Автоматизированная система пожаротушения магистральной насосной станции

[Воденников Никита]

Тема: Пожаротушение магистральной насосной станции, а именно насосный зал.
Автор: Воденников Никита Сергеевич
Руководитель: Рыбалев Андрей Николаевич - доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры АППиЭ.

Общие сведения

В России каждые пять минут в огне погибает человек, еще 20 получают ожоги и травмы. Ежегодно в мире регистрируется около 7 миллионов пожаров.

Пожары в насосных характеризуются сложными процессами развития, как правило, носят затяжной характер и требуют привлечения большого количества сил и средств для их ликвидации.

Пожар в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций оказывают существенное влияние физико-химические свойства хранимых нефти и нефтепродуктов, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия. Взрыв приводит к последующему горению на всей поверхности горючей жидкости. При этом даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составлять 1-2 диаметра горящего помещения. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с составляет 60-70°.

Основным средством тушения пожаров в насосных является пена высокой кратности, подаваемая на поверхность горючей жидкости. Для тушения нефти и нефтепродуктов применяются отечественные и зарубежные пеногенераторы и пенообразователи, прошедшие сертификацию и имеющие рекомендации по их применению и хранению.

Для максимальной безопасности людей, находящихся в зданиях, все инженерные системы должны работать как единое целое - предупредительные меры, автоматика выявления возгораний, грамотные действия пожарных служб и надежная работа инженерного оборудования во время пожара.

Автоматические системы пожаротушения и их устройство

Любая система автоматического пожаротушения состоит из нескольких основных элементов:

• средства обнаружения пожара -- механические или электрические извещатели;
• конструкции включения системы;
• пути транспортировки и распределения огнетушащего вещества: трубопровод (для воды, пенной смеси, порошков, аэрозолей и газов) и сопла, оросители или насадки;
• насосное оборудование;
• побудительные устройства;
• запорная арматура -- клапаны, вентили и задвижки;
• узлы управления;
• резервуары хранения огнетушащего вещества;
• дозаторы.

На сегодняшний день существует два типа АУПТ -- традиционный, требующий тщательного проектирования, монтажа и пуско-наладочных работ под каждый конкретный случай, и модульный, появившийся всего лет 10-15 назад. Традиционные АУПТ отличаются многообразием конструкционных решений, но именно это в некоторых случаях и является их недостатком. Для обслуживания необходимо привлечение высококвалифицированных специалистов, установки немобильны, а при перепланировке производственных помещений приходится менять всю структуру системы пожаротушения. Тем не менее такие установки могут быть спроектированы для борьбы с пожарами любого класса -- от A1 до D3 (появление которого наиболее вероятно для конкретного объекта согласно расчетам), особенно они незаменимы для защиты больших территорий. Правда, против пожаров класса Е и F такие установки бессильны.

Это важно
Согласно техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности пожары классифицируются по виду горючего материала и подразделяются на классы:
А -- пожары твердых горючих веществ и материалов.
B -- пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ и материалов.
C -- пожары газов.
D -- пожары металлов.
E -- пожары горючих веществ и материалов электроустановок, находящихся под напряжением.
F -- пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактивных веществ.

Притом в отношении классов А-D существует большая степень детализации в ГОСТ 27331. В нем дополнительно выделены подклассы пожаров данных типов: А 1,2, В 1,2 и т.д.

Модульные АУПТ состоят из нескольких отдельных модулей, которые при необходимости можно легко состыковать для расширения или перемонтажа системы. Такие системы очень быстро монтируются, их можно подбирать под конкретные потребности предприятия. При этом следует понимать, что модульные установки подходят для тушения возгораний только в относительно небольших типовых помещениях. Их целесообразно применять для борьбы с пожарами классов А, В, С и на электроустановках с номинальным напряжением до 1000 В -- в серверных, вычислительных центрах, хранилищах горючих газов и т.д. Сегодня выпускаются как модули, заправленные одним типом огнетушащего вещества, так и универсальные -- с разными типами огнетушащих веществ.

Виды пожаротушения

Существует несколько способов классификации автоматических систем пожаротушения (см. рис.). Однако чаще всего применяется классификация по виду огнетушащего вещества. Эти вещества весьма разнообразны, но далеко не все из них безопасны для человека. Поэтому выбирать АУПТ следует, исходя из того, какие именно помещения будет защищать система -- необслуживаемые человеком или обслуживаемые.

