Пожаротушение тонкораспыленной водой. Технология и технические решения.

Введение

В поисках альтернативы традиционным системам пожаротушения внимание было сосредоточено на углекислом газе (CO₂), инертных газах и спринклерных системах. Однако у каждого из этих методов есть свои недостатки:

• CO₂: может вытеснять кислород, создавая опасность для людей.
• Спринклеры: приводят к водяному ущербу и не подходят для всех помещений.

Системы пожаротушения тонкораспыленной водой становятся все более привлекательной альтернативой благодаря своим преимуществам:

• Скорость: Быстрое тушение пожара.
• Экология: Минимальное воздействие на окружающую среду.
• Потребление воды: Низкое потребление воды.
• Ущерб: Снижение водяного ущерба.

Разработка систем пожаротушения тонкораспыленной водой началась в 1940-х годах и получила импульс после нескольких крупных пожаров. В настоящее время они применяются в широком спектре областей, включая исторические здания, туннели, корабли, атомные электростанции и при ликвидации взрывов. Важно понимать, что механизм пожаротушения системами тонкораспыленной водой отличается от традиционных спринклерных систем, чтобы обеспечить их эффективное использование.

Эта статья исследует тонкораспыленную воду как эффективный метод борьбы с пожарами. Авторы анализируют научные исследования, которые изучают, как тонкораспыленная вода работает, как ее свойства влияют на тушение огня, и как ее можно использовать в различных ситуациях. В статье рассматриваются следующие аспекты:

• Характеристики тонкораспыленной воды: размер капель, давление, скорость потока, добавки и угол распыления.
• Влияние окружения: высота потолка, вентиляция, динамика перемешивания воздуха в помещении.
• Стандарты и законы: как они влияют на использование тонкораспыленной воды.
• Проблемы: какие трудности возникают при использовании тонкораспыленной воды.

В конце статьи предлагаются решения и улучшения использования тонкораспыленной воды для борьбы с пожарами.

2. Пожаротушение с использованием тонкораспыленной воды

2.1. Методы получения тонкораспыленной воды

Тонкораспыленная вода – это специальный вид водяного распыления, где 90% всех капель имеют размер меньше 1000 микрон. Измерения производятся на расстоянии 1 метр от сопла при минимальном рабочем давлении. NFPA 750 (американский стандарт) делит тонкораспыленную воду на три класса по размеру капель:

• Класс 1: 90% капель меньше 200 микрон.
• Класс 2: 90% капель между 200 и 400 микрон.
• Класс 3: 90% капель больше 400 микрон.

Чтобы получить разные размеры капель, NFPA 750 предлагает использовать три диапазона давления:

• Низкое давление: до 12,1 бар.
• Среднее давление: от 12,1 до 34,5 бар.
• Высокое давление: от 34,5 бар.

Тип сопла также влияет на размер капель. Существуют три основных типа сопел для тонкораспыленной воды:

• (a) Сопла с соударением: вода ударяется о препятствие, образуя туман.
• (b) Сопла с струйным потоком: вода вылетает из сопла с высокой скоростью, разбиваясь на мелкие капли.
• (c) Сопла с двумя жидкостями: смешивается вода и воздух, образуя туман.

В системах тонкораспыленной воды используются разные типы сопел, чтобы создавать туман.

• (a) Сопла с соударением: Вода вылетает из двух или более отверстий и сталкивается друг с другом, образуя мелкие капли.
• (b) Сопла с форсункой под давлением: Вода вылетает из сопла с высокой скоростью, разбиваясь на мелкие капли.
• (c) Сопла с двумя жидкостями: В сопло подается вода и воздух, которые смешиваются, образуя туман.

Эти типы сопел позволяют создавать разные размеры капель тонкораспыленной воды, что влияет на ее эффективность при тушении пожара.

2.1.1. Сопла с соударением

Сопла с соударением (крайний рисунок справа) часто используются в системах пожаротушения тонкораспыленной водой. Их принцип работы похож на обычные пожарные спринклеры. В сопле с соударением вода вытекает из широкого отверстия и попадает на специальный отражатель. Отражатель разрушает сильный поток воды, превращая его в мельчайшие капли. Такие сопла обычно используются для создания более крупных капель тонкораспыленной воды (Класс 2 и Класс 3) в системах с низким и средним давлением.

2.1.2. Сопла с форсункой под давлением

Сопла с струйным потоком (рисунок в середине) имеют более узкие отверстия или камеры с завихрением. Вода вылетает из сопла с большой скоростью, образуя тонкую струю, которая становится неустойчивой при выходе в атмосферу и разбивается на мелкие капли. Сопла с струйным потоком используются в системах с низким, средним и высоким давлением, и могут создавать тонкораспыленную воду класса 1, где 90% капель меньше 200 микрон. Чтобы увеличить угол распыления, часто используют несколько сопел с струйным потоком, объединенных в единую головку.

2.1.3. Сопла с двухфазным распылением

Сопла с двумя фазами распыления – это тип сопел для тонкораспыленной воды, где сжатый газ (например, воздух или азот) используется для создания мельчайших капель воды перед выбросом. Такие сопла имеют два входа: для воды и для газа. Оба работают при низком давлении. Сопла с двумя жидкостями создают очень мелкие капли воды класса 1 и класса 2. Использование азота в качестве газа может дополнительно улучшить эффективность тушения пожара.

2.2. Механизмы контроля и подавления пожара

Огонь – это химическая реакция между горючими веществами и кислородом. Для простоты понимания огонь часто описывают с помощью “треугольника огня” (или “тетраэдра”), где основными компонентами являются топливо, кислород и источник тепла/воспламенения (а также химическая реакция). Большинство пожаров связаны с горением твердых веществ, хотя в различных отраслях промышленности часто встречаются пожары жидких и газообразных веществ. При наличии подходящих условий эти горючие вещества реагируют с кислородом воздуха, образуя продукты горения и выделяя тепло. Это тепло поддерживает горение, как бы постоянно “поджигая” окружающее топливо. Тонкораспыленная вода подавляет горение тремя основными способами:

• Отвод тепла: мелкие капли воды охлаждают горящие вещества, снижая температуру горения.
• Вытеснение кислорода: капли воды замещают кислород в воздухе, лишая огонь доступа к нему.
• Поглощение излучения: мелкие капли воды задерживают тепловое излучение от пламени, предотвращая распространение огня.

Эти механизмы делятся на первичные и вторичные (как показано на иллюстрации).

Тонкораспыленная вода работает, убирая два “бока” треугольника огня: снижая количество кислорода в воздухе и уменьшая выделение тепла, которое поддерживает горение.

Первичный механизм:

• Отвод тепла: мелкие капли воды охлаждают горящий воздух и смачивают/охлаждают поверхности горючих материалов.
• Вытеснение кислорода: капли воды замещают кислород в воздухе, лишая огонь доступа к нему.
• Быстрое расширение: в этой стадии капли воды испаряются быстрее, охлаждая горячие газы в зоне пожара.

Вторичный механизм:

• Блокирование теплового излучения: мелкие капли воды образуют “щит”, блокируя тепловое излучение от пламени и предотвращая распространение огня на окружающие поверхности.

2.2.1. Отвод тепла

Вода широко используется для тушения пожара, потому что она может охлаждать пламя, горящее топливо и поверхности окружающих материалов, которые еще не затронуты огнем. Вода обладает высокой теплоемкостью (около 4182 Дж/кг·°C) и высокой скрытой теплотой испарения (2260 кДж/кг), что позволяет ей поглощать значительное количество тепла.

