Проектирование автоматической установки пожаротушения в помещении цеха вальцевания, в процессе производства которого используется резина
Проектирование автоматической установки пожаротушения в помещении цеха вальцевания, в процессе производства которого используется резина
Содержание.
Введение
1. Анализ пожарной опасности защищаемого объекта
2. Моделироваие развития возможного пожара
3. Оценка эффективности выбранных средств АППЗ
4. Схема обнаружения пожара и пуска АУП
5. Обоснование типа АУП и способа тушения.
6. Гидравлический расчет АУП.
6.1 Расчет требуемого объема раствора пенообразователя.
6.2 Расчет требуемого основного объема пенообразователя.
6.3 Определение расхода генератора при свободном напоре
6.4 Выбор диаметра труб питательного d
1
, кольцевого d
2 и подводящего d
3
трубопроводов.
6.5 Гидравлический расчет сети.
7. Выбор насосно-двигательной пары.
8. Расчет диаметра дозирующей шайбы насоса дозатора.
9. Компоновка установки пожаротушения и описание ее работы.
10. Разработка инструкций для обслуживающего персонала.
11. Эксплуатация в зимний период.
Заключение
Литература
Введение
Известно, что за последние десятилетия во многих сферах человеческой деятельности явно прослеживается громадный скачек в развитии науки и техники. В деятельности человека, по геометрической прогрессии, внедряется компьютеризация и автоматизация. Появляются новые строительные и отделочные материалы, дорогостоящее оборудование, высокие и наукоемкие технологии, которые более эффективные, но в тоже время могут нести в себе большую опасность, в том числе и пожарную. Не надо забывать о культурных ценностях, которые может утратить человечество по своей безопасности и халатности, потеря которых несравнима и неоценима ни с какими физическими ценностями. И чтобы снизить вероятность потерь, человек прибегает к различным мерам защиты. Человек старается максимизировать безопасность своего имущества, своей жизни, как дома, так и на рабочем месте.
Одно из направлений защиты — противопожарная защита. Противопожарную защиту можно осуществить несколькими способами и видами. Например, внедрением систем
Автоматической Противопожарной Защиты,
(в дальнейшем
АППЗ
) , которые являются одним из наилучших видов противопожарной защиты. Внедрение и правильное обслуживание пожарной автоматики, и систем АППЗ в целом, приводит к эффективной защите тех помещений, где она установлена, путем обнаружения, сообщения и подавления очага горения в начальный момент пожара.
В тоже время, проектирование установок пожарной автоматики, является сложным процессом. От того насколько качественно он выполнен, зависит эффективность АППЗ. Поэтому, проектирование АППЗ должно предшествовать решение целого ряда вопросов, связанных с анализом пожарной опасности объекта, конструктивными, объемно-планировочными решениями и другими особенностями защищаемого объекта. Вот почему проектирование установок пожарной автоматики необходимо производить поэтапно, исходя из категории производства, класса возможного пожара, группы важности объекта, а также механизма и способа тушения.
1. Анализ пожарной опасности защищаемого объекта.
Дано помещение цеха вальцевания, размерам 14х10х6 м, в технологическом процессе которого применяется резина. Помещение II степени огнестойкости, отопление есть, вентиляция отсутствует, постоянно открытых проемов нет, пожаровзрывоопасность электрооборудования по ПУЭ-П-IIа. Пожарная нагрузка в цехе составляет 210 кг
*
м
-2
. Линейная скорость распространения горения V
л
=0,018 м
*
с
-1
, массовая скорость выгорания V
м
=0,012 кг
*
м
-2
*
с
-1
, низшая теплота сгорания Q
н
= 33,5
*
10
6
Дж
*
кг
-1 0. Коэффициент дымообразования k
д
, пламенного горения составляет 0,052 кг
*
кг
-1
, тления — 0,14 кг
*
кг
-1
. Расстояние до станции пожаротушения — 45 м, гарантированный напор Н
г
=10 м.
