Расчеты показали, что спринклерная АУПТ на складах с высотным хранением не способна потушить пожар, но способствует его локализации, а также снижает температуру в помещении во время пожара. Статья написана коллегами из Тайланда Pennurat Nonsawat и Supat Patvichaichod.
Аннотация
Данный расчет направлен на изучении возможностей спринклерных АУПТ на основе моделирования динамики пожара. Выбор сценариев выполнен в соответствии с NFPA 101. Моделируемый пожар происходит на складе водолазного оборудования, которое хранится в картонных упаковках на деревянных поддонах (относится к пожару класса А).
Для предотвращения возможного уничтожения товара, выполнено моделирование крупного пожара, чтобы изучить влияние температуры на обрушение кровли, эффективность работы спринклерных АУПТ. Результаты моделирования показали, что спринклеры, расположенные под потолком склада, не могут потушить огонь, но способны его локализовать и ограничить дальнейшее распространение огня. Дополнительно рассмотрен сценарий с установкой в стеллажах дополнительных спринклеров, с учетом NFPA 13. Результаты показали, что дополнительные спринклеры также не могут потушить пожар, но способны сдерживать распространение и значительно снижают температуру. Кроме того, при установке потолочных и стеллажных спринклеров снижают вероятность обрушение кровли.
1. Введение
Особенностью крупных пожаров на производственных и складских объектах является большое сосредоточение горючей нагрузки, поэтому пожар быстро распространяется, нанося большой ущерб. В настоящее время распространено проектирование складов с высотным стеллажным хранением. Увеличение высоты и размеров стеллажей направлено на увеличение эффективности использования складов, в результате это приводит к более плотному размещению товаров на стеллажах. Что в свою очередь значительно затрудняет процесс тушения пожаров. При этом большинство складов оборудуются спринклерными АУПТ только на потолке. И лишь небольшая часть складов оборудуются стеллажными спринклерными АУПТ.
Очевидно, что есть случаи, когда потолочных спринклеров недостаточно, чтобы потушить пожар на складах, поэтому актуально рассматривать моделирование работы потолочной и стеллажной АУПТ в соответствии с Стандартом по установке спринклерных систем NFPA 13. Моделирование выполняется для анализа температуры внутри склада и оценки эффективности спринклерной АУПТ.
2. Разработка модели
Для объекта разработана FDS модель, которая показана на рисунке 1. В качестве модели рассматривается помещение площадью 252 м2, которое является частью большого склада площадью 3000 м2, который оборудован спринлерной АУПТ. Внутри помещения хранится водолазное оборудование на металлических стеллажах, высота которых составляет 6 метров. Размещение оборудования осуществляется на двухрядных стеллажах. Оборудование хранится в коробках из двухслойного гофрированного картона толщиной не более 7 мм, которые уложены на деревянных поддонах. Данная горючая нагрузка классифицируется как пожар класса А.
Рисунок 1. Схема моделирования
Материал, приведенный в таблице 1, рассчитан исходя из максимальных показателей тепловыделения – складские материалы в соответствии с NFPA 72. Материалы выделять тепло, которое рассчитывается по этому формуле:
Qm = qA
где, Qm — максимальная скорость тепловыделения (кВт), q — скорость тепловыделения плотности на единицу площади поверхности (кВт/м2), A — площадь поверхности горения (м2).
Таблица 1: Материалы, применяемые в модели
| № | Элемент | Материалы в FDS |
| 1 | Пол | Бетон |
| 2 | Стена | Бетон |
| 3 | Крыша | Сталь |
| 4 | Стеллажи | Сталь |
| 5 | Поддоны | Дерево |
| 6 | Коробки | Дерево |
| 7 | Водолазное оборудование | ПВХ |
Размер ячейки
В расчетах применяется сетка с равносторонними ячейками 0,15 м.
Расположение спринклеров и термопар
При разработке модели расставлены спринклеры на потолке. 26 спринклеров с розеткой вверх расположены на ответвлениях на расстоянии 3 м между спринклерами, расстояние между ответвлениями 3 м. Применяется красной стеклянная колба, К-фактор 8,0 диаметр 3/4 дюйма, вскрытие происходит при температуре 68 °C. Максимальный расход спринклера составляет 73,323 л/м, расход определяется по уравнению:
Q = As * Ds
где, Q — расход (галлоны в минуту), As — расстояние между ответвлениями (м)*расстояние между спринклерами (м), и Ds — плотность хранения (м2).
