Главная » Применение АУПТ тонкораспыленной воды
Статьи

Применение АУПТ тонкораспыленной воды

1. Как известно, химическая реакция горения возможна, только если одновременно будут присутствовать три фактора:

• горючее (пожарная нагрузка);
• окислитель (кислород);
• высокая температура.

Это так называемый треугольник огня, процесс тушения заключается в исключении одного или более из этих факторов.

2. Как известно, вода обладает высокой теплоемкостью, и именно это ее свойство является основным для процесса тушения огня. В тоже время эта характеристика одинакова как для простой воды, так и для тонкораспыленной. А именно, вода способна поглотить 0.335 МДж при нагреве 1 литра с 20ºС до 100ºС. Дополнительно будет поглощено еще 2,257 МДж при переходе этого объема воды в пар.

3. Эффект охлаждения поверхности горения прямо пропорционален количеству задействованной для этой цели воды. В системах ТРВ, как известно, во время работы используется существенно меньше воды, поэтому охлаждение поверхности горения будет хуже. Это факт!

4. В системах ТРВ основная ставка делается на то, что помимо эффекта охлаждения начинает активно работать механизм исключения еще одного фактора из «треугольника огня». В результате интенсивного парообразования происходит вытеснение кислорода из области горения. При испарении 1 литра воды образуется 1.675 м пара. Впечатляющая цифра! Теоретически, для того чтобы вытеснить весь кислород и потушить объятую огнем комнату средних габаритов, достаточно одного ведра воды.

5. Для того, чтобы парообразование проходило более интенсивно, необходимо, чтобы как можно большая поверхность воды подвергалась нагреву. Для этого требуется разбить воду на капли более маленького диаметра. В результате общая площадь поверхности воды увеличится. Для демонстрации достигаемого эффекта при уменьшении диаметра капли очень часто приводится такой пример:

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91389

Пытался часто я лукавить и хитрить,
Но всякий раз судьба мой посрамляла опыт
Омар Хайям

То есть, при уменьшении диаметра капли с 2 мм до 0.05 мм, количество капель в литре воды увеличивается в 64 тысячи раз! Какой, казалось бы, колоссальный эффект! Но нам-то важно не то, сколько получится капель, а на сколько при этом увеличится общая площадь поверхности воды. Возьмем на себя труд и пересчитаем. Оказывается, при уменьшении диаметра капли в 40 раз суммарная площадь, конечно, увеличивается, но всего в 40 раз. Уже не так эффектно, хотя, надо признать, весьма значительно.

Точное логическое определение понятий - условие истинного знания.
Сократ

Технологию тушения тонкораспыленной водой нельзя назвать инновационной. Первые упоминания о системах пожаротушения ТРВ за рубежом датируются 1930 годом. За это время было разработано и испытано большое количество систем ТРВ. Исследования показали, что параметры тонкораспыленной воды (дисперсный состав и скорость капель) в значительной степени зависят от давления, при котором происходит выход воды из распылительной головки. Поэтому в целях стандартизации за рубежом установки ТРВ были классифицированы как:

• низкого давления - менее 1,25 МПа;
• среднего давления - от 1,25 МПа до 3.5 МПа;
• высокого давления - более 3.5 МПа.

В российской нормативной документации установки пожаротушения тонкораспыленной воды не разделяются по давлению. В тоже время в своде правил СП 5.13130 есть пункт, касающийся давления воды в распределительных трубопроводах:

5.15 Максимальное давление у диктующего оросителя водяных и пенных АУП не должно превышать 1 МПа, если иное не регламентировано применительно к конкретному защищаемому объекту или группе однородных объектов техническими условиями, разработанными организацией, имеющей соответствующие полномочия.

Таким образом, создание установок ТРВ среднего и высокого давления возможно только совместно с разработкой технических условий на конкретный объект, что, конечно, не способствует более интенсивному развитию этого направления. Очевидно, это также могло повлиять на то, что практически все отечественные разработки в области ТРВ относятся именно к системам низкого давления.

