Приложение Д

(рекомендуемое)

Методика расчета установок объемного газового пожаротушения

Д.1 Методика расчета массы газового огнетушащего вещества*

Последовательность расчета

Д.1.1 Не допускается подача огнетушащего вещества в защищаемое помещение по одному трубопроводу из баллонов, имеющих различные коэффициенты загрузки и (или) различные давления газа-пропелента.

Расчетная масса газового огнетушащего вещества М_г, кг, которая должна храниться в установке, определяется по формуле

М_г = К₁ (М_р + М_тр + М_б · п),                                                          (Д.1.1)

где  М_р - масса огнетушащего вещества, предназначенная для создания в объеме помещения огне-тушащей концентрации, определяется по формулам:

- для огнетушащих веществ - несжиженных газов и двуокиси углерода

М_р= V_p·?₁ ·(1+K₂) ·ln;                                                   (Д.1.2)

- для огнетушащих веществ - сжиженных газов, за исключением двуокиси углерода

М_р= V_p· ?₁ ·(1+K₂) ·,                                                      (Д.1.3)

где V_p - расчетный объем помещения, м³. В расчетный объем помещения включается его внутренний геометрический объем, в том числе объем систем вентиляции, кондиционирования, ото­пления (до герметичных клапанов или заслонок). Объем оборудования, находящегося в помещении, из него не вычитается, за исключением объема сплошных (непроницаемых) строительных элементов (колонны, балки, фундаменты под оборудование и т.д.);

К₁ - коэффициент, учитывающий утечки огнетушащего вещества из сосудов, принимается рав­ным 1,05;

К₂ - коэффициент, учитывающий потери огнетушащего вещества через открытые проемы поме­щения

K₂ = П · ? · t_под· ,                                                                  (Д.1.4)

где  П - параметр, параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого поме­щения, м^0,5 · с^-1.

Численные значения параметра П выбираются следующим образом:

-  П = 0,65 - при расположении проемов одновременно в нижней (0 - 0,2)Н и верхней зонах помещения (0,8 - 1,0)Н или одновременно на потолке и на полу помещения, причем площади проемов в нижней и верхней частях примерно равны и составляют половину сум­марной площади проемов;

-   П = 0,1 - при расположении проемов только в верхней зоне (0,8 - 1,0)Н защищаемого помещения (или на потолке);

- П = 0,25 - при расположении проемов только в нижней зоне (0 - 0,2)Н защищаемого помещения (или на полу);

-   П = 0,4 - при примерно равномерном распределении площади проемов по всей высоте защищаемого помещения и во всех остальных случаях;

 

*   - масса хладона 114В2 рассчитывается по методике, изложенной в п Д.2.

 - параметр негерметичности помещения, м^-

 где  ?F_н - суммарная площадь проемов, м²;

Н - высота помещения, м;

t_под - нормативное время подачи газового огнетушащего вещества в защищаемое помещение, с;

?₁ - плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты расположения защищаемого объекта относительно уровня моря при минимальной температуре эксплуатации внутри помещения Т_тіп, кг · м^-3, определяется по формуле

?₁ = ?₀··K₃ ,                                                                           (Д.1.5)

где  ?₀ - плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре T₀ = 273К (20 °С) и атмосферном давлении 101,3 кПа, определяется по таблице Д.1.1;

Т_min - минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К;

К₃ - поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря (таблица Д.1.2);

С_н - нормативная объемная огнетушащая концентрация, % об. (таблица Д.1.3).

Таблица Д.1.1. — Плотность паров огнетушащих веществ и воздуха при температуре 20 °С и Р =101,3 кПа

Таблица Д.1.3 - Нормативные объемные огнетушащие концентрации

% об.

 

Окончание таблицы Д. 1.3

 

Масса остатка газового огнетушащего вещества в трубопроводах М_тр, кг, определяется только для установок, у которых отверстия' распылителей расположены выше распределительных тру­бопроводов, по формуле

М_тр=V_тр · ?,                                                                                             (Д.1.6)

где V_mp- объем трубопроводов установки от ближайшего к установке распылителя до конечных распылителей, м³;

?  - плотность остатка газового огнетушащего вещества при давлении, которое имеется в трубопроводе после окончания истечения массы вещества М_р в защищаемое помещение, кг·м^-3;

М_б · п- произведение остатка газового огнетушащего вещества в баллоне М_б, значение кото­рого принимается по технической документации на баллон, кг, на количество баллонов в  установке п.