\\ T_{f,crit}=T_{f,max}-\left(\frac{\left(T_{f,max} - T_{is}\right)\cdot m_{og}}{\frac{m_{fs}-(\frac{m_{og}}{r})}{1-m_{fs}}-r}\right)

Эта формула описывает, как тонкораспыленная вода может потушить огонь, охлаждая горящее топливо ниже температуры его воспламенения.

Формула помогает вычислить критическую температуру пламени (T_f,crit), при которой огонь потухнет. В формуле используются следующие обозначения: T_f,crit – критическая температура пламени (в градусах Цельсия) T_f,max – теоретическая температура пламени (в градусах Цельсия) T_ls – температура поверхности топлива/температура точки воспламенения (в градусах Цельсия) m_og – массовая доля кислорода в воздухе m_fs – массовая доля паров топлива над поверхностью жидкости r – стехиометрическое соотношение (масса кислорода, необходимая для сжигания единицы массы топлива) Тонкораспыленная вода охлаждает топливо, забирая тепло, когда вода превращается в пар. Скорость отвода тепла на единицу площади можно рассчитать с помощью специальной формулы.

\\ S_h = (H_f - \lambda_f) \dot{m}_b + R_a - R_s

В этой формуле:

S_h – скорость отвода тепла на единицу площади (кДж/м²·с) H_f – конвективное тепло, переданное от пламени на единицу массы топлива (кДж/кг) λ_f – тепло, необходимое для образования единицы массы пара (кДж/кг) m. – скорость горения на единицу площади (кг/м²·с) R_a – тепло, переданное на поверхность топлива (кДж/м·с) R_s – тепло, потерянное с поверхности (кДж/м·с), не включенное в λ_f.

Когда тонкораспыленная вода превращается в пар и отбирает тепло, она также вытесняет кислород из зоны горения. Для тушения пожара с диффузионным пламенем требуется от 100 до 200 грамм тонкораспыленной воды на кубический метр воздуха.

2.2.2. Вытеснение кислорода

Вытеснение кислорода из зоны горения давно используется как надежный метод тушения пожара (иллюстрация). Когда тонкораспыленная вода подается на очаг пожара или в помещение с пожаром, мелкие капли воды нагреваются и превращаются в пар. Испарение воды в зоне пламени приводит к объемному расширению пара, которое препятствует поступлению кислорода в пламя и значительно снижает концентрацию кислорода в помещении. Системы тонкораспыленной воды вытесняют кислород, производя большое количество пара. Капли воды обычно испаряются до того, как достигают пламени, и образовавшийся пар вытесняет кислород, способствуя тушению огня. Когда водяной туман попадает в зону пламени, испаряющаяся вода расширяется в 1600 раз по сравнению с ее жидким объемом. Это объемное расширение препятствует поступлению кислорода в пламя и разбавляет пары топлива, доступные для горения. Это способствует тушению пламени, разбавляя пары топлива ниже пределов горючести для данного вида топлива (устраняя химическую реакцию, необходимую для горения). Эффективность вытеснения кислорода тонкораспыленной водой зависит от свойств топлива. Минимальная концентрация кислорода, необходимая для поддержания горения, варьируется в зависимости от вида топлива. Кислород составляет около 21% воздуха в естественных условиях и является базовой концентрацией кислорода для типичного пожара. По многим исследованиям известно, что тление и открытое пламя требуют концентрации кислорода ниже 10% и 16% соответственно, чтобы прекратить горение.

Тонкораспыленная вода может предотвращать распространение огня, действуя как тепловой барьер, препятствующий нагреву от излучения горящего топлива к не горящим поверхностям вокруг огня (иллюстрация).

При типичных пожарах значительная часть тепла, выделяемого пламенем, передается излучением. Это форма энергии, распространяющейся в виде электромагнитных волн через материал или пространство. Во время пожара окружающие материалы поглощают, отражают или пропускают эту энергию, что повышает их температуру и инициирует пиролиз. Ученые описали механизм пиролиза твердых материалов, который приводит к выделению паров топлива. Пожар распространяется, когда эти летучие пары воспламеняются от разлетающихся угольков или от прямого контакта с пламенем. Ученые также описали, как капли воды препятствуют передаче лучистого тепла за счет поглощения и рассеяния теплового излучения. Это явление называется ослаблением (коэффициент поглощения по Планку) и описывается как эффект блокировки. Коэффициент поглощения материалов напрямую связан с их способностью поглощать излучение и тепловую энергию. Иллюстрация показывает высокий коэффициент поглощения воды (H₂O) по сравнению с другими газами при различных температурах.

Чтобы предотвратить нагрев и воспламенение поверхностей от радиации при пожаротушении тонкораспыленной водой, капли воды также смачивают поверхность. Минимальный поток воды, необходимый для предотвращения возгорания этих поверхностей, можно рассчитать с помощью Уравнения (3).

\\ \frac{F_{m}}{A_{s}}=\frac{\xi\cdot\upsilon\cdot\phi\cdot \left(T_{r}^{4}-T_{s}^{4}\right)-I_{c}}{H_{vap}} [3]

где F_m — минимальный расход воды (м³/с), As — площадь поверхности топлива (м²), ε — коэффициент излучательной способности радиатора, σ — постоянная Стефана-Больцмана (5,67 × 10^(-8) Вт/м²К⁴), φ — коэффициент вида топливного слоя, T_r — средняя абсолютная температура источника излучения (К), T_s — средняя абсолютная температура поверхности (К), I_c — критическая интенсивность излучения, необходимая для воспламенения со вспомогательным источником (кДж/кг), а H_(vap) — теплота парообразования воды (кДж/кг).

Эффективность системы тушения пожаров тонкораспыленной водой зависит от ее способности достигать следующих трех механизмов подавления:

• удаление тепла из газов;
• вытеснение кислорода водяным паром;
• ослабление излучения каплями воды.

Понимание этих механизмов привело к различным применениям систем тушения пожаров тонкораспыленной водой для обычных и уникальных типов пожарных рисков в различных отраслях.

3. Области применения систем пожаротушения водяным туманом

Системы пожаротушения тонкораспыленной водой доказали свою эффективность в различных условиях, таких как закрытые помещения, открытые пространства и большие хорошо вентилируемые участки. Кроме того, системы пожаротушения тонкораспыленной водой также используются для защиты от пожаров на промышленных объектах, в коммерческих зданиях, на объектах с электрическим оборудованием, в жилых зданиях (включая защиту от лесных пожаров), в транспорте, туннелях и для смягчения последствий взрывов.

