Современные системы порошкового пожаротушения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Современные системы порошкового пожаротушения

Маклецов А. К., группа компаний «ЭПОТОС», г. Воронеж

В последние годы во многих странах мира все большее распространение среди огнетушащих веществ получают порошковые огнетушащие составы. Подтверждением сказанного может служить тот факт, что из общей массы выпускаемых ручных огнетушителей более 60 % составляют порошковые.

Помимо ручных огнетушителей порошковые огнетушащие составы широко используются в автоматических установках пожаротушения и в пожарных автомобилях, предназначенных для тушения крупных пожаров, например, пожаров на аэродромах, на нефтехимических производствах и т. п. Порошковыми составами эффективно тушатся пожары газонефтяных фонтанов.

Огнетушащие порошки представляют собой мелкоизмельченные минеральные соли с различными добавками. Основой для огнетушащих порошков являются фосфорно-аммонийные соли (моно- и диаммоний фосфаты), такие как: NH4H2PO4; (NH4)2HPO4; карбонаты и бикарбонаты щелочных металлов (KHCO3; NaHCO3); хлорид калия KCl и др. В состав порошков также входят специальные добавки, которые препятствуют комкованию и слеживаемости порошка.

Порошки используются для тушения пожаров большинства классов, в том числе: А - горение твердых веществ, В - горение жидких веществ (бензин, нефтепродукты, спирты, растворители и др.), С - горение газообразных веществ (бытовой газ, аммиак, пропан и др.), D - горение металлов и металлосодержащих веществ (магний, алюминий, калий, натрий и др.), Е - горение материалов в электрических установках под напряжением. Следовательно, порошками можно тушить любые известные на сегодняшний день вещества и материалы.

Универсальными считаются порошки, которые могут использоваться для тушения пожаров нескольких классов (А, В, С, Е). Порошки, предназначенные для тушения только отдельных классов пожаров (В, С, Е или D), называются специальными.

1. Механизм тушения пожара огнетушащими порошками. Тушение пожаров порошковыми составами осуществляется на основе взаимодействия следующих факторов:

— эффекта огнепреграждения по аналогии с сетчатыми, гравийными и подобными огнепреградителями;

— охлаждения зоны горения за счет затрат тепла на нагрев частиц порошка, их частичное испарение и разложение в пламени;

— разбавления горючей среды газообразными продуктами разложения порошка или непосредственно порошковым облаком;

— ингибирования химических реакций, обусловливающих развитие процесса горения, газообразными продуктами испарения и разложения порошков или гетерогенного обрыва цепей химической реакции горения на поверхности порошков или твердых продуктов их разложения.

Взаимодействие всех этих факторов, собственно, и обеспечивает высокую огнетушащую способность порошкам.

2. Недостатки порошковых систем пожаротушения. Основными недостатками систем порошкового пожаротушения являются:

— ложное срабатывание;

— отсутствие запаса порошка для поддержания уровня безопасности от повторного воспламенения.

2.1. Главным недостатком порошковых систем пожаротушения является ложное срабатывание. Начнем с того, что от ложного срабатывания не гарантирована ни одна система, будь то водяная, газовая, порошковая, или аэрозольная. Однако срабатывание именно порошковых систем вызывает наибольшее неприятие со стороны потребителя и надзорных органов пожарной охраны.

И действительно — срабатывание порошковой установки пожаротушения при наличии в помещении людей может привести к нежелательным последствиям (возможны аллергические реакции, травмы людей во время эвакуации из-за оптически непрозрачной среды порошкового облака и т. п.). При этом все сертифицированные в России огнетушащие порошки имеют санитарно-эпидемиологическое заключение. Если говорить проще: для здорового человека попадание в порошковое облако никакого вреда не принесет.

Однако именно возможные ложные срабатывания (вернее, их последствия) стали причиной нормативных ограничений по применению порошковых систем пожаротушения, изложенных в п.9.1.3 СП 5.13130.2009:

«Запрещается применение установок:

а) в помещениях, которые не могут быть покинуты людьми до начала подачи огнетушащих порошков;

б) в помещениях с большим количеством людей (50 человек и более)».

Помимо этого, уборка нескольких десятков килограмм порошка тоже

представляет собой определенную проблему.

С другой стороны (исходя из практики работы нашей компании), абсолютно все случаи ложных срабатываний связаны с человеческой ошибкой.

Перечень ошибок весьма обширен и, наверное, их можно разделить на 3-и основные группы: ошибки при проектировании, ошибки при монтаже, ошибки при эксплуатации. Где, на каком этапе функционирования системы произойдет ложное срабатывание - неизвестно никому. Единственная защита - выбор хорошо подготовленных, адекватных специалистов на все этапы работ.