Таблиця Д. 1.4. -  Значения параметра негерметичности в зависимости от объема защищаемого помещения.

 

Окончание таблицы Д. 1.4

 

Д.2. Расчет установок объемного хладонового пожаротушения

(Хладон 114В2)

Д.2.1 Масса М основного запаса хладона 114В2, кг, определяется по формуле

М= V · q_n · K + M₁  · f + M₂ + M₃ ,                                               (Д.2.1)

где V-объем защищаемого помещения, м³;

q_n- нормативная массовая огнетушащая концентрация, принимаемая равной:

- 0,37 кг · м^-3 - для помещений с производством категорий А и Б;

- 0,22 кг · м^-3 - для помещений с производством категории В;

k  - коэффициент, учитывающий потери хладона за счет остатка в трубопроводах и утечки его из защищаемого помещения, принимается равным:

- 1,2 - для помещений;

- 1,1 - для подполий;

M₁-остаток хладона в баллоне, кг (3 кг для баллонов емкостью 40 л);

f     - число баллонов;

М₂- масса остатка хладона в распределительных трубопроводах (только для кабельных подполий), кг;

М₃-масса остатка хладона в коллекторе, кг.

Примечание. При наличии постоянно открытых проемов, площадь которых составляет от 1 до 10% площади ограждающих конструкций помещения, следует принимать дополнительный расход хладона, равный 2 кг на 1 м² проемов.

Д.2.2. Расчетное время подачи хладона следует принимать для помещений 2-, 3-, 4-, 6-, 7-й групп -не более 60 с, для помещений 1-й и 5-й групп - не более 120 с.

Д.2.3. Расход хладона через распылитель Q, м³ · с^-1, определяется по формуле

Q=? · A ·,                                                                    (Д.2.2)

где ?  - коэффициент расхода распылителя (для двухструйных распылителей  ? = 0,6);

А - суммарная площадь выпускных отверстий распылителя, м²;

g- ускорение силы тяжести, м · с^-2;

Н - напор у распылителя, м (у наиболее удаленного от станции распылителя к концу работы установки  Н = 15 м).

Д.2.4. Потери напора на участке трубопровода ?Н, м, определяются по формуле

?H =  ,                                                                                  (Д.2.3)

где  ?- коэффициент сопротивления трению, определяется по формуле (Д.2.5);

l - длина трубопровода, м;

? - скорость потока хладона, м · с^-1, определяется по формуле (Д.2.4);

d- внутренний диаметр трубопровода, м.

Д.2.5. Скорость потока хладона ?, м/с, определяются по формуле

? =  ,                                                                    (Д.2.4)

где Q - расход хладона, м³ · с^-1;

S- площадь сечения трубопровода, м².

Д.2.6. Коэффициент сопротивления трению ?определяется по формуле

? = 0,11(n₁ / d + 68 / R_e) ^0,25,                                           (Д.2.5)

где n₁- эквивалентная абсолютная шероховатость, м, принимаемая равной 2·10^-4 для трубо­проводов и  3 · 10^-6 для сифонных трубок баллонов;

R_e - число Рейнольдса.

Д.2.7. Минимальный напор H_тіп, м, в баллоне с хладоном к концу работы установки определяется по формуле

Н_тіп =?H · Н₁ + Н₂ + Н₃ + H,                                                                            (Д.2.6)

где  ?Н - потери напора в трубопроводе, м;

Н₁- потери напора в фасонных частях трубопровода, принимаются равными 20 % от ?Н, м;

Н₂ - местные потери в запорной арматуре оборудования, м, определяются по формуле

Н₂ =  ,                                                             (Д.2.7)

где  ? - коэффициент сопротивления, принимается равным:

- 2,64 - для головки ГЗСМ и клапана ЗК-32;

- 1,07 - для головки ГАВЗ и клапана ОК-10;
v - скорость потока хладона, м · с^-1;

Н₃ - разница геометрических отметок между отметкой, на которой установлен баллон, и наи­более высоко расположенным распылителем, м;

Н - свободный напор у наиболее удаленного распылителя, м.

Д.2.8 Минимальное давление р_тіп , МПа, в баллоне к концу истечения хладона определяется по формуле

р_тіп  =Н_тіп· ? · 10^-6 ,                                                                            (Д.2.8)

где ? - удельный вес хладона, Н · м³.