3.1. Машинные помещения

В последние годы системы пожаротушения тонкораспыленной водой стали альтернативой углекислому газу и галогенсодержащим газам в машинных помещениях благодаря своей способности удалять тепло с горячих поверхностей без негативного воздействия на окружающую среду. Машинные помещения, такие как большие машинные отделения на корабле или на производственных объектах, создают опасность воспламенения жидкостей — топлива, смазочных и гидравлических масел. Поврежденная гидравлическая линия может создать пожары от распыленного топлива или от разливов жидкости, если горячие компоненты двигателя загорятся. Существуют различные протоколы испытаний, разработанные Международной морской организацией (IMO), Underwriters Laboratories (UL) и Factory Mutual (FM), касающиеся машинных помещений для различных сценариев пожаров, которые могут там возникнуть. Эти сценарии включают различные типы пожаров, размеры пожаров, препятствия в помещении, типы топлива, источники возгорания, размеры помещений и условия вентиляции. Недавние исследования, проведенные Жеонгом учеными, применяли системы тонкораспыленной воды к дизельным генераторам, корабельным машинным отделениям и машинным помещениям в соответствии с протоколами испытаний IMO и обнаружили, что водяная завеса может эффективно тушить различные пожары, включая пожары от распыленного топлива, разлитого топлива и каскадные пожары, которые могут возникнуть в машинных помещениях. Более крупный пожар в машинном помещении относительно размера отсека легче потушить из-за большего количества пара, образующегося для вытеснения кислорода. Согласно этим исследованиям, использование тонкораспыленной воды для защиты машинных помещений от пожаров является предпочтительным вариантом. Разнообразие протоколов испытаний, разработанных специально для защиты машинных помещений, подтверждает эту эффективность. Промышленная среда постоянно меняется из-за новых технологий, поэтому важно, чтобы и методы пожаротушения, такие как тонкораспыленная водяная завеса, адаптировались к этим новым рискам.

3.2. Энергетические турбины

Отсеки турбин рассматриваются как еще один вид машинных помещений, но потенциальные источники пожара здесь отличаются. Источником пожара в отсеке турбины в основном является сама турбина и соответствующая топливная линия. Тонкораспыленная вода отлично подходит для защиты турбин, так как она быстро и эффективно тушит пожар, вызывая минимальные термические удары и коррозионные повреждения, снижая необходимость в уборке после пожара и минимизируя негативное воздействие на окружающую среду. Согласна протоколу испытания FM Global 5560 для защиты турбин, охлаждение корпуса турбины не должно приводить к повреждению лопастей турбины. Для этого производители внедрили метод импульсного распыления, который включает кратковременное включение и выключение распыления, чтобы уменьшить быстрое охлаждение корпуса и при этом потушить пожар за установленное время. Ученые установили, что импульсное распыление в отсеке приводит к более быстрому тушению и использует меньший объем воды по сравнению с непрерывным применением. Повышение температуры в отсеке во время пауз в распылении воды позволяет каплям испаряться, а растущему пожару потреблять больше кислорода. После повторного включения системы тонкораспыленной воды дальнейшее охлаждение и турбулентное перемешивание способствуют эффективному тушению. Этот процесс повторяется до полного тушения пожара. Это требование делает защиту турбин одной из самых сложных задач. Импульсные методы распыления для турбин следует испытать в других приложениях и оценить, можно ли их преимущества применить к другим пожарным рискам. Поскольку производство электроэнергии — это дорогостоящий процесс с многочисленными потенциальными опасностями, методы пожарной защиты крайне важны для операторов турбин и страховщиков. Тонкораспыленная вода доказала свою эффективность в тушении пожаров, но для неё потребуется постоянное исследование и развитие по мере появления новых методов генерации и хранения электроэнергии. Важно, чтобы тонкораспыленная вода была пригодна для использования с электрическим оборудованием в энергетической отрасли.

3.3. Электрооборудование

Газы Halon и CO₂ известны как методы защиты электрического оборудования от пожаров. Однако есть опасения по поводу использования тонкораспыленной воды в качестве замены Halon и CO₂ из-за электропроводности воды, которая может вызвать повреждения или риск удара током для персонала. В ходе различных исследований было доказано, что тонкораспыленная вода является надежным методом защиты электрического оборудования в серверных комнатах, дата-центрах и шкафах с электрооборудованием. Пожары в таких помещениях обычно развиваются медленно, где горящие кабели с пластиковым покрытием и печатные платы распространяют коррозионный дым. Эти исследования показали, что тонкораспыленная вода может эффективно тушить пожары, не вызывая значительных электрических утечек по цепям и не нанося критических повреждений оборудованию. Работа оборудования оставалась неизменной во время и после испытаний. Вода также оказалась лучше газов тем, что способна охлаждать горящие кабели и предотвращать повторное возгорание пластика . Эти выводы показывают, что тонкораспыленная вода может безопасно использоваться в различных приложениях, включая диспетчерские для важного оборудования или центры хранения данных. Тонкораспыленная вода является экологически безопасной альтернативой ранее использовавшимся газам, которые способствуют разрушению озонового слоя. Множество промышленных объектов придают большое значение защите этого оборудования для обеспечения пожарной безопасности в их повседневной деятельности. Возможность контролировать огонь с минимальным повреждением зоны водой также делает тонкораспыленную воду привлекательной альтернативой пожарным спринклерам.

3.4. Транспортные средства

Системы пожаротушения тонкораспыленной водой предлагаются в качестве перспективного решения для устранения пожарных рисков в различных секторах транспорта. Давайте разберём, как эти системы применяются и их эффективность в разных условиях:

Морское Применение

Пассажирские Корабли и Паромы Предыстория: В 1980-х годах пожары на пассажирских паромах привели к значительным потерям, что заставило Международную морскую организацию (IMO) обязать устанавливать пожарные спринклеры на судах, перевозящих 35 или более пассажиров.

Проблемы: Установка традиционных спринклеров на существующих судах была сложной из-за веса и требований к пространству.

Решение: Системы пожаротушения тонкораспыленной водой стали жизнеспособной альтернативой, так как они оказались более эффективными в тушении пожаров в замкнутых пространствах по сравнению с традиционными спринклерами. Эти системы обеспечивают равную или лучшую защиту, особенно в небольших каютах.

Грузовые Корабли

Риски: Грузовые районы представляют значительную пожарную опасность из-за большой концентрации горючих материалов.

Исследования: Крупномасштабные испытания, проведенные Шведским техническим исследовательским институтом, показали, что системы пожаротушения тонкораспыленной водой на палубах для автомобилей (ro-ro) могут повысить защиту и увеличить расход воды по сравнению с традиционными системами водного распыления.

Ограничения: Несмотря на эффективное применение для прямого тушения, системы пожаротушения тонкораспыленной водой испытывали трудности с тушением пожаров в укрытых областях, например, за полками.

Авиационное Применение

Грузовые Самолёты

Испытания: полномасштабные испытания, проведенные Федеральным управлением авиации США (FAA), оценивали пожаротушение тонкораспыленной водой в качестве альтернативы галогенам для тушения пожаров в грузовых отсеках самолётов.

Результаты: испытания показали, что для эффективного действия тонкораспыленной воды требуется высокое давление, позволяющее контролировать пожар до 90 минут. Однако целевыми показателями являются 180 минут для обеспечения безопасной посадки и эвакуации.

Текущий Статус: из-за этих результатов системы пожаротушения тонкораспыленной водой пока не приняты как полноценная замена галогенам в авиации. Галогены остаются в использовании из-за их эффективности и отсутствия подходящей легкой альтернативы.

Наземное Применение

Применение: тонкораспыленная вода используется в транспортных грузовиках, военных боевых машинах и тяжелом промышленном оборудовании, таком как карьерные самосвалы.

Функция: системы тонкораспыленной воды используются для тушения пожаров дизельных двигателей транспортных средств, аналогично их применению для больших промышленных машинных залов.

Преимущества: системы тонкораспыленной воды не значительно уменьшают полезное пространство для груза или пассажиров и добавляют минимальный вес, что важно для сохранения эффективности в дальности передвижения и расходе топлива.