Кроме того, в оправдание порошковых систем могу привести следующий пример: по информации специалистов одной из крупных фармацевтических

компаний на их объектах в 2012 году произошло 10 ложных срабатываний систем пожаротушения. При этом 7 случаев - порошковые системы, 3 случая -водяные системы. Так вот: в случаях с порошками фармацевтическая компания понесла убытки в размере оплаты клининговых услуг (уборка порошка). В случаях срабатывания водяных систем пришлось утилизировать всю продукцию, попавшую под воздействие воды и оплатить услуги по уборке склада. Ущерб от срабатывания водяной системы пожаротушения во много раз превысил ущерб от порошкового «ложняка» и составил несколько миллионов рублей.

Ну, а сравнивать порошковые системы с системами газового тушения по степени воздействия на человека, вообще некорректно: от порошка умоешься, прокашляешься - прочихаешься и жив останешься. А вот газовые системы шансов выжить не оставляют: достаточно вспомнить подводную лодку «Нерпа» и отделение Сбербанка в Подольске.

2.2. Серьезным недостатком модульных установок порошкового пожаротушения (в т. ч. и импульсных) специалисты называют отсутствие запаса порошка для поддержания уровня безопасности от повторного воспламенения. В связи с этим особое внимание необходимо уделять правильности подхода к расчету необходимого количества МПП при проектировании автоматических установок пожаротушения. То есть установки изначально необходимо проектировать из расчета 100 % тушения. Особенно это актуально при тушении пожаров класса В.

И здесь опять на первый план выходит человеческий фактор - качество работы проектировщика. Если в процессе работы над проектом были учтены все факторы, все характеристики защищаемого объекта (с обязательным выездом на защищаемый объект), тогда с высокой долей вероятности можно надеяться на эффективное тушение. Но ведь эта проблема актуальна не только для порошковых, но и для всех остальных огнетушащих веществ (водяных, пенных, систем тонкораспыленной воды, газовых, аэрозольных).

Однако помимо недостатков у порошков существует масса достоинств и даже преимуществ по сравнению с другими ОТВ. Рассмотрим это на примере продукции фирмы «ЭПОТОС».

3. Достоинства (преимущества) средств тушения, производимых Группой компаний «ЭПОТОС». В отличие от традиционных средств тушения (водяные, пенные, газовые), система порошкового пожаротушения, в силу универсальности используемого огнетушащего средства (порошка), имеет ряд преимуществ, оказывающих существенное влияние на выбор типа автоматической установки пожаротушения:

- возможность ликвидации загораний твердых горючих материалов, горючих жидкостей, газов и электроустановок под напряжением;

- возможность применения установки в неотапливаемых помещениях с температурными условиями эксплуатации от -50 до +50°С, а для транспортных систем тушения «ЭПОТОС» выпускает изделия с рабочей температурой до +95°С;

- отсутствие необходимости защиты чувствительного оборудования от повреждения водой, устройства сбора и удаления воды после срабатывания спринклерной (дренчерной) установки пожаротушения;

— порошковые системы пожаротушения неприхотливы к требованиям герметичности помещения (возможность тушения при открытых проемах и на открытых площадках).

Кроме того, при монтаже модульных установок порошкового пожаротушения не требуется наличие отдельного помещения для размещения оборудования, не требуется прокладка трубопроводов большой длины, подающих огне-тушащий состав.

Средства тушения, производимые «ЭПОТОС», нашли широкое применение на предприятиях различных отраслей промышленности, на автомобильном и железнодорожном транспорте, на подвижном составе московского и санкт-петербургского метрополитенов, на гражданских судах и кораблях Военно-Морского Флота, на объектах энергоснабжения, а также для защиты личного имущества граждан. Имеется большое количество свидетельств успешных срабатываний средств и систем пожаротушения «Эпотос» при возникновении пожаров на защищаемых объектах, позволивших избежать тяжелых последствий и больших материальных потерь.

4. Область применения порошковых и аэрозольных систем. Из всех вышеперечисленных достоинств и недостатков огнетушащих порошков и систем на их основе можно определить их область применения. Помимо порошков я бы объединил в этот блок и аэрозольные средства тушения (схожесть с порошками выражается в высокой огнетушащей способности, простоте монтажа, дешевизне и ограниченности применения в помещениях с массовым пребыванием людей).

Итак, область применения: она прописана в СП 5.13130.2009. Если объединить все запреты и рекомендации и перевести изложенное в своде правил на нормальный язык, то в сухом остатке получим следующее.

