Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Практикум
.pdf
9.3.10. Новое средство тушения — аэрозольный огнетушащий состав
В последнее время все более широкое применение находит принципиально
новое средство объемного тушения — аэрозольный огнетушащий состав
(АОС), получаемый сжиганием твердотопливной композиции (ТТК) окислителя и восстановителя (горючего). В качестве окислителя обычно используются
неорганические соединения щелочных металлов (преимущественно нитрат
КNО3 и перхлорат КСlO4 калия) в качестве горючего — восстановителя — органические смолы (например, такие, как эпоксидная, идитол и т.п.).
Новейшие ТТК могут гореть без доступа воздуха. Образуемый в качестве
продукта сгорания аэрозоль состоит из газовой фазы — преимущественно диоксида углерода — и взвешенной конденсированной фазы в виде тончайшего
порошка, аналогичного огнетушащим порошкам на основе хлорида и карбоната
калия и отличающегося от обычных порошков значительно большей дисперсностью (размер частиц обычных порошков около 5 10
АОС — около 10
хранить порошок с размером частиц 10
-6
м, т.е. различие примерно в 50 раз). Заранее изготавливать и
-6
м из-за склонности к слеживанию
-5
м, а у твердых частиц в
практически невозможно.
При сгорании ТТК получаемый АОС благодаря большой дисперсности отличается в момент пожара исключительно высокой огнетушащей способностью, в 5–8 раз превышающей огнетушащую способность наиболее эффективных средств пожаротушения — огнетушащих порошков и хладонов и более чем
,
на порядок все другие средства (СО2, N
C
F
2
и др.). АОС оказался наилучшей
4
10
альтернативой экологически вредным хладонам.
Помимо высокой эффективности АОС характеризуются низкой токсичностью, отсутствием экологической вредности и коррозийной активности, легкостью использования в системах автоматики, отсутствием необходимости в сосудах под давлением и в системах распределительных трубопроводов. Благодаря этим качествам применение АОС оказалось значительно более экономичным, чем все другие способы пожаротушения.
Свойства АОС в сравнении с другими средствами объемного тушения
представлены в табл. 26.
61
Таблица 26
Показатель
АОС
Хладон
13В1
СО2
Порошки
С4 F
10
Огнетушащая концентрация (ОК), кг/м3
0,05
0,3
0,7
0,25
0,7
Токсичность (класс
вредности) по ГОСТ
12.1.007-76
4 3 3 4 4
Озоноразрушающее
действие
нет
сильное
нет
нет
нет
Стоимость защиты, $
США/м3
7
20
25
10
30
Сравнительные характеристики средств объемного тушения
К достоинствам АОС по сравнению со всеми другими средствами объемного тушения относится также возможность тушения пожаров подкласса А1 (тлеющие материалы). Эта возможность обеспечивается при времени разгорания
очага пожара не более 3 мин. При более длительном времени очаг уходит вглубь
материала так далеко, что его не достигают даже мельчайшие частицы АОС.
Наряду с достоинствами АОС обладает и недостатками, связанными с высокой температурой АОС (1500 К) и с наличием открытого форса пламени.
Первый недостаток обуславливает снижение огнетушащей способности изза того, что горячий аэрозоль конвективно всплывает под потолок и только по
мере охлаждения достигает очагов горения на нижней отметке помещения. Исследования показали, что в помещении высотой 3 м время тушения нижних
очагов составило 3 мин. За это время заметное количество аэрозоля теряется
через неплотности. При большей высоте помещения время достижения нижних
очагов будет еще больше.
Второй недостаток не позволяет использовать АОС в помещениях категорий А и Б и, кроме того, при ложном срабатывании форс пламени может вообще оказаться причиной пожара (что неоднократно имело место с генераторами
типа СОТ). Для устранения этих недостатков созданы специальные генераторы
типа "Габар", с помощью которых температура АОС снижается до 140–200о С и
ликвидируется открытый форс пламени. Испытание генераторов показали, что
они успешно тушат пожары классов А1, А2, В1, С и Е с удельным расходом около 0,045 кг/м3 – 0,1 кг/м3 (в зависимости от степени герметичности защищаемого объекта), а также являются взрыво–безопасными и решением Госгортехнадзора России допущены к защите взрывопожароопасных объектов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.
