Приложение 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ОЗОНОРАЗРУШАЮЩИХ ГАЗОВЫХ ОГНЕТУШАЩИХ ВЕЩЕСТВ (ХЛАДОНОВ 114В2, 13В1 И УГЛЕКИСЛОТНО-ХЛАДОНОВОГО СОСТАВА 85/15)

 

1. Цель расчета

 

В зависимости от поставленной цели применяются разные варианты гидравлического расчета распределительной сети установок.

При проектировании установки осуществляется проектный расчет. В этом случае на основании известной массы газового состава, геометрических длин трубопроводов, взаимного расположения защищаемых помещений и модулей (станции пожаротушения) рассчитывают диаметры трубопроводов и время подачи газового состава в помещение. Проводят расчеты при различных значениях этих параметров, в результате чего определяют оптимальный вариант проточной части распределительной сети, при котором время подачи РГОТВ в защищаемое помещение соответствует требованиям нормативного документа.

Поверочный расчет проводят в том случае, когда проточная часть установки пожаротушения (длины и диаметры трубопроводов) не может быть изменена. Для этого по известным данным о количестве РГОТВ, длинам и диаметрам трубопроводов определяется расчетное время выхода РГОТВ в защищаемое помещение. Изменение времени подачи РГОТВ в защищаемое помещение в этом случае достигается только изменением давления в модулях и коэффициентов их заполнения.

Кроме того, поверочный расчет используется в качестве второй части при проведении проектного расчета.

 

 

 

 

 

2. Исходные данные для расчета

 

Исходными данными для проектного расчета являются:

- схема разводки трубопроводов с указанием направлений, длин отдельных участков трубопроводов, модулей (батарей), распределительных устройств и насадков;

- масса огнетушащего вещества (РГОТВ), необходимая для создания нормативной огнетушащей концентрации в защищаемых помещениях с учетом вида пожарной нагрузки, негерметичности и других параметров, характеризующих помещение, кг;

- нормативное время подачи огнетушащего вещества, с;

- коэффициенты загрузки модулей (баллонов) - h, кг/л;

- рабочее давление в модулях (баллонов) - Р, МПа;

- температура эксплуатации модулей (батарей) в защищаемых помещениях - Т_о, °С.

Исходными данными для поверочного расчета являются:

- схема разводки трубопроводов с указанием длин отдельных участков, их площадей поперечных сечений, модулей (батарей), распределительных устройств и насадков (в том числе площадей поперечных сечений);

- масса РГОТВ, необходимая для создания нормативной огнетушащей концентрации в защищаемом помещении, кг;

- коэффициенты загрузки модулей (баллонов) - h, кг/л;

- давление в модулях (баллонов) - Р, МПа;

- средняя температура эксплуатации модулей (батарей) - Т_о, °С.

 

3. Формирование проточной части трубопроводной разводки

 

Формирование проточной части трубопроводной разводки производится лишь при проведении проектного расчета.

Площадь поперечного сечения рядка F_р, на котором установлено n_i насадков, и площадь поперечного сечения магистрального трубопровода F_m рассчитывают по формулам:

F_p = A_pF_нn_i; F_m = (1,0-1,1)F_Sр, (1)

где А_р - коэффициент, принимаемый равным от 1,2 до 1,3; F_н - площадь проходного сечения насадка; n_i - количество насадков, расположенных на одном рядке; F_Sр - суммарная площадь всех рядков, питаемых данным магистральным трубопроводом.

По рассчитанным значениям подбирают стандартные трубопроводы (как правило, имеющие ближайшее большее значение внутреннего диаметра). При выборе схемы распределительной сети трубопроводов рекомендуется использовать симметричные и сбалансированные системы трубных разводок.

В связи с двухфазностью среды разделение потока следует производить только в горизонтальной плоскости и соотношение расходов в тройниках при использовании несимметричных схем не должно быть более 2/3.

Необходимо также следить за тем, чтобы суммарный внутренний объем трубопроводов не превышал 80% объема жидкой фазы газового огнетушащего вещества (РГОТВ), хранимого во всех модулях установки.

Объем жидкой фазы определяется по формуле

 

V_ж = М_г/r_гж, (2)

где V_ж - объем жидкой фазы в модулях установки; М_г - масса газового состава, хранимого в модулях установки; r_гж - плотность жидкой фазы газового состава при заданных начальных условиях хранения.

 

4. Расчетные формулы

 

Суммарная площадь проходных сечений насадков установки F_cн определяется по формуле

F_cн = М_р/Jmt_n, (3)

где М_р - масса газового состава, необходимая для создания в защищаемом помещении нормативной огнетушащей концентрации; J - минимальный ориентировочный приведенный расход газового огнетушащего вещества, кг/м²×с, принимаемый в соответствии с табл. 1; m - коэффициент расхода насадков, определяемый по справочным данным (Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. - М.: Госэнергоиздат, 1956) для конкретного типа насадков или экспериментальным путем (обычно в расчетах принимается коэффициент расхода равным 0,6); t_n - нормативное время подачи газового огнетушащего вещества.

Суммарный массовый расход газового огнетушащего вещества определяется по формуле

G_S = JmF_cн, (4)

где F_cн = F_нn_S (F_н - площадь проходного сечения одного насадка).