Энергию, которая может быть выделена при сгорании, рассчитаем по формуле: Е =h
*
Q
н
*
P
*
F=0,95
*
33,5
*
10
6
*
210
*
140 = 9,3
*
10
11 Дж, где h — коэффициент полноты сгорания (0,95 для твердых сгораемых материалов и 0,75 для жидкостей) , Q
н — низшая теплота сгорания, Дж
*
кг
-1
, P — пожарная нагрузка, кг
*
м
-2
, F — площадь пола помещения, м
2
.
2. Моделирование развития возможного пожара
Моделирование развития пожара позволяет определить критическое время свободного развития пожара t
кр
, которое связывают с предельно-допустимым временем развития пожара. При горении твердых сгораемых материалов t
кр определяется либо временем охвата пожаром всей площади помещения, либо, если это произойдет раньше, временем достижения среднеобъемной температуры в помещении значения температуры самовоспламенения находящихся в нем материалов, которая для данного случая равна 350°С (справочник Баратова) .
Вид и тип АППЗ можно устанавливать, придерживаясь условного правила, если t
кр і 10 минут, то для защиты объекта можно ограничиться внедрением АПС. Когда t
кр < 10 минут, то рекомендуется автоматическое тушение.
Как видим, моделирование развития пожара заключается в построении двух функций F
п
= ¦ (t) и t = ¦ (t) . Где F
п — площадь пожара, м
2
; t — среднеобъемная температура, t — текущее время на отрезке не менее 600 секунд (10 минут) .
Динамика пожара всегда связана с местом его возникновения, распределением пожарной нагрузки и газообменом. Следует признать, что на начальной стадии (до вскрытия остекления при температурах 300°С) наиболее опасным будет центральный пожар по равномерно распределенной пожарной нагрузке. Отметим также, что для простоты курсового проектирования пожарную нагрузку защищаемого объекта принимаем однородной, а распространение огня по конструкциям здания отсутствует. Размещение и габариты технологического оборудования не сообщаются. Но в тоже время это не дает основания для проектирования световых и ультразвуковых ПИ.
Площадь наиболее опасного центрового пожара F
п по однородной равномерно распределенной пожарной нагрузке, пока он имеет круговую форму, может быть рассчитан по выражению: F
п = p
*
l
2
t
, где l
t — путь, пройденный фронтом огня из точки воспламенения, м. l
t = 0,5V
л t + V
л (t *-10) для твердых сгораемых материалов и l
t = V
л t при горении жидкостей. t и t * — текущее время. t = 1,2,3,5,7,10 минут.
Слагаемое, содержащее t *, учитывается, когда текущее время расчета F
п должно быть принято более 10 минут.
По результатам данного расчета следует построить график зависимости площади пожара от времени: F
п = ¦ (t) (рис. 1) и определить t
кр
.
l
t = 0,5V
л*t
F
п = p
*
l
2
При t = 1 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
1
*
60 = 0,54 м; F
п = 3,14
*
0,54
2 = 0,915 м
2
При t = 2 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
2
*
60 = 1,08 м; F
п = 3,14
*
1,08
2 = 3,66 м
2
При t = 3 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
3
*
60 = 1,62 м; F
п = 3,14
*
1,62
2 = 8,24 м
2
При t = 5 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
5
*
60 = 2,7 м; F
п = 3,14
*
2,7
2 = 22,89 м
2
При t = 7 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
7
*
60 = 3,78 м; F
п = 3,14
*
3,78
2 = 44,8 м
2
При t = 10 мин l
t = 0,5
*
0,018
*
10
*
60 = 5,4 м; F
п = 3,14
*
5,4
2 = 91,56 м
2
По полученным данным строим график зависимости площади пожара F
п времени от t:
F
п
= ¦ (t) ; F
п. кр.
= 140 м — площадь защищаемого помещения, t
кр.
критическое время развития пожара (11,5 мин) .
Более сложным является моделирование температуры в помещении пожара. Однако t
кр.
