Среднюю наработку на отказ, среднюю наработку между отказами, среднее время восстановления вычисляют по формуле
|
1 |
n |
|
|
Тср = |
åxi , |
(8.37) |
||
|
||||
|
n i=1 |
|
||
где x1, x2, ..., xn – значения соответствующей случайной величины, полученной в результате эксплуатации.
Оценку стационарного коэффициента готовности вычисляют по формуле
Kг = |
То |
, |
(8.38) |
То + tв |
где То – точечная оценка среднего времени между отказами; tв – точечная оценка среднего времени восстановления.
Оценку вероятности безотказной работы для экспоненциального рас-
пределения определяют (при известном значении l) по формуле |
|
P(t) = e-lt, |
(8.39) |
где l – интенсивность отказов или потока отказов; t – время определения вероятности безотказной работы.
Таким образом, в процессе эксплуатации достаточно собрать статистические данные о времени между отказами и времени восстановления работоспособного состояния, чтобы получить полную количественную информацию о различных показателях надежности, подвергая полученные выборки статистической обработке.
В дальнейшем полученные результаты могут быть использованы при расчетах надежности на этапе проектирования и при составлении технических требований при разработке новых видов технических средств пожарной автоматики.
8.5.Методы обеспечения надежности установок пожарной автоматики и роль органов ГПН
вобеспечении надежности
Содержание методов обеспечения надежности АУП на различных стадиях сводится к следующему.
254
Стадия разработки стандартов на ТСПА. Закладываются нормируемые параметры эффективности (производительность, инерционность) и соответствующие показатели надежности. Для этого используют зарубежный опыт, ГОСТы, требования заказчиков (потребителей) к надежности разрабатываемого изделия АУП, результаты НИР.
Стадия разработки (конструирования) ТСПА включает схемные и конструктивные методы и метод планирования эксплуатационных мероприятий. Схемные методы обеспечивают повышение надежности за счет упрощения схем, создания схем с автоматическим контролем работоспособности, резервирования наиболее ответственных частей. Конструктивные методы позволяют разрабатывать надежные детали и элементы в -це лом; правильно подбирать рабочие параметры элементов; использовать унифицированные части (детали); учитывать требования по удобству обслуживания и ремонта элементов.
Планирование эксплуатационных мероприятий на стадии разработки АУП состоит в разработке оптимальной системы технического обслуживания и ремонта, включающей плановое техническое обслуживание, текущий, средний и капитальный ремонт, обучение обслуживающего персонала и обеспечение материалами и ЗИП.
На стадии производства ТСПА осуществляют следующие мероприятия: входной контроль качества сырья и комплектующих изделий; совершенствование технологии производства; автоматизацию технологических процессов изготовления деталей, сборки элементов и блоков; выходной контроль качества изделий службой технического контроля в соответствии с требованиями, содержащимися в технических условиях; статистическое регулирование качества продукции путем апериодических заводских испытаний; «тренировку» (обкатку) элементов и блоков на заводских стендах до устранения приработочных отказов.
На стадии разработки технического задания на проектирование АУП для объекта производится учет нормированных или требуемых заказчиком показателей надежности, выбор и обоснование показателей надежности, разрабатывается программа обеспечения надежности.
На стадии проектирования АУП объекта важным для обеспечения эффективности и надежности являются следующие мероприятия: правильный выбор вида АУП, типа установки внутри данного вида; учет условий эксплуатации; выбор надежных элементов и блоков; резервирование пусковых систем и огнетушащих средств; обоснованный расчет установки; соблюдение требований СНиП «Пожарная автоматика зданий и сооружений» по информационным показателям и резервированию.
255
Наиболее ответственными являются этапы разработки ТЗ и проектирования, поскольку именно здесь закладывается определенный уровень -на дежности отдельных средств и установки в целом. Поэтому органы ГПН периодически осуществляют экспертизу проектов проектных организаций с позиции соответствия установок требуемой эффективности и надежности.
На стадии монтажа АУП реализация запроектированных показателей эффективности и надежности достигается следующими методами: осуществлением входного контроля оборудования; авторским надзором за монтажом; строгим выполнением проектных решений; качественным выполнением сборочных, сварочных, крепежных и окрасочных работ; наладкой и испытанием установки.
На стадии эксплуатации АУП оценивается ее надежность, что позволяет разрабатывать и корректировать правила эксплуатации; разрабатывать рекомендации по совершенствованию конструирования, изготовления, проектирования и монтажа АУП, а также системы технического обслуживания.
