (давления и расхода), учитывать несколько других значимых параметров и следить, чтобы они также были в норме. Например, нельзя превышать предельные скорости движения воды или раствора пенообразователя в напорных (питающих, распределительных, подводящих) трубопроводах более 10 м/с, и во всасывающих - более 2,8 м/с.
Стоит отметить, что скорость тем выше, чем больше значение расхода, а значит, при проведении расчета по мере удаления от диктующего оросителя и приближения к узлу управления, скорость в ветвях и рядках будет возрастать. Следовательно, диаметры распределительных трубопроводов, принятые в начале расчета для ветвей с диктующим оросителем, могут не пройти по параметрам скорости для ветвей в конце расчетной защищаемой площади.
5. Это у нас кладовая, но мы здесь вообще ничего не храним.
В соответствии с примечаниями 1 и 2 приложения «Б» к СП 5.13130:
«1. Группы помещений определены по их функциональному назначению. В тех случаях, когда невозможно подобрать аналогичные производства, группу следует определять по категории помещения.
С этим вроде все понятно и, как правило, не вызывает вопросов. Однако далее в примечании 3 указано, что если складское помещение встроено в здание, помещения которого относятся к 1-ой группе, то параметры для такого (складского) помещения следует принимать по 2-ой группе помещений.
Например, в торговом центре или обычном магазине ко 2-ой группе у нас могут относиться так называемые кладовые, подсобки, гардеробы, бельевые и прочие помещения хранения, в которых величина удельной пожарной нагрузки составляет от 181 до 1400 МДж/м кв. (категория ВЗ).
Следовательно, если указанные помещения разных групп у нас защищаются одной секцией пожаротушения, то проектировщик должен сначала сделать расчет для всех помещений 1-ой группы, затем отдельно расчеты для каждого помещения 2-ой группы, потом выбрать диктующие параметры данной секции и не забыть скорректировать давление и расход для расчетных участков, которые не являются диктующими.
Кстати, далее в примечании 4 указано, что, если помещение относится ко 2-ой группе помещений, и величина удельной пожарной нагрузки более 1400 МДж/м кв. или более 2200 МДж/м кв., то интенсивность орошения следует также увеличивать в 1,5 или 2,5 раза соответственно. Данный случай больше относится к производственным объектам защиты, но требует, чтобы с расчетом водяного пожаротушения параллельно проводился расчет категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.
6. А эту трубу можно не учитывать...
Очень редко встречающаяся практика
Это расчет потерь давления в подводящем трубопроводе (от узла управления до напорного патрубка пожарного насоса). Как правило, обычно расчет ведется в лучшем случае до узла управления, хотя в зависимости от диаметра подводящего трубопровода и количества узлов управления, установленных на нем, потери давления на данном участке могут быть весьма существенными.
7. Семимильными шагами.
Часто ошибочно максимальное расстояние между оросителями принимается по таблице 5.1. СП 5.13130, т.е. 4 или 3 метра соответственно. Однако, для обеспечения равномерного орошения, максимальное расстояние между оросителями (при расположении их по квадрату) должно быть не более стороны квадрата, вписанного в окружность, образуемой защищаемой оросителем площади. Например, при защищаемой площади 12 м кв. расчетное расстояние между оросителями будет составлять всего 2,76 метра.
8. Три по сто в один стакан.
Не производится расчет количества и пропускной способности патрубков для подключения передвижной пожарной техники (пожарных автомобилей) с учетом максимального расхода, выдаваемого одним пожарным автомобилем на один такой патрубок. Суть в том, что стандартный пожарный автомобиль (например, автоцистерна АЦ-40(130)) имеет центробежный насос с расходом 40 л/с, но выдать этот расход он может только через два напорных патрубка (на каждый по 20 л/с). Даже возимый на автоцистерне лафетный ствол с расходом 40 л/с подключается к автомобилю также через два пожарных рукава.
9. Пожар может быть и НЕ в самом дальнем помещении.
Не производится сравнение требуемых расхода и давления в зависимости от месторасположения расчетной защищаемой площади. Необходимо рассматривать как минимум два варианта: в наиболее удаленной части секции (как указано в методике СП 5.130130), и, наоборот - в расположенной непосредственно вблизи у узла управления. Как правило, во втором случае расход получается больше.