Д.2.9 Абсолютное максимальное давление осушенного сжатого воздуха (азота согласно ГОСТ 9293) р_тах, МПа, в баллонах установки определяется по формуле

р_тах = р_тin· ,                        (Д.2.9)

где V_min - объем воздуха (азота) в баллонах в начале истечения хладона, м³;

V_max - объем баллонов и трубопроводов до ближайшего к станции распылителя, м³;

Д.2.10. Расчетное время tподачи хладона, с, определяется по формуле

,   (Д.2.10)

где  k₁ - коэффициент проводимости, определяется по формуле

,

где  q_min- расход хладона в конце работы установки (при р = р_тin), л · с^-1;

р₀ - начальное (рабочее) давление абсолютное, кгс · см^-2 (максимальное нормативное давление в баллонах при 20 °С составляет 11,7 МПа);

V₀- объем сжатого газа в баллонах, л;

p_тin- давление к концу работы установки (абсолютное), кгс · см^-2;

A = ;

B = C^0,21 ;

C = .

Д.3. Методика гидравлического расчета установки углекислотного пожаротушения

Последовательность расчета

Д.3.1 Среднее (за время подачи двуокиси углерода) давление в изотермическом резервуаре р_т, МПа, определяется по формуле

р_т  =0,5· (p₁ + p₂),                                                                       (Д.3.1)

где  р₁- давление в резервуаре при хранении двуокиси углерода, МПа;

p₂ - давление в резервуаре в конце выпуска расчетного количества двуокиси углерода, МПа, определяется по графику, рисунок 3.1.

Д.3.2 Средний расход двуокиси углерода Q_m , кг · с^-1, определяется по формуле

Q_т = ,                                                                                         (Д.3.2)

где  М₂ - расчетная масса двуокиси углерода, кг;

t- нормативное время подачи двуокиси углерода, с, принимается равным 60 с.

Д.3.3 Внутренний диаметр питающего трубопровода d_i, м, определяется по формуле

d_i =9,6 · 10^-3 · [ (K₄)^-2 ·(Q_m)² ·l₁]^0,19,                                                      (Д.3.3)

где  K₄ - коэффициент, определяемый по таблице Д.3.1;

l₁- длина питающего трубопровода по проекту, м.

При хранении двуокиси углерода в баллонах К₄= 1,4.

Таблица Д.3.1

 

 

Рисунок 3.1. График для определения давления в изотермическом резервуаре в конце выпуска расчетной массы

двуокиси углерода.

Примечание. Относительная масса двуокиси углерода M₁ определяется по формуле

  ,

где М₂ - начальная масса двуокиси углерода, кг.

Д.3.4 Среднее давление в питающем трубопроводе в точке ввода его в защищаемое помещение р₃, МПа, в точке, наиболее удаленной от станции пожаротушения р₄, МПа, а также в любой другой точке определяется по формуле

р₃ (р₄) = 2+0,568 ? ln ,                            (Д.3.4)

где  l₂ - эквивалентная длина трубопроводов от изотермического резервуара (баллонов) до точки, в которой определяется давление, м

l₂ = l₁ + 69 ?  ,

где ?₁ – сумма коэффициентов сопротивления фасонных частей трубопроводов.

Д.3.5 Среднее давление р'_т , МПа, в питающем трубопроводе, расположенном в защищаемом помещении в пределах распределительных трубопроводов, определяется по формуле

р'_т = 0,5 (р₃ + р₄)                                                                     (Д.3.5.)

где  р₃ - давление в точке ввода питающего трубопровода в защищаемое помещение, МПа;

р₄- давление в конце питающего трубопровода, МПа.

Д.3.6 Средний расход через распылитель Q'_m , кг · с^-1, определяется по формуле

Q'_т = 4,1?10³ ? ? ? К₅ ? А₃ ? ,                          (Д.3.6.)

где  ? - коэффициент расхода через распылитель;

А₃ -площадь выпускного отверстия распылителя, м²;

К₅ - коэффициент, определяемый по формуле

К₅  = 0,93+,

Д.3.7 Количество распылителей ?₁ определяется по формуле

?₁ = Q_m/ Q’_m                                                                             (Д.3.7.)

