Протипожежне водопостачання

Вплив випадкових факторів на надійність систем водопостачання

Система водопостачання схильна до впливу випадкових чинників, які необхідно прогнозувати. Для розрахунку параметрів системи  необхідно знати можливі джерела  випадкових впливів, а також їх кількісні  характеристики. Випадкові впливу зовнішнього  середовища (клімату, пори року, метеорологічних  умов і т. д.), відхилення від нормального  режиму водоспоживання всередині самої  системи (включення непередбаченого  кількості пожежної техніки, обумовлене зростанням рівня пожежної небезпеки  об'єктів; надмірне споживання води на господарсько-питні потреби в  внаслідок поліпшення рівня санітарно-технічного забезпечення тощо) бувають настільки  значними, що можуть призвести до суттєвої зміни параметрів роботи системи. Тому оцінки впливу зазначених факторів необхідно приділяти серйозну увагу при проектуванні нових і реконструкції існуючих систем.  
Незважаючи на це, вплив випадкових факторів далеко не завжди враховується, і фактичні умови роботи системи часто істотно відрізняються від умов, на які вона була розрахована при проектуванні Наприклад, режим водоспоживання при гасінні пожеж залежить від великої кількості причин, які важко врахувати і фактичні витрати води можуть істотно перевищити нормативні. Слід також зазначити, що споживання води для гасіння пожеж збільшується з року в рік. Поряд з цим модернізується техніка для відбору води на протипожежні потреби і збільшується продуктивність пожежних автонасосів. У той же час не виключено, що параметри роботи системи водопостачання, що визначають характеристики її функціонування протягом певного терміну служби, будуть нижче характеристик функціонування нової пожежної техніки. Це призведе до спаду функціонування системи водопостачання.  
Визначення впливу відмов на якість безперебійного водозабезпечення є предметом дослідження надійності систем водопостачання. При розробці критеріїв і норм надійності водозабезпечення та виборі номенклатури відповідних параметрів необхідно враховувати конструкції водопровідних споруд системи на стадії проектування, а також прогнози розвитку пожежної техніки Імовірність нормального функціонування системи водопостачання залежить не тільки від правильного визначення тривалості відбору води, але і від розрахунку тривалості відновлення витраченого кількості води при пожежі. Для визначення рівня якості роботи системи необхідно мати математичну модель для визначення характеристик станів системи залежно від її параметрів.

Установки лафетних стволів

Лафетні установки застосовують для подачі та управління водяними або пінними струменями великої потужності. Для цієї мети пожежні лафетні стовбури великої продуктивності (до 100 л / с) встановлюють на спеціальних вишках, покрівлі будинків або майданчиках і підключають до спеціального протипожежного водопроводу високого тиску.  
Лафетні установки призначені для гасіння пожеж у складах лісо-, пиломатеріалів, на технологічному обладнанні великої висоти (наприклад, ректифікаційних і вакуумних колонах нафтопереробних заводів), а також складах зі скрапленим пальним газом. Для оперативної роботи лафетного ствола передбачається швидкодіюча арматура включення і виключення подачі рідини з водопроводу.  
Лафетні установки бувають з ручним і автоматизованим приводом. Наведені вище схеми визначають лише склад і взаємне розташування елементів системи водопостачання. Розміри окремих споруд і установок, число і потужність насосів, місткість резервуарів, висоту і місткість водонапірних башт, діаметри труб розраховують залежно від витрати води, що подається і наміченого для них прогнозом режиму роботи.  
Основним чинником, що визначає параметри роботи елементів системи водопостачання, є режим витрачання води споживачами, яких ця система обслуговує. На відміну від багатьох інженерних систем, що розраховуються але заздалегідь відомим і заданим навантаженням, системи водопостачання повинні враховувати безперервно мінливий режим водозабезпечення, тому при проектуванні систем водопостачання необхідно точне прогнозування водоспоживання.  
Для промислових підприємств витрати води на виробничі потреби задають відповідно до технологічного регламенту споживання води. Складніше прогнозувати водоспоживання в населених пунктах, так як витрачання води населенням визначається низкою чинників, пов'язаних з укладом життя і трудовою діяльністю людей.

