Проектирование автоматической установки пожаротушения в помещение 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 d1, кольцевого d2 и подводящего d3 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 Vл=0,018 м*с-1, массовая скорость выгорания Vм=0,012 кг*м-2*с-1, низшая теплота сгорания Qн= 33,5*106 Дж*кг-1 0. Коэффициент дымообразования kд, пламенного горения составляет 0,052 кг*кг-1, тления — 0,14 кг*кг-1. Расстояние до станции пожаротушения — 45 м, гарантированный напор Нг=10 м.
Зная пожарную нагрузку объекта, рассчитаем полное время свободного горения: часа
Энергию, которая может быть выделена при сгорании, рассчитаем по формуле: Е =h *Qн*P*F=0,95*33,5*106*210*140 = 9,3*1011 Дж, где h — коэффициент полноты сгорания (0,95 для твердых сгораемых материалов и 0,75 для жидкостей) , Qн — низшая теплота сгорания, Дж*кг-1, P — пожарная нагрузка, кг*м-2, F — площадь пола помещения, м2.
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 Fп= ¦ (t) и t = ¦ (t) . Где Fп — площадь пожара, м2; 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 Fп по однородной равномерно распределенной пожарной нагрузке, пока он имеет круговую форму, может быть рассчитан по выражению: Fп = p *l2t , где lt — путь, пройденный фронтом огня из точки воспламенения, м. lt = 0,5Vл t + Vл (t *-10) для твердых сгораемых материалов и lt = Vл 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 Fп должно быть принято более 10 минут.
По результатам данного расчета следует построить график зависимости площади пожара от времени: Fп = ¦ (t) (рис. 1) и определить tкр.
lt = 0,5Vл*t Fп = p *l2
При t = 1 мин lt = 0,5*0,018*1*60 = 0,54 м; Fп = 3,14*0,542 = 0,915 м2
При t = 2 мин lt = 0,5*0,018*2*60 = 1,08 м; Fп = 3,14*1,082 = 3,66 м2
При t = 3 мин lt = 0,5*0,018*3*60 = 1,62 м; Fп = 3,14*1,622 = 8,24 м2
При t = 5 мин lt = 0,5*0,018*5*60 = 2,7 м; Fп = 3,14*2,72 = 22,89 м2
При t = 7 мин lt = 0,5*0,018*7*60 = 3,78 м; Fп = 3,14*3,782 = 44,8 м2
При t = 10 мин lt = 0,5*0,018*10*60 = 5,4 м; Fп = 3,14*5,42 = 91,56 м2
По полученным данным строим график зависимости площади пожара Fп времени от t:
Рис. 1.
Fп = ¦ (t) ; Fп. 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 tо — начальная температура в помещении, °С; q — теплопроизводительность пожара на единицу площади ограждающих конструкций помещения: [кг*м-2*с-1*Дж*кг-1*м2*м-2] = [Дж*с-1*м-2] = [Вт*м-2] F = 2аb + 2 ah + 2 bh — площадь ограждающих конструкций, м2; 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 м2.
Для построения графика t = tо + ¦ (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 = to + ¦ (t) . tc 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 to = 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 Fо — нормативная площадь, контролируемая одним ПИ, в нашем случае Fо = 70 м2 (СНиП 2.04.02-84, таб. 4) .
Отметим как существенный факт, что Спор 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
Спор*106*
кг*м-3
Инерционность, t ипи, с
Приемно-контрольный прибор
ДИП-3
16,8
5
РУПИ, ППС-3
Таким образом t доб = 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 м2, 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 м2) , Fо — нормативная площадь, контролируемая одним ПИ (70 м2) .
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*м2; — продолжительность работы установки 1500 с (25 мин) ; — коэффициент разрушения пены k2 = 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 К2 — коэффициент разрушения пены принимается по таблице 5 приложения 6 СНиП 2.04.09-84; W — объем помещения, м3; К3 — кратность пены.
6.2 Находим требуемый основной объем пенообразователя.
6.3 Определяем расход генератора Q при свободном напоре Hсв = 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 d1 и подводящего трубопровода d2: Принимаем d1 = 65 мм. Значение Кт = 572 (СНиП таб. 9 прил. 6) .
Принимаем d2 = 100 мм. Значение Кт = 4322 (СНиП таб. 9 прил. 6) .
6.5 Выполняем гидравлический расчет сети основного водопитателя с учетом расходов, включающих пенообразователь. Поскольку H1 =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 = Q1 + Q2 = 9,93 + 9,94 = 19,9 л/с.
Ему будет соответствовать напор на выходном патрубке основного водопитателя H: где H3-овп — потери напора на подводящем трубопроводе от узловой точки 3 до выходного патрубка водопитателя; l3-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 Hдин на выходном патрубке насоса от текущих расходов Q1, 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
Ндин, 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: Qпо = 20*0,06 = 1,2 л/с Vпо = Qпо*tраб = 1,2*1500 = 1800 л =1,8 м3
8. Расчет диаметра дозирующей шайбы насоса дозатора.
В заключении выбираем насос дозатор и рассчитываем диаметр дозирующей шайбы dш. 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 dш = 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.