Особенности проектирования технологической части установок газового пожаротушения

Проектирование технологической части установок газового пожаротушения выполняется на основе СП 48Б.1311500.2020 (далее — СП 485), раздел 9. Однако выполнить грамотный проект технологической части установки на основании одного только свода правил невозможно. Для этого нужны специальные знания, но эта область довольно узкая, и специалистов по проектированию именно газового пожаротушения нигде не готовят.

Расчет массы ГОТВ

Расчет массы газового огнетушащего вещества (ГОТВ) выполняется по формулам, приведенным в приложении Д СП 485 либо по программам расчета на основании этих формул. В принципе, кто бы расчет ни делал, результат у всех должен быть примерно одинаковый. Однако на практике это далеко не всегда так.

Рассмотрим, какие параметры влияют на массу ГОТВ в расчете.

1. Температура в защищаемом помещении

Важно помнить, что расчет массы ГОТВ должен проводиться для минимально возможной температуры в помещении в условиях эксплуатации. И чем меньше температура, тем больше требуется ГОТВ.

2. Параметр П — расположение проемов по высоте помещения  

Как правило, расположение проемов нам неизвестно, поэтому в расчетах обычно принимают П = 0,4. Однако возможны и другие варианты, которые влияют на итоговый результат.

3. Площадь постоянно открытых проемов

От этого параметра зависит величина параметра негерметичности помещения. Согласно нормам, газовое тушение по объему может применяться только в условно герметичных помещениях, которые не имеют постоянно открытых проемов и параметр негерметичности которых не превышает величины, указанной в табл. Г16СП 485.

Данный показатель вроде бы не сильно влияет на расчет массы газа. Но в большинстве расчетов площадь постоянно открытых проемов принимается равной нулю. Если представить реальную ситуацию, то нулю данный показатель может быть равен только в случае пожара на подводной лодке — там точно не будет утечек газа. А в обычных помещениях всегда имеют место неплотности в дверных проемах, местах прохода кабелей, вентиляции и т.п. Поэтому я считаю, что как нуль его принимать нельзя и в расчете должен быть небольшой запас ГОТВ на не герметичность.

4. Имеется несколько зон тушения

И самое важное — это расчет массы ГОТВ в том случае, когда у нас есть несколько зон тушения. В своде правил об особенностях расчета при наличии нескольких зон тушения вообще ничего не сказано. Есть лишь п. 9.6.1, в котором говорится, что масса ГОТВ должна быть достаточной для обеспечения нормативной огнетушащей концентрации в любом защищаемом помещении или группе помещений, защищаемых одновременно. Последнее можно отнести и к случаю с несколькими защищаемыми зонами, но нет никаких указаний, как делать расчет в таком случае.

Рис. 1. Помещения с одинаковыми внешними размерами, но разным объемом

Рассмотрим такой пример (рис. 1): три помещения с одинаковыми внешними размерами и общим объемом, но в одном помещении этот объем один, во втором — два (помещение, фальшпол), в третьем — три (помещение, фальшпол, фальшпотолок).

Будет ли масса ГОТВ одинаковой в этих трех случаях? Правильный ответ — нет. Масса ГОТВ будет чуть больше во втором случае и еще немного больше в третьем. К сожалению, это невозможно обосновать на основании свода правил, поэтому во многих проектах масса ГОТВ для третьего случая такая же, как и для первого.

Почему должно быть именно так? Когда у нас имеется только одна зона тушения, весь газ, который подается из модулей, выйдет в эту зону. А если зон тушения две, то происходит разделение потоков и часть газа идет в одну зону, а часть — в другую. И даже если у нас идеальная разводка, идеального распределения газа все равно не будет. Например, если объем фальшпола составляет 15% от объема помещения, теоретически туда должно пойти 15% от расчетной массы ГОТ В. А сколько пойдет в реальности? Это точно предсказать невозможно, так как любая программа имеет погрешность в расчетах, шаг диаметра условного прохода трубопроводов не менее 5 мм, площади отверстий в насадках могут отличаться от расчетных. Вот почему при наличии двух зон тушения должен закладываться запас ГОТВ — на погрешность распределения газа по зонам. И соответственно, когда таких зон три, этот запас должен быть немного больше.