Спринклерне та дренчерне обладнання

Спринклерне обладнання призначене для автоматичної подачі сигналу про пожежу та її гасіння. Обладнання складається з  труб, прокладених всередині приміщення під стелею. На трубах встановлені  спринклери, які автоматично відкриваються  при підвищенні температури в  приміщенні до заданої межі і подають  в осередок горіння воду у вигляді  краплинних водяних струменів Спринклерна  система постійно знаходиться під  тиском води, щоб забезпечити її подачу до місця пожежі при відкриванні  замку спринклера. Вододжерел спринклерів  обладнання служить господарсько-протипожежний, виробничо-протипожежний та інші водопроводи, а також природні вододжерела  і штучні водойми.  
Залежно від виду вододжерела вибирають тип водоживильника. Зазвичай спринклерне обладнання має два водоживильника: допоміжний (автоматичний) і основний. Автоматичний водоживильник (водонапірний бак, гідропневматична установка, водопровід) подає воду і встановлення до моменту включення в роботу основного водоживильника. В якості основного водоживильника використовують насосно-силове обладнання, водопроводи та запасні ємності. Трубопроводи спринклерного обладнання в режимі очікування заповнюють водою або повітрям в залежності від температури повітря в приміщенні. Розподільні мережі спринклерного обладнання поділяються на самостійні секції (зазвичай секція захищає приміщення або поверх будівлі) з тупикової або кільцевої розводкою трубопроводів. Краплинні водяні струмені утворюються при виході води з спринклера при напорі не менше 5 м.  
Дренчерне обладнання призначено для автоматичного або ручного гасіння пожежі в приміщеннях шляхом зрошення крапельними водяними струменями на розрахунковій площі будівлі. Дренчерне обладнання використовують також для створення водяних завіс в отворах дверей чи вікон, зрошення окремих елементів технологічного устаткування і т. п. Таке обладнання застосовують для пожежонебезпечних об'єктів, де можливе швидке поширення вогню. При горінні легкозаймистих речовин і рідин дренчерне обладнання локалізує пожежа (стримує розвиток вогнища пожежі), дозволяє пожежним наблизитися до вогнища горіння і запобігає можливість поширення вогню на сусідні об'єкти. Пристрій дренчерного обладнання схоже зі спринклерним, тільки замість спринклерів на розподільній мережі встановлені дренчери (спринклери без легкоплавкого замка) та автоматичне включення подачі води здійснюється по команді пожежного сповіщувача, що реагує на один з факторів, супутніх пожежі (теплота, дим, полум'я).  
Стаціонарні установки локального дії використовують для гасіння загорянь на окремих ділянках технологічних установок особливо високої пожежної небезпеки, коли застосування спринклерної-дренчерного обладнання неефективно. Ефект гасіння в даному випадку досягається миттєвої подачею великої кількості води у вогнище пожежі за короткий проміжок часу. Гасіння полум'я твердих горючих матеріалів і рідин в даному випадку досягається в результаті подачі розпилених або туманообразного водяних струменів. Для утворення таких струменів використовують спеціальні зрошувачі, в які вода подається під високим тиском (до 1 МПа).  
Установки водопінного пожежогасіння застосовують для гасіння полум'я легкозаймистих і горючих рідин. Найбільшого поширення ці установки отримали в системах протипожежного захисту хімічної, нафтохімічної та інших галузях промисловості, де видобувають і переробляють нафту і природний газ. Вогнегасною засобом у таких установках є піна, яка виходить з 4-6%-ного водного розчину піноутворювачів. Пінні установки мають спринклерні або дренчерні виконання. За своєю будовою вони аналогічні стаціонарним установкам водяного пожежогасіння. Відмінність полягає в тому, що спринклери замінені зрошувачами піни, а дренчери - генераторами піни. Крім того, водоживильник пінних установок додатково обладнали дозаторами для введення необхідної кількості піноутворювача в потік води.

Прогнозування водоспоживання

Водоспоживання  при гасінні пожеж характеризує певну послідовність подачі води, яка об'єднує три етапи: приведення пересувних засобів гасіння в дію, локалізація пожежі та її ліквідація.  
Кожному етапові властиві певні ознаки: першому - число і протяжність рукавних лінії, необхідних для подачі необхідної кількості води від пожежних гідрантів до вогнища пожежі; другому - периметр пожежі (фронт поширення вогню) і швидкість розвитку пожежі; третьому - питома витрата води для гасіння пожежі.  
У ряді випадків споживання води характеризується не стільки параметрами пожежі, скільки випадковими факторами, що визначають технічний стан техніки та психологічний стан пожежних. Практика показує, що кількість витрачається під час реальної пожежі води в 4-5 разів перевищує кількість води, що витрачається при гасінні досвідчених (навчальних) пожеж  
Споживання води при гасінні пожеж в реальній обстановці досягає 500-875 л/м2. Споживання води різко зростає при гасінні великих пожеж.  
На основі обробки статистичних даних встановлено, що витрата води для гасіння пожежі Q (л / с) залежить в основному від обсягу W (м3) палаючого приміщення  
Q = 0,0223 W. (1)  
Розглянуті дані свідчать про переважне вплив випадкових факторів на процес водоспоживання при гасінні пожеж пересувними засобами, тому питання водоспоживання доцільно розглядати з залученням теорії ймовірностей і математичної статистики.  
Отримані Івановим Є.М. середні значення Q (л / с) наведено нижче:  
Житлові та громадські будівлі (висотою до двох поверхів). ... ... ... 11,24  
Те саме (заввишки три поверхи і більше) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18,63  
Промислові будівлі I і II ступенів вогнестійкості ... ... ... ... ... 22,14  
Те ж, IV та V ступенів вогнестійкості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 26,05  
Таким чином, у житлових і громадських будівлях підвищеної поверховості витрата води більше, ніж у будинках з невеликою (до двох поверхів) поверховістю. Витрата води для гасіння пожеж на промислових підприємствах залежить від ступеня вогнестійкості будівельних конструкцій. У будинках зі спалимими конструкціями (IV-V ступінь вогнестійкості) витрата води більше, ніж у будинках з негорючих будівельних конструкцій.  
Аналіз фактичних витрат води для гасіння пожеж у містах показав, що чисельність населення не впливає на величину витрати води, в той час як діючими нормами витрата води встановлений в залежності від чисельності населення міста. У той же час фактичний витрата води, що спостерігається в процесі гасіння окремих пожеж, перевищує нормативні витрати води. Це положення в першу чергу відноситься до витрат води для гасіння пожеж на промислових підприємствах підвищеної пожежної небезпеки.

