Тонкораспыленная вода. Специфика создания и

Тонкораспыленная вода. Специфика создания и применение
Ипатов А. И.
Главный инженер ООО «Либерт»
Опубликовано: каталог «Пожарная автоматика 2009»
В настоящее время в России, также как и странах ЕС и США, растет объем применения
систем пожаротушения тонкораспыленной водой (ТРВ), что вызвано ограничениями,
вводимыми на применение газовых систем пожаротушения (по соображениям экологических
требований) и традиционных систем тушения водой и пеной (из-за высокой степени ущерба на
имущественный комплекс при тушении).
Введение
Вместе с тем подход, применяемый в России к использованию систем пожаротушения
тонкораспыленной водой, а также применение этого термина к системам пожаротушения,
может привести к дискредитации самого понятия «тушение тонкораспыленной водой».
Анализ
предлагаемого
оборудования
и
систем
ТРВ
показывает,
что
многие
производители используют название ТРВ лишь для придания современности выпускаемого
ими оборудования. Вместе с тем, предлагаемые на рынке такие системы пожаротушения
имеют значительный разброс в уровне эффективности пожаротушения. Это является
результатом отсутствия при работе многих систем пожаротушения эффектов, присущих ТРВ.
Целью данной статьи является стремление обозначить наиболее важные аспекты и
параметры систем пожаротушения ТРВ на примере компании FOGTEC для того, чтобы показать
истинную разницу между запутанными трактовками ТРВ и самой технологией ТРВ, которая не
на словах, а на практике доказала право на жизнь.
Чтобы исключить возможные сомнения в представленных ниже данных, хотелось бы
отметить, что компания FOGTEC является не только лидером в области производства
оборудования и систем ТРВ, но и компанией, проверившей и подтвердившей качество и
параметры своих решений в течение десятилетий работы в этой области. К настоящему
моменту, системами и установками ТРВ FOGTEC защищены сотни объектов, разных как по
функциональному назначению, так и по степени сложности и опасности. Технологии FOGTEC
построены на основе многочисленных испытаний и исследовательских проектов, которые
являются уникальными не только в России, но и в мире.
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
1
Основная часть
Что же такое ТРВ и как она получается. Это немаловажный аспект, так как он позволяет
провести
границу
между
реальной
и
декларируемой
(на
основании
несовершенных
требований) ТРВ.
Понятие ТРВ неразрывно связано с понятием дисперсности воды.
Дисперсная система - система, в которой хотя бы одно вещество (в нашем случае вода)
находится в раздробленном состоянии.
Для характеристики дисперсных систем используют 3 величины:
− поперечный размер частиц - [d]=см; м. Для сферических частиц это диаметр
сферы, для кубических частиц – ребро куба;
− дисперсность (раздробленность) - Д - величина, обратная поперечному размеру
частиц: Д=1/d;[Д]=см; м. Удельная поверхность - это межфазная поверхность
(S1,2), приходящая на единицу объема дисперсной фазы (V) или ее массы (m).
Последний параметр важен для определения эффективности теплопоглощения в
процессе тушения водой.
Системы пожаротушения тонкораспыленной водой делятся на так называемые системы
распыления воды под низким давлением (LPWM) и системы распыления воды под высоким
давлением (HPWM). Оба типа используют один и
тот же, достаточно известный, основной принцип
- они генерируют водные капли мельчайшего
размера, которые охлаждают очаг горения и
вытесняют из него кислород при интенсивном
парообразовании.
Основное
различие
состоит
лишь в величине рабочего давления. Устройства
высокого
давления,
меньшее
количество
требующие
воды,
чем
значительно
устройства
низкого давления, являются, таким образом,
более эффективными.
Для классификации воды как ТРВ в России требуется, чтобы средний размер капель был
не более 150 мкм. Такая вода является мелкодисперсной, а остальная вода относится к
крупнодисперсной. Но в состав ТРВ, в соответствии с действующими в России нормативами,
попадает распыленная вода, в которой размер капель (в общем объеме) может быть от
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
2
единиц до тысяч микрон. Последнее значение характеризует капли, получаемые с помощью
традиционных оросителей. По этой причине, процесс пожаротушения приобретает случайный
характер, так как капли с разным размером, оказывают разное воздействие на пожар (на
температуру, на концентрацию С02 и O2). Поэтому, очень часто, при использовании
стационарных систем пожаротушения, использующих распыленную воду со средним размером
капель 150 мкм, эффекты, присущие ТРВ, не наблюдаются, а само тушение пожара для
идентичных ситуаций мало отличается от тушения пожаров традиционными системами с
водой.
Европейские и американские нормы вводят более точную классификацию распыла воды
как по размеру капель, так и по давлению воды. Это позволяет лучше определить диапазон
применения и эффективность работы систем пожаротушения водой с разной дисперсностью.