Продолжение исследований и разработок

Тренды в Индустрии: с ростом импорта и онлайн-шопинга возрастает зависимость от грузовых перевозок, что требует непрерывного улучшения систем пожарной защиты.

Проблемы Города: по мере расширения городов и увеличения проблем с транспортировкой, обеспечение безопасности на транспорте за счёт улучшенных технологий тушения пожаров остаётся важной задачей.

Системы пожаротушения тонкораспыленной водой, благодаря минимальным требованиям к воде и лёгкой конструкции, предлагают универсальное и эффективное решение для разных видов транспорта. Однако их применение должно учитываться с учётом специфических рисков и условий каждой ситуации.

3.5. Дорожные и железнодорожные тоннели

Пожарная защита на основе воды изначально была недооценена для использования в туннелях до тех пор, пока в период с 1995 по 2005 год не произошло несколько серьезных пожаров в автомобильных и железнодорожных туннелях. Это привело к тому, что системы пожаротушения тонкораспыленной водой для дорожных туннелей стали одной из наиболее активно исследуемых областей.

Описание: в Швейцарии были проведены пожарные испытания, в которых участвовали пассажирские автомобили, расположенные таким образом, чтобы имитировать аварию с участием трёх транспортных средств в туннеле.

Результаты: активация системы пожаротушения тонкораспыленной водой смогла контролировать горение трёх автомобилей и предотвратить распространение огня на соседние транспортные средства до полного потребления топлива в трёх контролируемых машинах. Когда топливные баки были повреждены, вода легко тушила горящее жидкое топливо и охлаждала его при распространении по дороге.

Дополнительная Польза: исследователи также отмечают, что системы тонкораспыленной воды улучшают видимость в туннелях во время пожаров и способствуют безопасной эвакуации.

Необходимость: поскольку конструкции туннелей различаются, важно использовать системы пожаротушения тонкораспыленной водой в каждом конкретном случае.

Дополнительные Исследования: для подтверждения их эффективности в сочетании с другими системами защиты, такими как вытяжные вентиляторы или методы пожарной сигнализации, необходимо проводить дальнейшие исследования и тестирования.

Интенсивность Исследований: на данный момент исследования в области противопожарной защиты в туннелях ведутся активно. Для более глубокого понимания и подтверждения эффективности систем тонкораспыленной воды требуется проведение дополнительных исследований.

Таким образом, системы пожаротушения тонкораспыленной водой, благодаря своей способности контролировать и тушить пожары, улучшать видимость и способствовать эвакуации, предлагают значительные преимущества для туннельной безопасности. Однако каждая ситуация требует индивидуального подхода и тщательного исследования для достижения наилучших результатов.

3.6. Атомные электростанции

Системы противопожарной защиты для атомных электростанций разработаны с применением концепции “защиты в глубину”. Эта концепция включает в себя предотвращение пожаров, быструю их детекцию и тушение, а также обеспечение возможности безопасного отключения. Давайте рассмотрим, как системы пожаротушения тонкораспыленной водой могут применяться в ядерной энергетике:

Концепция “Защиты в Глубину”

Основные Компоненты 1. Предотвращение Пожаров: меры по минимизации вероятности возникновения пожара. 2. Быстрая детекция и тушение: немедленное обнаружение и эффективная ликвидация пожара. 3. Безопасное Отключение: обеспечение возможности безопасного отключения оборудования и реактора.

Системы Тонкораспыленной Воды

Применение в АЭС

Защита Оборудования: как объясняют ученые, системы пожаротушения тонкораспыленной водой являются отличным кандидатом для защиты оборудования для безопасного отключения в пожарных отсеках. Это важно, так как применение обычного водяного распыления должно быть ограничено.

Конкретные Примеры: в последнее время были проведены несколько исследований для применения систем тонкораспыленной воды на атомных электростанциях, чаще всего в помещениях аварийных дизельных генераторов или электротехнических помещениях реактора. Эти исследования показали аналогичные результаты с существующими исследованиями о тушении пожаров тонкораспыленной водой в условиях энергообъектов и промышленных объектов.

Преимущества и Результаты Исследований

Эффективность: результаты исследований подтвердили, что системы тонкораспыленной воды являются эффективными для тушения пожаров и защиты критически важного оборудования.

Безопасность: в случае с ядерной энергетикой, безопасное пожаротушение особенно критично. Системы тонкораспыленной воды могут предложить улучшение в этом аспекте.

Перспективы для Ядерной Энергетики

Потенциал: поскольку ядерная энергия часто рассматривается как альтернативный метод генерации энергии, критически важно обеспечить надежные и безопасные методы тушения пожаров, чтобы минимизировать риски.

Дополнительные Применения: исследования систем тонкораспыленной воды могут быть полезными и для других аспектов обеспечения безопасности на атомных электростанциях, расширяя их применение и улучшая общую безопасность.

Исследования продолжаются для подтверждения того, что системы пожаротушения тонкораспыленной водой могут значительно повысить безопасность эксплуатации атомных электростанций. Это особенно важно в условиях повышенных требований к безопасности и надежности в энергетической отрасли.

3.7. Предотвращение взрывов

Риск Взрыва: воздушные газы могут создавать взрывоопасные зоны при воспламенении.

Решение с помощью Тонкораспыленной Воды: тонкораспыленная вода может разбавлять газовые облака, снижая риск воспламенения и взрыва, уменьшать давление взрыва и потенциально тушить пламя.

Механизм: тонкораспыленная вода поглощает энергию от взрыва и помогает разбить ударную волну.

Размер Капель: для оптимальной эффективности капли воды должны быть очень маленькими (около 1 мкм), что является технической проблемой для текущих технологий.

Ограниченные Исследования: использование тонкораспыленной воды для подавления взрывов — малоизученная область, требующая дальнейших исследований.

Таким образом, хотя тонкораспыленная вода показывает потенциал для подавления взрывов, нужно проводить дополнительные исследования для разработки систем, способных генерировать необходимые мелкие капли для достижения оптимальной эффективности.

3.8. Кухонные помещения

Проблемы с пожарами в фритюрницах: пожары в фритюрницах трудно потушить из-за высокой температуры масла и склонности к повторному возгоранию.

Ограниченные варианты: большинство систем пожаротушения не подходят для пищевого производства из-за химических добавок. CO₂ может потушить пламя, но недостаточно охлаждает масло.

Преимущества тонкораспыленной воды: тонкораспыленная вода эффективна для тушения пожаров в фритюрницах и охлаждения масла, предотвращая повторное возгорание.

Исследовательские данные: исследования показали, что тонкораспыленная вода успешно подавляет крупные промышленные пожары масла, независимо от его глубины.

Растущая потребность: популярность готовой еды приводит к увеличению числа пищевых производств, повышая потребность в надежной противопожарной защите для фритюрниц, включая крупные конвейерные.

Необходимость дальнейших исследований: для обеспечения безопасности работников и защиты ценного оборудования необходимо продолжить исследования систем с тонкораспыленной водой для коммерческих фритюрниц.

В сущности, тонкораспыленная вода выглядит перспективным методом пожаротушения для коммерческих и промышленных фритюрниц, предлагая экологически безопасное и эффективное решение для растущей индустрии.