Витрата води для гасіння пожеж всередині  будівель

Витрата води на гасіння пожеж всередині  житлових, громадських, виробничих і  допоміжних будівель приймають залежно  від продуктивності (витрат) струменя і числа одночасно діючих струменів.  
Для гасіння пожеж всередині будівель передбачають внутрішнє пожежогасіння в гуртожитках, готелях, пансіонатах, адміністративних будинках, школах-інтернатах, санаторіях, будинках відпочинку, лікарнях та інших лікувально-профілактичних установах, дитячих садах-яслах, дитячих будинках, будинках дитини, будинках піонерів, спальних корпусах піонерських таборів і шкіл-інтернатів, музеях, бібліотеках, виставкових павільйонах, магазинах, кінозалах, підприємствах громадського харчування та побутового обслуговування, навчальних закладах, допоміжних будинках промислових підприємств висотою 40-50 м і об'ємом понад 25 тис.м3, приміщеннях, розташованих під трибунами на стадіонах, спортивних залах обсягом більш як 25 тис.м3 конференц-залах і актових залах більш 700 місць і актових залах та конференц-залах, обладнаних стаціонарною апаратурою, при місткості більше 500 місць.  
Внутрішні протипожежні водогони можуть забезпечувати потребу у воді не тільки для зовнішнього та внутрішнього гасіння пожеж, але і для роботи установок автоматичного гасіння пожеж (спринклерні-дренчерних установок, установок гасіння пожеж розпиленою водою, установок водопінного гасіння пожеж). У цих випадках водопровід можна використовувати як допоміжний або основний водоживильник.  
Витрата води для живлення спринклерної-дренчерного обладнання приймають відповідно з результатами гідравлічного розрахунку систем подачі та розподілу води.  
Нормативні вимоги до витрат води для гасіння пожеж періодично змінюють у міру вдосконалення характеру будівництва, впровадження нових технічних засобів для боротьби з пожежами, інтенсифікації пожежонебезпечних виробничих процесів та ін, причому в окремих випадках можливе зменшення необхідної кількості води для гасіння пожеж, а в інших випадках істотне його збільшення.

