Гидравлический расчет установки газового пожаротушения, использующих в качестве газового огнетушащего вещества хладоны 125, 318С и 227еа, представляет собой сложный процесс. Применение методики гидравлического расчета, созданной для хладона 114В2, неприемлемо в связи с тем, что в этой методике течение хладона по трубам рассматривается в виде однородной жидкости.
Как отмечалось выше, течение хладонов 125, 318Ц и 227еа по трубам происходит в виде двухфазной среды (газ — жидкость), причем с уменьшением давления в системе уменьшается плотность газожидкостной среды. Поэтому для поддержания неизменным массового расхода газовых огнетушащих веществ необходимо увеличить скорость газожидкостной среды или внутренний диаметр трубопроводов.
Рис.6
Сопоставление результатов натурных испытаний с выпуском хладонов 318Ц и 227еа из установки газового пожаротушения показало, что данные испытаний более чем на 30 % отличались от расчетных значений, полученных по методике, не учитывающей растворимость азота в хладоне.
Влияние растворимости газа-вытеснителя учтено в методиках гидравлического расчета установки газового пожаротушения, в которых в качестве газового огнетушащего вещества применяется хладон 13В1. Данные методики не имеют обобщающего характера. Предназначены для гидравлического расчета установки газового пожаротушения только с хладоном 13В1 при двух значениях давления наддува МГП азотом — 4,2 и 2,5 МПа и; при четырех значениях в работе и шести значениях в работе коэффициента заполнения модулей хладоном.
Учитывая изложенное, была поставлена задача и разработана методика гидравлического расчета установки газового пожаротушения с хладонами 125, 318Ц и 227еа, а именно: при заданном суммарном гидравлическом сопротивлении модуля газового пожаротушения (входа в сифонную трубку, сифонной трубки и запорно-пускового устройства) и известной трубной разводке установки газового пожаротушения найти распределение массы хладона, прошедшего через отдельные насадки, и время истечения расчетной массы хладона из насадков в защищаемый объем после одновременного открытия запорно-пускового устройства всех модулей.
При создании методики учитывалось нестационарное течение двухфазной газожидкостной смеси "хладон — азот" в системе, состоящей из модулей газового пожаротушения, трубопроводов и насадок, что потребовало знание параметров газожидкостной смеси (полей давления, плотности и скорости) в любой точке трубопроводной системы в любой момент времени.
В этой связи трубопроводы разбивались на элементарные ячейки в направлении осей плоскостями, перпендикулярными осям. Для каждого элементарного объема записывались уравнения неразрывности, количества движения и состояния.
При этом функциональная зависимость между давлением и плотностью в уравнении состояния газожидкостной смеси связывалось соотношением с использованием закона Генри в предположении однородности (гомогенности) газожидкостной смеси. Коэффициент растворимости азота для каждого из рассматриваемых хладонов был определен экспериментально.
Для выполнения гидравлических расчетов установки газового пожаротушения была разработана программа расчета на языке Fortran, которая получила наименование "ZALP".
Программа гидравлического расчета позволяет при заданной схеме установки газового пожаротушения, в общем случае включающей в себя:
- Модули газового пожаротушения, заправленные газовыми огнетушащими веществами с наддуваом азотом до давления Рн;
- коллектор и магистральный трубопровод;
- распределительные устройства;
- распределительные трубопроводы;
- отводы;
- насадки на отводах, определить:
- инерционность установки;
- время выпуска расчетной массы газовых огнетушащих веществ;
- время выпуска фактической массы газовых огнетушащих веществ;
- массовый расход газовых огнетушащих веществ через каждый насадок.
Апробация методики гидравлического расчета "ZALP" проводилась срабатыванием трех действующих установок газового пожаротушения и на экспериментальном стенде.
Было установлено, что результаты расчета по разработанной методике удовлетворительно (с точностью до 15 %) совпадают с экспериментальными данными.
Гидравлический расчет выполняется в следующей последовательности.
По НПБ 88-2001 определяется расчетная и фактическая массы хладона. Из условия предельно-допустимого коэффициента заполнения модуля (хладон 125 — 0,9 кг/л, хладоны 318Ц и 227еа — 1,1 кг/л) определяется тип и количество модулей газового пожаротушения.
Задается давление наддува Рн газовых огнетушащих веществ. Как правило Рн принимается в диапазоне от 3,0 до 4,5 МПа для модульных и от 4,5 до 6,0 МПа для централизованных установок.
Составляется схема трубной разводки установки газового пожаротушения с указанием длины труб, высотных отметок мест соединения трубной разводки и насадков. Предварительно задаются внутренние диаметры этих труб и суммарная площадь выпускных отверстий насадков из условия, что эта площадь не должна превышать 80 % от площади внутреннего диаметра магистрального трубопровода.
Перечисленные параметры установки газового пожаротушения вносятся в программу "ZALP" и выполняется гидравлический расчет. Результаты расчета могут иметь несколько вариантов. Ниже рассмотрим наиболее типичные.
Время выпуска расчетной массы газового огнетушащего вещества составляет Тр = 8-10 с для модульной установки и Тр =13-15 с для централизованной, а разница расходов между насадками не превышаете 20%. В этом случае все параметры установки газового пожаротушения выбраны правильно.
Если время выпуска расчетной массы газового огнетушащего вещества меньше значений, указанных выше, то следует уменьшить внутренний диаметр трубопроводов и суммарную площадь отверстий насадков.
При превышении нормативного времени выпуска расчетной массы газового огнетушащего вещества следует увеличить давление наддува газового огнетушащего вещества в модуле. Если это мероприятие не позволяет выполнить нормативные требования, то необходимо увеличить объем газа-вытеснителя в каждом модуле, т.е. уменьшить коэффициент заполнения модуля газового огнетушащего вещества, что влечет за собой увеличение общего количества модулей в установке газового пожаротушения.
Выполнение нормативных требований по разнице расходов между насадками достигается уменьшением суммарной площади выходных отверстий насадков.