4.1. Ограничение по функциональности (возможности тушить только определенные типы веществ):

— запрещается применять для тушения горючих материалов, склонных к самовозгоранию и тлению внутри объема вещества (циклоны деревообрабатывающих производств, бункеры с травяной мукой, кипы хлопка и т. п.);

— пирофорных веществ и материалов, склонных к тлению и горению без доступа воздуха.

4.2. Ограничение по безопасности:

— запрещается применять в крупных торговых, развлекательных центрах, спортивных сооружениях и на объектах культуры (театры, кинотеатры и т. п.), т. е. в помещениях с массовым пребыванием людей. С другой стороны, в комплексе этих объектов имеется целый ряд помещений, которые наиболее целесообразно защищать именно порошками и аэрозолями (встроенные трансформаторные подстанции, электрощитовые, кабельные каналы).

Помимо этого, электрощиты и электрошкафы, расположенные в помещениях класса функциональной пожарной опасности Ф1.1 (школы, детские сады, дома престарелых и т. п.), согласно п.8 табл. А.4 СП 5.13130.2009 подлежат защите автономными установками пожаротушения. А это всё те-же порошки (например огнетушитель самосрабатывающий ОСП-1), самосрабатывающие

генераторы огнетушащего аэрозоля типа ГОА «Допинг-2.160п», ГОА «Допинг-2.02» и Терма-ОТВ (пиростикеры).

А где же порошки и аэрозоли применять не только можно, но и нужно?

Несомненно, что это будут производственные объекты:

— производственные цеха, склады различных материалов. В том числе неотапливаемые, в том числе с хранением и производством взрывоопасных веществ;

• объекты топливо-энергетического комплекса:

— станции перекачки нефтепродуктов;

— сливо-наливные эстакады и т. п.

• объекты энергетики независимо от величины напряжения на контактах электрооборудования:

— вводные ячейки трансформаторов;

— масляные выключатели (даже на открытом воздухе);

— щиты КРУН, КРУ, релейные щиты и т. д.;

— камеры трансформаторов, трансформаторные пункты;

— кабельные каналы, туннели, короба и т. д.;

— главные щиты, диспетчерские, вычислительные центры;

• складские, технологические и бытовые помещения любой площади, в том числе взрывоопасные помещения.

• карьерная техника (экскаваторы, бульдозеры, грейдеры, погрузчики и т. п.), пассажирский транспорт (автобусы, трамваи, троллейбусы), грузовой транспорт, в том числе для перевозки опасных грузов;

• из объектов гражданского строительства - гаражи, автостоянки, небольшие магазины, киоски, не попадающие под требование: «50 человек и более».

5. Методики расчета порошковых систем пожаротушения. Расчет необходимого количества модулей проводится по методике, изложенной в приложении «И» СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования». В основу данной методики заложены показатели - заявленные производителем площадь и объем тушения, используемые в расчетах и проверяемые на стандартных очагах класса 2В.

Для абсолютного большинства объектов подобный подход оправдан и проверен временем - группа компаний «ЭПОТОС» имеет десятки положительных отзывов о результатах тушения порошковыми модулями «Буран», рассчитанных и расставленных на объекте согласно вышеуказанной методике.

Однако применение данных методик расчета для пожаров, где возможен пролив достаточно больших объемов горючих жидкостей (бензин, ДТ, керосин и т. п.), неприемлемо. Это связано, в общем-то, с разницей в конвективных потоках, образующихся при горении разного количества горючих жидкостей (представьте себе плошку диаметром 20 см (очаг 2В) и очаг 223В (диаметр очага 3 м). Потушить очаг 2В можно, например, плотно накрыв его листом железа. К очагу 233В можно подойти только в специальных теплоотражательных костюмах и потушить его вручную можно только огнетушителями большой емкости.

Поэтому для тушения возможных проливов специалистами Академии ГПС МЧС РФ совместно с ГК «ЭПОТОС» была разработана методика расчета необходимого количества модулей порошкового пожаротушения.

I

Рис. 1. Схема порошковой струи: 1 - распылитель; 2 - границы струи; 3 - модельный очаг пожара; ан - угол расширения в начальном участке; ао - угол расширения в основном участке; х0 - расстояние от среза насадка до полюса; хп - расстояние от среза насадка до границы между переходным основным участками; х - продольная координата струи

Алгоритм расчета:

1. Рассчитывается объем пламени

2. Скорость восходящих потоков

3. Расчет скорости газопорошковой струи в зоне горения.

4. Проверка условия преодоления газопорошковой струи восходящих конвективных потоков

5. Рассчитывается минимально необходимое количество МПП для защиты помещения (наружной установки).