62
Таблица 27
Наименование показателя
Габар-П-2
Габар-П-6
Габар-П-10
Габариты (мм): диаметр
высота
300
365
510
535
510
535
Масса, кг
15
50
60
Масса заряда ТТК, кг
2 6 10
Защищаемый объем, м3
до 60
до 130
до 210
Время выпуска АОС, с
30 5
35 5
40 5
Температура АОС на расстоянии 0,05 м
от среза генератора, о С
70
70
80
Исходная огнетушащая концентрация
АОС, кг/ м3
0,05
0,05
0,05
Характеристики генераторов "Габар - П"
Эти генераторы являются приборами многоразового использования. Проектирование системы защиты с использованием набора генераторов производится на основе расчета потребного количества генераторов (N) по формуле,
основанной на нормах НПБ 21 - 94 "Системы аэрозольного тушения пожаров.
Временные нормы проектирования и эксплуатации":
N = (qn V) К1 К2 / Q,
где qn = 0,05 — нормативная огнетушащая концентрация АОС, кг/ м3;
V— объем помещения, м3;
Q — масса заряда ТТК одного генератора, кг;
К1 — коэффициент, учитывающий неравномерность заполнения поме-
щения (при высоте помещения до 3 м К1 = 1,1; при высоте до 6 м К1 = 1,2; при
высоте до 12 м К1 = 1,3);
К2 — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (негерметичность выражается в процентном отношении суммарной площади проемов к площади ограждающих конструкций) при:
негерметичности 0,5% К2 = 1,2;
негерметичности 1,5% К2 = 1,9;
промежуточных величинах негерметичности К2 находится интерполяцией.
9.3.11. Предельные значения опасных для людей факторов пожара
Расчеты параметров горения веществ при пожаре необходимы для того,
чтобы сравнить их с предельными опасными значениями (см. табл. 28), а затем
заплпнировать меры по уменьшению значений опасных факторов до безопасных значений.
63
Таблица 28
Опасный фактор
Предельные значения
Температура окружающей среды
70о С
Тепловое излучение
500 Вт/м2
Содержание окиси углерода
0,1% объема
Содержание диоксида углерода
6,0% объема
Содержание кислорода
менее 17%
Показатель ослабления света дымом на единицу
длины
2,4
Вещество
Характер взаимодействия с водой
Алюминиорганические соединения
Реагируют со взрывом
Литийорганические соединения, азит свинца,
карбиды щелочных металлов, гидриды ряда
металлов, магний, цинк и другие металлы,
карбиды кальция, алюминия, бария, силаны
Разложение с выделением горючих газов
Гидросульфит натрия
Происходит самовозгорание
Серная кислота, термит, хлорид титана
Сильный экзотермический эффект
Битум, пергидрад натрия, жиры, масла, петролатум
Усиление горения в результате выброса,
разбрызгивания, вскипания
Примечания:
1. Плохая смачивающая способность и малая вязкость воды затрудняют тушение волокни-
стых, пылевидных и тлеющих материалов.
2. Смачивающие добавки в воду в 1,5 - 2 раза снижают расход веществ и время тушения
пожара.
Предельные значения опасных для людей факторов пожара
9.3.12. Перечень веществ, для тушения которых нельзя применять
воду и водопенные средства
При разработке противопожарных мероприятий и выборе огнетушащих
средств необходимо обязательно учитывать характер взаимодействия различных веществ с водой (см. табл. 29).