10. И напоследок опять про дренчерную завесу...
Присоединяемые к трубопроводам спринклерной установки пожаротушения дренчерные завесы вообще редко когда рассчитываются в полном объеме, а их расход принимается формально из расчета 1 л/с на 1 м такой завесы. При этом расстояния между дренчерными оросителями также принимаются необоснованным и без учета взаимного действия соседних оросителей на каждую защищаемую точку. Здесь, как и при расчете спринклерной установки, необходимо учитывать увеличение расхода каждого оросителя при удалении от диктующего (в сторону расположения узла управления), суммировать эти расходы, а потом корректировать полученный расход с учетом фактического давления в точке присоединения трубопровода дренчерной завесы с общей системе трубопроводов установки.
В данном видеоматериале демонстрируется и разбирается 10-ть распространенных ошибок, которые допускаются при проведении гидравлического расчета установок водяного пожаротушения. Видео в двух частях. Общая продолжительность - около 1 часа.
-
Данный перечень содержит вполне исчерпывающий список возможностей, применимых для большинства расчетов. Рассмотрим программу поподробнее.
Интерфейс и работа программы
Интерфейс программы особых нареканий не вызывает. Все элементы вполне очевидно расположены и выполняют свои функции. Освоение не требует временных затрат для любого человека более или менее привычно работающего в среде WINDOWS.
Интерфейс построен на вкладках, между которыми можно переключаться в любой время для внесения изменений. В первой вкладке вводятся общие данные проекта, которые затем используются при построении отчета.
Основным рабочим окном (или окнами, в зависимости от количества) является окно секции. Там в табличной форме производится ввод исходных данных, а также производится промежуточные расчеты по расходам и давлению.
Не стану утомлять вас описанием процедуры ввода параметров, тем более что все это подробно объясняется в видео-уроках, которые можно вызвать по нажатию Ctrl + F1 (при условии наличия подключения к Интернету). Отмечу только, что ввод параметров осуществляется довольно просто, при наличии аксонометрической схемы, или, хотя бы, плана секции (для предварительного расчета) с нанесенными размерами. Помимо питающих и распределительных трубопроводов, в расчете можно учитывать дренчерные завесы, а также пожарные краны совмещенного противопожарного водопровода.
Один из минусов программы – отсутствие графической составляющей, которая позволяла бы визуально контролировать ввод параметров секции пожаротушения. Данная функция представляется мне крайне полезной, а включение краткой аксонометрии в состав отчета сделала бы его очень наглядным. Пример такой функции можно увидеть в настоящее время только в зарубежном программном обеспечении.
Отличная функция, включенная в состав программы – возможность автоматического ввода гидравлических параметров оборудования (оросителей, пожарных кранов и диафрагм, узлов управления и гибких подводок из гофротрубы) при выборе его из встроенного каталога.
После окончания расчета диктующей секции (до узла управления), на вкладке «Подбор насосов» производится ввод параметров и расчет насосного оборудования пожаротушения.
Варианты гидравлических схем включения пожарных насосов включает в себя до 5 насосов (основных и резервных), включенных как параллельно, так и последовательно.
С помощью закладки «Доп/расчеты» автоматически рассчитывается количество патрубков для подключения пожарной техники, объем резервуара и минимальный необходимый диаметр подводящего трубопровода.
Отчет
Результатом работы программы является отчет в формате PDF. Расчеты секций, входящие в состав отчета можно выбирать.
Цена
Стоимость программного обеспечения «ГидРаВПТ» может рассчитываться исходя из времени использования:
- 1 месяц – 2 500 рублей;
- 4 месяца – 6 000 рублей;
- 12 месяцев – 12 000 рублей;
- без ограничения по сроку – 25 000 рублей.
- При покупке программы с использованием без ограничения по сроку, вы получаете бесплатную поддержку и обновления навсегда.
- Защита программного обеспечения позволяет использовать ее на разных компьютерах, поскольку файл-ключ находится на флеш-накопителе. Таким образом, отпадает необходимость покупки нескольких копий программы для компании. Покупается одна лицензия, и флешка с ключом передается между сотрудниками в случае необходимости.