Важнейшим условием поддержания запроектированного уровня надежности АУП является квалификация персонала, осуществляющего эксплуатацию установок, а также выполнение требуемого технического обслуживания АУП.
256
Глава 9
Основы проектирования и эксплуатации установок пожарной автоматики
9.1.Обоснование необходимости и выбор вида АППЗ
Проектированию АППЗ предшествует решение ряда вопросов, связанных с анализом пожарной опасности объекта, микроклимата, объ- емно-планировочными и конструктивными особенностями защищаемого объекта.
Проектирование установок пожарной автоматики осуществляется в несколько этапов:
1.Обоснование необходимости автоматической противопожарной защиты и выбор вида и типа установок.
2.Процесс проектирования установок.
3.Оценка экономической эффективности АУП.
В настоящее время применяются следующие методы обоснования необходимости применения и выбора вида АППЗ: нормативный и расчетные.
Нормативный метод
Сущность этого метода состоит в том, что применение АППЗ предписывается для большой группы производственных помещений, жилых, общественных и административных зданий, на основе предварительной аналитической оценки, соответствующими нормативными актами: НПБ 110– 03 [71], ППБ 01–03 [72].
Принцип нормативного подхода к выбору вида установок АППЗ для объектов производственного назначения состоит в том, что для пожароопасных помещений назначены определенные размеры площади(например, 500, 1000, 1500 м2) или объемы (например, для нефтебаз). Если проектируемое или существующее помещение имеет площадь, равную или большую нормативной, то применение АУП обязательно. Таким образом, в этом случае условным, приблизительным способом (так как используется лишь часть арсенала расчетно-аналитического метода) делается попытка свести возможный экономический ущерб от пожара к минимуму. Аналогичный подход и в случае нормирования применения АПС(к примеру, за-
щите сигнализацией подлежат пожароопасные помещения площадью от
100 до 500 м2).
После того как установили, что нормы требуют применения АУП или АПС, выбирается наиболее эффективный для данных условий тип установки.
257
Расчетные методы
1. По расчету среднеобъёмной температуры в защищаемом помещении при пожаре.
В координатах времени τ и температурыТ условно показан характер изменения среднеобъёмной температуры в помещении при свободном горении в начальной стадии развития пожара (рис. 9.1, кривая 1).
Т
|
|
АПС |
|
|
|
|
1 |
|
|
АУП (Л) |
|
|
|
АУП (Т) |
|
|
|
|
МП |
|
ПН |
P |
МП |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
tкр |
τ |
tАПС |
|
tАУП (Т) |
|
|
|
||
|
|
t'МПТ |
|
|
|
t''МПТ |
|
|
tкр |
|
|
|
|
tАУП(Л) |
|
Рис. 9.1. Характер изменения среднеобъемной температуры в помещении при свободном горении в начальной стадии развития пожара
Характерной точкой этой кривой является момент, когда среднеобъёмная температура в помещении достигает температуры самовоспламенения веществ и материалов, находящихся в объеме, где произошел пожар. Эта точка кривой и соответствующее ей время называются критическими.
По истечении критического времени происходит воспламенение всех -го рючих веществ и пожар приобретает катастрофический характер.
258
Как видно из рисунка, предотвращение роста опасных факторов пожара выше предельно допустимых(критических) значений может быть достигнуто путем ликвидации пожара мобильными средствами пожарной охраны, прибывшими по сигналу автоматической пожарной сигнализации (АПС) при срабатывании пожарного извещателя(ПИ) за время меньше критического tкр. В случае, если время прибытия и боевого развертывания мобильных пожарных подразделений больше, необходимо применять стационарную установку пожаротушения, которая автоматически включается в работу по сигналу пожарного извещателя до наступления критических условий и обеспечивает тушение(кривая O) или локализацию (кривая P) пожара.
Из графика также видно, что время действия установки пожаротушения (АУП) в режиме локализации должно быть не менее времени прибытия и боевого развертывания мобильной пожарной техники(МПТ) для ликвидации локализованного пожара.
В реальных условиях очаги пожара могут возникнуть в местах труднодоступных для доставки диспергированных и пенных огнетушащих веществ, подаваемых стационарными установками пожаротушения с образованием многочисленных «теневых» зон. По этим причинам стационарные установки пожаротушения часто обеспечивают только локализацию пожара. Кроме того, ряд установок по принципу действия предназначен только для локализации пожара. К ним относятся автоматические огнепреграждающие затворы и двери, водяные завесы и др. В связи с изложенным применение автоматических установок пожаротушения предполагает обязательное участие в ликвидации локализованного пожара оперативными подразделениями пожарной охраны или добровольными формированиями.