Таблица 29
Характер взаимодействия различных веществ с водой
9.4. Общие положение методики расчета категории помещений
При расчете категории принимается возможность аварийной разгермети-
зации одной наиболее крупной единицы технологического оборудования с
64
наиболее пожаровзрывоопасным веществом. Учитывается также возможность
,
К
1
КТСρV
ZРmH
P
новвп
от
натекания продуктов из подводящих коммуникаций за время до отключения
соответствующих трубопроводов. Время отключения трубопровода принимается:
t1 — равным времени срабатывания системы автоматики отключения тру-
бопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа
системы автоматики не превышает 10-6 в год или обеспечено резервирование ее
элементов;
t2 — 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10-6 в
год и не обеспечено резервирование ее элементов;
t3 — 300 с при ручном отключении.
Количественным критерием назначения категории является избыточное
давление (Р), которое может развиться при взрывном сгорании максимально
возможного скопления взрывоопасных веществ в помещении.
При Р > 5 кПа рассматриваемый объект относится к взрывопожаро-
опасным категории А или Б в зависимости от свойств веществ.
При Р < 5 кПа объект относится либо к категории В, либо к категории Д в
зависимости от величины пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, находящихся в
1 м2 пола помещения.
Расчет Р производится по формуле:
(9.1)
где m — масса горючего газа, пара ЛВЖ или взвешенной в воздухе горю-
чей пыли, поступившей из разгерметизированного технологического оборудования, кг;
Нт — теплота сгорания истекающего вещества, кДж/кг;
Ро — атмосферное давление, 101 кПа;
Z — коэффициент участия горючего вещества во взрыве (Z = 0,5 для газов
и пылей, Z = 0,3 для паров жидкостей, Z = 1 для водорода);
Vп — свободный объем помещения, принимаемый равным 0,8 от геомет-
рического объема, м3;
в — плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м3);
Св — теплоемкость воздуха (можно принять равной 1,01 кДж/кг К);
То — температура в помещении (можно принять равной 293 К);
Кн — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (принима-
ется равным 3);
65
К = A t + 1 — (А — кратность воздухообмена, с-1; t — время поступления
К
1
V
ZmH096,0
P
п
т
оо
ап
ап1
Т
Т
Р
Р
VV
н
6
и
РМη10W
взрывоопасных веществ в помещение, с) — коэффициент, учитывающий аварийную вентиляцию (этот коэффициент учитывается, если аварийная вентиляция оборудована резервными вентиляторами, автоматическим пуском при достижении взрывоопасной концентрации и электропитанием по первой категории надежности по ПУЭ).
С учетом численных значений показателей, входящих в уравнение (9.1)
получаем:
(9.2)
Величина m рассчитывается в зависимости от агрегатного состояния го-
рючего вещества.
1) При разгерметизации аппарата с горючим газом (ГГ):
m = (V1 + Vт) , (9.3)
где
— (здесь Vап — объем аппарата, м3; Рап, Ро — давление
в аппарате и в помещении, кПа; Т, То — температура в аппарате и в помещении, V1 — объем газа, поступившего из аппарата, м3;
Vт = V1т + V2т — объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3;
— плотность газа при н.у., кг/м3;
V1т = q t — (q — расход газа из трубопроводов, м3/с; t — время отключения
трубопроводов, с) объем газа, выходящего из подводящего трубопровода, м3;
V2т = r l — (r — радиус сечения трубопровода, м; l — длина трубопрово-
да от аппарата до задвижки, м) объем газа, вышедшего из трубопроводов после
их отключения, м3.
2) При разгерметизации оборудования с ЛВЖ:
m = mp + mп + mо (9.4)
где mp — масса жидкости, испарившейся при разливе, кг;
mп — масса жидкости, испарившейся с поверхности аппарата, кг;
mо — масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенной поверхности, кг.
