2018-02-14
3957
РЕФЕРАТ
Магистерская диссертация включает введение, 3 главы, Заключение:72 с., 3 разд., 37 рис., 1 табл., 80источн., 1 прил.
Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ, СПРИНКЛЕРНЫЕ СИСТЕМЫ, СПРИНКЛЕРНЫЙ ОРОСИТЕЛЬ, ПОЖАР.
Настоящая выпускная квалификационная работа посвящена решению важной задачи, в области пожарной безопасности, связанной с эффективностью работы автоматических установок пожаротушения спринклерного типа.
В работе исследуются причины неэффективного срабатывания спринклерной АУП,описана методика оценки возможности использовании спринклерной АУП, произведены расчеты оценки эффективности применения спринклерной АУП.
Новизна результатов настоящей работы состоит в совершенствовании программного продукта для оперативной оценки эффективности спринклерной АУП. До настоящего времени расчетные инженерные методы оценки эффективности в АУП специалистами не применялись из-за их сложности и трудоемкости.
Разработанный программный продукт позволит специалистам отсекать заведомо неприемлемые результаты на начальном этапе и подбирать оптимальные параметры проектируемой АУП с гораздо меньшими трудозатратами.
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.. 4
ВВЕДЕНИЕ.. 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 9
1.1 История развития систем пожаротушения. 9
1.2 История развития видов пожаротушения..................................................................... 11
1.2.1 Развитие средств пенного пожаротушения. 11
1.2.2 Развитие установок газового пожаротушения. 15
1.2.3 История порошковых систем пожаротушения. 16
1.2.4 Водяные системы пожаротушения. 18
1.3 Автоматизированные установки пожаротушения XXI века......................................24
1.3.1 Спринклерные установки пожаротушения. 24
1.3.2 Система управляемого пожаротушения. 26
1.4.Классификация и область применения автоматических установок пожаротушения. 28
1.4.1 Газовые системы автоматического пожаротушения. 29
1.4.2 Пенные установки. 31
1.4.3 Порошковые АУПТ. 31
1.4.4 Водяная система автоматического пожаротушения. 32
1.5Статистические данные применения спринклерных систем...................................... 33
1.6Описание уравнений Альперта. Устойчивые пожары.. 34
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 39
2.1...... Описание методики оценки возможности использовании спринклерной АУП.. 39
2.1.1 Краткий обзор существующих методик испытаний оросителей. 40
2.2 Оценка возможности использования спринклерной АУП.. 42
2.3Принцип оценки возможности использования АУП-С или АУП- ПП.. 42
2.4 Программный продукт для оценки эффективности спринклерных систем..…….50
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 54
3.1Расчет оценки эффективности применения спринклерной АУП, по методике СТО………………. 54
3.1.1 Расчет высоты расположения оросителя. 54
3.1.2 Расчет текущего значения температуры колбы.. 55
3.1.3 Расчет времени активации спринклерного оросителя и площади пожара в момент активации спринклерного оросителя. 56
3.2Замечания по расчетам оценки эффективности спринклерных оросителей. 56
3.3Результаты натурных испытаний на полигоне ГК Гефест. 57
3.3.1Результат испытания с тестовым очагом № 1. 57
3.3.2Результат испытания с тестовым очагом № 2. 60
3.3.3 Обсуждение результатов. 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 71
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
АППЗ - автоматические установки противопожарной защиты.
АПС - автоматическая пожарная сигнализация.
АППЗТП - автоматизированная противопожарная защита технологических процессов.
АСУПТ - автоматизированная система управления пожаротушения.
АУП - автоматические установки пожаротушения.
АУП-СО – автоматическая установка пожаротушения со спринклерными оросителями общего назначения.
АУП– ПП - автоматическая установка пожаротушения с принудительным пуском.
ВНИИПО- всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны.
ГЖ - горючие жидкости.
ГПН - государственный пожарный надзор.
ИП – извещатель пожарный.
ПУЭ - правила устройства электроустановок потребителей.
СП - свод правил.
СТО – стандарт организации.
ТО - техническое обслуживание.
ЦНИИПО- центральный научно-исследовательский институт противопожарной обороны.
ЦНИПЛ- центральная научно-исследовательская пожарная лаборатория.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема пожаров на объектах является особо острой. Каждый день новости о таких случаях в различных регионах страны доносятся с экранов телевизора. Пренебрежение нормами пожарной безопасности, а особо в местах многочисленного скопления людей приводит к жертвам среди людей, а также материальному ущербу.
