Stałe urządzenia gaśnicze gazowe cz.2 wprowadzenie do projektowania

Transkrypt

1 Stałe urządzenia gaśnicze gazowe cz.2 wprowadzenie do projektowania mł. bryg. mgr inż. Zbigniew Tuzimek - SGSP kpt. mgr inż. Przemysław Kubica - SGSP Stałe urządzenia gaśnicze gazowe zbudowane są z następujących elementów składowych: zbiorniki ze środkiem gaśniczym, rurociągi rozprowadzające, dysze, system detekcji pożaru i sterowania gaszeniem rys.1. Zadaniem projektanta jest odpowiednie zespolenie poszczególnych elementów urządzenia w jedną całość. 1. Zbiornik z gazem, 2. Kolektor zbiorczy, 3. Rurociąg rozprowadzający, 4. Dysze, 5. Centrala sterowania gaszeniem, 6. Linia dozorowa z czujkami pożarowymi, 7. Przycisk START, 8. Przycisk STOP, 9. Zamykacz drzwi, 10. Urządzenia alarmowe, 11. Elektromagnes zaworu butli pilotowej, 12. Czujnik przepływu, 13. Waga monitorowana Rys.1. Schemat stałego urządzenia gaśniczego gazowego Wykonanie projektu urządzenia gaśniczego gazowego polega na takim doborze ilości środka, średnic rurociągów, rodzaju dysz oraz systemu detekcji i sterowania, który w danym pomieszczeniu zapewni skuteczne zadziałanie urządzenia. O ile cel projektu można zawrzeć w jednym zdaniu, to wykonanie wymaga olbrzymiego nakładu mozolnej pracy, w wyniku której powstaje kilkudziesięcio stronicowe opracowanie. Zawartość projektu Poprawnie wykonany projekt stałego urządzenia gaśniczego na czyste środki, z uwzględnieniem zaleceń normy NFPA 2001, powinien składać się z następujących elementów: 1. Karta tytułowa Nazwa i adres obiektu; dane inwestora; nazwa projektu; nazwa jednostki projektowej; nazwisko projektanta; data wykonania. 2. Część ogólna 2.1. Podstawa wykonania i zakres projektu Przepisy, normy i wytyczne. 3. Charakterystyka zabezpieczanego pomieszczenia 3.1 Wymiary pomieszczenia, konstrukcja ścian, dopuszczalny przyrost ciśnienia w pomieszczeniu. 1

2 3.2. Charakterystyka zabezpieczanego mienia rodzaj i rozmieszczenie materiałów palnych, maksymalna wysokość chroniona Charakterystyka urządzeń klimatyzacyjnych i wentylacyjnych znajdujących się pomieszczeniu, określenie ich stanu w trakcie wyładowania gazu i w czasie retencji Wyniki badania szczelności pomieszczenia określenie ekwiwalentnej powierzchni nieszczelności Jednoznaczne sprecyzowanie, czy dany obszar przeznaczony jest na stały pobyt ludzi Analiza zagrożenia w przylegających przestrzeniach wskutek wypływu przez nieszczelności gazu gaśniczego. 4. Opis techniczny urządzenia gaśniczego 4.1. Uzasadnienie wyboru urządzenia gaśniczego Nazwa i cechy charakterystyczne gazu gaśniczego Stężenie gaszące, współczynnik bezpieczeństwa, stężenie projektowe, czas utrzymywania stężenia po wyładowaniu Obliczenia ilości środka gaśniczego, określenie ilości zapasowej Czas wyładowania gazu gaśniczego Wyniki obliczeń hydraulicznych, nazwa programu obliczeniowego Obliczenie powierzchni odciążającej Opis zastosowanych dysz wraz z wymiarami, rozmieszczeniem otworów wylotowych oraz powierzchnią zastępczą otworów Opis zastosowanych rur i złączy wraz z wymiarami, charakterystyką użytych materiałów, zakresem ciśnień Opis zbiorników magazynowych środka gaśniczego z podaniem objętości wewnętrznej, ciśnienia magazynowania oraz nominalnej zawartości środka podanej w jednostkach masy lub objętości w warunkach standardowych temperatury i ciśnienia Opis systemu detekcji pożaru, rodzaj i zasady rozmieszczania czujek pożarowych, przycisków START i STOP elementów sterujących, urządzeń sygnalizacyjno alarmowych Opis prowadzenia linii kablowych oraz obliczenie rezystancji Zasilanie w energię elektryczną, obliczenia i dobór baterii akumulatorów Warunki lokalizacyjne centrali sterowania gaszeniem oraz zbiorników z gazem Szczegółowy opis algorytmów pracy urządzenia, uwzględniający działanie przycisku START i STOP, wyłączników konserwacyjnych, czasy zwłoki oraz zasilanie awaryjne Specyfikacja poszczególnych urządzeń i materiałów instalacyjnych zawierająca nazwę elementu, producenta, numer modelu, ilość oraz opis. 5. Opis współdziałania urządzenia gaśniczego z innymi instalacjami ppoż. 6. Wskazówki montażowe Opis metody montowania czujek pożarowych; szczegóły dotyczące wsporników do mocowania rur i mocowania do struktury konstrukcyjnej budynku; szczegóły dotyczące metody mocowania zbiorników, inne istotne szczegóły i rozwiązania. 