Направления совершенствования автоматических установок водяного пожаротушения

Спринклерные установки пожаротушения существуют уже более ста лет. За это время они зарекомендовали себя с самой лучшей стороны, неоднократно доказывая высокую надежность и эффективность в борьбе с пожарами. Несмотря на то, что все составляющие спринклерной установки пожаротушения за столь долгую историю развития практически доведены до совершенства, всегда остается вероятность ложного срабатывания автоматической установки пожаротушения (АУП) и утечек воды из системы питающих и распределительных трубопроводов [24].

Самыми распространенными причинами этого являются:

− заводские дефекты оросителей (низкое качество изготовления и сборки);

− повреждения оросителей и термочувствительных колб при монтаже, в т.ч. из-за отсутствия специализированного инструмента. Из-за значительных импульсных перегрузок по давлению в трубопроводах АУП это в дальнейшем приводит к разрушению термочувствительной колбы и вскрытию оросителя, или утечкам воды из распределительного трубопровода из-за деформации корпуса оросителя при чрезмерном усилии затяжки;

− внешние механические воздействия на смонтированные оросители,

приводящие к разрушению термочувствительной колбы и вскрытию оросителей;

− износ (коррозия) трубопроводов и др.

Все вышеперечисленные причины, хотя и маловероятны каждая по отдельности, в совокупности ведут к тому, что многие пользователи спринклерных АУП относятся к ним с недоверием, не говоря уже о тех, кому причинен материальный ущерб из-за ложного срабатывания АУП.

Принимая во внимание также существование объектов, где требуется вообще исключить несанкционированные проливы и поступления воды ввиду существенного, а иногда невосполнимого ущерба, сравнимого с ущербом от самого пожара (например, исторические памятники, архивы и музеи, магазины и склады бытовой и компьютерной техники и т.д.), то становится очевидным, что обеспечение защиты от ложных срабатываний спринклерных АУП является такой же актуальной задачей, как и гарантированное тушение АУП очага возгорания.

Для выполнения задачи по сведению к минимуму вероятности ложного срабатывания спринклерных АУП на западе давно уже найдено решение – расширить функциональные возможности спринклерной установки пожаротушения за счет установки на защищаемой площади пожарной сигнализации, извещатели которой используются для запуска АУП. При этом спринклерная установка пожаротушения проектируется воздушной.

Необходимым условием для подачи огнетушащего вещества (ОТВ) в трубопроводы таких АУП является именно срабатывание пожарных извещателей, которые существенно сокращают время обнаружения пожара и менее инерционны, чем термочувствительные элементы спринклерных оросителей. Сжатый воздух, которым заполнены питающие и распределительные трубопроводы АУП, необходим для контроля целостности трубопроводов и оросителей.

Применение таких АУП для защиты объектов рассматривается специалистами как одно из перспективных направлений в развитии установок пожаротушения. В некоторых отечественных строительных нормах уже предусматривается их применение, например, для защиты высотных зданий, п. 14.92 МГСН 4.19-2005 «…С целью исключения ложных срабатываний допускается применение спринклерных установок с контролем запуска от пожарной сигнализации».

В отечественной практике данный вид АУП получил название «коньюкционные» (от лат. conjuctio -союз, связь - логическое «И») спринклерно-дренчерные установки пожаротушения», а зарубежные аналоги носят название «автоматические установки пожаротушения предварительного действия (Pre-Action)».

Несмотря на разнообразие терминологии, существует только два основных алгоритма срабатывания воздушных спринклерных АУП, имеющих возможность запуска от установки пожарной сигнализации (УПС):

1. Запуск насосов и подача ОТВ в трубопроводы АУП производится только при срабатывании пожарных извещателей (сигнал о срабатывании оросителей для запуска не используется, «игнорируется»).

2. Запуск насосов и подача ОТВ в трубопроводы АУП производится только при совместном срабатывании пожарных извещателей и спринклерных оросителей («игнорируется» любой одиночный сигнал; запуск будет произведен только при наличии двух независимых сигналов).

Другими словами, чтобы установка пожаротушения была запущена, нужен только один управляющий сигнал или два управляющих сигнала.

Эти два алгоритма и определяют уровень защиты спринклерной установки пожаротушения от ложных срабатываний. Если при этом устройства обнаружения будут реагировать на различные факторы пожара, например, тепловой фактор у спринклерного оросителя и дымовой у УПС (или другой в зависимости от особенностей объекта), то вероятность ложного срабатывания, и так небольшая, будет стремиться к нулю. Логические схемы срабатывания АУП (подачи ОТВ к очагу возгорания) с одним и двумя управляющими сигналами приведены на рис. 7.1.