2. Расчетно-графический метод, разработанный на кафедре пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России[2], базируется на двух математических моделях, характеризующих внешние и внутренние факторы пожарной опасности.
Сущность метода состоит в определении общей опасности возникновения и развития пожара на объекте с учетом внешних и внутренних факторов Ообщ:
Ообщ = |
KМV |
KОРП KРО KПЧ |
, |
(9.1) |
|
Kогн KРП |
|||
|
|
|
|
где KМV – коэффициент, учитывающий величину общей пожарной (массо-
вой) нагрузки MV (табл. 9.1); KОРП – коэффициент, учитывающий группу защищаемого объекта по опасности распространения пожара(табл. 9.2);
259
KРО – коэффициент, учитывающий размеры защищаемого объекта (табл. 9.3); KПЧ – коэффициент, учитывающий расстояние до ближайшей пожарной части (табл. 9.4); Kогн – коэффициент, учитывающий степень ог-
нестойкости |
защищаемого здания(табл. 9.5); |
KРП |
– коэффициент, |
учитывающий |
риск возникновения пожара |
на |
защищаемом объекте |
(табл. 9.6). |
|
|
|
В табл. 9.1–9.6 в скобках приведены значения коэффициентов для животноводческих, звероводческих, птицеводческих объектов и высокостеллажных складов сельхозтехники.
|
|
|
|
|
Таблица 9.1 |
|
Значение коэффициента K М |
при различных величинах пожарной нагрузки MV |
|||||
|
V |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
MV, кг/м2 |
K М |
|
MV, кг/м2 |
KМ |
|
|
|
|
V |
|
|
V |
|
0–15 |
1,0(1,2) |
|
241–480 |
3,0(3,4) |
|
|
16–30 |
1,3(1,4) |
|
481–960 |
3,6(3,8) |
|
|
31–60 |
1,7(1,8) |
|
961–1920 |
4,2(–) |
|
|
61–120 |
1,9(2,4) |
|
1921–3840 |
4,6(–) |
|
|
121–240 |
2,5(2,8) |
|
Более 3840 |
4,8(–) |
|
|
Общую пожарную нагрузку подсчитывают по методике, приведенной в п. 9.2.1 данного учебника.
Таблица 9.2
Зависимость KОРП от теплонапряжения пожара РV
Группа помещений |
|
Значения коэффици- |
|
по степени опасности |
Пожарная нагрузка |
||
ента учета группы |
|||
распространения |
(теплонапряжение пожара), Дж/м2* |
||
помещений KОРП |
|||
пожара |
|
||
|
|
||
1 |
(mV £ 1,84·108) |
0,7(0,9) |
|
2 |
(1,84·108 £ mV < 7,4·108); также 1-я группа при |
0,8(1,0) |
|
|
условии быстрого распространения огня |
|
|
3 |
(7,4·108 £ mV < 1,84·109); также 2-я группа при |
1,0(1,2) |
|
|
условии быстрого распространения огня |
|
|
4 |
(1,84·109 £ mV < 3,68·109); также 3-я группа при |
1,3(1,4) |
|
|
условии быстрого распространения огня |
|
|
5, 6, 7 |
(mV ³ 3,68·109) |
1,6(7) |
|
|
Существует угроза выхода из строя техноло- |
|
|
|
гического оборудования, обрушения строи- |
6,5 |
|
|
тельных конструкций, гибели людей |
* Определяется по методике, изложенной в п. 9.2.1 данного учебника
260
Таблица 9.3
Зависимость коэффициента KРО от параметров и расположения защищаемого отсека
|
Площадь противопожарного отсека; |
|
|
Значения коэффициента, учитывающего раз- |
|
||||
|
высота здания; высота помещения |
|
|
меры защищаемого объекта KРО |
|
||||
|
Площадь отсека до 500 м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота здания до 3 этажей |
|
|
|
|
1,0 (1,2) |
|
|
|
|
Высота помещения до 10 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь отсека от 501 до 1500 м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота здания от 3 до 8 этажей |
|
|
|
|
1,5 (1,7) |
|
|
|
|
Высота помещения от 10 до 20 м |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Наличие цокольного или подвального этажа |
|
|
|
|
|
|||
|
Площадь отсека от 1501 до 3500 м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота здания более 8 этажей |
|
|
|
|
2,0 (2,2) |
|
|
|
|
Высота помещения более 20 м |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Наличие двух и более подземных этажей |
|
|
|
|
|
|||
|
Площадь отсека 3500 м2 и более |
|
|
|
|
2,5 (2,7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.4 |
||
|