по температурным проявлениям внутренних пожаров может быть найдено достаточно надежно, если использовать, не учитывающее потерь, известное приближение для расчета среднеобъемной температуры t:
где t
о — начальная температура в помещении, °С; q — теплопроизводительность пожара на единицу площади ограждающих конструкций помещения:
[кг
*
м
-2
*
с
-1
*
Дж
*
кг
-1
*
м
2
*
м
-2
] = [Дж
*
с
-1
*
м
-2
] = [Вт
*
м
-2
] F = 2аb + 2 ah + 2 bh — площадь ограждающих конструкций, м
2
; a — длина, b — ширина, h — высота помещения. В данном случае площадь ограждающих конструкций на ходим по формуле: F = 2
*
14
*
10 + 2
*
14
*
6 + 2
*
10
*
6 = 280 + 168 + 120 = 568 м
2
.
Для построения графика t = t
о + ¦ (t) (рис. 2) необходимо получить пять-семь расчетных значений t в интервале времени до 10 минут пожара. t
кр определяем по данному графику относительно предельно допустимой температуры, превышение которой приведет к резкому разрастанию пожара по площади и объему.
При t =1 мин
При t = 2 мин: q = 2460,9 Вт
*
м
-2
; t = 210,9°С При t = 3 мин: q = 5540,2 Вт
*
м
-2
; t = 306,6°С При t = 5 мин: q = 15390 Вт
*
м
-2
; t = 498,1°С При t = 7 мин: q = 30121 Вт
*
м
-2
; t = 688,2°С
Рис. 2.
t = t
o + ¦ (t) . t
c воспл — температура самовоспламенения вещества пожарной нагрузки на объекте. t
кр — критическое время свободного развития пожара по его тепловым проявлениям.
На основании рассмотренных графических моделей F= ¦ (t) и t
o = 1t+¦ (t) в качестве более реального t
кр свободного развития пожара выбирается меньшее из двух его найденных значений, т.е. в нашем случае — второй, когда критическое время развития пожара t
кр составляет между 3 и 4 минутой, (t
кр = 3,5 мин.)
3. Оценка эффективности выбранных средств АППЗ.
Так как задание не содержит условий, позволяющих использование световых и ультразвуковых извещателей, поэтому выбор можем осуществить только между тепловыми и дымовыми извещателями. При этом, безусловно, должны руководствоваться рекомендациями СНиП 2.01.02-84.
Эффективность средств АППЗ тем выше, чем меньше время обнаружения пожара t
об относительно t
кр
: t
об = t
пор + t
ипи < t
кр
.
где t
пор и t
ипи — соответственно пороговое время срабатывания и инерционность пожарного извещателя. t
ипи является рабочей характеристикой приборов (справочное данные) .
Пороговое время t
пор срабатывания дымовых пожарных извещателей, при круговой форме пожара, можем найти как:
c,
где F
о — нормативная площадь, контролируемая одним ПИ, в нашем случае F
о
= 70 м
2 (СНиП 2.04.02-84, таб. 4) .
Отметим как существенный факт, что С
пор зависит не только от свойств дыма, но и от типа ПИ (воспользуемся табличными данными) . Так как в нашем случае возможно, что пожар может начаться медленным тлеющим развитием, то за основу расчета возьмем данные дымового пожарного извещателя ДИП-3.
Технические характеристики дымового пожарного извещателя:
Извещатель
С
пор*
10
6
*
кг
*
м
-3
Инерционность, t
ипи
, с
Приемно-контрольный прибор
ДИП-3
16,8
5
РУПИ, ППС-3
Таким образом t
д
об = 75,5 + 5 < t
кр = 210 c (80,5 < 210) , так как неравенство выполняется то принимаем пожарный извещатель ДИП-3.
4. Схема обнаружения пожара и пуска АУП.
Определяю число извещателей необходимое для защиты помещения исходя из следующих требований: — площадь контролируемая одним извещателем принимается равной 70 м
2
, а расстояние между извещателями — не более 8,5 м от извещателя до стены не более 4 м (СНиП 2.04.09-84 п. 4.10 таб. 4) .
если установка пожарной сигнализации предназначена для управления автоматическими установками пожаротушения, каждую точку защищаемой поверхности необходимо контролировать не менее, чем двумя пожарными извещателями (СНиП 2.04.09-84 п. 4.1) .
Исходя из выше изложенных требований и принцип равномерности рассчитываем необходимое количество пожарных извещателей по формуле:
где F — площадь пола защищаемой поверхности (140 м
2
) , F
о — нормативная площадь, контролируемая одним ПИ (70 м
2
) .