В случае (Рис.7.1 а), при срабатывании автоматических или ручных пожарных извещателей (АПИ (РПИ)) секция воздушной АУП заполняется ОТВ (установка пожаротушения переводится в режим обычной водозаполненной спринклерной АУП) и как только сработает ороситель, произойдет подача ОТВ к очагу возгорания.

а)

б)

Рис. 7.1 a) АУП с одним управляющим сигналом б) АУП с двумя управляющими сигналами

В случае (Рис.7.1 б), только при срабатывании как пожарных извещателей, так и спринклерных оросителей секция воздушной АУП заполнится ОТВ и его подача к очагувозгорания будет осуществлена немедленно через сработавший ороситель или открытый пожарный кран.

К основным преимуществам применения спринклерных воздушных АУП, имеющих возможность запуска от УПС, по сравнению с традиционными спринклерными воздушными (без сигнализации) и водозаполненными АУП, можно отнести:

− снижение или исключение рисков, связанных с ложным срабатыванием или повреждением оросителей АУП (складские помещения со стеллажным складированием, помещения с низким потолком, общежития, специализированные лечебные учреждения и т.п.), повреждением трубопроводов и несанкционированными проливами или утечками ОТВ;

− улучшение показателей инерционности спринклерных воздушных АУП по сравнению с традиционными воздушными АУП (без сигнализации) за счет предварительного, более раннего заполнения системы трубопроводов ОТВ при срабатывании УПС;

− минимизация риска возникновения ущерба от перемерзания трубопроводов при ложных срабатываниях воздушных АУП, эксплуатируемых в помещениях с низкими температурами и др.

За рубежом системы водяного пожаротушения предварительного действия широко применяются для защиты помещений где ложное срабатывание системы (ошибка пожарной сигнализации или механическое повреждение оросителя) приводит к необратимой порче содержимого под действием воды. Такие системы чаще всего применяются для защиты помещений где распологается компьютерная техника, на складах хранения ценных и дорогостоящих предметов, в библиотеках, архивах и пр.

Но, несмотря на очевидные преимущества с точки зрения высокой надежности по предотвращению ложных срабатываний спринклерной АУП оборудованной УПС, применение данных установок пожаротушения в России находится на очень низком уровне.

Причин здесь несколько.

Во-первых, нормативная. В СП 5.13130-2009 содержится требование проектировать АУП воздушными только при температуре воздуха в помещениях ниже 5°С, накладываются ограничения на общую вместимость трубопроводов секции воздушной АУП.

Во-вторых, методическая. Отсутствует отечественная специальная литература и пособия, содержащие требования по проектированию воздушных АУП. Перечисленные причины уже существенно снижают область применения АУП с запуском от УПС и вызывают очень осторожное к ним отношение со стороны проектных организаций.

В-третьих, техническая. Связана она с подбором соответствующего оборудования и практической реализацией воздушных АУП с запуском от УПС

Комплексное, техническое и методическое решение вышеуказанных проблем предлагает в настоящее время некоторые российские производители. Одним из последних разработок является контрольно-пусковой узел управления (КПУУ) «Спринт» (Рис.7.2) который позволяет реализовывать воздушные АУП с запуском от УПС.

Рис.7.2 Контрольно-пусковой узел «Спринт»

1 – сливной (дренажный) кран 2 – сигнализаторы давления для запуска насосов, 3 – воздушная магистраль (линия подключения компрессора), 4 – пневмоклапан редукционный, 5 – компенсатор, 6 – электроклапан сброса пневматического давления, 7 – сигнализатор давления в питающем трубопроводе, 8 – шкаф контроля и управления запуском, 9 – устройство контроля уровня жидкости, 10 – электроконтактный манометр, 11– манометры, 12 – электроклапан открытия КПУУ «Спринт», 13 – кран ручного привода АУП-Д и дренчерной части АУП-СД, 14 – затвор поворотный межфланцевый с датчиком контроля положения «открыто/закрыто», 15 – сигнализатор давления в подводящем трубопроводе.

Несколько отличительных особенностей данного изделия:

1. КПУУ «Спринт» выполнен на базе дренчерного узла управления с электроприводом и позволяет реализовывать обе схемы работы воздушных установок пожаротушения с запуском от УПС, рассмотренных выше.