7. Uwagi końcowe Zasady odbioru i konserwacji 8. Część graficzna 8.1. Schemat ideowy 8.2. Rzut pomieszczenia z naniesionymi elementami urządzenia gaśniczego (rurociągi rozprowadzające, zbiorniki magazynowe, dysze; uchwyty i wsporniki rur; linie dozorowe z czujkami pożarowymi, linie sygnałowe z elementami sterującymi i 2

3 urządzeniami wykonawczymi); znakami instruktażowymi; wydzieleniami przeciwpożarowymi; elementami budowlanymi zapewniającymi szczelność pomieszczenia, orientacją rysunku oraz legendą; 8.3. Przekrój poprzeczny pomieszczenia, zawierający lokalizację i konstrukcję podłóg i sufitów oraz podniesionych podłóg i sufitów podwieszanych, maksymalną wysokość materiałów palnych w pomieszczeniu; 8.4. Schematy połączeń obwodów do centrali sterowania gaszeniem oraz do centrali sygnalizacji pożarowej; 8.5. Schematy połączeń obwodów przekaźników i elementów sterujących; 8.6. Aksonometryczny widok przedstawiający rurociąg rozprowadzający ze zwymiarowanymi poszczególnymi odcinkami oraz ponumerowanymi węzłami, procentowym rozdziałem wydatków; elementy armatury; trójniki, reduktory; zawory; dysze wraz z ich wymiarami, kierunkiem wypływu gazu i wydatkiem. ukierunkowaniem otworów wylotowych Rysunki wykonawcze szczególnych rozwiązań (mocowań rurociągu, umiejscowienia dysz itp.) 9. Załączniki: Certyfikaty zgodności; karty katalogowe; protokoły; porozumienia branżowe; instrukcje montażu, obsługi i użytkowania; instrukcje postępowania; środki bezpieczeństwa. Większość z przedstawionych powyżej punktów nie wymaga specjalnego komentarza, gdyż jest bądź oczywista, bądź charakterystyczna dla wszystkich projektów z dziedziny ochrony ppoż. Natomiast należy zwrócić uwagę na zagadnienia związane z obliczeniami ilości środka, obliczeniami przepływu, czasem utrzymania stężenia, badaniem szczelności pomieszczenia, jak również z systemem detekcji i sterowania. Obliczanie ilości środka Pierwszym etapem projektowania stałego urządzenia gaśniczego gazowego jest obliczenie ilości środka gaśniczego, jaka powinna znajdować się zbiornikach. Niezbędną ilość środka gaśniczego wyznacza się, na podstawie: wymaganego stężenia projektowego, objętości zabezpieczanego pomieszczenia, współczynników projektowych. Stężenie projektowe Stężenie projektowe (z ang. design concetration) to stężenie objętościowe gazu gaśniczego w powietrzu, które ma być docelowo osiągnięte i utrzymane w zabezpieczanym pomieszczeniu. Jego wartość jest wprost proporcjonalna do stężenia gaszącego lub stężenia zobojętniającego (inertującego). Stężenie gaszące to najniższe stężenie gazu gaśniczego, przy którym zostanie przerwany proces spalania w palniku dyfuzyjnym, natomiast stężenie inertujące to stężenie, które w ogóle nie dopuszcza do zaistnienia reakcji spalania. W tych samych warunkach badań stężenia inertujące są wyższe niż stężenia gaszące. W praktyce najczęściej stosuje się stężenia gaszące, stężenia inertujące wykorzystywane są głównie do zabezpieczania przed wybuchem. Stężenia wyznaczane są indywidualnie dla każdego gazu gaśniczego w drodze badań eksperymentalnych, przy czym rozróżnia się stężenia względem pożarów grupy A (materiały stałe) oraz pożarów grupy B (ciecze palne). 1. Pożary grupy A W przypadku zabezpieczania materiałów stałych, stężenia gaszące powinny być określane empirycznie, w zależności od zabezpieczanego materiału. Wartość stężenia projektowego jest 3