Во всех зарубежных программах гидравлического расчета при наличии нескольких зон тушения масса ГОТВ получается больше, чем на одну зону, при одинаковом объеме.

А вот что писал Н. Смирнов, к.т.н., ведущий научный сотрудник ФГУ ВНИИПО МЧС РФ, в статье, посвященной проектированию установок газового пожаротушения, еще в 2009 г.: «Раздельное хранение газа для каждой зоны (объема) и подача его по индивидуальным трубопроводам — наиболее надежное проектное решение. В нашей стране такое решение применяется крайне редко, так как оно несколько увеличивает стоимость и металлоемкость установки пожаротушения. Однако, отказавшись от надежного решения в части распределения газа, проектировщик должен применить компенсирующие мероприятия, прежде всего за счет увеличения расчетной массы газа».

То есть, чтобы гарантировать выполнение системой своего назначения, желательно иметь хотя бы небольшой запас по газу.

В Казахстане данную проблему решили радикально на законодательном уровне, в их своде правил прописали для любого пожара коэффициент 1,5. То есть масса ГОТВ, рассчитанная по нашим нормам, автоматически увеличивается на 50%.

Подбор модулей и величины их заправки

Чем больше литраж модуля, тем меньше их требуется. Поэтому если в техническом задании (ТЗ) нет требований по литражу, то модули максимально возможного размера позволят выиграть в цене.

А вот вопрос с коэффициентом заправки на самом деле не такой простой, как кажется. Если брать максимальную заправку, то получишь минимальное количество модулей. Многие так и делают, чтобы сделать минимальную цену для участия в тендере. Но здесь скрыта очень большая ловушка для проектировщика: максимальная заправка подразумевает минимальное количество газа-вытеснителя и возможна только при очень короткой разводке, как правило, на один-два насадка. Предложив сначала максимальную заправку, потом сталкиваются с тем. что при проектировании гидравлический расчет не проходит и нужно заправку уменьшать, при этом увеличивая количество модулей.

Поэтому с самого начала нужно стараться выбирать оптимальную заправку.

Общие рекомендации здесь такие: чем больше в сети насадков и чем длиннее трубная разводка, тем меньше должен быть коэффициент заправки, так как требуется больше газа-вытеснителя.

Следует также иметь ввиду, что ГОТВ не может подаваться на бесконечно большие расстояния. В зависимости от разводки и разницы высот максимальная длина магистрального трубопровода для сжиженных газов и ФК 50-70 м. Если расстояние от места установки модулей до защищаемого помещения больше, то следует искать альтернативные пути: использовать вместо централизованной установки модульную, переносить модули ближе к защищаемым помещениям и т.п. К тому же при большой длине магистрального трубопровода становится сложно соблюсти требование п. 9.9.10: «Внутренний объем трубопроводов не должен превышать 80% объема жидкой фазы расчетного количества ГОТВ при температуре 20 °С».

Если у вас очень большое помещение, то проблематично защитить его одной установкой. В таком случае можно разбить помещение на зоны и сделать несколько установок, но запускаться они должны одновременно.

В последнее время в силу разных причин сложилась тенденция к расширению применения в качестве ГОТВФК-5-1-12. И это несет в себе дополнительную ответственность и требует внимания проектировщиков. ФК-5-1-12 — единственный из всех ГОТВ при нормальных условиях является жидкостью, и для распыления его в мелкодисперсную газообразную фазу на насадках должно обеспечиваться нужное давление (согласно СП, минимальное давление на насадках должно быть 0,6 МПа). А вот какое давление должно быть, чтобы эффективно перевести максимальное количество ФК в газообразную фазу? Это точно не известно. Но понятно, что никак не меньше нормативного. А что произойдет, если в установке с ФК у нас будет слишком большая длина трубопровода и/или слишком большая заправка модулей? В таком случае с большой вероятностью нужное давление на насадках не будет обеспечено, и ФК вместо распыления вытечет из насадка струйкой жидкости, и никакой огнетушащей концентрации в помещении создано не будет.