При этом mp = Wи Fи и (9.5)
где
( — коэффициент учета движения воздуха по
табл. 30; М — молекулярная масс ЛВЖ; Рн — давление насыщенных паров при
расчетной температуре, кПа) — скорость испарения, кг/м2с;
Fи — поверхность разлива, принимаемая 1 л на 1 м2, если ЛВЖ содержит
более 70% растворителя, и 1 л на 0,5 м2 в остальных случаях;
66
и — время испарения (принимается по времени полного испарения, но не
Скорость
воздуха, м/с
Значение при температуре воздуха, °С
10
15
20
30
35 0 1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,1
3,0
3,6
2,4
1,8
1,6
0,2
4,6
3,8
3,5
2,4
2,3
0,5
6,6
5,7
5,4
3,6
3,2
1
10,0
8,7
7,7
5,6
4,6
)mm(
К
К
m
21
у
г
п
Категории
Удельная пожарная
нагрузка q на участке,
МДж/м2
Способ размещения
В1
более 2200
Не нормируется
В2
1401 - 2200
Допускается несколько участков с пожарной
нагрузкой, не превышающей указанных значений q
В3
181 - 1400
То же
В4
1 - 180
На любом участке площадью 10 м2. Расстояние между участками должно быть более lпр
(см. табл. 32)
более 3600 с).
Таблица 30
3) При наличии взрывной пыли:
m = mвз + mав (9.6)
где mвз = Квз mп (Квз = 0,9 — доля взвешенной пыли);
, Кг — доля горючей пыли, Ку — коэффициент эффек-
тивности уборки, принимаемый при ручной сухой 0,6 и при влажной 0,7, при
механизированной на ровном полу 0,9 и на полу с выбоинами 0,7; m1 = М
1 — масса пыли, оседающей за межуборочный период, кг;
М1 — масса пыли, выделившейся за этот период из оборудования, кг;
— доля пыли удаляемой вентиляцией;
1 — доля пыли на труднодоступных местах;
2 — то же на доступных местах (обычно 1 = 1, 2 = 0) — масса
взвихрившейся пыли;
mав = (mап + q t) Кп (mап — масса пыли, выброшенной при аварии из ап-
парата, кг; Кп — коэффициент пыления, равный 0,5 при размере частиц более
350 мкм и 1,0 при размере частиц менее 350 мкм).
Определение категорий В1–В4 осуществляется по табл.31 путем сравнения
максимального значения удельной пожарной нагрузки (q, МДж/м2) со значениями в табл. 31.
Таблица 31
67
Таблица 32
qкр,
кВт/м2
5
10
15
20
25
30
40
50
lпр, м
12 8 6 5 4
3,8
3,2
2,8
Материалы
qкр, кВт/м2
Древесина (сосна W= 12%)
13,9
Древесностружечные плиты (плотность 417 кг/м)
8,3
Хлопок
7,5
Слоистный пластик
15,4
Стеклопластик
15,3
Пергамен
17,4
Резина
14,8
Рулонная кровля
17,4
Величина q определяется по уравнению 9.7:
q = Q / S (9.7)
где Q = Gi Qi (Gi — количество i-го материала пожарной нагрузки, кг; Qi
— низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг);
S — площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (но не менее 10 м2).
Значения критической плотности лучистых потоков от очагов пожара из
твердых материалов даны в табл. 33.
Таблица 33
Величина lпр из табл. 32 принимается при Н (высота помещения) > 11 м, а
при Н < 11 м принимается как l = lпр + (11 - Н). Для пожарной нагрузки с неизвестной величиной qкр значение lпр 12 м. При проливе горючих жидкостей
lпр между соседними участками разлива рассчитывается по формулам:
lпр 15 при Н 11 м (9.8)
lпр 26 - Н при Н < 11 м.
Если при определении категорий В2 или В3 реализуется условие
Q 0,64q Н2, (9.9)
то помещение должно относится к категориям В1 и В2 соответственно.
Для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодей-
ствии с водой, воздухом или друг с другом, при расчете Р величина коэффициента Z принимается равной 1, а за Нт — энергия взаимодействия.
После категорирования помещений производится категорирование зданий
в целом. Согласно НПБ 105-95 здание относится к категории А, если суммарная
площадь помещений категории А превышает 5% от площади всех помещений
или 200 м2. Если помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения, то норма 5% увеличивается до 25% или до 1000 м2.