3.9. Коммерческие здания

Тонкораспыленная вода в коммерческих зданиях: системы тонкораспыленной воды набирают популярность в коммерческих зданиях из-за их эффективности в тушении пожаров с минимальным ущербом от воды.

Преимущества перед спринклерами: системы тонкораспыленной воды могут эффективно подавлять пожары и вызывать меньше водяного ущерба по сравнению с традиционными спринклерами, что делает их привлекательными для защиты чувствительных помещений, таких как библиотеки, архивы и музеи.

Исследовательские данные: тестирование в библиотеках показало, что системы тонкораспыленной воды могут контролировать пожарный ущерб документам и тушить скрытые пожары с значительно меньшим количеством воды, чем спринклеры.

Ограничения: системы тонкораспыленной воды должны срабатывать в течение короткого времени (100 секунд), чтобы быть эффективными.

Продолжение исследований: необходимо дальнейшее тестирование, чтобы доказать преимущества тонкораспыленной воды перед спринклерными системами и доказать ее пригодность для различных типов коммерческих зданий.

В целом, хотя тонкораспыленная вода имеет перспективы как альтернатива спринклерам, требуется больше исследований для подтверждения ее преимуществ и надежности для различных коммерческих зданий.

3.10. Здания жилого фонда

Применение в жилых зданиях: тонкораспыленная вода рассматривается как жизнеспособная альтернатива спринклерам в жилых домах, особенно там, где ограничены запасы воды.

Эффективность: исследования показывают, что тонкораспыленная вода может эффективно контролировать пожары в спальнях и на кухнях, используя меньше воды, чем традиционные спринклеры.

Ограничения: беспокойство вызывают надежность и стоимость систем тонкораспыленной воды, а также недостаток всесторонних данных о долговременной работе и обслуживании, что ограничивает их широкое распространение.

Интегрированные системы: тонкораспыленная вода часто используется вместе с другими системами безопасности, такими как дымовые датчики, пожарные сигнализации и пассивные системы, для повышения пожарной защиты в жилых зданиях.

Защита от лесных пожаров: системы тонкораспыленной воды также могут быть использованы для защиты внешних элементов зданий от лесных пожаров, но для оптимизации их конструкции и работы при различных условиях ветра необходимы дальнейшие исследования. В переводе подчеркивается необходимость дальнейших исследований и разработок для устранения ограничений систем тонкораспыленной воды в жилых приложениях, особенно в отношении надежности, сбора данных и специфических требований к защите от лесных пожаров.

4. Исследования и разработки систем пожаротушения водяным туманом

Методы исследования: исследования тонкораспыленной воды проводятся через реальные огневые испытания и компьютерное моделирование. Огневые испытания:

Малый масштаб: эти эксперименты менее затратные и их проще проводить. они используются для небольших сценариев пожара с ограниченными ресурсами.

Большой масштаб: эти эксперименты более сложные, затратные и требуют больше времени. они имитируют крупные пожары в реальных условиях, таких как склады или ангары для самолетов.

Ключевые параметры: исследование выделяет два важных параметра для проектирования систем тонкораспыленной воды: Динамика распыления: характеристики сопла тонкораспыленной воды, включая размер капель, расход и форму распыления.

4.1. Характеристики распыления

Способность системы водяного тумана тушить определенные типы пожаров зависит от добавок в водяной туман, давления разряда форсунки, размера водяных капель, расхода воды, коэффициента K форсунки, импульса распыления и угла распыления.

4.1.1. Эффект различных добавок в водяной туман

Способность системы тонкораспыленной воды тушить определенные типы пожаров зависит от следующих факторов: добавки к тонкораспыленной воде, давление на выходе из сопла, размер водяных капель, скорость потока, K-фактор сопла, импульс распыления и угол распыления.

Каждая добавка показала небольшое увеличение времени подавления по сравнению с чистой водой. На рисунке 9 (a-b) показано, что наибольшее улучшение за счет жидких добавок наблюдалось при использовании AFFF при тушении пожаров углеводородных материалов, таких как дизельное топливо, за счет образования тонкого слоя фторированного поверхностно-активного вещества на поверхности жидкого бассейна. Фторированные пожарные пены, такие как PFAS, вредны для здоровья человека, поэтому в большинстве стран мира они запрещены. Пена и другие добавки не часто встречаются в системах подавления водяной пылью, поскольку они обычно полагаются на воду в качестве огнетушащего вещества, а ее эффективность регулируется другими параметрами, такими как давление подачи.

4.1.2. Эффект различного рабочего давления

Ученые предполагают, что повышение рабочего давления подачи в распылителях водяной пыли сокращает время тушения. Одна из главных причин заключается в том, что повышенное давление в системе водяной пыли приводит к более глубокому проникновению струи в зону пламени. Это, в свою очередь, помогает вытеснить горючую смесь из зоны горения, улучшая подавление огня и снижая риск обратного удара. Увеличение давления также ведет к уменьшению размера водяных капель, как показано на рисунке. Известно, что более мелкий размер капель является одним из ключевых факторов, влияющих на эффективность подавления водяной пылью.

4.1.3. Эффект различных размеров капель воды

Влияние размера водяных капель изучалось разными исследователями. Установлено, что размер капель является ключевым фактором, определяющим эффективность системы водяной пыли. Когда диаметр капель уменьшается до менее 1000 микрон, время тушения значительно сокращается, как показано на иллюстрации

Быстрое охлаждение происходит из-за испарения большого количества воды, что образует пар. Пар вытесняет кислород и ослабляет радиацию, что является механизмами подавления водяной пылью. На рисунке 12а показано снижение концентрации кислорода при сравнении диаметров водяных капель в 100 и 1000 микрон. Ученые наблюдали критическое время охлаждения для разных размеров капель водяной пыли от 100 до 1000 микрон и обнаружили, что эффективность выше на обоих концах шкалы, как показано на рисунке 12c. Влияние размера капель на снижение температуры и время тушения показано на иллюстрациях, чтобы показать примеры из разных экспериментов. Для меньшего размера капель, близкого к 100 микрон, огонь тушится за счет быстрого испарения, вытесняя кислород и охлаждая окружающий газ. На другом конце шкалы, ближе к 1000 микрон в зонах II и III, увеличенный размер капель дает большую массу и импульс для прямого проникновения в зону пламени до испарения. Это явление непосредственно охлаждает горящую поверхность огня и может обеспечить такое же критическое время охлаждения, как и другие механизмы подавления. Это открытие подчеркивает важность достижения эффективного диаметра капель, близкого к 100 микрон, в системе водяной пыли. Охлаждение зоны пламени за счет проникновения в зонах II и III благодаря импульсу также может быть достигнуто для более мелких капель, если увеличить скорость распыления, то есть расход сопла. Недостатком меньшего размера капель является влияние ветра, что может быть важным фактором во внешней среде или при турбулентных ветрах, создаваемых пожаром. Местоположение и скорость распыления могут быть связаны с определенными элементами здания, например, снаружи закрытых помещений.

4.1.4. Эффект различных расходов

Ученые показали, что более высокие скорости потока ведут к более быстрому тушению пожара. Это соответствует более ранним численным моделированиям, проведенным учеными, которые показали, что увеличение скорости потока улучшает проникновение капель, как показано на иллюстрациях. В сущности, более высокая скорость потока позволяет тонкораспыленной воде более эффективно достигать источника пожара и быстрее его тушить.