Одним из наиболее часто используемых нормативов, как в Старом, так и в Новом Свете
является NFРА750 - Стандарт по пожарной защите тонкораспыленной водой.
В таких системах, как системы FOGTEC, при рассмотрении распыления воды, речь идет
не о среднем размере частиц (капель) воды, а о процентном соотношении размеров капель к
их общему количеству в единице объема воды. Компания FOGTEC, совместно со своими
партнерами добилась практического равенства размеров частиц для 90% от их общего числа в
единице объема. Такое качество распыла воды позволяет с высокой точностью и малой
погрешностью результатов строить математические и физические модели процессов тушения
пожаров с применением оборудования и систем FOGTEC.
Большое значение при рассмотрении параметров систем пожаротушения ТРВ имеет
способ определения дисперсности распыляемой воды, используемой в разных системах. Так,
если для определения размеров капель, распыляемой в системах FOGTEC воды, используются
лазерные установки и цифровые измерительные устройства, то в России для определения
размера капель, создаваемых различными системами пожаротушения, используется метод,
при котором на поверхность с вазелином улавливаются распыляемые капли, а затем
сравнением с проволокой установленного размера определяется размер 100 капель, средний
размер которых и служит параметром для отнесения распыла к ТРВ. Для представления о
точности измерения размеров капель и уровня погрешности следует принять во внимание, что
в 1 литре распыленной воды содержится около 500 тысяч капель.
За счет усреднения размеров капель, системы ряда производителей подпадают под
нормативные требования к системам ТРВ, при этом в распыляемой воде присутствуют капли
от 20 до 800 микрон. Каждая капля обладает разным размером, а значит и по-разному
испаряется при воздействии высоких температур, кинетическая энергия и скорость капель при
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
3
движении вниз также разная, т.е. капли достигают очага пожара в разное время, что
приводит к неравномерности воздействия капель на пожар и его опасные факторы как во
времени, так и в пространстве.
Одним из наиболее важных параметров,
определяющих
эффективность
систем
пожаротушения ТРВ, является характер движения
капель
(начальная
скорость,
траектория
движения, угол вылета капель и т.д.). Данный
параметр
определяет
распыленной
помещения,
воды
в
вероятность
плотность
объеме
капель
защищаемого
достижения
каплями
очага пожара, значения защищаемых площадей и
объемов (карта орошения). На данный параметр
влияет способ получения капель и конструкция
оросителей.
Оросители высокого давления тонкораспыленной воды - это результат длительного
процесса разработок и испытаний. Тонкодисперсный распыл воды достигается, прежде всего,
за счет конструкции оросителя и давления воды, подаваемой в ороситель. Оросители FOGTEC
основываются на технологии тонкораспыленной воды высокого давления (свыше 50 бар.),
которая дает преимущества по сравнению с системами низкого давления (до 10 бар). Уровень
давления в системах FOGTEC составляет 100 - 200 бар, что позволяет получать необходимое
давление у оросителя даже при удаленности оросителя от насосной (до 2000 м) или
баллонной (до 150 м) установки. Давление от 50 до 90 бар оптимально для образования
мельчайших капель с достаточной кинетической энергией для охвата больших высот.
Мельчайшие капли улучшают процесс пожаротушения, а кинетическое движение помогает
каплям проникать в огонь.
Для получения равномерного распыла воды, а также формирования капель с
одинаковым диаметром, необходимо использовать специальные оросители (как дренчерного,
так и спринклерного типа). Оросители FOGTEC это не просто корпус с выходным отверстием, а
сложное устройство, которое можно разделить на 3 основные части:
− муфту;
− корпус;
− микрооросители.
Микрооросители - ключевой элемент оросителя. Микрооросители принадлежат к типу
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
4
оросителей с полым факелом распыла. Выходящая из оросителя струя имеет большой
радиальный импульс, который заставляет ее циркулировать. Несмотря на то, что форма
распыла в начальной стадии относится к полому факелу распыла, пространство в центре
струи наполняется согласно движению потока вокруг струи.
Если форма распыла не ротационная, то образуется ломаная струя. За счет высокого
уровня давления у струи создается высокая плотность энергии, потому что поток
централизуется на маленькой площади. Высокая плотность энергии всегда представляют
определенную степень опасности, поэтому не рекомендуется применять струйные оросители.
При правильном использовании микрооросители не представляют опасности.
Обычно микрооросители состоят из 3 или 4 частей. Основная часть - основание
микрооросителя, изготовленное из нержавеющей стали, подсоединенное к оросителю. Внутри
микрооросителя находится циркулирующее устройство, которое придает потоку вращательное
движение до прохождения через центральные отверстия. Третья часть - микрофильтр,
обеспечивающий защиту микрооросителя от блокировки, даже если в трубопровод попадают
частицы грязи. Каждый микроороситель снабжен своим собственным микрофильтром для
обеспечения
наилучшей
работы
оросителей.