Д.3.8 Внутренний диаметр распределительного трубопровода d_i, м, рассчитывается из условия

d_i  ≥ 1,4 ? d ? ,                                                                   (Д.3.8.)

где  d - диаметр выпускного отверстия распылителя.

Д.4 Методика гидравлического расчета установки пожаротушения хладоном 125

Последовательность расчета

Д.4.1 Площадь выпускного отверстия распылителей, F_p , м², определяется по формуле

F_p ≥,                                                                     (Д.4.1.)

где  М_р - масса хладона, кг, необходимая для тушения в защищаемом помещении;

J  - приведенный расход хладона, кг · с^-1 - м^-2, при минимально допустимом давлении перед распылителями, принимается по таблице Д.4.1;

?  - коэффициент расхода распылителя;

N - количество распылителей в установке, шт.;

t - нормативное время, с, подачи хладона в защищаемое помещение (для установок с центра­лизованным хранением огнетушащего вещества - 15 с, для установок с децентрализованным хранением огнетушащего вещества - 10 с).

Рекомендуется, чтобы давление перед распылителями было не менее 1,0 МПа;

Коэффициент расхода распылителя зависит от его конструкции и определятся по справочной литературе.

Д.4.2 Площадь проходного сечения трубопроводов F_mpопределяется по формуле

F_mp ≥ F_p· N_mp ,                                                                                (Д.4.2)

где N_mp- количество распылителей, питаемых по трубопроводу, шт.

По рассчитанным значениям подбираются стандартные трубопроводы (как правило, имеющие ближайшее большее значение внутреннего диаметра).

Рекомендуется применять симметричные и сбалансированные системы трубных разводок, чтобы расходы хладона через распылители не различались более чем на 10-20 %.

Следует следить, чтобы суммарный объем трубопроводов не превышал 80% объема жидкой фазы хладона V_хл, хранимого в баллонах установки и определяемого по формуле

V_хл ≥ М_хл·  ,                                                                              (Д.4.3)

где М_хл - масса хладона, кг, хранимого в баллонах установки;

R_хл - плотность жидкой фазы хладона при заданных начальных условиях R_хл = 1167 кг · м^-3.

Д.4.3 По предварительно выбранным диаметрам трубопроводов проводится поверочный гид­равлический расчет. В поверочной части расчета определяется пропускная способность разводки трубопроводов.

Определяется эквивалентная длина L_е, м, питающего трубопровода по формуле

L_e = L_б + L_рп + L_ск + L_п + L_мп,                                                       (Д.4.4)

где L_б, L_pn - эквивалентные длины соответственно батареи и распределительного устройства, приведенные к диаметру питающего трубопровода, м;

L_ск- эквивалентная длина станционного коллектора, приведенная к диаметру питающего тру­бопровода, м;

L_n  - геометрическая длина питающего трубопровода, м;

L_мп - эквивалентная длина местного сопротивления на питающем трубопроводе (повороты, тройники, внезапные расширения и т. п.), м.

Эквивалентные длины элементов батарей, распределительных устройств или местных сопро­тивлений определяются по формуле

L_эл =  ,                                                                           (Д.4.5)

где   і - коэффициент гидравлического сопротивления элемента;

D_n- диаметр трубопровода приведения (питающий трубопровод), м;

К_ш - эквивалентная шероховатость трубопровода, м.

Если в технической документации на батарею, распределительное устройство заданы экви­валентные длины этих элементов, то приведение длины к диаметру питающего трубопровода осу­ществляется по формуле

L_эл = L_тд · (D_п· )^5,25 ,                                                                (Д.4.6)

где L_тд- эквивалентная длина элемента по технической документации, м;

D_y - диаметр условного прохода элемента, м.

Эквивалентная длина станционного коллектора, приведенная к диаметру питающего трубо­провода, определяется по формуле

L_ск = (L_скг + L_мск · (D_п· )^5,25 ,                                                    (Д.4.7)

где L_скг- геометрическая длина станционного коллектора, м;

L_мск - эквивалентная длина местных сопротивлений на станционном   коллекторе (повороты, тройники, внезапные расширения и т. п.), м, рассчитываются по формуле (Д.4.5);

D_ск- диаметр станционного коллектора, м.