Зарубежные и российские стандарты расходятся также и в том, что считать тонкораспыленной водой. Так, согласно NFPA 750 поток воды можно считать тонкораспыленным, если 99% капель от всего объема воды имеют размер менее 1000 мкм. В некоторых зарубежных стандартах устанавливается порог в 90%.

Согласно отечественной классификации, вода будет считаться тонкораспыленной, если среднеарифметический размер капель не более 150 мкм. При этом надо помнить, что различие в статистических методах оценки дисперсного состава воды еще не означает; что у нас более высокие требования к параметрам ТРВ.

Истина - это то, что выдерживает испытание опытом.
Альберт Эйнштейн

Для изучения процессов тушения тонкораспыленной водой и определения ее эффективности в ведущих исследовательских мировых центрах проводится большое количество различных экспериментов. Так, оказались доступны для общего пользования результаты тестов, которые проводились в 1995 году в лаборатории Национального Института Стандартов и Технологии (INIST) в США. С оригинальным текстом этого отчета об испытаниях можно ознакомиться на сайте www.firespriukler.ru. В рамках этого эксперимента были подсчитаны и измерены сотни тысяч капель, выпущенные из оросителя системы ТРВ низкого давления.

Измерения проводились в 29 точках, распределенных равномерно по защищаемой площади одного оросителя. Подсчитывались капли диаметром от 30 мкм до I860 мкм. Спринклерный ороситель был размещен на высоте 2,44 метра. Испытания проводились при давлении 0,621 МПа, при этом расход через спринклер был равен 0,186 л/с. Это соответствует спринклеру с коэффициентом производительности 0.023 с диаметром выходного отверстия около 3 мм. Средняя скорость капель во время эксперимента составила 0.61 м/с.

Несмотря на то, что в отчете представлены данные по дисперсному составу капель в каждой из 29 точек, мы будем пользоваться суммарными данными. На рисунке 1 изображены данные по общему количеству капель каждого диаметра. Видно, что самое большое количество составляют капли наименьшего размера.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91390
Рис. 1.
Дисперсный состав капель оросителя ТРВ

Однако гораздо больший интерес представляет информация на рисунке 2. Там указаны данные о площади поверхности, которую образуют эти капли, и их удельный вклад в общую картину.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91391
Рис. 2.
Удельная площадь поверхности капель оросителя ТРВ.

Из графика видно, что наибольший вес, более 6%, вносят капли диаметром около 250 мкм. В тоже время капли диаметром 36 мкм, количество которых в несколько раз превышает количество капель большего размера, вносят наименьший вклад. Даже самые крупные капли диаметром 870 мкм вносят больший вклад! А ведь их было подсчитано всего 478 штук, и их столбик невозможно даже рассмотреть на рисунке 1.

Используя данные о дисперсном составе, не трудно подсчитать, какую площадь поверхности образуют капли в секунду при работе оросителя в таком режиме. Из 0,186 литра воды получается 22,5 миллиона капель с общей площадью поверхности 2,7 м.

Вечная трагедия науки: уродливые факты убивают красивые гипотезы.
Томас Гексли

Чтобы оценить полученные результаты по оросителям ТРВ, необходимо сравнить их с данными, полученными при испытании оросителей общего назначения. И такая возможность есть. В том же году, в той же лаборатории Национального Института Стандартов и Технологии и на том же оборудовании были проведены аналогичные испытания стандартного оросителя.

Для испытания был выбран ороситель розеткой вниз, установленный также на высоте 2,44 метра. Испытания проводились при давлении 0,172 МПа, при этом расход через спринклер был равен 1,7 л/с. Это соответствует спринклеру с коэффициентом производительности 0,41 и диаметром выходного отверстия около 12 мм.