- практически первая и единственная программа в своем роде;
- наличие сертификата соответствия, что дает возможность включать отчеты программы в состав проектной документации;
- понятный и удобный интерфейс;
- при обучении работе с программой отлично помогают видео-уроки;
- наличие дополнительных сопутствующих расчетов – объем резервуара, количество патрубков для пожарной техники, диаметр всасывающего трубопровода;
- хорошая поддержка через сайт ГидраВПТ.рф;
- вменяемая цена (10-20% от стоимости проектных работ по одному объекту).
- отсутствие графической составляющей в программе.
Гидравлический расчет спринклерной или дренчерной сети имеет своей целью:
Определение расхода воды, т.е. интенсивности орошения или удельного расхода, у "диктующих" оросителей (наиболее удаленных или высоко расположенных);
Сравнение удельного расхода (интенсивности орошения) с требуемым (нормативным), а также определение необходимого давления (напора) у водопитателей и наиболее экономных диаметров труб.
Подробная методика расчета гидравлических сетей спринклерных и дренчерных установок пожаротушения водой и водными растворами, агрегатных АУП тонкораспыленной водой, АУП с принудительным пуском и спринклерно-дренчерных АУП приведена в приложении В. Ответственным этапом гидравлического расчета является выбор оросителя и определение давления, которое необходимо обеспечить у "диктующего" оросителя.
При определении параметров оросителя необходимо учитывать некоторые технические характеристики, которыми являются:
Расход огнетушащего вещества;
Интенсивность орошения;
Максимальная площадь орошения, в пределах которой обеспечивается требуемая интенсивность, расстояние между оросителями.
Расход оросителя Q (дм3/с) определяется по формуле:
где К - коэффициент производительности,
Р - давление перед оросителем, МПа.
Важнейший параметр - коэффициент производительности, то есть способность оросителя пропустить через себя определенное количество воды, в свою очередь, зависит от величины выходного отверстия оросителя: чем больше отверстие, тем больше коэффициент.
Для вычисления расхода Q, нужно определить необходимое давление Р у оросителя при заданной интенсивности орошения.
Один из способов определения необходимого давления у оросителя, это определение давление по графику зависимости интенсивности орошения оросителей от давления (рис. 4.1), приведенный в технической документации. По графику, по определенной интенсивности и выбранному диаметру условного прохода оросителя определяют необходимое минимальное давление.
Как видно из графика для интенсивности орошения 0,12 дм 3 /м 2 подходят три типа оросителя - «СВН-К115», «СВН-К80» и «СВН-К57». Выбирают ороситель, который обеспечивает заданную интенсивность при меньшем давлении, в нашем случае это «СВН-К115» по паспорту CBO0-PHо(д)0,59-R1/2/P57.B3 - (диаметр выходного отверстия 15мм., коэффициент производительности К = 0,59). При выборе оросителя нужно, также учитывать, что минимальное давление у большинства оросителей, при котором обеспечивается работоспособность оросителя, согласно паспортным данным 0,1 Мпа.
Ороситель «СВН-К115» обеспечивает интенсивность орошения 0,12 дм 3 /м 2 при давлении 0,17 МПа (рис. 4.1).
Рис. 4.1. График зависимости интенсивности орошения оросителей от давления.
Согласно расчет расхода установки определяют из условия одновременной работы всех спринклерных оросителей смонтированной на защищаемой диктующей площади, определенной по таблице 5.1-5.3, с учетом того обстоятельства, что расход оросителей, установленных вдоль распределительных труб, возрастает по мере удаления от "диктующего" оросителя. При этом общая защищаемая площадь может быть во много раз больше, а количество оросителей - достигать 800 или 1200 при использовании сигнализаторов потока жидкости.
Расстановка оросителей производится с учетом максимального расстояния, рассчитывается расход воды в пределах защищаемой диктующей площади установленной в таблице 5.1. Производится проверка расчета распределительной сети спринклерной АУП из условия срабатывания такого количества оросителей, суммарный расход которых на принятой защищаемой орошаемой площади составят не менее нормативных значений расход огнетушащего вещества приведенный в таблицах 5.1-5.3. Если при этом расход будет менее указанной в таблицах 5.1-5.3, то расчет должен быть повторен при увеличении количестве числа оросителей и диаметров трубопроводов распределительной сети. Пересчет сети, может повторятся многократно.