Важнейшую роль в системе противопожарной защиты играют системы автоматического пожаротушения. Ведь в случае возникновения пожара они первыми должны будут начать борьбу с огнем. Самым главным в системах пожаротушения является правильный ее выбор и ее эффективность
Сегодня люди научились бороться с огнем и узнавать об угрозе развития пожара в тот момент, когда пламя только появилось, и справиться с ним не составляет труда. Все это стало возможным с появлением систем автоматического обнаружения пожара. Автоматические системы и установки для борьбы с огнем, как правило, являются частью комплекса устройств, призванных обеспечивать общую пожаробезопасность здания или сооружения. Их основное назначение состоит в предотвращении распространения пламени и вступлении в борьбу со стихией на самых ранних стадиях.
Автоматической системой борьбы с огнем можно назвать комплекс устройств, который способен самостоятельно активизироваться при превышении контролируемых в защищаемой зоне параметров и факторов относительно пороговых значений. Отличительная особенность этих устройств – выполнение ими функций автоматической пожарной сигнализации. Эти элементы, обычно входящие в общую систему борьбы с огнем, должны обеспечивать достижение одной, а лучше сразу нескольких целей, основными из которых являются:
- ликвидация пламени на защищаемом объекте до того момента, как будут достигнуты критические значения факторов возгорания;
- ликвидация огня до того, как наступит предел огнестойкости строительных конструкций на объекте;
- ликвидация пожара ранее, чем будет причинен максимальный ущерб имуществу и материальным ценностям;
- прекращение процессов горения до того, как появится опасность разрушения технологических установок, которыми оснащен защищаемый объект.
Далее среди наиболее важных функций, которые в обязательном порядке должны выполнять автоматические установки пожаротушения, присутствует такая, как экстренная помощь в обеспечении зоны безопасного пребывания для людей, находящихся на территории объекта. В настоящий момент существует достаточно много вариантов автоматических установок для борьбы с огнем. Классифицировать их можно по нескольким параметрам. По конструктивному исполнению эти устройства могут быть агрегатными, модульными, дренчерными и спринклерными. По способу тушения огня они могут быть объемными, по площади и локальными.
По способу срабатывания установки могут быть подразделены на ручные, автоматические и с разного рода приводами.
По такому фактору, как инерционность, автоматические пожарные установки пожаротушения можно подразделить на сверхбыстродействующие, быстродействующие или небольшой инерционности, средней инерционности и повышенной.
Кроме всего вышесказанного, установки пожаротушения классифицируются по продолжительности подачи огнетушащего вещества. Они могут быть импульсного действия, кратковременного, средней длительности и длительного воздействия. Однако как среди специалистов, так и среди простых потребителей наиболее известной является классификация по типу вещества, применяемого для гашения пламени. По этому фактору автоматические установки пожарной сигнализации и пожаротушения могут подразделяться на водяные, пенные, газовые аэрозольные, порошковые и паровые.
Широкое распространение получили водяные установки для борьбы с огнем. Спринклерные системы пожаротушения используются практически на каждом объекте, но не все из них выполняют свое предназначение в случае возникновения пожара. Статистика срабатывания спринклерных автоматических установок пожаротушения (АУП) на реальных пожарах говорит о случаях, когда работоспособная система оказывается не эффективной при срабатывании и не выполняет свои функции [1]. Во многом это связано с тем, что на протяжении долгих лет оценка эффективности систем пожаротушения проводилась формально и не давала оснований для объективного анализа.
Так, например, по данным отчетов ФГБУ ВНИИПО МЧС РФ общее количество пожаров за период с 2009-2015 гг. на объектах, оснащенных установками пожаротушения, составило 583 случая, из них в 208 случаях АУП сработала, но задачу не выполнила, в 89 случаях АУП не сработала вовсе (табл.1.) [2].
Таблица 1- Эффективность работы установок пожаротушения по данным статистического сборника ФГБУ ВНИИПО МЧС России [2]
| Эффективность работы установок пожаротушения. Количество пожара,ед. | |||||||
| Всего | |||||||
| 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| Окончание таблицы 1 | |||||||
| 78 | 64 | 96 | 75 | 79 | 87 | 104 | |
| Задачу выполнила | |||||||
| 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| 20 | 22 | 35 | 26 | 29 | 37 | 43 | |
| Задачу не выполнила | |||||||
| 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| 37 | 23 | 23 | 35 | 30 | 24 | 36 | |
| Не сработала | |||||||
| 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| 10 | 13 | 12 | 8 | 16 | 13 | 17 | |
| Не включена | |||||||
| 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| 11 | 6 | 19 | 8 | 4 | 13 | 8 | |
| Эффективность АУП, % | |||||||
| 26 | 34 | 36 | 35 | 37 | 43 | 41 | |
Как следует из таблицы 1, в целом по России эффективность функционирования установок пожаротушения крайне неудовлетворительная: в среднем она не превышает 43%.
