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.
Зная пожарную нагрузку объекта, рассчитаем полное время свободного горения: часа
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:
Рис. 1.
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.

Рис. 3. Схема размещения пожарных извещателей
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.