На рисунке 3 представлены данные о дисперсном составе факела воды из оросителя общего назначения.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91392

Рис. 3. Дисперсный состав капель оросителя общего назначения

В столбце «1300» просуммированы все капли диаметром от 885 до 1875 мкм. Видно, что и в этой выборке количество капель диаметром i6 мкм существенно превышает все другие. В тоже время в этом составе присутствуют в значительном количестве и капли других размеров.

При давлении 0.172 МПа из оросителя выливается 1.7 литров воды в секунду, что в 9.1 раза больше, чем из оросителя ТРВ. При этом образуется 52 миллиона капель с общей площадью поверхности 15.4 м.

Вот так результат! Оказывается, ороситель в обычном режиме генерирует капли с гораздо большей суммарной площадью поверхности. Хотя, конечно, надо не забывать, что и воды выливается гораздо больше.

Чтобы картина прояснилась окончательно, приведем результаты для оросителя ТРВ и оросителя общего назначения к 1 литру воды. Получается, что из 1 литра ороситель ТРВ создает капли с общей площадью 14.5 м2, а обычный ороситель - 9.05 м2. То есть, площадь поверхности, которую образуют капли из оросителя ТРВ. в 1.6 раза больше аналогичного показателя стандартного оросителя.

Для окончательного вывода необходимо знать, какой вклад в общий процесс пожаротушения вносит механизм вытеснения кислорода паром. К сожалению, точных экспериментальных данных на этот счет нет. Несколько опытов, которые мы провели в заводской лаборатории, давали незначительный положительный результат в пределах погрешности измерения. Поэтому на долю эффекта вытеснения кислорода паром я бы отвел не более 5%. особенно, если это не дренчерные, а спринклерные системы.

Допустим, я ошибаюсь, и посчитаем, исходя из самого оптимистичного варианта: механизм вытеснения паром работает также эффективно, как и механизм охлаждения поверхности горения. Тогда получается, что тушение при помощи тонкораспыленной воды всего на 30% эффективнее, чем оросителем общего назначения. При анализе проектных решений, разработанных с применением оросителей ТРВ. необходимо иногда вспоминать об этой цифре.

Напомню, что все приведенные выше расчеты сделаны для оросителей ТРВ низкого давления. Нет никаких сомнений, оросители ТРВ высокого давления дают более тонкий распыл и. следовательно, эффект должен быть выше. На сколько? Без точных экспериментальных данных сказать невозможно.

Признание проблемы - половина успеха в ее разрешении.
Зигмунд Фрейд

Если для предыдущих рассуждений достаточно было калькулятора и знаний, полученных в начальных классах, то в дальнейшем необходимо вспомнить курс школьной физики.

Процесс горения сопровождается выделением большого количества горячих газов и интенсивным нагревом окружающего воздуха. Вся эта газовоздушная смесь с достаточно большим ускорением движется вверх. Если вспомнить, что любой газ (в том числе и воздух) имеет массу, очевидно, что факел огня обладает кинетической энергией: чем больше расстояние от поверхности горения до потолка помещения, тем большую кинетическую энергию может развить факел.

Во время тушения капли из оросителя должны преодолеть восходящие воздушные потоки, чтобы достигнуть поверхности горения. Для этого они должны обладать большой кинетической энергией. Ясно, что если в дисперсном составе воды из оросителя ТРВ преобладают капли небольшого размера, то до поверхности горения долетят не многие из них.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91393

Рис. 4. Огневые испытания высотных стеллажных складов

Проблема защиты помещений с высокими потолками при помощи установок ТРВ, конечно, не нова. Неслучайно большинство из действующих зарубежных стандартов содержат критерии для проектирования и испытания систем противопожарной защиты установками ТРВ в основном только на судах. Эти помещения в силу рационального использования объема судна, как правило, имеют небольшие размеры плошали и высоты.

В последнее время стала проводиться интенсивная работа по изучению процессов тушения тонкораспыленной водой в жилых помещениях. Эти помещения также характеризуются небольшими размерами и очевидно, что применение систем пожаротушения ТРВ будет эффективным.