Неэффективное действие спринклерной АУП, предположительно может быть обусловлено следующими причинами:
- в зоне расположения спринклерных оросителей температура тепловых потоков не достигает температуры активации оросителей, вследствие чего АУП при пожаре не срабатывает;
- спринклерный ороситель срабатывает с запозданием и не успевает обеспечить тушение очага пожара, так как вследствие влияния многих факторов горение выходит за пределы зоны действия оросителя (происходит последовательное срабатывание спринклерных оросителей, но их активация отстает от процесса распространения пожара) [1].
Проведение натурных огневых испытаний АУП требует значительных затрат времени и материальных ресурсов. Многочисленные испытания эффективности различных типов водяных АУП в ФГБУВНИИПО МЧС России позволили накопить значительный эмпирический опыт, который был обобщен в расчетных методиках оценки эффективности установок пожаротушения [1]. Для сокращения непроизводительных затрат целесообразно заменить эти испытания на инженерные методы расчета эффективности конкретной АУП применительно к конкретному объекту защиты на этапе проектирования.
Однако до настоящего времени такие расчетные инженерные методы оценки эффективности АУП специалистами не применялись из-за их сложности и трудоемкости[3].
Объектом исследования являются автоматические установки водяного пожаротушения.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности примененияспринклерныхсистем пожаротушения.
Целью данной работы является определение возможности оперативной оценки эффективности применения автоматической спринклерной системы пожаротушения.
Достижению поставленной цели будет способствовать решение следующих задач:
-совершенствование программы для оперативной оценки эффективности спринклерной АУП, на основе существующей математической модели развития пожара;
-расчет,с помощью полученной методики,эффективности для различных типов помещения, защищаемых традиционными АУП;
-проведение натурных испытаний для сравнительной оценки теоретических и практических результатов.
Практическая значимость работы - существующие расчетные инженерные методы оценки эффективности в АУП специалистами не применялись из-за их сложности и трудоемкости. На основе данных методов была разработана и усовершенствована упрощенная методика оценки эффективности спринклерных АУП, которая расширит область применения спринклерных АУП и будет полезной на этапе проектирования.
Положения выносимые на защиту:
- методика оценки эффективности АУП традиционного типа, реализованная в виде программного продукта, на базе MSExcel;
- результаты расчетов эффективности программного продукта;
- результаты огневых испытаний;
- доказательство эффективности достоверности данных, полученных с помощью программного продукта.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
История развития систем пожаротушения
С древнейших времен известно, что пожар - явление крайне опасное, жестокое, враждебное всему живому. Пожары на Руси издавна были одним из самых тяжких бедствий. В древних летописях содержатся описания грандиозных пожаров, уничтоживших целые города. По несколько раз выгорали города Москва, Юрьев, Владимир, Суздаль, Новгород. В 1194 г. отмечены огромные пожары в Ладоге и Руссе. Пожары ежегодно уносили тысячи жизней, причиняли неизмеримый материальный ущерб. До начала девятнадцатого века Тверь подвергалась испытанию огнем 17 раз. Самым страшным для Твери стал пожар 1763 года. Тогда за неполных 4 часа огненный вихрь практически уничтожил город, сгорело 852 дома, соляные амбары, Гостиный двор и много церквей. Полностью сгорели деревянные постройки в 1392 году города Кашин, а в 1774 году города Ржева[4].
Пожары являлись одним из мощных орудий борьбы с врагами. Так в 1238 г., когда на Руси свирепствовали орды хана Батыя, г. Москва сгорел полностью. Много опасностей таил огонь и при использовании в мирное время. Печей тогда не было, огонь разводили в яме прямо в доме, причем дым выходил наружу через отверстие, сделанное в соломенной крыше. При пожаре никто не принимал мер по его тушению – спасали только детей, имущество. Огонь распространялся от дома к дому и прекращался только тогда, когда все вокруг выгорало. При таких пожарах жители уцелевших домов предпочитали оставлять их на произвол судьбы и селиться за городом под открытым небом. Вплоть до 15 века пожар считался большим, если огнем уничтожалось несколько тысяч дворов. Если сгорало 100-200 домов, то о таком пожаре не говорили. Легкость возведения построек, наличие древесины позволяли быстро восстанавливать сгоревшее жилье, но это же из-за тесной застройки способствовало новым опустошениям при загорании.