Витрата води для гасіння пожеж пересувними  засобами

Для забезпечення гарантованої і безперебійної роботи водопроводу під час пожежі його водопровідні споруди та обладнання розраховують на пропуск потрібної кількості води. Причому споруди повинні подавати воду під відповідним тиском протягом часу, достатнього для гасіння пожежі.  
Параметри водопровідних споруд протипожежного водопроводу визначають на пропуск витрат води, необхідної для внутрішнього, зовнішнього та автоматичного гасіння пожеж:  
Qп = Qв + Qн + QА,  
Qв - витрата води для гасіння пожеж всередині будівель (від внутрішніх пожежних кранів);  
Qн - витрата води для гасіння зовнішніх пожеж (від пожежних гідрантів);  
QА - витрата води для гасіння пожеж автоматичними або стаціонарними установками.  
Витрата води для гасіння пожежі залежить від характеру розвитку пожежі та умов подання поди в осередок горіння. Чим вище пожежна небезпека об'єкта, тим більше потрібно води для гасіння пожежі.  
Подаючи на осередок пожежі значну кількість води, можна ліквідувати його протягом порівняно короткого проміжку часу. Однак для будівництва водопроводів, розрахованих на пропуск великої кількості води, необхідні значні матеріальні витрати.  
Якщо передбачити незначні витрати води для гасіння пожеж, можна скоротити капітальні витрати на будівництво водопроводу, але при цьому важко створити нормальні умови для боротьби з пожежами. Пожежі в цих випадках носять затяжний характер і супроводжуються великими збитками від знищення вогнем матеріальних цінностей, порушення нормального технологічного циклу при аварії, викликаної пожежею.  
Тому витрата води для гасіння пожеж призначають залежно від пожежної небезпеки об'єкта і його значимості, а також виходячи з умови забезпечення необхідної пожежної безпеки при найменших витратах на будівництво та експлуатацію протипожежних водопроводів.  
Витрата води для гасіння пожежі наведено в нормативних документах, які складені на підставі обробки статистичних даних про фактичні витрати води з урахуванням створення необхідних умов гасіння пожеж на різних об'єктах.  
Нижче наведені дані про фактичну витрату води для гасіння пожеж на відкритих технологічних установках.  
Число пожеж,% ... .... 70 85 90 94 95 97  
Витрата води, л / с ... ... ... 44 60 81 98 116 128  
Витрата води для гасіння пожеж у населених місцях залежить від чисельності населення і характеру забудови.  
Витрата води для зовнішнього пожежогасіння у виробничих будівлях з ліхтарями і в будівлях шириною до 60 м без ліхтарів залежить від об'єму будинку, ступеня вогнестійкості його будівельних конструкцій, а також категорії пожежної небезпеки виробництва, розміщеного в будівлі.  
Параметри водопровідних споруд розраховують виходячи з умови одночасності виникнення пожеж на промисловому підприємстві, яку приймають при площі території підприємства менше 150 га - одні пожежа, більше 150 га - дві пожежі.  
Для великих промислових підприємств (наприклад, нафтопереробних заводів, хімічних комбінатів) створюють самостійні системи водопостачання, які не пов'язані з міським водогоном.  
Витрата води на зовнішнє гасіння пожеж у таких випадках визначають згідно з Протипожежними технічними умовами будівельного проектування (ПТУСП). Протипожежні водопроводи таких підприємств зазвичай розраховують виходячи з умови подачі води в пожежні автомобілі (при системі низького тиску), для подачі води пожежними гідрантами (при системі високого тиску), для роботи лафетних стволів, а також для гасіння пожеж всередині будівель за допомогою внутрішніх пожежних кранів і стаціонарних систем водяного чи пінного гасіння пожеж.

Види  споживачів води

На  території міста, селища, промислового підприємства розташовані водоспоживачів різних категорій, що пред'являють неоднакові вимоги до якості і кількості споживаної води.  
Водоспоживачів діляться на три основні категорії:  
- Господарчо-питні;  
- Виробничі (для задоволення технічних цілей на підприємствах промисловості, транспорту, енергетики);  
- Пожежні для створення пожежо-вибухобезпечних умов житлового та виробничого сектору міста.  
Для гасіння пожеж водою використовують:  
- Пересувні засоби гасіння пожеж [воду у вогнище пожежі подають оператори (ствольщика) за тимчасово прокладеним насосно-рукавних систем];  
- Стаціонарні установки гасіння пожеж у будівлях (з автоматичним, напівавтоматичним і ручним включенням подачі води);  
- Установки водопінного гасіння пожеж;  
- Установки для гасіння пожеж водно-хімічними розчинами;  
- Обладнання для створення водяних завіс, що запобігають небезпеку теплового випромінювання полум'я чи знижують температуру нагрітих газів;  
- Обладнання водоорошенія для підвищення вогнестійкості будівельних конструкцій та технологічних установок під час пожежі;  
- Обладнання водонаповнення сталевих конструкцій замкнутого профілю.  
Процес подачі води для гасіння пожеж та створення умов пожежної безпеки залежить від наступних факторів:  
- Пожежної небезпеки горючих речовин і матеріалів;  
- Площі пожежі;  
- Характеру об'ємно-планувальних і будівельних рішень;  
- Кваліфікації операторів та досвіду організації тактичних рішень при подачі води мобільними засобами;  
- Рівня оснащення технічними засобами для відбору, подачі та розподілу води на пожежі та інших факторів.  
При визначенні необхідної кількості води вибирають найбільш вагомі фактори, досить об'єктивно відображають процеси горіння і гасіння пожеж та імовірнісний характер процесу споживання води на пожежні потреби.  
При вирішенні завдання використання води на пожежні потреби її поділяють на приватні підзадачі.  
Для математичного опису використовують два методи.  
Перший заснований на використанні фізико-хімічних закономірностей, другий - на описі процесу за допомогою математичних виразів, що враховують випадкові фактори.  
Перший метод заснований на вивченні процесів тепло-і масопереносу при виникненні пожежі. Математичний опис у цьому випадку складається з рівнянь матеріального і теплового балансів. Наприклад, в основу опису процесу гасіння пожежі покладено рівняння теплового балансу, а процесу підвищення вогнестійкості конструкцій водонаповнення - рівняння теплопередачі від середовища пожежі до зовнішньої поверхні водонаповнені конструкції.