В связи со всем вышесказанным вызывает крайнюю тревогу применение оросителей тонкораспыленной воды на высотах, превышающих 5 метров, например, в гипермаркетах, театрах, на спортивных объектах. Тем не менее, во всех ТУ на оросители ТРВ российского производства регламентирована их установка для помещений 1 и 2 группы до высоты 10 метров и даже больше!

Складские помещения это всегда помещения с высокой степенью пожарной опасности. Если же это склады еще и с высотным стеллажным хранением, то удельный объем пожарной нагрузки может оказаться весьма значительным. Так, например, согласно NFPA13 . чтобы защитить товар, хранящийся на деревянных паллетах в помещении высотой 10.7 метров, оросители типа ESFR должны обеспечить интенсивность орошения около 0.8 л/с м". Эти данные также совпадают со значениями, установленными для отечественных аналогов этих оросителей.

В тоже время для оросителей ТРВ прописано значение около 0.1 л/с м. То есть, в восемь раз меньшее! Понятно, что требуемый расход воды также уменьшится в восемь раз, но каким образом обосновывается такое снижение интенсивности орошения? Очевидно, этот вопрос будет выясняться только после первого непотушенного пожара на складе. Возможно, это произойдет не скоро и за это время будет выполнено еще много сомнительных проектов по защите высотных стеллажных складов оросителями ТРВ.

Необходимо также помнить, что в этом случае сохраняется проблема с преодолением конвективного барьера, а для помещений с большой пожарной нагрузкой она актуальна особенно. Так, например, если при стеллажном хранении оказывается большое расстояние (более б метров) от верха пожарной нагрузки до перекрытия, проблемы с преодолением конвекционного барьера возникают даже у оросителей общего применения. Решается она только установкой дополнительных спринклерных секций.

Наука всегда оказывается не права. Она никогда не решит вопроса,
не поставив при этом десятка новых.
Бернард Шоу

Среди прочих достоинств тонкораспыленной воды часто упоминается ее высокая эффективность при экранировании тепловых потоков. Непосредственно к процессу пожаротушения этот эффект имеет косвенное отношение. Однако это свойство могло бы эффективно использоваться в системах локализации возгорания и водяных завесах.

К сожалению, нет доступных официальных экспериментальных данных, которые подтвердили бы более высокую эффективность ТРВ при экранировании теплового излучения. Работа в этом направлении позволила бы существенно понизить существующий норматив по интенсивности орошения в 1л-с на метр ширины завесы.

Возможно, наибольший эффект от использования тонкораспыленной воды заключается в увеличении степени зашиты людей от поражения продуктами горения. Предполагается, что для осаждения дыма имеет значение не столько размер капель и их площадь, сколько их количество. Даже самая крохотная капля способна увлечь за собой частиц дыма. Исходя из наших экспериментальных данных, из 1 литра тонкораспыленной воды получается 120 миллионов капель, а из 1 литра воды из оросителя общего применения -30 миллионов капель. Разница, конечно, не в 64 000 раз, как преподносится в рекламе ТРВ. Но даже четырехкратное увеличение эффективности по осаждению продуктов горения это немало для сохранения человеческой жизни.

В свете ничего совершенного нет.
Екатерина Вторая

Если бы мы захотели создать совершенную систему пожаротушения, то она должна была бы за несколько секунд обнаружить пожар, а затем мгновенно его потушить. Желательно, без нанесения вреда имуществу огнетушащим веществом и безопасным для людей. В идеале оборудование должно стоить как можно меньше, легко монтироваться на объекте и вообще не требовать технического обслуживания. Узнаете? Именно так рекламируются системы ТРВ.

Не будем рассматривать каждое из этих достаточно спорных утверждений, однако хотелось бы заострить ваше внимание еще на одной проблеме. Ороситель тонкораспыленной воды является лишь частью всей системы пожаротушения. Немаловажное значение имеют и другие составляющие системы. А именно, система водоподготовки, насосы и трубы, по которым будет подаваться вода к оросителю.