68
Здание относится к категории Б, если оно не относится к категории А и
суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5% или 200 м2, а
если помещения оборудованы автоматическими установками пожаротушения,
то здание можно не относить к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б не превышает 25% или 1000 м2.
К категории В относятся здания, если, во-первых, они не отнесены к категориям А или Б, во-вторых, если суммарная площадь помещений категорий А,
Б и В превышает 5% (10% при отсутствии в здании помещений категорий А и
Б) суммарной площади всех помещений.
Допускается не относить к категории В здания, если площадь помещений
категорий А, Б и В при наличии в них установок автоматического пожаротушения не превышает 25% площади здания (но не более 3500 м2).
Здание относится к категории Г, если, во-первых, не относится к категориям А, Б и В, и, во-вторых, если суммарная площадь помещений категорий А, Б,
В и Г не превышает 5% площади задания (25% при оборудовании автоматическими установками пожаротушения, но не более 5000 м2).
В зависимости от установленной категории пожаровзрывоопасности помещения, здания или сооружения предусматриваются определенные объемнопланировочные решения и профилактические мероприятия.
9.5. Примеры решения задач по оценке пожаровзрывоопасности
зданий и сооружений
Пример 1. Определить категорию пожаровзрывоопасности производ-
ственного помещения длиной 15,8 м, шириной 15,8 м и высотой 6,0 м, в котором размещен технологический процесс по восстановлению тетрахлорида
кремния водородом. Водород подается по трубопроводу диаметром 0,02 м под
давлением 1,01 МПа. Длина трубопровода от задвижки с электроприводом до
реактора 15 м, объем реактора 0,9 м3, время работы задвижки по паспортным
данным 5,0 сек. без указания на надежность, температура в реакторе 1200°С и в
помещении 25°С, расход газа по трубопроводу 0,12 м3/с, плотность газа 0,0817
кг/м3, теплота сгорания водорода 119840 кДж/кг. Имеется аварийная вентиляция с кратностью воздухообмена 8. Значение коэффициента Z принимаем равным 1.
Решение. Согласно уравнения (9.3) определяем массу водорода, вышедше-
го в помещение при аварии:
69
кг64,30817,01501,001,0
0817,0512,00817,0
298
1473
101,0
01,1
9,0
lr01,0tq
Т
Т
Р
Р
Vm
оо
ап
ап
.кПа5,13
5,3115
9,41876
1
5
8
8,068,158,15
11984064,3096,0
К
1
V
ZHm096,0
P
п
т
Вариант
Вариант
А-1*
А-2
А-3
А-4
А-5
Б-1
Б-2
Б-3
Б-4
Б-5
Помещение
Длина
15,8м
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Ширина
15,8м
16
18
18
18
18
18
18
18
18
Высота
6,0м
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
Температура
25°С
23°
23°
23°
23°
23°
23°
23°
23°
23°
Трубопровод
Диаметр
0,2 м
0,25
0,3
0,2 м
0,25
0,3
0,2 м
0,25
0,3
0,2
Длина
15 м
116
17
18
19
20
21
22
23
24
Давление
1,01 МПа
1,02
1,01
1,02
1,01
1,02
1,01
1,02
1,01
1,02
Расход газа
0,12 м3/с
0,13
0,14
0,15
0,13
0,14
0,15
0,13
0,14
0,15
Реактор
Объём
0,9 м3
0,95
1,0
1,1
0,9 м3
0,95
1,0
0,9 м3
0,95
1,0
Температура
1200°С
1000
1100
1200
1200°С
1000
1100
1200°С
1000
1100
t задвиж.
5,0 с
5,1
4,5
4,8
5,0 с
5,1
4,5
5,0 с
5,1
4,5
Определяем по уравнению (3.2) значение Р:
Поскольку водород является горючим газом и Р > 5 кПа, то помещение
относится к категории А.
Задания студентам: определить категорию пожаровзрывоопасности про-
извод-ственного помещения с параметрами, указанными в табл. 34.
Таблица 34
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]