Вычисляется гидравлический параметр А для каждого распылителя по формуле

A =  ,                                         (Д.4.8)

где K_зan- коэффициент запаса на неучтенные потери давления в разводке. Рекомендуется принимать равным 1,05-1,1;

D_j, L_j - диаметр и длина j-го участка распределительного трубопровода на пути к распылителю, м;

п_j  - число распылителей, питаемых по j-му участку трубопровода.

Определяется среднеарифметическое значение геометрического параметра по формуле

A_cp = (A_x + A₂ +...+ A_n) / N.                                                              (Д.4.9)

Для симметричной и сбалансированной системы допускается геометрический параметр А вы­числять только для диктующих распылителей, т.е. работающих под наибольшим и наименьшим напорами. Тогда среднеарифметическое значение геометрического параметра определяется по фор­муле

А_ср = (А₁+А₂) / 2.                                                                             (Д.4.10)

Методом последовательных приближений или графическим методом решается система урав­нений (определяется  J):

                                                                      (Д.4.11)

где  Y- термодинамический параметр;

J= f(Y) - зависимость, заданная в табличном виде (табл. Д.4.1).

По найденному значению Jопределяются массовый расход хладона из установки Qи время истечения T по формулам:

Q =J·?·F_p·N ;                                                                           (Д.4.12)

T = .                                                                                        (Д.4.13)

По таблице Д.4.1 для найденного значения J определяется давление перед распылителем. Решая систему уравнений (Д.4.11) для значений А₁и А₂, полученных для диктующих распылителей, можно определить максимальное и минимальное давление перед распылителями.

Если расчетное время Т превышает нормативное или давление перед распылителями меньше минимально допустимого, необходимо увеличить диаметры труб или сократить расстояние между батареей и распылителями.

Д.4.4 Для случая одновременной подачи хладона из одной батареи в несколько объемов (например, в объем за подвесным потолком и в комнату) по единой трубопроводной разводке гидравлический расчет установки выполняется следующим образом.

Рассчитывается установка для тушения единого суммарного объема. Затем за счет перерас­пределения площадей проходных сечений распылителей или количества распылителей (см. формулу  (Д 4.12)) добиваются требуемого распределения хладона по объемам исходя из условия:

,                                                                                     (Д.4.14)

где F_n, F_к  - суммарная площадь проходных сечений распылителей, расположенных соответственно в объеме за подвесным потолком и в комнате;

М_п, М_к - масса хладона, требуемая для тушения соответственно в объеме за подвесным потолком и в комнате.

Д.4.5 Для случая одновременной подачи хладона из одной батареи в несколько объемов (на­пример, в объем под фальшполом и в комнату) по распределительным трубопроводам гидрав­лический расчет установки выполняется следующим образом.

Установка рассчитывается отдельно для каждого направления (как централизованная). Диа­метры трубопроводов и площади проходных сечений распылителей в направлениях подбираются так, чтобы время подачи массы хладона, требуемой для тушения в объеме под фальшполом, равнялось времени подачи массы хладона, требуемой для тушения в комнате.

Таблица Д.4.1 - Функция J= f(Y)

 

Д.5 Методика расчета площади проема для сброса избыточного давления в помещениях, защищаемых установками газового пожаротушения

Д.5 Площадь проема для сброса избыточного давления F_c,м², определяется по формуле

,                (Д.5.1)

где Р_lim - предельно допустимое избыточное давление, которое определяется из условия сохранения прочности строительных конструкций защищаемого помещения или размещенного в нем оборудования, МПа;

Р_а - атмосферное давление, МПа;

?_n- плотность воздуха в условиях эксплуатации защищаемого помещения, кг · м^-3;

К₂ - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2;

К₃ - коэффициент, учитывающий изменение давления при его подаче

(для сжиженных газов К₃ = 1, для состава "Инерген" К₃= 2,44);

t_noд - время подачи газового огнетушащего вещества, определяемое из гидравлического расчета, с;

?F - площадь постоянно открытых проемов (кроме сбросного проема) в ограждающих конст­рукциях помещения, м².

Значения величин М_р , К₁, р₁определяются в соответствии с п. Д.1.

Если значение правой части неравенства меньше или равно нулю, то проем (устройство) для сброса избыточного давления не требуется.

Примечание. Значение площади проема рассчитано без учета охлаждающего воздействия газового огнетушащего вещества - сжиженного газа, которое может привести к некоторому уменьшению площади проема.

(Новая редакция приложения Д. Изменение № 1)