Также устанавливаются термопары на уровне потолка, проверки условия возможного обрушения кровли во время пожар, ASTM E119 устанавливает критическое значение температуры 538 °C, модель показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Места установки термопар
Сценарии пожара
В соответствии с Кодексом безопасности жизнедеятельности NFPA 101, было определено 3 возможных сценария:
Сценарий 1. Возгорание происходит от окурка сигареты, загорается коробка с оборудованием, интенсивность тепловыделения — 3,405 кВт/м2. Модель показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Сценарий 1. Горючая нагрузка ПВХ
Сценарий 2. Возгорание от дизельного топлива, вытекшего из поврежденного погрузчика, воспламенение происходит от искры, скорость тепловыделения = 2,043 кВт/м2. Модель показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Сценарий 2. Горючая нагрузка дизельное топливо
Сценарий 3. Возгорание в результате короткого замыкания, происходит возгорание картонной коробки, мощность тепловыделения = 1248 кВт/м2. Модель показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Сценарий 3. Горючая нагрузка коробки из картона.
3. Результаты
Результаты каждого сценария приведены ниже:
Сценарий 1: после 5 секунд пожара спринклеры активируются, но пожар не удается потушить. Наименьшее значение температуры, измеренной на уровне потолка, составляет 120 °C, а максимальное значение — 180 °C, среднее значение — 165 °C, результаты показаны на рисунке 6.
Рисунок 6. Распределение температуры. Сценарий 1 – потолочная АУПТ
При использовании двух комплектов спринклеров (потолочных и стеллажных), активируемых через 3 секунды, пожар также невозможно потушить, но наименьшее значение температуры снижается до 90 °C, а максимальное значение остается неизменным, средняя температура составляет 137,5 °C, результаты показаны на рисунке 7.
Рисунок 7. Распределение температуры. Сценарий 1 – потолочная и стеллажная АУПТ
Сценарий 2: через 10 секунд спринклеры активируются, но пожар не удается потушить. Наименьшее значение температуры, измеренное на уровне потолка, составляет 34 °C, максимальное значение – 47,5 °C, а средняе — 43,75 °C, результаты показаны на рисунке 8.
Рисунок 8. Распределение температуры. Сценарий 2 – потолочная АУПТ
При использовании двух комплектов спринклеров (потолочных и стеллажных), которые активируются через 9 секунд, пожар также невозможно потушить. Минимальное значение температуры опускается до 33 °C, а максимальное — до 47 °C, среднее значение 40 °C, результаты показаны на рисунке 9.
Рисунок 9. Распределение температуры. Сценарий 2 – потолочная и стеллажная АУПТ
Сценарий 3: через 12 секунд спринклеры активируются, но пожар не удается потушить. Минимальное значение температуры, измеренное на уровне потолка, составляет 43 °C, максимальное — 63 °C, а среднее значение — 51,58 °C, результаты показаны на рисунке 10.
Рисунок 10. Распределение температуры. Сценарий 3 – потолочная АУПТ
При наличии двух комплектов спринклеров (потолочных и стеллажных), срабатывающих через 12 секунд, пожар также не может быть потушен. Минимальное значение температуры снижается до 30 °C, максимальное значение снижается до 49 °C, в результате чего среднее значение составляет 38,92 °C, результаты показаны на рисунке 11.
Рисунок 11. Распределение температуры. Сценарию 3 – потолочная и стеллажная АУПТ
Рисунок 12. Сравнение значений температур по сценариям
Как показано на рисунке 12, в сценарии 1 температура на уровне потолка составляет 165 °C, но при добавлении спринклеров в стеллажах, температура снижается до 137,5 °C (16,67%). Во втором сценарии средняя температура на уровне потолка составляет 43,75 °C. При применении стеллажной АУПТ температура снижается до 40°C (8,57%). В третьем сценарии температура на уровне потолка составляет в среднем 51,58°C. При применении стеллажных спринклеров температура снижается до 38,92 °C, как показано на рисунке 13.
Рисунок 13. Средние значения температуры
При увеличении расхода воды на тушение на дополнительные 20%, 40%, 60%, 80% и 100% видно, что пожар также не может быть потушен, но средняя температура снижается до 148,75 °C, 139,58 °C, 130,83 °C, 124,58 °C и 118,33 °C соответственно, как показано на рисунке 14.
Рисунок 14. Увеличение расхода спринклерной АУПТ
4. Заключение
По результатам моделирования и оценки всех сценариев, обе системы (как потолочные, так и стеллажные спринклеры) снижают температуру и ограничивают дальнейшее распространение пожара. Результаты измерения температуры показывают, что установка спринклеров в стеллажах, в дополнение к потолочной системе, способна значительно понизить температуру. Кроме того, обе системы могут предотвратить обрушение кровли, так как температура в сценарии с двумя системами спринклеров не превысила 538 °C.
По результатам расчетов можно сделать вывод, что спринклерная АУПТ на складе способствует снижению температуры при пожаре, и при увеличении расхода воды значительно снижается температура в помещении.