Исследование с использованием симуляций предполагает, что существует идеальная скорость потока для спринклерных систем, основанная на высоте потолка, чтобы максимизировать проникновение водяных капель. Хотя увеличение скорости потока обычно улучшает тушение из-за связи с рабочим давлением, исследование подчеркивает важность правильного проектирования скорости потока для оптимальной эффективности. Это связано с тем, что количество воды напрямую влияет на охлаждение пламени, являясь ключевым механизмом тушения пожара тонкораспыленной воды. Взаимосвязь между давлением на сопле и скоростью потока описывается K-фактором, который является важным параметром для проектирования систем тонкораспыленной воды.

Влияние различных коэффициентов К сопел

K-фактор распылительного сопла определяется как коэффициент расхода. Он относится к количеству воды, пропускаемому через сопло при заданном давлении. Уравнение ниже используется для определения давления на сопле из заданного K-фактора в зависимости от скорости потока.

\\ P=\left(\frac{Q}{k}\right)^{2} [4]

где P — это давление на входе сопла (бар), Q — расход сопла (л/мин), а k — коэффициент расхода K-фактор ( 1/(мин ·√(бар)). Ранее было установлено, что ведущий механизм тушения системы тонкораспыленной воды заключается в вытеснении O₂ благодаря меньшему размеру капель, достигаемому при более высоком рабочем давлении сопла.

Уравнение выше показывает, что давление и коэффициент расхода обратно пропорциональны; импульс распыления обеспечивает K-фактор для любого данного сопла, подчеркивая важность выбора сопла при проектировании системы тонкораспыленной воды.

4.1.6. Влияние различного импульса распыления

Импульс распыления, зависящий от массы, скорости и направления струи воды относительно огня, влияет на эффективность противопожарных систем. Сильный импульс позволяет воде проникать в пламя, охлаждать его и вытеснять кислород. Слабый импульс позволяет каплям воды оставаться в воздухе, что снижает тепловое излучение огня.

\\ M_w =\left(m_wl+m_wv+m_wa\right)\cdot V_{w} [5]

где ( M_w ) — импульс распыления; ( m_wl ) — масса воды в жидкой фазе; ( m_wv) — масса воды в паровой фазе; ( m_wa) — масса воздуха, увлекаемого туманом; и ( V_w ) — вектор скорости тонкораспыленной воды.

Импульс распыления водяного тумана, зависящий от массы воды, пара и воздуха, а также от скорости струи, играет важную роль в эффективности противопожарных систем. Исследования показывают, что импульс снижается с увеличением расстояния от сопла.

Сильнее импульс, глубже проникает вода в пламя, что приводит к более эффективному охлаждению и устранению тепла. Это подтверждается экспериментами, где глубина проникновения воды в пламя прямо пропорциональна импульсу распыления.

4.1.7. Эффект различных углов распыления**

Угол распыления сопла, который измеряется от центральной оси сопла, как показано на иллюстрациях, является важным параметром для эффективности системы водяного тумана. Исследования, проведенные с использованием различных углов распыления, показали, что узкий угол распыления (меньший θ) приводит к более быстрому тушению пламени, как видно на рисунке ниже, где представлены результаты экспериментов, проведенных с тремя разными углами распыления

Узкий угол распыления более эффективен, так как он позволяет быстро подавить подъемный горячий слой дыма, впрыскивая водяной туман. Широкий угол распыления менее эффективен, поскольку вода не может эффективно проникать в подъемный горячий слой. Чтобы компенсировать это, рекомендуется увеличивать расход воды при увеличении угла распыления, чтобы сохранить эффективность тушения. Аналогичным образом, увеличение высоты сопла или изменение других параметров помещения может затруднить проникновение воды в подъемный горячий слой при широком угле распыления.

4.2. Пожарные отсеки

Эффективность систем пожаротушения тонкораспыленной водой зависит не только от самой системы, но и от дизайна помещения, в котором она установлена. Такие факторы, как высота потолка, размер комнаты, вентиляция и смешивание газов, играют важную роль в том, насколько хорошо система охлаждает пожар, удаляет кислород и блокирует излучение тепла.

4.2.1. Влияние различной высоты потолков

Исследования показывают, что системы водяного тумана эффективны для контроля пожаров, но их производительность снижается с увеличением высоты потолка. Это связано с тем, что водяной туман с трудом достигает очага пожара по мере увеличения расстояния. Исследования предполагают, что системы типа “дилюж” хорошо работают до высоты в 9,1 метра, в то время как системы с закрытыми головками эффективны до высоты в 6,1 метра.

Размещение форсунок близко к источнику топлива оказалось эффективным, так как туман может охлаждать топливо и блокировать распространение огня. Увеличение высоты потолка также увеличивает объем комнаты, что может негативно сказаться на эффективности тушения. Аналогичные результаты наблюдались и для спринклерных систем, что предполагает, что высота потолка является ключевым фактором дизайна, который требует тщательного учета при разработке систем водяного тумана.

4.2.2. Влияние различных объемов помещений и вентиляции

Так же, как и высота потолка, объем комнаты также играет важную роль в подавлении пожаров с помощью системы водяного тумана. Большие пространства снижают эффективность системы, и существует ограниченное количество исследований о том, как преодолеть эту проблему. Исследования показали, что системы водяного тумана не смогли потушить пожары на открытых площадках без стен, даже при добавлении большего количества форсунок. Максимальный объем, в котором система водяного тумана смогла эффективно подавить пожар, составил 940 кубических метров.

Эксперименты показывают, что водяной туман тушит пожары в первую очередь за счет охлаждения, а не вытеснения кислорода. Несмотря на то, что уровень кислорода упал до 18,5%, пожар был потушен только при наличии охлаждающего эффекта тумана. В закрытых помещениях с ограниченной вентиляцией уровень кислорода может значительно снижаться, приводя к подавлению пожара. Это связано с тем, что горячие газы от пожара собираются под потолком и затем опускаются вниз при распылении водяного тумана. Это нисходящее движение горячих газов, известное как динамическое смешивание, дополнительно помогает в подавлении пожара.

4.2.3. Эффект различных ситуаций динамического смешения

Динамическое смешивание газов, вызванное распылением водяного тумана, помогает подавлять пожар, снижая уровень кислорода в нижней части комнаты и усиливая смешивание водяного тумана, пара и газов горения вблизи пожара. Это смешивающее действие улучшает эффективность водяного тумана. Исследования показывают, что размещение форсунок ближе к потолку более эффективно, чем размещение ниже, так как они могут возвращать горячие газы обратно в зону горения. Концепция циклического включения и выключения водяного тумана, называемая “циклическим распылением,” показала ускорение тушения пожара. Этот циклический эффект заставляет горячие газы подниматься, когда туман выключен, а затем снова смешиваться вниз, когда туман включен, что приводит к более быстрому снижению уровня кислорода и усиленному подавлению. Данные исследования демонстрируют потенциал циклического распыления для улучшения производительности существующих систем водяного тумана.

4.2.4. Влияние внешней среды и ветровых условий

В условиях на открытом воздухе ветер может значительно повлиять на эффективность систем водяного тумана. Исследования, моделирующие лесные пожары, показали, что ветер может становиться более турбулентным из-за огня, создавая пульсирующие скорости ветра. Это означает, что форсунки, установленные на крыше, могут быть менее эффективны, чем те, которые размещены ближе к земле, так как их поток может быть смещен ветром от цели. Текущие стандарты защиты от лесных пожаров не полностью учитывают ограничения в размещении и дизайне форсунок, что оставляет пространство для улучшений. Системы водяного тумана могут предложить преимущество перед традиционными системами орошения из-за их более низкого расхода воды и применения, что делает их более подходящими для защиты от лесных пожаров.