Рисунок 1 - Виды установок пожаротушения

Водяное пожаротушение

Самыми первыми в истории возникновения систем пожаротушения были водяные системы. Они остаются самыми популярными и нередко применятся на крупных объектах: при обеспечении пожаробезопасности различных производств, спорткомплексов, паркингов. Система водяного пожаротушения состоит из насосов, трубопроводов и оросителей.

Вода, покрывая место воспламенения, охлаждает его и способствует прекращению горения. Недостаток водяного пожаротушения состоит в высокой вероятности ущерба материальным ценностям. Для снижения подобных рисков сейчас стали активно использовать более щадящую систему водяного тумана.

Газовое пожаротушение

В последние годы все большую популярность приобретают системы газового пожаротушения. Их плюсами считаются экономичность, возможность пожаротушения без отключения электричества в здании и эвакуации людей, безопасность для материальных ценностей.

Газовые системы пожаротушения активно применяются в серверных, дата-центрах, библиотеках, музеях и картинных галереях. Их рекомендуется выбирать для производственных, складских, научно-исследовательских объектов. Принцип действия системы газового пожаротушения основан на снижении концентрации кислорода в помещении за счет вытеснения его другими газами.

Аэрозольное пожаротушение

Системы аэрозольного пожаротушения распространены не так широко, как остальные, хотя имеют свои плюсы: не оказывают коррозионного воздействия на металлические изделия, безопасны для людей, отличаются простотой установки и эксплуатации. Их часто используют в загородных домах и коттеджах.

Взаимодействие аэрозоля с пламенем приводит сразу к нескольким результатам. Аэрозоль состоит и твердых мелкодисперсных частиц и негорючего газа. Твердые частицы легко разлагаются с участием кислорода, а негорючий газ частично замещает кислород в помещении. Это способствует снижению интенсивности реакций горения. Также за счет поглощения тепла аэрозолем происходит охлаждение зоны горения.

Пенное пожаротушение

Системы пенного пожаротушения были разработаны для борьбы с возгоранием жидкостей. Они часто используются на нефтехранилищах и промышленных складах. Принцип работы этих систем состоит в том, что пена обладает меньшим удельным весом, чем любая воспламеняющаяся жидкость, и за счет этого может легко покрыть воспламененную поверхность и подавить процесс горения. Основными недостатками систем пенного пожаротушения являются их высокая стоимость и сложность утилизации отходов после срабатывания системы.

Порошковое пожаротушение

Порошковое пожаротушение является универсальным, этот метод можно применять для тушения всех видов возгорания. Широкому распространению систем порошкового пожаротушения препятствует ряд их недостатков: слабая проникающая способность порошка, снижение видимости и затруднение дыхания людей, сложности с уборкой по окончании тушения. Нормы пожарной безопасности предписывают оснащение автоматическими системами порошкового пожаротушения общественных, административных, производственных и складских помещений, технологического оборудования и электроустановок

Для наших задач нам необходимо использовать пенные АУПТ.

Пенные АУПТ (ГОСТ Р 50800-95, ГОСТ Р 51043-2002, ГОСТ Р 51052-2002)
В качестве огнетушащего вещества в них используется пена -- коллоидная система из заполненных углекислым или инертным газом пузырьков. По своей конструкции пенные АУПТ практически ничем не отличаются от водяных, но дополнительно оснащены генераторами пены и ее дозаторами. Классификация пенных систем в своей основе имеет именно тип дозатора.

• Устройства на основе трубок Вентури -- самые простые и дешевые дозаторы, производящие пену с кратностью до 3 единиц. Их применение может привести к падению давления в трубопроводе, а пена разной кратности существенно ограничивает сферу их использования.
• Баки-дозаторы с компонентами для генерирования пены. Они производят пену со стабильными характеристиками и не снижают давления в трубопроводах. Но поскольку баки занимают немало места, генераторы такого типа практически не используются.
• Устройства с генерирующим электромотором. Выдают пену нужной кратности и поддерживают стабильное давление, но стоят достаточно дорого и нуждаются в весьма трудоемком монтаже.

Преимущества пенного пожаротушения в том, что генераторы способны увеличивать количество огнетушащей жидкости на два и более порядков, а, кроме того, с помощью пены можно тушить как небольшие, так и крупные пожары. Пена не только заливает всю площадь возгорания, но и заполняет объем помещения. Это огнетушащее вещество экологически безопасно и его можно использовать без эвакуации людей.

Системы порошкового пожаротушения
Порошковое пожаротушение - тушение пожара огнетушащим порошковым составом. Во многих случаях порошки являются единственным огнетушащим веществом, пригодным для тушения специфических пожаров.