Понятно, что чем больше рабочее давление в системе ТРВ. тем меньше должно быть выходное отверстие оросителя. Для систем ТРВ низкого давления в большинстве случаев диаметр находится в диапазоне от 3 до 5 мм. Чтобы это отверстие не засорялось во время тушения, необходимо, чтобы в воде не было посторонних включений соизмеримого размера. Поэтому, вода должна быть очищена, а каждый ороситель ТРВ обязательно должен содержать фильтр.

С трубами, правда, сложнее. Коррозионностойкие трубы существенно дороже обычного черного проката. Это никак не вписывается в концепцию дешевизны установок ТРВ. Поэтому отечественные производители оросителей ТРВ используют все свое влияние и убеждение, чтобы в ТУ или даже новых сводах правил появлялись вот такие пункты:

5.4.13 Допускается применение неоцинкованных труб из стали по ГОСТ 3262, ГОСТ 8732, ГОСТ 8734 и ГОСТ 10704:
- если диаметр выходного отверстия распылителя 8 мм и более;
- если на входе каждой ветви распределительного трубопровода установлен фильтрующий элемент с ячейкой фильтра не менее чем в 5 раз меньше внутреннего диаметра используемых на распределительной сети распылителей.

Вообще-то трудно представить ороситель ТРВ с диаметром выходного отверстия более 8 мм, но это другой вопрос. Серьезное опасение вызывает применение не коррозионностойких труб. Но какие бы аргументы я не привел, их можно подвергнуть сомнению. т.к. полномасштабных долговременных испытаний по этому поводу у нас не проводилось. Поэтому в качестве аргументации просто приведу выдержки из иностранных стандартов, которые писались на основании многолетнего опыта эксплуатации подобного рода систем:

4.13 «… Galvanized piping shall not be utilized for water mist systems.»
11.2.3 «…Carbon steel protected by Zinc plating or any other coating shall not be used due to the long design life of the WFS»

По этим зарубежным стандартам получается, что для систем ТРВ нельзя использовать не только «черные», но и оцинкованные трубы. Такое ограничение введено из-за того, что в течение всего времени эксплуатации системы антикоррозионное покрытие может повредиться, особенно в местах соединения труб. Пренебрежение этим обстоятельством может дорого обойтись в случае полного засорения фильтра во время работы установки.

“Более того, идет агрессивная политика по внедрению этого оборудования.
И никакие барьеры - нормативные, моральные, профессиональные, научные
- не останавливают людей, готовых ради расширения рынка сбыта создавать мифы и
беззастенчиво, с вдохновением, в псевдонаучных статьях утверждать то,
что никоим образом не соответствует действительности.”

Из статьи Р.М. Тагиева «Тонкораспыленная вода: правда и вымысел»

Я не буду повторять примеры, которые приведены в статье P.M. Тагиева. Подобного рода информация появляется регулярно и иногда на очень высоком уровне. Остановлюсь лишь на выдержках из письма, которое было рождено в недрах Российской Академии Наук и направлено полномочному представителю РФ одного из федеральных округов (а, может быть, и во все округа).

Видимо, рыночные отношения позволяют «в рамках работ, проводимых РАН, и поручений членам Межведомственной комиссии Совета Безопасности РФ…» лоббировать интересы одного из производителей оборудования ТРВ. Возможно, что действительно «Руководством страны даны соответствующие поручения о применении данной технологии, в частности, на олимпийских объектах». Не будем также оспаривать утверждение, что ряд крупнейших государственных компаний «ведут активную работу по внедрению установок пожаротушения на подведомственных им объектах». Но вот с утверждением, что «Параметры и габариты установок пожаротушения делают их наиболее эффективными и перспективными среди остальных средств автоматического пожаротушения на большинстве объектов…», согласиться трудно.