4.3. Современные системы пожаротушения водяным туманом

Автор провел детальное исследование существующих систем водяного тумана, чтобы охарактеризовать их применение, ограничения и рабочие параметры. В процессе исследования были выявлены три категории систем водяного тумана, основанные на давлении: низкое (<12,1 бар), среднее (12,1-34,5 бар) и высокое (>34,5 бар).

4.3.1. Системы низкого и промежуточного давления Tyco AquaMist ULF

AquaMist Ultra Low Flow (ULF) – это система водяного тумана низкого давления, которая также может использоваться для полного затопления. Она работает при давлении от 7 до 16 бар и производит капли диаметром от 100 до 200 микрон. Система доступна в разных конфигурациях и с различными типами сопел для разных задач. Она может устанавливаться как с насосной системой подачи воды, так и с резервуаром для воды и баллонами высокого давления. Система сертифицирована UL и FM Global для использования в машинных отделениях, на компонентах машин, для тушения огня от жаровен и для паровых турбин. В зависимости от типа используемых сопел система имеет ограничения по высоте потолка, максимальная высота – 10 метров. Компания Tyco также предлагает систему водяного тумана высокого давления.

FireKill разработал систему для использования в атриумах и других больших помещениях. Система с открытыми соплами работает при давлении 10 бар и монтируется на стену, выпуская струю горизонтально. Она распыляет капли диаметром менее 300 мкм с обеих сторон помещения.

Отличительной особенностью системы является отсутствие ограничений по высоте потолка в атриуме, но ее применение ограничено шириной стен, максимальная ширина составляет 26 метров.

4.3.2. Системы высокого давления Tyco AquaMist FOG

AquaMist FOG – это система водяного тумана высокого давления, которая работает при давлении от 50 до 200 бар и создает капли диаметром около 50 микрон. Как и предыдущая система, она предлагается с разными типами сопел для различных задач и может быть подключена к насосной системе или использовать баллоны сжатого воздуха. Система сертифицирована FM Global для использования в машинных отделениях и для турбин внутреннего сгорания. Применение ограничено объемом помещения, не превышающим 260 м³, и максимальной высотой потолка 5 метров. Данная система похожа на систему высокого давления Marioff HI-FOG от Kidde.

Marioff HI-FOG – это система водяного тумана высокого давления, предназначенная для полной защиты помещения. Она работает при минимальном давлении 40 бар и производит капли диаметром около 50 микрон. Система сертифицирована FM Global для использования на турбинах внутреннего сгорания, в машинных отделениях и в специальных помещениях с опасным оборудованием.

SEM-SAFE – это система водяного тумана высокого давления, которая работает при давлении около 100 бар и производит капли диаметром от 10 до 50 микрон. Система одобрена FM Global для использования в дата-центрах, машинных отделениях, коридорах и офисах с высотой потолка не более 5 метров. Также рекомендуется для использования в морских условиях.

5. Нормативные документы по проектированию систем пожаротушения водяным туманом

Системы водяного тумана обычно разрабатываются по принципу “performance-based”, так как не существует универсального решения. Существуют стандарты, регулирующие проектирование, установку и обслуживание систем пожаротушения водяным туманом. Конкретные стандарты зависят от юрисдикции в конкретном регионе. Основные стандарты для систем водяного тумана: NFPA 750, Australian Standard AS 4587, British Standard BS 8458 и European Standard EN 14972. Также разработан стандарт AS5414 для систем водяного распыления от лесных пожаров. Цель этих стандартов – предоставить пользователям систем водяного тумана минимальные требования к проектированию, установке, испытаниям и вводу в эксплуатацию. Разделы стандартов, касающиеся проектирования, направляют пользователей на соответствие требованиям, указанным для конкретной системы. Недостаток информации и рекомендаций в стандартах может объясняться пробелами в исследованиях, связанных с системами пожаротушения водяным туманом. Основные нормы проектирования содержатся в NFPA 750 и AS 4587.Оба стандарта устанавливают сходные требования к компонентам, таким как трубопроводы и материалы для фитингов, антикоррозионная защита, использование фильтров, опор для труб, изолирующих и обратных клапанов. Все эти требования направлены на обеспечение долговечности системы и увеличение срока ее службы.

5.1. Стандарты США

Технический комитет NFPA по системам пожаротушения тонкораспыленной водой был организован в 1993 году представителями исследовательских и инженерных сообществ, производителями систем водяного тумана, страховой отрасли и органов надзора. Стандарт NFPA 750 был издан и регулярно обновляется, чтобы включать минимальные требования к проектированию, установке, техническому обслуживанию и испытаниям систем пожаротушения водяным туманом. Этот стандарт определяет конкретные области применения водяного тумана: машинные отделения, газовые турбины, технологическое оборудование, локальные применения, жаровни для промышленной обработки масла, компьютерные помещения, вытяжные шкафы для химических веществ и прессы для непрерывной обработки древесины. Стандарт также включает системы защиты помещений для жилых зданий. В нем не указаны четкие критерии противопожарной безопасности, а также отсутствуют конкретные рекомендации по проектированию систем, которые могли бы непосредственно контролировать, подавлять или тушить пожар.

5.2. Стандарты Австралии

В 1999 году Комитет по системам пожаротушения для объектов с особым режимом пожароопасности (FP-011) Standards Australia выпустил свой первый стандарт для систем пожаротушения водяным туманом (AS 4587). Стандарт AS 4587 устанавливает минимальные требования и рекомендации по проектированию, установке и вводу в эксплуатацию систем пожаротушения водяным туманом, а также описывает характеристики различных типов систем. В нем указаны области применения водяного тумана: машинные отделения, газовые турбины, промышленные жаровни и локальные системы пожаротушения для бассейнов и распыления. Стандарт не распространяется на жилые помещения и другие типы зданий. В нем не указаны критерии эффективности по критериям расхода или плотности, а также не охватывают системы водяного тумана в жилых помещениях или системы для подавления взрывов.

Стандарт AS5414 разработан для защиты от лесных пожарах, но не учитывает воздействие лучистого тепла и не предоставляет параметры для проектирования систем, рассчитанных на более сильное воздействие лесного пожара на критичные элементы зданий. Вместо этого, он концентрируется на полном охвате водой, используя расстояние между соплами и их расположение (включая коньки крыши).

5.3. Стандарты Великобритании

В 2015 году Британский институт стандартов опубликовал стандарт BS 8458 для стационарных систем пожаротушения для жилых помещений и систем водяного тумана для бытового использования. Стандарт BS 8458 охватывает проектирование, установку, водоснабжение, ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание и испытания систем водяного тумана с автоматическими соплами, устанавливаемыми в жилых и бытовых помещениях. Данный стандарт не распространяется на системы водяного тумана, используемые в промышленных и коммерческих зданиях. Промышленные и коммерческие системы водяного тумана описаны в стандартах BS 8489-1 и BS 8489-7.