Зависимость коэффициента KПЧ от расстояния до пожарной части |
||||||||
|
Расстояние до пожарной части, км |
|
|
Коэффициент, учитывающий расстояние до |
|
||||
|
|
|
ближайшей пожарной части KПЧ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
До 2 |
|
|
|
|
1,0 (1,2) |
|
|
|
|
От 2 до 5 |
|
|
|
|
1,1 (1,4) |
|
|
|
|
Более 5 |
|
|
|
|
1,2 (1,6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.5 |
||
|
Зависимость коэффициента Kогн от степени огнестойкости здания |
||||||||
|
Степень огнестойкости здания |
|
|
Коэффициент, учитывающий степень |
|
|
|||
|
|
|
огнестойкости защищаемого здания Kогн |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
I |
|
|
|
|
2,3 (2,1) |
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
2,2 (2,0) |
|
|
|
|
III |
|
|
|
|
2,1 (1,9) |
|
|
|
|
IV |
|
|
|
|
2,0 (1,8) |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
1,9 (1,7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.6 |
||
|
Зависимость коэффициента KРП от характеристики пожаровзрывоопасности отсека |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика |
|
|
|
|
Коэффициент, учитывающий |
||
|
|
|
|
|
|
риск возникновения пожара |
|
||
|
пожаровзрывоопасности объекта |
|
|
||||||
|
|
на объекте KРП |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Производственные здания (помещения) категории А и Б |
|
|
|
|
||||
|
по пожарной |
опасности; производственные здания |
|
1,0 |
|
|
|||
|
с наличием взрывчатых веществ (ВВ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Производственные здания (помещения) категории В и Г |
|
|
|
|
||||
|
по пожарной опасности; торговые |
объекты; жилые и |
|
1,2 (1,1) |
|
|
|||
|
общественные здания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Складские здания, |
отнесенные к категориям А и Б по |
|
1,4 |
|
|
|||
|
пожарной опасности; хранилища ВВ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Складские здания, отнесенные к категории В; хранилища |
|
1,5 (1,3) |
|
|
||||
|
негорючих изделий в горючей упаковке |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
261 |
|
|
9.2.Определение группы защищаемого помещения
по степени опасности развития пожара. Выбор основных нормативных параметров для проектирования АУП
9.2.1.Определение группы защищаемого помещения
Группу защищаемого помещения по степени опасности развития пожара, на основе которой принимаются основные расчетные параметры АУП, для основных технологических процессов выбирают по приложению НПБ 88–2001* [19].
Однако в ряде случаев при проектировании установок водяного и пенного пожаротушения возникают затруднения с выбором расчетных параметров (интенсивности орошения, одновременно защищаемой площади, расстояния между оросителями и др.) в связи с отсутствием в НПБ88– 2001* [19] перечня многих технологических процессов, подлежащих защите с помощью АУП. Эти затруднения могут быть преодолены с помощью расчетного метода определения группы защищаемого помещения.
Решение задачи производится в два этапа: рассчитывают тепловую пожарную нагрузку (теплонапряжение пожара) для защищаемого помещения, затем определяют его группу по степени опасности развития пожара.
Расчет пожарной нагрузки защищаемого помещения
Методика расчета [73] состоит в следующем:
1. Определяют расчетную тепловую пожарную нагрузку(расчетное теплонапряжение пожара) для помещения РV , Дж/м2,
РV = pаbс, |
(9.3) |
где p – тепловая пожарная нагрузка(теплонапряжение |
пожара), Дж/м2; |
а – коэффициент скорости сгорания веществ и материалов в зависимости от их плотности и плотности укладки; b – коэффициент скорости сгорания веществ материалов в зависимости от площади пола и высоты помещения, площади и высоты световых и аэрационных проемов; с – коэффициент, учитывающий наличие пожарного водоснабжения или пожарной автоматики.