Для конкретного участка трубопровода эквивалентные длины определяются в виде

L_i = 76,4x_iD_m^1,25, (5)

где L_i - эквивалентная длина участка трубопровода; x_i - коэффициент гидравлического сопротивления модуля (батареи), сборки модулей, распределительного устройства, местного сопротивления и т.д., определяемый по справочным данным (Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. - М.: Госэнергоиздат, 1956).

D_m - диаметр магистрального трубопровода, м. Шероховатость внутренней поверхности трубопроводов принята равной 2×10^-4 м.

При известной эквивалентной длине элемента приведение этой длины к диаметру магистрального трубопровода производится по формуле

L_i = L_i¹(D_m/D_i)^5,25, (6)

где L_i¹ - эквивалентная длина элемента, принимаемая в соответствии с технической документацией, м, D_i - внутренний диаметр элемента.

Эквивалентная длина нескольких элементов (батарей, модулей), имеющих равные эквивалентные длины и соединенных параллельно, определяется по формуле

L_p = L_i/n_i², (7)

Эквивалентная длина двух элементов с различной эквивалентной длиной, соединенных параллельно, определяется по формуле

L_p = L₁×L₂/(L₁^0,5 + L₂^0,5)². (8)

Эквивалентная длина магистрального трубопровода рассчитывается по формуле

= L_m + L_сб + L_ск + L_py + L_пов, (9)

где L_m - геометрическая длина магистрального трубопровода; L_сб, L_ск, L_py, L_пов - соответственно эквивалентные длины сборки модулей (батарей), станционного коллектора распределительного устройства, поворотов, приведенные к диаметру магистрального трубопровода, м.

 

5. Гидравлический расчет при проектировании установок

 

Гидравлический расчет при проектировании установки включает в себя 2 этапа. На первом этапе производится предварительный расчет в целях формирования проточной части распределительной сети. На втором этапе расчетным путем оценивается соответствие спроектированной разводки нормативному требованию по продолжительности подачи РГОТВ и при необходимости геометрические параметры корректируются методом последовательных приближений.

Площадь поперечного сечения насадков определяется по формуле (3).

Приведенный расход РГОТВ принимается предварительно в соответствии с табл. 1.

В соответствии с формулами (1), (3), (5)-(9) определяются диаметры и эквивалентные длины магистрального и распределительных трубопроводов, а также площади поперечного сечения насадков.

Далее определяется средняя величина гидравлической характеристики распределительных трубопроводов для i-го помещения:

П_ср = (П₁ + П₂ + П₃ + ...)/N_i, (10)

где П₁, П₂, ... - гидравлическая характеристика для каждого насадка в i-м помещении.

, (11)

где N_i - число насадков в i-м помещении; D_j, - внутренний диаметр и эквивалентная длина j-го участка распределительного трубопровода или рядка на пути к насадку м; n_j - - число насадков, питаемых по j-му участку; - эквивалентная длина магистрального трубопровода, формула (9).

Для симметричной схемы разводки:

П_ср = (П₁ + П₂)/2, (12)

где П₁ и П₂ - гидравлические характеристики для диктующих насадков, давление перед которыми является наибольшим и наименьшим.

Для гидравлически сбалансированной распределительной сети:

П_ср = П_к, (13)

где П_к - гидравлическая характеристика для любого насадка. Приведенный расход определяется по формуле

J = A + BK + CК³ + DК³. (14)

Величина К = 1/mF_н(П_ср)^0,5.

Числовые значения коэффициентов А, В, С, D в зависимости от вида РГОТВ указаны в табл. 2.

В соответствии с формулой (4) определяется массовый расход G_S.

Время подачи определяется по уравнению

t = M_г/G_S. (15)

Если расчетное время t превышает нормативное, необходимо увеличить диаметры трубопроводов или сократить расстояние между модулями (батареями) и насадками.

Давление перед насадками может быть определено по формуле

P_н = A₁ + B₁Y + C₁Y², (16)

где Y = (J/К_i)².

Значения постоянных коэффициентов А₁, В₁, С₁ даны в табл. 2, в зависимости от вида используемого РГОТВ. Значение К_i принимается для каждого насадка, перед которым необходимо определить давление.

Ориентировочные значения приведенного расхода, используемые в формуле (3), должны быть не менее величин, приведенных в табл. 1.

 

Таблица 1

 

Наименование РГОТВ	Приведенный расход J, кг×м-2×с-1
Хладон 114В2	15300±500
Хладон 13В1	10200±500
Углекислотно-хладоновый состав 85/15	11500±500

 

Таблица 2

 

Числовые значения коэффициентов в формулах (14) и (15)

 

Тип РГОТВ	А	В	С	D	А1	В1	С1
Хладон 114В2 Р =12,0 МПа h = 1,0	-1980	113,4	-0,059	1,45×10-5	6,39	-4,5×10-4	-1,69×10-8
Хладон 114В2 Р = 4,0 МПа h = 1,5	-2790	196,3	-0,105	1,94×10-5
Хладон 13В1 Р = 4,0 МПа h = 1	-216	46,8	-0,021	3,4×10-6	2,78	-5,53×10-4	-2,25×10-7
Углекислотно-хладоновый состав 85/15 Р = 5,8 МПа h = 0,7	-507	42,8	-0,024	4,68×10-6	4,4	-9,0×10-4	-1,03×10-6