Авторами пособия, для упрощения, при произведении гидравлического расчета в учебных целях, предлагается определять количество оросителей для защиты минимальной диктующей площади и их расстановки по формуле:
где q 1 — расход ОТВ через диктующий ороситель, л/с;
Q н — нормативный расход спринклерной АУП согласно таблицам 5.1-5.3 СП-5.13130.2009
В результате этого допущения, итоговый расчетный расход на 10-15% будет превышать нормативный, но сам расчет значительно упрощается.
Для примера произведем расстановку оросителей автоматической установки водяного пожаротушения текстильного предприятия с параметрами установки:
Интенсивность орошения водой - 0,12 л/(с*м 2);
Расход огнетушащего вещества - не менее 30 л/с;
Минимальная площадь орошения - не менее 120 м 2 ;
Максимальное расстояние между оросителями - не более 4 м;
Минимальное давление, которое необходимо обеспечить у диктующего оросителя Р = 0.17 Мпа (Рис.4.1.);
Расчетный расход воды через диктующий ороситель, расположенный в диктующей защищаемой орошаемой площади, определяется по формуле:
K — коэффициент производительности оросителя, принимаемый по технической документации на изделие, л/(с·МПа 0,5);
Минимальное расчетное количество оросителей необходимое для защиты диктующей площади:
где Q н = 30 л/с — нормативный расход спринклерной АУП согласно таблицам 5.1.
Расстановка оросителей, на выделенной минимальной диктующей площади представлена на рис. 4.2. При расстановке необходимо учитывать, что расстояние между оросителями не должно превышать нормативные расстояния указанные в таблицах 5.1.
Рис. 4.2 Схема размещения оросителей
Дальнейший расчет установки связан с определением:
Диаметров трубопроводов;
Давления в узловых точках;
Потерь давления в трубопроводах, узле управления и запорной арматуре;
Расхода на последующих от диктующего оросителях в пределах защищаемой площади;
Определение суммарного расчетного расхода установки.
Для наглядности трассировка трубопроводной сети по объекту защиты изображается в аксонометрическом виде (рис. 4.3).
Рис.4.3 Аксонометрический вид спринклерной установки водяного пожаротушения по симметричной тупиковой схеме
Компоновка оросителей на распределительном трубопроводе АУП согласно может выполнятся по тупиковой или кольцевой схеме, симметричная и несимметричная. На рис. 4.3 представлена спринклерная установка водяного пожаротушения по симметричной тупиковой схеме, на рис. 4.4. по кольцевой несимметричной схеме.
Рис.4.4 Аксонометрический вид спринклерной установки водяного пожаротушения по несимметричной кольцевой схеме
Диаметр трубопроводов может назначаться проектировщиком либо рассчитываться по формуле:
где d — диаметр определяемого участка трубопровода, мм;
Q — расход на определяемом участке трубопровода, л/с;
v — скорость движения воды, должна составлять не более 10 м/с, а во всасывающих — не более 2,8 м/с;
Потери давления на участке трубопровода определяется по формуле:
где L - длина трубопроводного участка в котором рассчитываются потери давления;
К т — удельная характеристика трубопровода, определяется по таблице В.2 Приложения В.
После определения давления в точке а (рис.4.3) и суммарного расхода оросителей первого рядка определяется обобщенная характеристика первого рядка по формуле:
Поскольку второй и третий рядки идентичны первому, после расчета потерь давления между первым и вторыми рядками, обобщенная характеристика используется для определения расхода второго рядка. Расход третьего рядка рассчитывается аналогично.
Давление пожарного насоса, по схеме, представленной на рис. 4.3, складывается из следующих составляющих:
где Р е — требуемое давление пожарного насоса, МПа;
Р в-г — потери давления на горизонтальном участке трубопровода, МПа;
Р г-д — потери давления на вертикальном участке трубопровода, МПа;
Р М — потери давления в местных сопротивлениях (фасонных деталях), МПа,;
Р уу — местные сопротивления в узле управления (сигнальном клапане, задвижках, затворах), МПа;
Р в — давление у диктующей защищаемой площади, МПа;
Z — пьезометрическое давление (геометрическая высота диктующего оросителя над осью пожарного насоса), Мпа; Z = Н /100;
P ВХ — давление на входе пожарного насоса (определяется согласно варианту), Мпа.