4 równa stężeniu gaśniczemu pomnożonemu przez współczynnik bezpieczeństwa, który w przypadku pożarów grupy A przyjmuje wartość 1,2 [1]. Jeżeli urządzenie uruchamiane jest jedynie ręcznie, wówczas należy zastosować współczynnik bezpieczeństwa 1,3. 2. Pożary grupy B Stężenia gaszące jakie powinny być stosowane w przypadku zabezpieczania cieczy palnych są wyznaczane metodą palnika dyfuzyjnego. Wartości stężeń gaszących dla popularnych w Polsce gazów gaśniczych przedstawiają się następująco: CEA 410 5,5%; FM 200 6,5% [1]; Argonit 35%. Aby uzyskać stężenie projektowe należy stężenia gaszące pomnożyć przez współczynnik bezpieczeństwa, który w przypadku pożarów grupy B przyjmuje wartość 1,3. Stężenia podawane są przez producenta urządzenia, a następnie potwierdzane w trakcie badań certyfiakcyjnych. Aby urządzenie mogło uzyskać certyfikat zgodności, musi pozytywnie przejść badanie skuteczności gaśniczej zarówno względem pożarów cieczy palnej (heptanu), jak i pożaru stosu drewna. Jeżeli urządzenie nie spełnia wymogów testu, wówczas producent koryguje wartość stężania gaszącego, względem odpowiedniej grupy pożarów. Dla projektanta sposób wyznaczania stężenia gaszącego nie ma większego znaczenia. Najistotniejsza jest jego wartość dla poszczególnych grup pożarów, potwierdzona certyfikatem, wydanym przez właściwe laboratorium badawcze. Objętość pomieszczenia Wyznaczenie objętości zabezpieczanego pomieszczenia jest stosunkowo najłatwiejszym etapem opracowywania projektu. Należy uwzględnić przestrzenie pod podłogami podniesionymi oraz nad sufitami podwieszanymi. Przy czym przestrzenie pod podłogami muszą być uwzględniane bezwzględnie, ponieważ będą penetrowane przez gaz gaśniczy, który posiada większą gęstość od powietrza i dlatego ma tendencję do opadania. Natomiast można odstąpić od zabezpieczania przestrzeni nad sufitem podwieszanym, jeżeli nie znajdują się tam materiały palne w ilości stwarzającej zagrożenie. W takim przypadku tej przestrzeni nie wlicza się do całkowitej kubatury zabezpieczanej urządzeniem gaśniczym. Od ostatecznie zmierzonej objętości pomieszczenia należy odjąć objętość wszystkich stałych elementów konstrukcyjnych, które w nim się znajdują. Na podstawie obliczonej objętości można dokonać wstępnego obliczenia ilości środka gaśniczego według poniższych wzorów. Dla zamienników halonów: W V s C 100 C (1) gdzie: W masa skroplonego środka gaśniczego [kg], V objętość pomieszczenia [m 3 ], s objętość właściwa gazu gaśniczego pod ciśnieniem 1 atmosfery i w najniższej, przewidywanej w pomieszczeniu zabezpieczanym temperaturze t [m 3 /kg], C stężenie projektowe gazu gaśniczego [% objętościowy] Dla gazów obojętnych: 4

5 gdzie: 294,4 100 X ln 273 t 100 C X objętość gazu obojętnego w warunkach normalnych (1,013 bar, 21 O C) przypadająca na jednostkę objętości pomieszczenia [m 3 /m 3 ], C stężenie projektowe gazu gaśniczego [% objętościowy] t najniższa przewidywana temperatura w pomieszczaniu zabezpieczanym [ O C]. (2) Należy zwrócić uwagę, że ilość środka gaśniczego zależy od najniższej temperatury, jaka może występować w danym pomieszczeniu. Im niższa temperatura tym więcej środka gaśniczego należy użyć, np. jeżeli dwa jednakowe pomieszczenia zabezpieczymy gazem FM 200 w stężeniu 10 %, przy czym w pierwszym najniższa przewidywana temperatura będzie wynosiła 25 O C, a w drugim10 O C, to w pomieszczeniu chłodniejszym trzeba będzie zwiększyć ilość środka o 6 % w stosunku do pomieszczenia cieplejszego. Powyższe wzory zakładają następujący mechanizm wypływu gazu: w trakcie wyładowania gaz gaśniczy natychmiast miesza się z powietrzem wewnątrz pomieszczenia, jednocześnie wyładowanie gazu powoduje wzrost ciśnienia, a powstająca różnica ciśnień między wnętrzem i otoczeniem pomieszczenia powoduje wypływ mieszaniny powietrza i gazu gaśniczego z pomieszczenia. Przy czym zakłada się, że wypłynie objętość mieszaniny dokładnie równa objętości wyładowanego gazu gaśniczego. Innymi słowy, przyjęto, że pomieszczenie jest całkowicie szczelne, jedynie w czasie wyładowania następuje chwilowe rozszczelnienie umożliwiające wypływ nadwyżki gazu. Współczynniki projektowe Współczynniki projektowe wprowadza się w celu skorygowania ilości środka w związku ze szczególnymi warunkami, które mogłyby spowodować nieprawidłowe działania urządzenia. 