2. В составе КПУУ «Спринт» предусмотрены устройства, которые обеспечивают надежность работы спринклерной воздушной системы:

− шкаф контроля и управления запуском (ШКУЗ), приемно-контрольный прибор которого осуществляет пневматический, гидравлический и электрический контроль необходимых параметров работы АУП при постановке в дежурный режим, в дежурном режиме и при срабатывании;

− эксгаустер или электроклапан (в зависимости от исполнения КПУУ «Спринт»), которые обеспечивают сброс давления воздуха из системы трубопроводов;

− устройство контроля уровня, которое позволяет выявлять проблемы с узлом управления и получать информацию о поступлении ОТВ в питающий трубопровод;

− дифференциальный сигнализатор давления, который позволяет отслеживать скорость изменения пневматического давления в трубопроводах с выдачей сигнала «Внимание», что важно для воздушных секций большой вместимости;

− задвижка с электрическими датчиками положения «открыто»/«закрыто» на входе узла управления. При желании заказчика КПУУ «Спринт» дополнительно комплектуется такой задвижкой на выходе, что удобно для обслуживания самого узла, проведения пуско-наладочных и ремонтных работ, а также комплексных испытаний АУП без заполнения системы трубопроводов воздухом или ОТВ.

3. При наличии эксгаустера, устанавливаемого на питающем трубопроводе воздушной секции, не производится сброс давления воздуха перед заполнением системы трубопроводов ОТВ, так как выполняются одновременно два процесса – сброс давления воздуха через эксгаустер и подача ОТВ.

4. КПУУ «Спринт» работает с любыми типами пожарных извещателей, имеется возможность подключения токопотребляющих извещателей, а также других приемно-контрольных приборов.

В настоящее время в печати появляется много работ посвященных тушению пожаров тонкораспыленной водой. Широко пропагандируются перспективы применения тонкораспыленной воды дня локального, локально-объемного и объемного пожаротушения. Описываются конкретные устройства, хорошо зарекомендовавшие себя при тушении загораний с использованием тонкораспыленной воды. Однако довольно мало нормативных документов регламентирующие проектирование установок пожаротушения тонкораспыленной водой. Скудность регламентированных требований связанно, прежде всего, с отсутствием признанных научных и практических знании о процессе истечения высокоскоростных струй воды в атмосферу, о взаимодействии высокоскоростной струи, состоящей из капель мелкой дисперсности, со встречными конвективными потоками. Мало работ, посвященных изучению условий, закономерностей и механизма тушения тонкораспыленной водой, исследованию связи дисперсных, кинетических, расходных и других свойств распыленной струи с ее огнетушащей способностью.

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 рубежом1 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. Зарубежные и российские стандарты расходятся также и в том, что считать тонко-распыленной водой. Так, согласно NFPA7503 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.

До настоящего времени нет надежных результатов по созданию оборудования для получения устойчивой огнетушащей концентрации мелкодисперсных капель воды во всем защищаемом объеме [20,21].

Для защиты объекта при помощи тонкораспыленной воды недостаточно обеспечить заданную интенсивность орошения, как в случае с водой, для которой нормативно определены количественные значения интенсивности орошения, гарантирующие надежную защиту для различных групп помещений. Дело в том, что для реализации всех преимуществ, которые дает ТРВ, капли должны преодолеть конвективные тепловые потоки и достичь поверхности горения. Для выполнения этой задачи капли тонкораспыленной воды должны обладать гораздо более высокой начальной скоростью. Именно скорость капель является тем параметром, без которого нельзя однозначно регламентировать процесс обеспечения пожарной безопасности при помощи ТРВ. Эта характеристика не указана ни в одном из официальных документов, включая паспортные данные оросителей. Это связано с тем, что процесс тушения тонкораспыленной водой еще недостаточно изучен, и для получения точных зависимостей необходимо провести большое количество экспериментов.

При общей не изученности вопросов пожаротушения тонкораспыленной водой невозможно создавать средства подачи, установки пожаротушения с заранее заданной огнетушащей способностью, нельзя разработать методику их расчета пригодную для проектирования и использования на практике.

Дальнейшая перспектива развития спринклерных и дренчерных уста-новок также связана с расширением области применения установок водяного пожаротушения, с повышением огнетушащей эффективности воды на основе разработки новых способов и условий ее использования, с применением добавок при разработке высоконадежных и быстродействующих элементов установок: универсальных запорно-пусковых клапанов, спринклеров со стеклянным термочувствительным элементом, автоматических спринклеров многоразового действия и т. п.