По тактическим соображениям принимаем 4 пожарных извещателя. (схему размещения извещателей смотри на рис. 3) Для приема и отображения сигналов от автоматических пожарных извещателей (в частности типа ДИП-3) используется концентратор ППС-3. Он предназначен для защиты промышленных объектов и др. При этом электрическое питание активных пожарных извещателей осуществляется от источника питания непосредственно по шлейфам пожарной сигнализации. Концентратор обеспечивает отображение всей поступающей информации о состоянии пожарных извещателей или неисправностей в сигнальных цепях на пульт центрального оповещения, а также формирование адресных сигналов-команд на пуск установок автоматического пожаротушения.
Техническая характеристика концентратора ППС-3
Максим. число сигнальных шлейфов
60
Максим. число пожарных извещателей:
дымовых, шт.:
20
Напряжение питания:
основное — от сети переменного тока, В
220
резервное — от источника постоянного тока, В
24
Диапазон рабочих температур, С
0... 40
Максимальная относительная влажность окружающего воздуха, %
80
Срок службы, лет
10
Нормативные требования к размещению концентратора и оборудования должны соответствовать требованиям СНиП 2.04.09-84 (4 раздел) , а также техническим характеристикам. 5. Обоснование типа АУП и способа тушения.
Способ тушения выбирается, исходя из предельно допустимого времени развития пожара и достижимого быстродействия подачи огнетушащего вещества в нужные зоны помещения. Время включения АУП t
вклАУП должно быть существенно меньше критического времени свободного развития пожара t
кр
: t
вклАУП = t
пор + t
ипи + t
у. у.
+ t
тр < t
кр
.
t
вклАУП = 75,5 + 5 + 0,4 + 18,3 < t
кр
.
t
вклАУП = 99,23 < 210 = t
кр
.
где t
ипи — инерционность пожарного извещателя, t
у. у.
продолжительность срабатывания узла управления (пускового блока) АУП, с, (Бубырь Н. Ф., и д. р. Производственная и пожарная автоматика. Часть 2. -М.: Стройиздат, 1985. табл. 18.11) ; t
тр — время транспортирования огнетушащего вещества по трубам: t
тр = l/V. Здесь l — длина подводящих и питательных трубопроводов, м; V — скорость движения огнетушащего вещества, м
*
с
-1 (целесообразно взять V = 3 м
*
с
-1
) .
Наиболее целесообразным способом тушения пожара в цехе с применением в технологическом процессе резины является объемный, т.е. для тушения применяется пена (справочник А. Н. Баратова, таб. 4.1) .
6. Гидравлический расчет АУП.
Важным моментом проектирования всех типов АУП является разработка схем размещения оросителей (распылителей) и распределительных сетей трубопроводов. Требуемое для помещения количество дренчерных (равно как и спринклерных) оросителей и их установка производится с учетом их технических характеристик, равномерности орошения защищаемой площади (табл. 1 СНиП 2.04.09-84) и огнестойкости (пункт 2.20 СНиП 2.04.09-84) помещения.
По приложению 2 СНиП 2.04.02-84 принимается третья группа помещения по опасности распространения пожара. По таблице 1 СНиП и таблице 5 приложения 6 СНиП принимаю основные расчетные параметры: — интенсивность подачи огнетушащего средства 0,12 л/с
*
м
2
; — продолжительность работы установки 1500 с (25 мин) ; — коэффициент разрушения пены k
2 = 3.
По табл. 2 приложения 6 для расчета примем генератор пенный 2-ГЧСм. Значение коэффициента k = 1,48. Минимальный свободный напор, м — 15; максимальный допустимый напор, м = 45.
6.1 Рассчитываем требуемый объем раствора пенообразователя.
, где К
2 — коэффициент разрушения пены принимается по таблице 5 приложения 6 СНиП 2.04.09-84; W — объем помещения, м
3
; К
3 — кратность пены.
6.2 Находим требуемый основной объем пенообразователя.