1. Współczynnik projektowy uwzględniający ciśnienie Współczynnik ten należy stosować gdy wartość ciśnienia atmosferycznego w pomieszczeniu różni się o ponad 11% od standardowej wartości na poziomie morza 760 mm Hg (1,013 bar), co odpowiada wysokości bezwzględnej 915 m.n.p.m. W przypadku mniejszych różnic nie jest wymagane stosowanie tego współczynnika ale jest dopuszczalne. Wartości współczynnika uwzględniającego ciśnienie można obliczyć według wzorów: dla wysokości bezwzględnej z przedziału 915 < H < 1677,5 Y=(-0, H)+1 dla wysokości bezwzględnej z przedziału 1677,6 < H < 3050 gdzie: Y współczynnik projektowy H wysokość bezwzględna [m] Y=(-0, H)+0,96 Dla pomieszczeń znajdujących się ponad poziomem morza, wartość współczynnika projektowego jest mniejsza od jedności, czyli mniej gazu gaśniczego będzie wymagane do zabezpieczenia pomieszczenia znajdującego się w Zakopanem niż dla takiego samego pomieszczenia w Gdańsku. 5

6 Jeżeli pomieszczenie będzie sztucznie doprężane lub odprężane i rzeczywiste ciśnienie wewnątrz pomieszczenia będzie różniło się do ciśnienia wynikającego z wysokości bezwzględnej, wówczas współczynnik projektowy należy obliczyć jako stosunek rzeczywistego ciśnienia w pomieszczeniu do ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza. Y = p rz / p o 2. Współczynnik projektowy uwzględniający liczbę trójników w rurociągu Współczynnik ten znajduje zastosowanie wówczas gdy pojedyncze źródło środka gaśniczego wykorzystano do zabezpieczenia kilku stref. Jego celem jest kompensacja ilości gazu, która może zalegać w trójnikach prowadzących do innych stref. Wartości tego współczynnika nabiera znaczenia dopiero gdy ilość wspomnianych trójników przekracza 4, stąd jest on rzadko stosowany w praktyce. Podsumowując, algorytm postępowania przy wyznaczaniu podstawowej ilości środka gaśniczego powinien wyglądać następująco: a) Określenie stężenia projektowego C, na podstawie rodzaju środka gaśniczego, paliwa i współczynnika bezpieczeństwa. b) Pomiar zabezpieczanej kubatury V, dodanie przestrzeni podpodłogowych, względnie nad sufitem podwieszanym, odjęcie stałych elementów konstrukcyjnych. c) Określenie najniższej możliwej temperatury w pomieszczeniu zabezpieczanym t. d) Wyznaczenie ilości środka według wzoru (1) lub (2). e) Pomnożenie ilości środka wyznaczonej w pkt. 4 przez (1 + współczynnik uwzględniający trójniki). e) Pomnożenie ilości środka wyznaczonej w pkt. 5 przez współczynnik Y uwzględniający różnicę ciśnienia. Obliczenia przepływów Celem przeprowadzenia obliczeń jest taki dobór średnic rurociągów i otworów dysz, aby zapewnić odpowiednie natężenie wypływu środka gaśniczego. Odpowiednie natężenie wypływu to jest takie, które: a) w przypadku urządzeń na zamienniki halonów umożliwi osiągnięcie 95% stężenia projektowego (przy współczynniku bezpieczeństwa 1,2) w czasie nie dłuższym niż 10 sekund; b) w przypadku urządzeń na gazy obojętne umożliwi osiągnięcie 95% stężenia projektowego (przy współczynniku bezpieczeństwa 1,2) w czasie nie dłuższym niż 60 sekund; Czas wyładowania dla zamienników halonów 10 sekund Czas wyładowania dla gazów obojętnych 60 sekund Ustanowienie tak krótkiego czasu wypływu dla zamienników halonów wynika przede wszystkim z konieczności ograniczenia ilości fluorowodoru (HF) tworzącego się podczas rozkładu termicznego zamienników. Ponadto intensywne wyładowanie sprzyja dobremu mieszaniu się środka gaśniczego z powietrzem w pomieszczeniu, co ma istotne znaczenie ze względu na dużą gęstość zamienników i wynikającą z tego ich tendencję do opadania. Z drugiej strony duża szybkość wyładowania gazu może skutkować niebezpiecznym przyrostem ciśnienia, stąd powstaje konieczność przeprowadzania obliczenia spodziewanego ciśnienia, towarzyszącego wyładowaniu gazu, na podstawie badania szczelności pomieszczenia. 6