Механизм огнетушащего действия порошков
До настоящего времени недостаточно ясен, несмотря на тщательные исследования. Огнетушащая способность порошков обусловлена действием таких факторов:

• охлаждение зоны горения по мере траты тепловой энергии на нагрев частиц порошка, их разложение и частичное испарение;
• разбавление горючей среды газообразными продуктами, образованными при разложении порошка;
• эффект огнепреграждения, который достигается при прохождении через узкие каналы, создаваемые порошковым облаком;
• ингибирование химических реакций, которые обуславливают процесс горения, газообразными продуктами разложения порошка.

Классификация установок порошкового пожаротушения:

• Автономные. Автоматически осуществляют функции обнаружения и тушения пожара вне зависимости от внешних источников питания и систем управления. В отличие от автоматических установок пожаротушения, не выполняют функции автоматической пожарной сигнализации.
• Автоматические. Обеспечивают обнаружение пожара автоматической установкой пожарной сигнализации, а также подачу порошка с требуемой интенсивностью из распылителей.
• Агрегатные. Применяются в случаях, когда использование стандартных модулей не представляется возможным и требуется создание нестандартного специального устройства, собираемого из нескольких агрегатов.
• Модульные. Представляют собой устройства, в корпусе которых совмещены функции хранения и подачи огнетушащего порошкового состава при воздействии исполнительного импульса на пусковой элемент. Благодаря хорошему сочетанию цена/надежность рекомендуются к применению ведущими специалистами в области пожарной безопасности.

Преимущества:
порошковое пожаротушение отличается низкой стоимостью противопожарной защиты объекта;

• простота монтажа;
• длительный срок хранения огнетушащего порошкового состава;
• возможность применения в широком диапазоне температур (от -50°C до +50°C).

Недостатки:

• невозможность применения на объектах, территорию которых люди не могут покинуть до начала подачи огнетушащих порошковых составов;
• сложность применения порошковых составов в установках пожаротушения с централизованной подачей огнетушащего вещества в связи с физическими свойствами порошков;
• порошковое пожаротушение неэффективно при тушении возгораний веществ, способных гореть без притока воздуха, а также изделий из древесины при высоких значениях пожарной нагрузки;
• значительные эксплуатационные издержки.

Виды пожарных датчиков

Система современной пожарной сигнализации использует шесть видов датчиков: тепловые, дымовые, пламени, газовые, комбинированные, ручные.

Тепловые

Принцип их действия сходен с работой термостата. Датчик представляет собой контроллер с подключенным к нему сенсорным элементом. Если температура в помещении превысит допустимый показатель, сработает сенсор, от которого информация по шлейфу поступит на общий контрольный блок сигнализации.

Тепловые датчики-извещатели чаще всего устанавливают в запыленной, загазованной и агрессивной среде. Они бывают двух типов:

• одноразовые;
• многоразовые.

Рисунок 2 - Тепловой датчик пожарной сигнализации

В зависимости от установленного в них считывающего устройства подразделяются на три вида:

• пороговые, реагирующие на превышение предельной температуры в помещении;
• дифференциальные, работающие по системе анализа скорости повышения температуры среды размещения;
• комбинированные, срабатывающие и на повышение температуры, и на скорость этого процесса.

По виду обнаружения возгорания тепловые охранно-пожарные датчики бывают:

• точечные, срабатывающие на повышение показателей на определенном участке;
• многоточечные, представляющие комплекс соединенных между собой одноточечных детекторов;
• линейные, выявляющие очаги возгорания на всей протяженности детектора.
• Среди всех видов датчиков-извещателей системы пожарной сигнализации именно тепловые используются чаще всего.

Их достоинства:

• возможность использования в загазованной, запыленной и влажной среде;
• помехоустойчивость;
• низкое потребление мощности:
• долгий срок службы.

Минусы у этого оборудования также есть: датчик не реагирует на горение материалов, не выделяющих тепло. Учитывая, что тепловые датчики размещают на потолке, в случае отсутствия теплового излучения сигнал о возгорании поступает на контрольный блок намного позже.

Дымовые

Срабатывают на появление задымления в помещении. По строению делятся на два типа:

• Оптические, принцип действия которых основан на работе светового излучателя и фотоприемника. Такие технические средства бывают точечные и линейные.
• Ионизационные - детекторы, контролирующие состояние воздуха через вентиляцию. На таком виде датчика-извещателя установлена камера с противоположно заряженными частицами, срабатывающими на дым.