6.3 Определяем расход генератора Q при свободном напоре H
св = 45 м, их необходимость и достаточное количество n:
, т.е. принимаем 2 ГЧСм.
t = 25 минут = 1500 секунд — продолжительность работы установки с пеной средней кратности, мин. (приложение 6 таблица 5) .
Итак в помещении достаточно установить два генератора ГЧСм. Осуществим размещение генераторов на плане помещения. Разводящая сеть принимается кольцевой. Положение генераторов ГЧСм асимметрично стояка.
Для наглядности покажем также принципиальную расчетную схему АУПП и важнейшие размеры архитектурно-планировочных решений.
Схема размещения генераторов пены, а также расчетная схема АУПП с насосом дозатором показана в графической части.
6.4 Выбираем диаметр труб кольцевого питательного d
1 и подводящего трубопровода d
2
:
Принимаем d
1 = 65 мм. Значение К
т = 572 (СНиП таб. 9 прил. 6) .
Принимаем d
2 = 100 мм. Значение К
т = 4322 (СНиП таб. 9 прил. 6) .
6.5 Выполняем гидравлический расчет сети основного водопитателя с учетом расходов, включающих пенообразователь. Поскольку H
1 =45 м, то Q = 9,93 л/с. В дальнейшем, чтобы минимизировать невязку напоров левого и правого направлений обхода кольцевого трубопровода относительно точки 3, допустим, что расход диктующего оросителя лишь на 15% осуществляется со стороны распределительного полукольца, включающего генератор 2. Следовательно:
Таким образом, напор в узловой точке 3 питательного трубопровода, так как невязка в данных условиях равна 0,24 м, будет равен:
Суммарный расход генераторов: Q = Q
1 + Q
2 = 9,93 + 9,94 = 19,9 л/с.
Ему будет соответствовать напор на выходном патрубке основного водопитателя H:
где H
3-овп — потери напора на подводящем трубопроводе от узловой точки 3 до выходного патрубка водопитателя; l
3-овп = 51 м — длина трубы диаметром 100 мм; Z = 6 м — статический напор в стояке АУП; e = 2,35
*
10
-3 — коэффициент потерь напора в принимаемом узле управления БКМ (см. табл. 4 прил. 6 СНиП 2.04.09-84) .
7. Выбор насосно-двигательной пары.
По найденному расходу Q = 19,9 л/с и напору H = 59,9 м выбираем по каталогам насосно-двигательную пару основного водопитателя АУПП (выбираем насос К-90/55 с электродвигателем мощностью 22 кВт) и строим совмещенный график рабочей характеристики основного насоса, динамических потерь сети и насоса дозатора.
Чтобы выбрать насос дозатор уточним фактические расходы и напор, которые обеспечит данная насосная пара в проектируемой сети. Для этого нужно построить так называемую динамическую характеристику сети. Динамические потери напора сети - это зависимость динамической составляющей H
дин на выходном патрубке насоса от текущих расходов Q
1
, возведенных в квадрат:
В свою очередь сопротивление сети может быть определено из выражения:
Результаты динамических потерь сети, рассчитываемой АУП, занесем в таблицу.
S, м
*
л
-2
*
с
-1
0,02
Q, л
*
с
-1
5
10
15
20
25
Н
дин
, м
0,5
2
4,5
8
12,5
Из совмещения графиков видно, что фактический расход раствора пенообразователя установкой будет составлять 20 л/с при напоре 58 м. Отсюда ясно что расход пенообразователя и объем также изменится: Q
по = 20
*
0,06 = 1,2 л/с V
по = Q
по*
t
раб = 1,2
*
1500 = 1800 л =1,8 м
3
8. Расчет диаметра дозирующей шайбы насоса дозатора.
В заключении выбираем насос дозатор и рассчитываем диаметр дозирующей шайбы d
ш
. В качестве насоса дозатора принимаем ЦВ-3/80. При этом разность напоров из линии насоса дозатора и основного водопитателя в точке их врезки будет не более H = 225-58 = 167 м. Теперь используем выражение, позволяющее рассчитать диаметр дозирующей шайбы:
где m — коэффициент расхода шайбы (m = 0,62 для шайбы с тонкой стенкой) ; g = 9,8 м/с. В результате подстановки в выражение получим, что d
ш = 6,56 мм.