7 Stałe urządzenia gaśnicze na czyste środki dzielą się na dwa rodzaje: urządzenia wstępnie zaprojektowane oraz urządzenia wymagające przeprowadzenia obliczeń. Urządzenia wstępnie zaprojektowane posiadają szczegółowo określone średnice rurociągu, minimalne i maksymalne długości rurociągu (przy czym dodaje się ekwiwalentne długości kolanek, trójników itp. odpowiadające spadkowi ciśnienia na tych elementach) oraz rodzaje i ilości dysz. Powyższe wielkości są tak dobrane, aby zapewnić odpowiednie natężenie wypływu danej ilości czystego środka. Urządzenia te przeznaczone są dla zabezpieczania ściśle określonych przestrzeni, wyszczególnionych w dokumentacji danego urządzenia, co do których została potwierdzona skuteczność w trakcie badań certyfiakcyjnych. Takie urządzenia nie wymagają przeprowadzania dodatkowych obliczeń, jeżeli stosowane są w granicach dopuszczenia. W drugim przypadku niezbędne jest przeprowadzenie osobnych obliczeń dla każdego projektu. Jest to w oczywisty sposób bardziej pracochłonne ale również umożliwia projektantowi większą swobodę działania. Obliczenia wykonywane są w oparciu o zmodyfikowaną metodę Hesson a lub z wykorzystaniem zmodyfikowanej metody HFLOW opracowanej przez DiNenno. Obie metody wykorzystują zaawansowane obliczenia numeryczne stąd wykonywanie ich metodą ręczną jest praktycznie niemożliwe. Producent danego urządzenia zobowiązany jest przedstawić metodę, którą wybrał do przeprowadzania obliczeń w jego urządzeniu. Metoda ta zazwyczaj ujęta jest w postaci programu komputerowego, którego sprawdzenie stanowi część badań certyfikacyjnych. Dane wejściowe, które należy wprowadzić do takiego programu to: objętość zbiorników, masa środka, czas wyładowania, temperatura, długość poszczególnych odcinków rurociągów, długość ekwiwalentna zaworów, trójników, wartość spadków i wzniesień rurociągu, temperatura rurociągu. Dane wyjściowe stanowią: średnice rurociągu, powierzchnie otworów dyszy, ciśnienie na poszczególnych dyszach, ilość środka wypływającego przez poszczególne dysze. Prawidłowe wykonanie obliczeń ilości środka gaśniczego, dobór dysz i średnic rurociągu wykonany na podstawie obliczeń gwarantuje, że stężenie projektowe w danej przestrzeni zostanie osiągnięte ale tylko w pierwszej chwili po wyładowaniu. W dalszym okresie stężenie będzie się obniżać wskutek wypływu gazu przez nieszczelności w pomieszczeniu. Dlatego procedura ta może być zastosowana jedynie do pomieszczenia całkowicie szczelnego bądź takiego, w którym nie ma możliwości wtórnego zapłonu. W rzeczywistych warunkach nie ma pomieszczeń zupełnie szczelnych, a przypadku większości pożarów konieczny jest pewien czas utrzymania środka gaśniczego w odpowiednim stężeniu czas retencji. Szybkość obniżania się stężenia jest zależna od powierzchni nieszczelność i wymaga przeprowadzenia oddzielnej analizy, poprzedzonej badaniem szczelności zabezpieczanego pomieszczenia. Na podstawie badania szczelności można szacować spodziewany wzrost ciśnienia w pomieszczeniu oraz obliczyć czas utrzymywania stężenia projektowego. Zagadnienia te zostaną szczegółowo przedstawione w kolejnym artykule. Literatura: 1. NFPA 2001 Standard for Clean Agent Fire Extinguising Systems Edition 3. ISO Gaseous fire-extinguishing systems Physical properties and system design Part 1: General requirements. First edition Praca zbiorowa pod redakcją B. Kucnerowicz Polak Alternatywne technologie gaszenia. Redukcja stosowania halonów. Komenda Główna Państwowej Straży Pożarnej, Warszawa 1998 r. 7