Рисунок 3 - Дымовой датчик пожарной сигнализации

Самыми распространенными являются оптические точечные извещатели. Принцип их устройства очень прост: датчик и излучатель устанавливаются в один корпус. При попадании внутрь дыма датчик улавливает инфракрасный свет и передает сигнал на контрольный пункт. Плюс таких технических противопожарных средств - дешевизна и простота установки. Минус - отсутствие реакции на черный дым, поглощающий инфракрасное излучение.

Существуют аспирационные оптические датчики, работающие по принципу забора воздуха и его последующего анализа на содержание частиц дыма. Именно такие технические средства реагируют на минимальный уровень задымления. Чаще всего их ставят в музеях, библиотеках, больницах, складах.

Датчики пламени

Характеризуются повышенной реакцией на электромагнитное излучение открытого огня и регистрируют источник возгорания с помощью ультрафиолетового, инфракрасного и электромагнитного диапазонов. Такие датчики используют на промышленных объектах, где перепад температур и задымление считается нормой. Выделяют несколько видов ИПП:

• Многодиапазонные, работающие с ИК и УФ-датчиками или оптико-электронным устройством анализа спектра.
• Адресные, позволяющие определить очаг возгорания в определенном месте.
• Взрывозащищенные, устанавливаемые в помещениях и складах категорий А/Б по риску взрыва или пожара.
• Инфракрасные, считающиеся самыми распространенными и использующиеся для контроля возгораний на объектах нефтехимической промышленности.

Рисунок 4 - Датчик пламени

Сферой использования датчиков пламени является:

• помещения с высокими потолками;
• складские помещения для хранения горюче-смазочных материалов;
• объекты для хранения товарно-материальных ценностей;
• объекты с применением топлива и масла.

Газовые

Основная задача этого типа противопожарного оборудования - фиксация изменений химического состава воздушной среды. В зависимости от типа детектора ИПГ бывают:

• СО, реагирующие на угарный газ. С их помощью можно обнаружить тлеющие очаги возгорания органических материалов;
• СО2, срабатывающие на углекислый газ, образующийся при переходе пожара в активную фазу;
• СхНу, фиксирующие продукты нефте- и газопереработки;
• обнаруживающие газы при горении технологических установок.

Рисунок 5 - Газовый датчик пожарной сигнализации

При установке ИПГ в помещении оборудование настраивается индивидуально в зависимости от площади и назначения объекта. Преимуществом газовых датчиков является быстрота реагирования: от момента фиксации утечки газа до передачи информации на пункт проходит не более 5 секунд.

Комбинированные

Считаются самыми точными датчиками-извещателями, так как совмещают в себе функции газовых и тепловых детекторов. Реже возможна комбинация газовых, дымовых и световых датчиков. Выделяют несколько типов комбинированных извещателей:

• дымовой, объединяющий оптический и ионизационный датчики;
• дымо-тепловой, реагирующий на изменение температуры и появление дыма;
• газо-тепловой, в основе которого детектор СО2 и термостат;
• мультисенсорный, реагирующий на температуру, дым, углекислый газ и открытое пламя;
• объемный, контролирующий внешние объемы помещения. Работает на ИК и СВЧ датчике, сенсоре радиоизлучения и ультразвуке.

Рисунок 6 - Комбинированный датчик пожарной сигнализации

Ручные

Устройство оперативного аварийного оповещения о пожаре, которое активируется механическим способом. Такие извещатели ставят в зданиях общественного назначения, в административных организациях, школах, больницах.

Включить сигнал тревоги можно тремя способами:

• изменением положения рычага;
• кнопкой;
• разбиванием стекла корпуса.
• Плюс таких оповещателей - возможность передачи сигнала даже при сбое автоматических датчиков. Они также исключают подачу ложных данных, так как активируются уже при явной опасности пожара.

Обязательным условием при установке ручных извещателей является их маркировка. Кроме информации о назначении устройства используются сигнальные цвета корпуса:

• красный, для подачи сигнала о ЧС;
• желтый, для активации средств тушения очага огня;
• зеленый, для разблокировки аварийного выхода из помещения;
• синий, для активации тревожной кнопки.

Рисунок 7 - Ручной датчик пожарной сигнализации

По сроку эксплуатации ручные детекторы бывают одноразовые и многоразовые. Вторые всегда представлены кнопочными вариантами. В зависимости от типа передачи сигнала они подразделяются на адресные и пороговые. Адресные передают оповещение на пульт управления. Пороговые созданы для информирования об опасности.

По типу сигнала ИПР делятся на:

• звуковые, срабатывающие сразу после активации кнопки;
• запускающие цепь общей пожарной сигнализации;
• комбинированные, выполняющие несколько задач;
• срабатывающие одновременно с запуском системы тушения очага возгорания.