Я бы рекомендовал проектировщикам в случае с ФК брать небольшой запас по заправке, то есть делать ее чуть меньше, чем предлагает программа гидравлического расчета. И не принимать слепо все, что насчитала программа, а думать и, при необходимости, вносить коррективы.

Выбор количества насадков и их расстановка

В СП к расстановке насадков есть лишь одно требование: насадки должны размещаться в защищаемом помещении с учетом его геометрии и обеспечивать распределение ГОТВ по всему объему помещения с концентрацией не ниже нормативной (п. 9.11.2).

При выборе количества насадов для газового пожаротушения часто встречаются две ошибки: либо их слишком много, либо слишком мало. Если насадков мало, то не будет обеспечиваться требование п. 9.11.2. Если же насадков слишком много, то это лишние трубы, тройники и отводы, то есть удорожание системы и усложнение гидравлики.

Так сколько нужно насадков? Нормативных требований нет, поэтому в основном опираются на рекомендации производителей оборудования.

Здесь я предлагаю обратиться к зарубежному опыту. В таблице приведены рекомендуемые значения для подбора количества насадков, которые, на мой взгляд, весьма разумны и применимы.

При этом насадки должны расставляться с учетом геометрии помещения: если помещение 36 кв. м примерно квадратное — достаточно одного насадка, а если помещение вытянутое, то лучше ставить уже два.

Есть еще один нюанс, никак не отраженный в наших нормах, — это высота защищаемого помещения. Здесь опять приходиться обращаться к зарубежному опыту. Насадки на одном уровне под потолком ставятся при высоте не более 6-7 м. При этом чем выше помещение, тем меньше площадь, защищаемая одним насадком. А вот при высоте помещения более 7 м там рекомендуют ставить насадки в два-три яруса, распределяя их равномерно по высоте с шагом не более 6 м.

Что касается максимального количества насадков в сети, то нормативного ограничения здесь нет. Однако нужно понимать, что их не может быть бесконечно много. Скорость движения смеси «газ/жидкость» по трубам имеет конечное значения и ГОТВ физически не сможет выйти за 10 сек. при чрезмерно большой сети.

Проектирование трубной разводки

В СП 485 по геометрии трубной разводки есть лишь требование о симметричности и запрет крестовин. При этом ни слова не сказано об особенностях выполнения разводки для сжиженных газов. А между тем есть ряд требований, соблюдение которых необходимо, чтобы распределение газа происходило так, как вы планируете. Данные требования обусловлены особенностями движения двухфазного (газ/жидкость) потока по трубе.

1. Ориентация тройников

Первое, на что следует обратить внимание, — это ориентация тройников. Такие рекомендации есть и в отечественных, и в зарубежных источниках. но не все проектировщики, к сожалению, с ними знакомы.

Основной принцип при размещении тройников в разводке на хладоны — выходы из тройника должны быть в горизонтальной плоскости. На рис. 2 показаны допустимые и недопустимые положения тройников для сжиженных газов.

2. Тройник прямой или с боковым отводом?

Следующий вопрос — в каких случаях применять прямой тройник, а в каких с боковым отводом.

8 программах гидравлического расчета от зарубежных производителей и различных других источниках есть четкие рекомендации на этот счет. Они показаны на рис. 3 и, как вы можете заметить, очень похожи друг на друга. Я рекомендую руководствоваться рис. 3. где показаны расходы, применяемые в программе VDS, их очень легко запомнить: 30-70% через прямой тройник, 10-30% через боковой.

3. Длина прямого участка трубы после тройника

Третий момент, никак не отраженный в нормативных документах, — длина прямого участка трубы после тройника. В программе гидравлического расчета VDS есть жесткое требование, что длина прямого участка после тройника должна быть не менее 10 диаметров условного прохода. Некоторые производители указывают величину не менее 5 диаметров. Это нужно для того, чтобы течение ГОТВ стабилизировалось до следующего отвода или тройника.

К сожалению, в проектах очень часто данные требования не учитываются вообще. Происходит это потому, что многие проектировщики просто не знают или не обращают внимания на подобные вещи.