Развитие крупных городов привело к увеличению их населения, строительству новых зданий. Увеличились масштабы пожаров. Низкий уровень общественной организации и технической культуры оказывали негативное влияние на катастрофические последствия возникающих пожаров. С укреплением городов, развитием и концентрацией средств производства увеличились убытки от пожаров. Феодальное общество, основанное на глубоких социально-экономических противоречиях, оказалось полностью неспособным к борьбе с пожарами. Степень общественной организованности была в эту эпоху существенно ниже, чем во времена господства Римской империи. Не было единой структуры, которая могла бы противостоять огню. Все острее становилась потребность в создании общегосударственной системы мер, направленных на предотвращение и тушение пожаров. Поэтому по мере развития и укрепления государственности предпринимались попытки изменить сложившееся положение. Необходимо было изменить и отношение населения к выполнению правил обращения с огнем. И прошло немало времени, прежде чем люди, осознав всю бессмысленность действий по возмещению потерь, постоянно причиняемых пожарами, поначалу неумело и бессистемно взялись за организацию пожарного дела [5].
В продолжение многих веков борьба с огнем на Руси велась в форме ужесточения наказания виновников пожаров, привлечения населения к тушению пожаров, принятия мер предупредительного характера и даже использования воинских формирований для борьбы с пожарами. Принимались многочисленные противопожарные правила, которыми государственные структуры хотели оказать влияние на обстановку с пожарами, соблюдение населением мер предосторожности обращения с огнем. В частности, стала вводиться ответственность за поджоги, небрежное отношение с огнем. Вышедший в 11 веке сборник законов, известный под названием «Русская правда», установил, что поджигатель и члены его семьи за содеянное обращались в рабство, а их имущество шло в казну. Судебник 1497 г. усиливает меру наказания за поджог: «Зажигальщику живота не дать, казнить его смертной казнию».
В истории развития технических средств пожаротушения условно можно выделить шесть временных периодов:
1. С древнейших времён (насос Ктесибия – II в. до н.э.) и до начала 70-х гг. ХVII в – примитивные ручные средства сигнализации и пожаротушения.
2. С середины 70-х гг. ХVII в. до середины 60-х гг. ХIХ в. – такие автоматизированные средства, как набатная сигнализация царя Алексея Михайловича (1668г.), водонасосная установка К.Д. Фролова (1769 г.), аналогичная установка Дж. Кэри (1806 г.), ЭПС немецкой фирмы «Сименс и Гальске» и др.
3. С середины 60-х гг. ХIХ в. до начала Первой мировой войны – автоматические средства обнаружения и тушения пожаров (водяные, пенные, газовые АУПТ с термоприводом, «Пожаргас» Шевгаля, первые автоматические пожарные извещатели).
4. С начала 20-х гг. ХХ в. до начала Второй мировой войны – совершенствование существующих и создание новых АУПТ, создание электрических пожарных извещателей различных типов.
5. 50-е гг.– конец 60-х гг. ХХ столетия – бурное развитие автоматизированных установок пожаротушения (АУП) на основе бромэтиловыхсредств, огнетушащих порошков, создание новых тепловых, дымовых и световых пожарных извещателей.
6. С начала 70-х гг. и по настоящее время – миниатюризация, компьютеризация средств автоматизированной противопожарной защиты (АППЗ), совмещение автоматизированных систем управления пожаротушения (АСУПТ) и автоматизированной противопожарной защиты технологических процессов (АППЗТП), разработка стационарных и мобильных роботов.
Первые официально упоминаемые сведения о пожарной автоматике относятся ко второй половине XVII в. Еще в 1673 г. Джон Грин запатентовал автоматическое приспособление, описание которого, к сожалению, до нас не дошло. На Руси официальное начало набатной сигнализации положено в 1668 г. лично царём Алексеем Михайловичем.
В первом десятилетии ХVIII в. (1708 г.) Пётр I самолично участвовал в испытании взрывного устройства для тушения пожаров, которое представляло собой бочку с водой и пороховым зарядом, забрасываемым в очаг пожара после поджигания фитиля [6].
В 1715 г. ЗахарийГрейль (Германия) сделал огнетушитель в виде деревянной бочки, заполненной водой, в которой помещался жестяной патрон с чёрным порохом и выходящим наружу фитилём. Силой взрыва вода разбрызгивалась и совместно с пороховыми газами подавляла огонь.
В 1723 г. англичанин Годфрей взял патент на огнетушитель такого же типа, как и огнетушитель Грейля. Но в этом случае всё устройство размещалось в зоне возможного пожара, и шнур воспламенялся от огня в помещении, а не зажигался за его пределами. Это было уже более совершенное устройство, хотя здесь не исключалась возможность самопроизвольного взрыва от случайного источника [7].