Таким образом, принципиальные тактико-технические характеристики автоматического тушения среднекратной пеной, в соответствии с условием, установлены.
9. Компоновка установки пожаротушения и описание ее работы.
Дренчерная установка пожаротушения состоит из трех "блоков". Защищаемые помещения в которых установлены датчики-извещатели для обнаружения пожара и оросители для его ликвидации. Помещение персонала, где установлен приемно-контрольный прибор, щит управления. Помещение, где расположены насосы, трубопроводы, водопенная арматура.
Установка работает следующим образом: при возникновении пожара срабатывает ПИ. Электрический импульс подается на щит управления и приемную станцию пожарной сигнализации. Включается световая и звуковая сигнализация. Командный сигнал управления поступает на включение электрозадвижки и насоса. Насос подает воду из основного водопитателя в магистральный трубопровод, где в поток воды дозируется определенное количество пенообразователя. Полученный раствор транспортируется через задвижку в распределительную сеть, и далее в оросители.
10. Разработка инструкций для обслуживающего персонала.
Важными требованиями к дренчерной установки водяного пожаротушения является приспособленность к средствам контроля технического состояния в процессе эксплуатации. При обосновании оптимального ТО учитывается вероятность безотказной работы, поскольку этот параметр оказывает решающее влияние на надежность установок в условиях эксплуатации.
Инструкция по организации и проведения работ по каждодневному техническому обслуживанию установок требует выполнение ряда мероприятий, проводимых ежедневно, ежемесячно, раз в три месяца, раз в три года, раз в три с половиной лет.
К ежедневному техническому обслуживанию относятся следующие операции: — проверка чистоты и порядка в помещении станции пожаротушения; — контроль указания воды в резервуаре с помощью КИП; — проверка напряжения на вводах электроустановках; — внешний осмотр узлов управления.
В еженедельный ТО входят все работы ежедневного ТО и следующие операции: — контроль насосов станции пожаротушения и их запуск на 10 мин; — проводятся: проверка исправности КИП, возобновление запасов смазки в маслоцилиндрах.
проверка узлов управления и контроль систем трубопроводов; — очистка оросителей от грязи и пыли.
К ежемесячному ТО относятся следующие работы: — проведение мероприятий еженедельного ТО; — очистка поверхностей трубопроводов от пыли и грязи; — проверка работоспособности установки в ручном и автоматическом режимах.
ТО, проводимое раз в три месяца: — проведение мероприятий по ежемесячному ТО; — проверка КИП; — промывка трубопроводов; — проверка работоспособности электрооборудования; К ТО, проводимому раз в три с половиной года относятся работы: — разборка, чистка насосов и арматуры; — окраска трубопроводов.
11. Эксплуатация в зимний период.
В помещении насосной станции необходимо поддерживать положительную температуру не ниже +5 градусов. В резервуаре(ах) с пенообразователем следует поддерживать температуру от 5 до 20 градусов С.
Заключение.
В ходе выполнения курсового проектирования автоматической установки пожаротушения цеха вальцевания в технологическом процессе которого используется резина, я закрепил теоретические знания и практически освоил методику инженерных расчетов. Кроме этого, отработал навыки использования литературных источников при решении конкретных вопросов проектирования.
Литература.
1. СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений. -М.: Государственный комитет по делам строительства, 1995 г.
2. Ф. И. Шаровар. Устройство и системы пожарной сигнализации. -М.: Стройиздат, 1985. - С299.
3. Н. Ф. Бубырь и др. Производственная и пожарная автоматика. -М.: ВИПТШ, 1986. -С293.
4. А. Н. Баратов и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. -Ч 1,2. -М.: Химия, 1990.
5. П. П. Алексеев и др. Машины и аппараты пожаротушения. -М.: ВШ, 1972.
6. В. Я. Карелин, А. В. Минаев. Насосы и насосные станции. -М. Стройиздат, 1986 -С320.
Расчет расхода пенообразователя в установках автоматического пожаротушения. Гидравлический расчет установок автоматического пожаротушения.