Методики расчета газового пожаротушения

При проектировании систем газового пожаротушения возникает задача определения времени выхода в помещение необходимого количества огнетушащего вещества при заданных параметрах гидравлической системы. Возможность проведения такого расчета позволяет подобрать оптимальные характеристики системы газового пожаротушения, обеспечивающей требуемое время выхода необходимого количества огнетушащего вещества.

В соответствии с п. 9.7.4 СП 485.1311500.2020 должна быть обеспечена подача не менее 95% массы газового огнетушащего вещества, требуемой для создания нормативной огнетушащей концентрации в защищаемом помещении, за временной интервал, не превышающий 10 с для модульных установок и 15 с для централизованных установок газового пожаротушения, в которых в качестве огнетушащего вещества огнетушащего вещества применяются сжиженные газы (кроме углекислоты), и 60 с для модульных и централизованных установок газового пожаротушения углекислотой. В соответствии с п. 9.15.5 для локально-объемного пожаротушения углекислотой время подачи расчетного количества огнетушащего вещества не должно превышать 30 с.

В связи с отсутствием утвержденных отечественных методик, позволяющих определить время выхода огнетушащего вещества в помещение, были разработаны специальные методики расчета газового пожаротушения. Эти методики позволяют с использованием компьютерной техники проводить расчет времени выхода огнетушащего вещества для систем газового пожаротушения.

В методике расчета для хладонов и ФК-5-1-12 (Novec 1230) предполагается, что огнетушащее вещество находится в модулях (баллонах) в жидком состоянии под давлением газа-вытеснителя, обеспечивающего необходимую скорость выхода газа из системы. При этом учитывается факт растворения газа-вытеснителя в жидком огнетушащем веществе. Эта методика расчета газового пожаротушения лежит в основе компьютерной программы Такт-Газ, а также - переработанной программы Такт-Газ-Плюс, в их части, касающейся расчета систем газового пожаротушения на основе хладонов и огнетушащего вещества ФК-5-1-12 (Novec 1230).

Данная методика получила согласование ФГУ ВНИИПО МЧС России как в части, касающейся пожаротушения хладонами, так и в части, касающейся пожаротушения ФК-5-1-12 (Novec 1230). Она также опубликована (в сокращенном виде) в издаваемом ФГУ ВНИИПО МЧС России журнале "Пожарная безопасность", №4 за 2007 г, с. 38, в виде статьи:

С.Г. Цариченко, д-р. техн. наук, зам. нач. НИЦ НТ и Р, нач. отд. (ФГУ ВНИИПО МЧС России),
С.А. Пастон, канд. физ.-мат. наук, доц. (СПбГУ),
А.Р. Пастон, зам. дир. по науке (ООО ТАКТ),
С.А. Жаров, канд. техн. наук, доц.,
А.В. Куянов, адъюнкт (СПбУ ГПС МЧС России),
"Расчет времени выхода огнетушащего вещества для систем газового пожаротушения на основе сжиженных газов под давлением газа-вытеснителя".

В методике расчета для углекислоты предполагается, что огнетушащее вещество может находиться как в модулях (углекислота высокого давления), так и в изотермических емкостях (углекислота низкого давления), под давлением собственных паров. При этом учитывается факт испарения углекислоты при ее движении по трубопроводам. Данная методика расчета газового пожаротушения лежит в основе переработанной программы Такт-Газ-Плюс в ее части, касающейся расчета систем газового пожаротушения углекислотой - как для установок объемного тушения, так и для установок локального тушения по объему.

Эта новая методика также получила согласование ФГУ ВНИИПО МЧС России.

Основные идеи и область применения

В системе газового пожаротушения на основе хладонов и ФК-5-1-12 при движении огнетушащего вещества по трубам происходит частичный переход в газообразную форму растворенного в жидкости газа-вытеснителя, а также частичное испарение самого огнетушащего вещества. В системе газового пожаротушения на основе углекислоты при движении огнетушащего вещества по трубам происходит частичное испарение углекислоты. В обоих случаях имеет место вскипание жидкости в процессе ее течения. Это приводит к тому, что плотность возникающей газожидкостной смеси оказывается существенно отличающейся от исходной плотности жидкости, что не дает возможности с достаточным успехом применять стандартные методы гидравлических расчетов, предполагающие, что текущая жидкость несжимаема.

В разработанных методиках расчета систем газового пожаротушения предлагается описание рассматриваемого процесса, в основе которого лежит физическая модель течения сжимаемой жидкости через трубопровод переменного сечения (с возможными разветвлениями). Уравнение состояния (т. е. связь между давлением и плотностью) для этой сжимаемой жидкости определяется путем изучения как процесса перехода в газообразную форму растворенного в жидком огнетушащем веществе газа-вытеснителя - для хладонов и ФК-5-1-12, так и процесса испарения огнетушащего вещества - во всех случаях. В качестве примеров хладонов, для которых применима разработанная методика, можно назвать хладоны 125, 218, 227еа, 318С, 13В1. Роль газа-вытеснителя при использовании как этих хладонов, так и огнетушащего вещества ФК-5-1-12 (Novec 1230), обычно играет азот.

Для нахождения уравнения состояния, кроме знания стандартных, хорошо известных свойств используемых огнетушащих веществ, в случае присутствия газа-вытеснителя необходимо также знать величину его растворимости в жидком огнетушащем веществе. Следует отметить, что, как показывают расчеты, время выхода огнетушащего вещества не очень сильно зависит от величины растворимости. Это говорит о том, что, несмотря на то, что пренебрегать эффектом растворимости газа-вытеснителя в жидком огнетушащем веществе нельзя, достаточно знать коэффициент растворимости с не очень большой точностью.

Предлагаемые в обоих методиках физические модели оказываются в математическом отношении весьма сложными, поэтому проведение проверочных расчетов времени выхода огнетушащего вещества в рамках этих методик оказывается возможным только с использованием компьютерной техники. Такая возможность для методики расчета установок пожаротушения хладонами и ФК-5-1-12 (Novec 1230) реализована как в программе Такт-Газ, так и в переработанной программе Такт-Газ-Плюс, а для методики расчета установок пожаротушения углекислотой - только в переработанной программе Такт-Газ-Плюс.

С подробностями можно ознакомиться в текстах методики расчета для хладонов и ФК-5-1-12 (Novec 1230) и методики расчета для углекислоты.