Четвертая
(опциональная)
часть
в
микрооросителе - это заглушка, предотвращающая попадание грязных частиц в ороситель.
Так как геометрическая форма и геометрические размеры (их точность) элементов
оросителя
оказывают
самое
непосредственное
влияние
на
формирование
ТРВ,
то
изготовление оросителей становится высокотехнологическим процессом, доступным редкой
компании.
Кроме
прочего,
особое
значение
приобретают
материалы,
из
которых
изготавливают оросители. Наиболее правильным считается использование для компонентов
оросителей высококачественной нержавеющей стали, что обеспечивает более длительный
срок эксплуатации оросителей, их использование в более жестких климатических условиях, а
также в непосредственной близости от очагов пожара. Многие производители, ради
удешевления себестоимости своей продукции используют латунь, медь и другие материалы, у
которых
неплохие
устойчивость
к
антикоррозионные
высоким
температурам
свойства,
но
(особенно
прочностные
вблизи
очага
характеристики
пожара)
и
уступают
нержавеющей стали. Т.е. при изготовлении оросителей приходиться решать: либо дешевизна
производства, либо высокие параметры распыла воды и эффективность тушения.
Давление воды у оросителя не менее важно для процесса тушения, чем конструкция
оросителей. Чем ниже давление воды, тем ниже кинетическая энергия капель, а,
следовательно, и скорость капель. На что это может повлиять? Прежде всего, на дальность
полета капель, на которые, особенно на объектах и в помещениях со свободным доступом
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
5
воздуха, действуют несколько причин. При низком давлении до 30% капель не долетят до
очага пожара, а будут рассеяны за счет естественного движения воздуха при пожаре. Часть
капель испарится вне зоны пожара, что снизит теплопоглощающую способность распыленной
воды.
Высокое давления вызывает опасение у некоторых скептиков, которые считают, что на
объектах с системами высокого давления значительно возрастут расходы как на эксплуатацию
систем, так и на обеспечение коммуникаций и конструкций, примыкающих к элементам таких
систем. Длительный срок эксплуатации систем пожаротушения FOGTEC на сотнях объектов
различной сложности и функциональной направленности показал, что эксплуатация систем
пожаротушения не увеличила, а наоборот, в несколько раз снизила эксплуатационные
издержки. Высокое качество материалов и профессиональное ведение монтажа обеспечили
безопасность эксплуатации систем пожаротушения и увеличили срок их эксплуатации в 2-3
раза по сравнению с традиционными системами пожаротушения.
Выводы
По сравнению с применяемыми системами и установками пожаротушения водой, пеной,
газом, порошком, аэрозолем, а также системами, основанными на понижении содержания
кислорода, системы FOGTEC имеют следующие преимущества:
− высочайшая эффективность систем независимо от сложности объектов уровня
пожарной опасности (в том числа от мощности и от размеров пожара);
− повышенный срок эксплуатации систем и оборудования (свыше 40 лет);
− безопасность для людей и окружающей среды;
− пониженный расход воды (в 5-1 раз ниже, чем у стандартных систем);
− минимальный ущерб в результате пожаротушения;
− минимальное время, необходимо для локализации и тушения пожаров;
− минимальные затраты на эксплуатацию систем и оборудования (на порядок ниже
чем у стандартных систем);
− повышенная прочность и устойчивость оборудования к агрессивным средам;
− меньшие (почти в 2 раза) размеры трубопроводов и оборудования, чем у
стандартных систем пожаротушения;
− быстрое восстановление работоспособности систем и установок после пожара;
− возможности использования систем и установок для взрывоподавления (снижения
давления взрывной волны);
− отсутствие требования к герметичности помещения;
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
6
− максимальный охлаждающий эффект при тушении;
− сокращение
инерционности
срабатывания
систем
автоматического
пожаротушения;
− не причинение вреда здоровью персонала и дежурных смен на атомных станциях
и других особо опасных объектах во время тушения пожара.
Чтобы исключить возможные сомнения в представленных данных, хотелось бы
отметить, что компания FOGTEC является не только лидером в области производства
оборудования и систем ТРВ, но и компанией, проверившей и подтвердившей качество и
параметры своих решений в течение десятилетий работы в этой области. К настоящему
моменту, системами и установкам ТРВ FOGTEC защищены сотни объектов разных как по
функциональному назначению, так и по степени сложности, опасности. Технологии FOGTEC
построены на основе многочисленных испытаний и исследовательских проектов, которые
являются уникальными не только в России, но и в мире.
Ассоциация спринклерной противопожарной индустрии
http://www.firesprinkler.ru
7