Далее дается довольно длинный перечень объектов, на которых эти установки будут проявлять себя наиболее эффективно: высотные здания; многофункциональные комплексы; транспортные тоннели; кабельные сооружения; объекты электроэнергетики, лесной и деревообрабатывающее промышленности; предприятия нефтехимии, хранения переработки, добычи и транспортировки углеводородного сырья (специально для P.M. Тагиева!): угольные шахты и разрезы!; а также предприятия и объекты других отраслей промышленности.

Очевидно, что в РАН были проведены серьезные исследования и полномасштабная экспериментальная работа по выявлению эффективности установок ТРВ по сравнению с другими установками пожаротушения для снижения человеческих жертв при пожаре. И теперь они могут авторитетно заявить, что «Применение установок пожаротушения позволяет сократить эти показатели на 80-90%». Остается только надеяться, что когда-нибудь эти исследования будут опубликованы.

Если уж РАН приступила к работе по исследованию процессов тушения ТРВ. то хотелось бы верить, что эта работа не будет остановлена, и когда-нибудь будут получены данные и точные математические модели этих процессов. Возможно, будут опубликованы некоторые из результатов экспериментов. И мы смогли бы, наконец, пользоваться при разработке критериев и правил проектирования таких установок отечественными данными, а не обращаться всякий раз к рассекреченным протоколам испытаний исследовательских институтов США пятнадцатилетней давности.

В заключение приведу перечень объектов, на которых, по зарубежным источникам, возможно эффективное применение систем пожаротушения на основе ТРВ:

  • помещения различного назначения на судах, в том числе машинные отделения, каюты, коридоры;
  • квартиры и мезонины;
  • жилые дома на одну или две семьи;
  • дома престарелых;
  • детские сады, ясли;
  • школы и ВУЗы;
  • отели, пансионаты, санатории;
  • госпитали и больницы;
  • промышленное кухонное оборудование;
  • общежития.

Как видите, это в основном жилые помещения, где пожарная нагрузка невелика, а помещения имеют относительно небольшие размеры и незначительную высоту потолков.

По моему мнению, использование тонкораспыленной воды для зашиты помещений с большой пожарной нагрузкой и высокими потолками (магазины и гипермаркеты. которые в наше время больше похожи на склады) может оказаться неэффективным при тушении пожара.

Использование оросителей ТРВ для противопожарной защиты складов, особенно высотных, можно считать крайне рискованным делом.

________________________________

1. EN 14972 Fixed fire fighting systems - Water mist systems - Design and installation.
2. СП 5.13130.2009 Системы противопожарной зашиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.
3. XFPA750 Standard on Water Mist Fire Protection Systems. 2000 Edition
4. FR 4000 Determination of Water Spray Drop Size and Velocity from a Low Pressure High Momentum. Water Mist Nozzles; Report of Test: NIST 1995.
5. FR 4003 Determination of Water Spray Drop Size and Speed from a Standard Orifice. Pendent Spray Sprinkler; Report of Test: NIST 1995.
6. ISO/FDIS 6182-9 Fire protection - Automatic sprinkler system - Requirements and test methods for water mist nozzles. 2005.
7. Fire suppression in buildings using water mist, fog or similar systems. Project report No 213294v3. BRE 2005.
8. NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler Systems. 2007 Edition.
9. СТО 7.3-02-2009. Стандарт организации по проектированию автоматических установок пожаротушения с применением оросителей СОБР в высотных складах. Обшие технические требования.
10. Protection of Storage with High Clearance. By Kenneth E. Isman. P.E.: SQ September- October 2009.
11. ANSI/FM 5560. American National Standard for Water Mist Systems. 2007.
12. Engineering Guidance for Water Based Fire Fighting Systems for the Protection of Tunnels and Subsurface Facilities. Work Package 2 of the Research 12. Project UPTUN of the European Commission R251, 2007.

Взято с http://os-info.ru

Об авторе:
Пахомов В.П., Президент Ассоциации Спринклерной Противопожарной Индустрии, главный инженер ЗАО «ПО «Спецавтоматика»

02.02.2010



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Облако тегов:

Безопасные корабли - это вытащенные на берег корабли./Анахарсис Скифский/