Тепловую пожарную нагрузку (теплонапряжение пожара) определяют
по формуле |
|
p = pn + ps, |
(9.4) |
где pn – временная тепловая пожарная нагрузка (теплонапряжение пожара от временно находящихся в помещении горючих материалов), Дж/м2;
263
рs – постоянная тепловая пожарная нагрузка (теплонапряжение пожара от постоянно находящихся в помещении горючих материалов), Дж/м2,
р |
= |
M i Ni |
, p = |
M i ei |
, |
(9.5) |
|
|
|||||
n |
|
p |
s |
p |
|
|
|
|
|
|
|||
где Мi – масса i-го вещества или материала, кг; ei – количество тепла, выделяемого при горении i-го материала или вещества, Дж/кг; p – площадь защищаемого помещения, м2.
Временную массовую пожарную нагрузку(временно находящиеся в помещении горючие материалы) образуют вещества и материалы, обращающиеся в производстве, а также мебель, технологическое и сантехническое оборудование и расходные материалы, способные гореть.
Постоянную массовую пожарную нагрузку (постоянно находящиеся в помещении горючие материалы) составляют строительные конструкции из горючих и трудногорючих материалов(включая декоративные, теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы).
Твердые трудногорючие материалы, согласно рекомендациям ВНИИПО, включают в пожарную нагрузку, если низшая теплота их горения
nнр > 1,13·107 Дж/кг (2700 ккал/кг). |
(9.6) |
Удельную тепловую пожарную нагрузку разнородных материалов в пределах одного помещения можно суммировать, если количество выделяемого при горении тепла (теплонапряжение) от данного материала, формула для определения которой будет дана ниже, не превышает 5 % от теплонапряжения другого. При наличии в помещении ЛВЖ и ГЖ в расчет не принимаются жидкости, которые могут быть автоматически эвакуированы или подача которых может быть автоматически прекращена.
В многоэтажных зданиях удельная пожарная нагрузка определяется для каждого этажа в отдельности.
Если горючие материалы сосредоточены в какой-либо одной части помещения и занимают не более 40 % его площади, то удельная пожарная нагрузка для всего помещения определяется по площади, занятой материалами.
2. Количество тепла, выделяемого при горении веществ и материалов для каждого материала (вещества), определяют по формуле
e = nnнр, |
(9.7) |
где n – коэффициент недожога вещества или материала, принимаемый равным 0,75 для жидких и 0,95 для твердых материалов;
264
при co < 0,03 Ks = 2,31co0,84; |
(9.13) |
||||
при co > 0,03 Ks = (0,3 co0,8 – 0,002/co + logco + 2,25)1/5,5, |
(9.14) |
||||
где co – параметр вентиляции, равный |
|
||||
c = |
po |
|
|
, |
|
eo |
(9.15) |
||||
|
|
|
|||
o |
pk |
|
|||
|
|
||||
где pk – площадь ограждающих конструкций защищаемого помещения, м2. Коэффициент c при проектировании установок пожарной автоматики
принимается равным 1.
При расчете температурного режима пожара в помещении, защищаем пожарной автоматикой, можно ориентировочно принимать с = 0,75 при наличии автоматической пожарной(охранно-пожарной) сигнализации и с = 0,25 при наличии автоматических установок пожаротушения.
Определение группы защищаемого помещения по степени опасности развития пожара
Расчетную пожарную нагрузку, вычисленную по изложенной выше методике, используют для определения группы помещения по опасности развития пожара, согласующейся с приложением 1 НПБ 88–2001* [19]. Для этого численные значения сравнивают с предложенным ВНИИПО классификационным рядом [74]. В приложении НПБ 88–2001* [19] эти цифры округлены.
mV < 1,84·108 Дж/м2 – группа 1;
1,84·108 Дж/м2 < mV < 7,4·108 Дж/м2 – группа 2; 7,4·108 Дж/м2 < mV < 1,84·109 Дж/м2 – группа 3; 1,84·109 Дж/м2 < mV < 3,68·109 Дж/м2 – группа 4; mV > 3,68·109 Дж/м2 – группы 5, 6 и 7.
9.2.2.Выбор и обоснование расчетных параметров АУП
Выбор типа АУП производят, пользуясь рекомендациями, изложенными при описании нормативного метода определения необходимости и вида АППЗ.
Для установок АПС основные расчетные параметры(количество ПИ, расстояние между дублирующими извещателями для управления АУП, ПДЗ и оповещения о пожаре, данные для проектирования линейной и станционной частей) принимают по разделу 12 и 13 НПБ 88–2001* [19].
266