При этом необходимо учитывать, что в проекте новой редакции СП 5.13130.2009 для тушения проливов нефтепродуктов расчет количества модулей ведется по пункту И.3.2.1, при этом в качестве Бн должна приниматься площадь максимального ранга очага класса В, тушение которого обеспечивается данным модулем (определяется по документации на модуль), а Бу — площадь возможного пролива.

Пример расчета количества МПП для защиты наружной установки, произведенный согласно Рекомендаций по выбору и расчету минимально необходимого количества модулей порошкового пожаротушения импульсного действия при тушении проливов горючих жидкостей.

Для примерного расчета наружной установки принимается расположенная в Москве топливораздаточная колонка Нара-28Б блочной АЗС, схема которой приведена на рис. 2.

С | " " 1 ) о о

1Л

_

7000

Рис. 2. Схема защищаемой наружной установки

6. Технические характеристики топливораздаточной колонки Нара-28Б:

номинальный расход, л/мин, - 50; длина раздаточного рукава, м, - 4; габаритные размеры, мм, - 736x460x2400; масса, кг, - 135; высота крепления МПП - 3,5 м.

6.1. Расчет площади пожара на момент срабатывания МПП. Согласно п. 3.3.1 настоящих рекомендаций, происходит утечка бензина через раздаточный рукав в течении 300 с расходом 50 л/мин. 1 литр бензина разливается на 0,15 м2 поверхности. Таким образом, бензин разольется на площадь 37,5 м2. 8П будет равна 37,5 м2.

6.2. Расчет объема пламени. Высота пламени будет равна:

г = 0,08(т0НБП)°'4 = 0,08(б1,7 -10"3 • 41870• 37,5)0,4) = 7,9м.

Объем пламени при проведении расчетов ограничен высотой установки МПП и будет равен:

^ = Бпг = 37,5• 7,9 = 296м3.

6.3. Расчет скорости восходящих конвективных потоков над очагом горения. Так как высота крепления МПП Н=3,5м меньше высоты пламени возможного пожара z=7,9м, то скорость восходящих конвективных потоков определяем по формуле (3.5) настоящих рекомендаций:

^ = б, 83х0'5 = б, 83 • 3,50,5 = 12,8м / с.

6.4. Расчет скорости газопорошковой струи в зоне горения. Предварительный расчет ведем по модулю «Буран-8СВ», заряженному порошком «Век-сон АВС-50». Определяем тангенс половины угла расширения на начальном участке порошковой струи:

щ ^ = кп Ц, • 103 )0 25 в0 27 (р„ • 10"3 )"0' 15 = 0,105 • 650'25 • 0,4870'27 • 1 , 75"0 15 = 0,226

Определяем расстояние от выходного насадка МПП до границы между зонами:

1,8^

X = ■

v

(1 в0)рп _ 1,8• 0,065 /36,7•Ю"3 •1750 _

Р

0,226

1,22

= 3,76 м

Начальную скорость газопорошковой струи определяем по формуле

< = _ п £

УР 8

с вск с

X Р

нас вых.п. атм

7,8 >10"3.2,8.0,487 3,32-10"3.1.0,1013

= 31,6 м / с.

Так как высота крепления МПП Н=3,5м меньше расстояния до границы между зонами х=3,76м, то расчет скорости газопорошковой струи ведем по формуле (3.9) настоящих рекомендаций:

0,55«

<Ф =

Р

\(1 -80 )Р,

а„

Г х - 0,183хЛ

ч

0,55 • 31,6

V

1,22

36,7.10-3.1750

0, 226

^2,68 - 0,183 • 3,76Л

18,2 м / с.

ч

0,065

6.5. Проверка условия преодоления газопорошковой струи восходящих конвективных потоков:

Юф ^ Ювосх + 0,5ювет + Юзап>

18,2 > 12,8 + 0,53,9 + 2.

Так как условие преодоления газопорошковой струи восходящих конвективных потоков выполняется, то принимаем МПП «Буран-8СВ» для защиты данной установки.

6.6. Расчет количества МПП для защиты установки. Количество МПП, необходимое для пожаротушения, определяем по формуле:

У 144 4

N = -£- кккЛ =-— • 1,2 • 1,3 = 10,3 »11шт .

Уя 21,9

где ¥У — защищаемый объем, м2. Защищаемый объем определяется как произведение площади зоны, где возможен пролив ЛВЖ (ГЖ) (открытое зеркало), увеличенной на 10 %, на высоту размещения МПП; УН — объем сплошного

-5

пламени очага класса В, тушение которого обеспечивается данным МПП, м .

Таким образом, для тушения розлива бензина площадью 37,5 м2 требуется установить 11 модулей порошкового пожаротушения «Буран-8У».