5.4. Стандарт Европейского Союза

Европейский комитет по стандартизации опубликовал европейский стандарт для стационарных систем пожаротушения водяным туманом (EN 14972). Стандарт EN 14972 устанавливает требования и предоставляет рекомендации по проектированию, монтажу, осмотру и техническому обслуживанию всех типов стационарных наземных систем водяного тумана. Стандарт не охватывает защиту от взрывов или использование в транспортных средствах.

6. Вызовы и проблемы

В статье проанализированы современные технологии пожаротушения водяным туманом, включая методы его создания, механизмы пожаротушения, области применения, ключевые характеристики и применимые стандарты проектирования. Анализируя существующие исследования, автор выявляет актуальные проблемы и задачи, связанные с использованием водяного тумана в качестве средства пожаротушения. Основные проблемы и вопросы, выявленные в результате обзора литературы, рассматриваются в следующих подразделах.

6.1. Обслуживание и эксплуатация

Основная проблема систем пожаротушения водяным туманом – это создание мелких капель воды с использованием высокого давления и малых отверстий в соплах, что порождает ряд технических вопросов. Это сочетание факторов может привести к засорению и закупорке трубопроводов коррозионными продуктами. Альтернативой для сохранения мелкого размера капель является использование более низкого давления в системах с двойным потоком, но двойные линии подачи и хранение воды и сжатого газа значительно увеличивают эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание системы пожаротушения водяным туманом. Системы могут требовать более частого технического обслуживания, чем другие системы пожаротушения, а их проектирование может потребовать больших усилий для адаптации к среде, в которой они будут установлены. В современных исследованиях отмечается, что необходимо рассмотреть ряд вопросов, связанных с техническим обслуживанием и осмотром, например: как часто следует промывать трубопроводы, чистить или заменять фильтры, проводить испытания насосов. К сожалению, данные о долгосрочной истории технического обслуживания систем водяного тумана в значительной степени отсутствуют или не подтверждены. В литературе рекомендуется использовать существующие рекомендации по техническому обслуживанию автоматических спринклерных систем для систем водяного тумана. Необходимо разработать более подходящие рекомендации, специально для отдельных типов систем водяного тумана, так как они различаются в зависимости от применения. Их следует разработать производителям или органам власти в виде законодательного стандарта.

6.2. Проектирование и стандартизация

Пожаротушение водяным туманом – сложный процесс, зависящий от множества факторов, таких как размер капель воды, скорость распыления, угол и высота сопла, размер помещения, вентиляция, количество горючего материала и метод активации сопла. Отсутствие единой теории, учитывающей все эти факторы, затрудняет проектирование систем пожаротушения водяным туманом.

Существующие методы моделирования с использованием программного обеспечения для динамики пожаров неточны из-за недостатка данных. Поэтому для проверки и подтверждения расчетов зачастую требуется проведение дорогостоящих испытаний.

Такой подход делает системы пожаротушения водяным туманом менее экономически выгодными и ограничивает их распространение.

6.3. Проблемы применения

Хотя водяной туман доказал свою эффективность в борьбе с пожарами в различных сценариях, его использование во многих странах ограничено промышленными объектами.

В США и Великобритании водяной туман уже применяется в жилых помещениях, но в Австралии и других странах мира его использование ограничено отсутствием достаточных данных о его эффективности и недостатком исторических свидетельств.

Необходимы дополнительные исследования и разработка протоколов испытаний, чтобы доказать эффективность водяного тумана в различных сценариях, включая жилые и коммерческие здания, помещения с легкой пожарной опасностью, электронные системы, складские помещения и защиту от лесных пожаров.

6.4. Экономические проблемы

Высокая стоимость систем пожаротушения водяным туманом связана с использованием сложных конструкций и компонентов.

Несмотря на существование различных методов генерации водяного тумана, все они связаны с дополнительными расходами, делающими эту систему более дорогой по сравнению с традиционными спринклерными системами или системами газового пожаротушения.

Пока доступны и разрешены к применению газовые системы пожаротушения, водяной туман может оставаться дорогим вариантом для защиты имущества.

Необходимы дальнейшие исследования для снижения общей стоимости систем пожаротушения водяным туманом.

7. Выводы и рекомендации

Обзор литературы показал, что системы пожаротушения водяным туманом эффективны для многих применений благодаря охлаждению, вытеснению кислорода и ослаблению теплового излучения.

Однако существуют ограничения, связанные с использованием водяного тумана в новых и развивающихся областях пожарной опасности.

Для повышения эффективности и расширения применения систем пожаротушения водяным туманом в зданиях и промышленности рекомендуется провести дополнительные исследования, направленные на:

• Улучшение материалов: Разработка коррозионностойких материалов и способов предотвращения засорения мелких сопел.
• Исследование эффективности: Проведение исследований по эффективности водяного тумана при различной высоте сопел, конфигурации помещений и типах горючих материалов.
• Разработка теории: Создание теоретической основы для проектирования, применимой к широкому спектру опасностей, и разработка стандартов для проектирования и установки.
• Разработка протоколов испытаний: Создание новых протоколов испытаний водяного тумана в помещениях с легкой пожарной опасностью и жилых зданиях в качестве альтернативы спринклерным системам.
• Исследование экологических преимуществ: Оценка экологических преимуществ водяного тумана по сравнению с системами газового пожаротушения на протяжении всего жизненного цикла продукции.
• Исследование новых областей применения: Изучение потенциала использования водяного тумана для защиты от новых и возникающих пожарных опасностей, таких как лесные пожары, горючие облицовочные материалы, хранилища электрических батарей, электромобили, автоматизированные складские помещения, распределительные щиты, центры обработки данных и компактные жилые здания

 

8. Применение ТРВ в России

Автоматические установки пожаротушения тонкораспыленной водой (АУП-ТРВ) могут эффективно обеспечивать пожарную безопасность самых различных объектов, начиная от подкапотного пространства автомобилей и заканчивая машинными отделениями ледоколов.

В России проектирование автоматических установок пожаротушения регулируется СП 485.1311500.2020 “Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования”.

Однако, в этом нормативном документе отсутствуют параметры, необходимые для проектирования АУП-ТРВ:

• 1. Интенсивность орошения защищаемой площади.
• 2. Минимальная площадь орошения (в м²).
• 3. Минимальная продолжительность тушения пожара.
• 4. Требования к геометрическому расположению элементов системы АУП-ТРВ.
  другие параметры.

Кроме того, отсутствует стандартизированная методика испытаний систем ТРВ, поэтому производителям ТРВ при согласовании стандарта организации необходимо индивидуально разрабатывать методику испытаний.

Производители совместно с МЧС России уже разрабатывали собственные методики испытаний для конкретных видов (классов) пожаров и конкретных элементов систем пожаротушения на тонкораспыленной воде. На основании этих работ были разработаны и согласованы Стандарты организаций, в которых, наряду с требованиями СП 485, приводятся необходимые параметры для проектирования систем ТРВ.

Монтаж и проектирование систем ТРВ без согласованного Стандарта организации является отступлением от действующих требований. Поэтому при выборе поставщика оборудования АУП-ТРВ нужно удостовериться в наличии согласованного с МЧС Стандарта организации.

 

9. ТРВ и СТУ

ТРВ часто используются для решения нестандартных задач по обеспечению пожарной безопасности, например, защиты объектов (зданий) в безводных районах или в районах с ограниченным количеством воды.

Для нестандартного использования ТРВ необходимо разрабатывать специальные технические условия по пожарной безопасности.

Смотреть технические решения по применению автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, которые прошли согласование в МЧС России: