Противопожарное водоснабжение населенных пунктов и промышленных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1.Виды потребителей воды

На территории города, поселка, промышленного предприятия расположены водопотребители различных категорий, предъявляющие неодинаковые требования к качеству и количеству потребляемой воды.

Водопотребители делятся на три основные категории:

- хозяйствеино-питьевые;

- производственные (для удовлетворения технических целей на предприятиях промышленности, транспорта, энергетики);

- пожарные для создания пожаро-взрывобезопасных условий жилого и производственного сектора города.

Для тушения пожаров водой используют:

- передвижные средства тушения пожаров [воду в очаг пожара подают операторы (ствольщики) по временно проложенным насосно-рукавным системам];

- стационарные установки тушения пожаров в зданиях (с автоматическим, полуавтоматическим и ручным включением подачи воды);

- установки водопенного тушения пожаров;

- установки для тушения пожаров водно-химическими растворами;

- оборудование для создания водяных завес, предотвращающих опасность теплового излучения пламени или снижающих температуру нагретых газов;

- оборудование водоорошения для повышения огнестойкости строительных конструкций и технологических установок во время пожара;

- оборудование водонаполнения стальных конструкций замкнутого профиля.

Процесс подачи воды для тушения пожаров и создания условий пожарной безопасности зависит от следующих факторов:

- пожарной опасности сгораемых веществ и материалов;

- площади пожара;

- характера объемно-планировочных и строительных решений;

- квалификации операторов и опыта организации тактических решений при подаче воды передвижными средствами;

- уровня оснащения техническими средствами для отбора, подачи и распределения воды на пожаре и других факторов.

При определении требуемого количества воды выбирают наиболее весомые факторы, достаточно объективно отражающие процессы горения и тушения пожаров и вероятностный характер процесса потребления воды на пожарные нужды.

При решении задачи использования воды на пожарные нужды ее подразделяют на частные подзадачи.

Для математического описания используют два метода.

Первый основан на использовании физико-химических закономерностей, второй - на описании процесса с помощью математических выражений, учитывающих случайные факторы.

Первый метод основан на изучении процессов тепло- и массопереноса при возникновении пожара. Математическое описание в этом случае состоит из уравнений материального и теплового балансов. Например, в основу описания процесса тушения пожара положено уравнение теплового баланса, а процесса повышения огнестойкости конструкций водонаполнением -- уравнение теплопередачи от среды пожара к наружной поверхности водонаполненной конструкции.

1.1 Расход воды для тушения пожаров передвижными средствами

Для обеспечения гарантированной и бесперебойной работы водопровода во время пожара его водопроводные сооружения и оборудование рассчитывают на пропуск требуемого количества воды. Причем сооружения должны подавать воду под соответствующим напором в течение времени, достаточного для тушения пожара.

Параметры водопроводных сооружений противопожарного водопровода определяют на пропуск расхода воды, необходимой для внутреннего, наружного и автоматического тушения пожаров:

Qп= Qв+Qн+Qа,

Qв - расход воды для тушения пожаров внутри зданий (от внутренних пожарных кранов);

Qн -- расход воды для тушения наружных пожаров (от пожарных гидрантов);

Qа -- расход воды для тушения пожаров автоматическими или стационарными установками.

Расход воды для тушения пожара зависит от характера развития пожара и условий подачи поды в очаг горения. Чем выше пожарная опасность объекта, тем больше требуется воды для тушения пожара.

Подавая в очаг пожара значительное количество воды, можно ликвидировать его в течение сравнительно короткого промежутка времени. Однако для строительства водопроводов, рассчитанных на пропуск большого количества воды, необходимы значительные материальные затраты.

Если предусмотреть незначительные расходы воды для тушения пожаров, можно сократить капитальные затраты на строительство водопровода, но при этом трудно создать нормальные условия для борьбы с пожарами. Пожары в этих случаях носят затяжной характер и сопровождаются большими ущербами от уничтожения огнем материальных ценностей, нарушения нормального технологического цикла при аварии, вызванной пожаром.

Поэтому расход воды для тушения пожаров назначают в зависимости от пожарной опасности объекта и его значимости, а также исходя из условия обеспечения требуемой пожарной безопасности при наименьших затратах на строительство и эксплуатацию противопожарных водопроводов.

Расход воды для тушения пожара приведен в нормативных документах, которые составлены на основании обработки статистических данных о фактических расходах воды с учетом создания требуемых условий тушения пожаров на различных объектах.

Ниже приведены данные о фактическом расходе воды для тушения пожаров на открытых технологических установках.

Число пожаров, % ……. 70 85 90 94 95 97

Расход воды, л/с ……… 44 60 81 98 116 128

Расход воды для тушения пожаров в населенных местах зависит от численности населения и характера застройки (табл. 1.1).

Расход воды для наружного пожаротушения в производственных зданиях с фонарями и в зданиях шириной до 60 м без фонарей зависит от объема здания, степени огнестойкости его строительных конструкций, а также категории пожарной опасности производства, размещенного в здании (табл. 1.2).

Параметры водопроводных сооружений рассчитывают исходя из условия одновременности возникновения пожаров на промышленном предприятии, которую принимают при площади территории предприятия менее 150 га -- одни пожар, более 150 га -- два пожара. Расход воды для наружного пожаротушения в производственных зданиях шириной 60 м без фонарей и более принимают в соответствии с данными табл. 1.3.

Для крупных промышленных предприятий (например, нефтеперерабатывающих заводов, химических комбинатов) создают самостоятельные системы водоснабжения, которые не связаны с городским водопроводом.

Расход воды на наружное тушение пожаров в таких случаях определяют в соответствии с Противопожарными техническими условиями строительного проектирования (ПТУСП). Противопожарные водопроводы таких предприятий обычно рассчитывают исходя из условия подачи воды в пожарные автомобили (при системе низкого давления), для подачи воды пожарными гидрантами (при системе высокого давления), для работы лафетных стволов, а также для тушения пожаров внутри зданий с помощью внутренних пожарных кранов и стационарных систем водяного или пенного тушения пожаров.

Таблица 1.1 - Расход воды для тушения наружных пожаров в населенных пунктах городского типа

Число жителей в населенном пункте, тыс. чел.	Расчетное количество одновременных пожаров	Расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте на один пожар, л/с
		застройка зданиями высотой до двух этажей включительно независимо от степени их огнестойкости	застройка зданиями высотой три этажа и выше независимо от степени их огнестойкости
До 1	1	5	10
Св. 1 " 5	1	10	10
" 5 " 10	1	10	15
" 10 " 25	2	10	15
" 25 " 50	2	20	25
" 50 " 100	2	25	35
" 100 " 200	3	-	40
" 200 " 300	3	-	55
" 300 " 400	3	-	70
" 400 " 500	3	-	80
" 500 " 600	3	-	85
" 600 " 700	3	-	90
" 700 " 800	3	-	95
" 800 " 1000	3	-	100

Примечания: 1. Расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте должен быть не менее расхода воды на пожаротушение жилых и общественных зданий, указанных в табл. 1.

2. При зонном водоснабжении расход воды на наружное пожаротушение и количество одновременных пожаров в каждой зоне следует принимать в зависимости от числа жителей, проживающих в зоне.

3. Количество одновременных пожаров и расход воды на один пожар в населенных пунктах с числом жителей более 1 млн. чел. надлежит принимать согласно требованиям органов Государственного пожарного надзора.

4. Для группового водопровода количество одновременных пожаров надлежит принимать в зависимости от общей численности жителей в населенных пунктах, подключенных к водопроводу.

Расход воды на восстановление пожарного объема по групповому водопроводу следует определять как сумму расходов воды для населенных пунктов (соответственно количеству одновременных пожаров), требующих наибольших расходов на пожаротушение согласно.

5. В расчетное количество одновременных пожаров в населенном пункте включены пожары на промышленных предприятиях, расположенных в пределах населенного пункта. При этом в расчетный расход воды следует включать соответствующие расходы воды на пожаротушение на этих предприятиях.

Таблица 1.2 - Расход воды для тушения пожаров в производственных зданиях

Степень огнстойкости зданий	Категория помещений по пожарной опасности	Расход воды на наружное пожаротушение производственных зданий с фонарями, а также без фонарей шириной до 60 м на один пожар, л/с, при объемах зданий, тыс. куб.м
		до 3	св. 3 до 5	св. 5 до 20	св. 20 до 50	св. 50 до 200	св. 200 до 400	св. 400 до 600
I и II	Г, Д,	10	10	10	10	15	20	25
I и II	А, Б, В	10	10	15	20	30	35	40
III	Г, Д	10	10	15	25	35	-	-
III	В	10	15	20	30	40	-	-
IV и V	Г, Д	10	15	20	30	-	-	-
IV и V	В	15	20	25	40	-	-	-

Таблица 1.3 - Расход воды для тушения пожаров в зданиях без фонарей

Степень огнестой-кости зданий	Категория помещений по пожарной опасности	Расход воды на наружное пожаротушение производственных зданий без фонарей шириной 60 м и более на один пожар, л/с, при объемах зданий, тыс. куб.м
		до 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200 до 300	св. 300 до 400	св. 400 до 500	св. 500 до 600	св. 600 до 700	св. 700 до 800
I и II	А, Б, В	20	30	40	50	60	70	80	90	100
I и II	Г, Д, Е	10	15	20	25	30	35	40	45	50

Примечания к табл. 2 и 3: При двух расчетных пожарах на предприятии расчетный расход воды на пожаротушение следует принимать по двум зданиям, требующим наибольшего расхода воды.

Таблица 1.4 - Суммарный расход воды для тушения пожаров в производственных зданиях

Назначение Расхода воды	Расход воды, л/с, для тушения пожара в здании объемом, тыс.м3, до
	100	200	300	400	500	600	700	800
Наружное пожаротушение	30	40	50	60	70	80	90	100

1.2 Расход воды для тушения пожаров внутри зданий

Расход воды на тушение пожаров внутри жилых, общественных, производственных и вспомогательных зданий принимают в зависимости от производительности (расхода) струи и числа одновременно действующих струй.

Расход воды для внутреннего пожаротушения (л/с на одну струю) в зависимости от вида здания и числа подаваемых струй приведен ниже:

Число Расход

струй воды

Жилые здания высотой 17--25 этажей …………………... 3 5

» » » более 25 »….…………………………………………... 6 5

Административные здания высотой более 50 м

и объемом до 50 тыс. м3 …………………………………… 4 5

Административные здания высотой более 50 м

и объемом более 50 тыс. м3 …………………………………8 5

Гостиницы, пансионаты, санатории, комплексы

отдыха высотой более 50 м …………………………………3 5

Производственные здания и гаражи высотой

до 50 м ………………………………………………………. 2 2,5

Производственные и вспомогательные здания

промышленных предприятий высотой более

50 м ……………………………………………………………8 5

Для тушения пожаров внутри зданий предусматривают внутреннее пожаротушение в общежитиях, гостиницах, пансионатах, административных зданиях, школах-интернатах, санаториях, домах отдыха, больницах и других лечебно-профилактических учреждениях, детских садах-яслях, детских домах, домах ребенка, домах пионеров, спальных корпусах пионерских лагерей и школ-интернатов, музеях, библиотеках, выставочных павильонах, магазинах, кинозалах, предприятиях общественного питания и бытового обслуживания, учебных заведениях, вспомогательных зданиях промышленных предприятий высотой 40--50 м и объемом более 25 тыс.м3, помещениях, расположенных под трибунами на стадионах, спортивных залах объемом более 25 тыс.м3 конференц-залах и актовых залах более 700 мест и актовых залах и конференц-залах, оборудованных стационарной аппаратурой, при вместимости более 500 мест.

Внутренние противопожарные водопроводы могут обеспечивать потребность в воде не только для наружного и внутреннего тушения пожаров, но и для работы установок автоматического тушения пожаров (спринклерно-дренчерных установок, установок тушения пожаров распыленной водой, установок водопенного тушения пожаров). В этих случаях водопровод можно использовать как вспомогательный или основной водопитатель. В табл. 4 приведен суммарный расход воды, необходимой для тушения пожара в бесфонарных производственных зданиях шириной более 6 м.

Расход воды для питания спринклерно-дренчерного оборудования принимают в соответствии с результатами гидравлического расчета систем подачи и распределения воды.

Нормативные требования к расходу воды для тушения пожаров периодически изменяют по мере совершенствования характера строительства, внедрения новых технических средств для борьбы с пожарами, интенсификации пожароопасных производственных процессов и др., причем в отдельных случаях возможно уменьшение требуемого количества воды для тушения пожаров, а в других случаях существенное его увеличение.

1.3 Прогнозирование водопотребления

Водопотребление при тушении пожаров характеризует определенную последовательность подачи воды, которая объединяет три этапа: приведение передвижных средств тушения в действие, локализация пожара и его ликвидация.

Каждому этапу присущи определенные признаки: первому -- число и протяженность рукавных линии, необходимых для подачи требуемого количества воды от пожарных гидрантов до очага пожара; второму -- периметр пожара (фронт распространения огня) и скорость развития пожара; третьему -- удельный расход воды для тушения пожара.

В ряде случаев потребление воды характеризуется не столько параметрами пожара, сколько случайными факторами, определяющими техническое состояние техники и психологическое состояние пожарных. Практика показывает, что количество расходуемой во время реального пожара воды в 4--5 раз превышает количество воды, расходуемой при тушении опытных (учебных) пожаров

Потребление воды при тушении пожаров в реальной обстановке достигает 500--875 л/м2. Потребление воды резко возрастает при тушении крупных пожаров.

На основе обработки статистических данных установлено, что расход воды для тушения пожара Q (л/с) зависит в основном от объема W (м3) горящего помещения

Q = 0,0223W. (1)

Рассмотренные данные свидетельствуют о преобладающем влиянии случайных факторов на процесс водопотребления при тушении пожаров передвижными средствами, поэтому вопросы водопотребления целесообразно рассматривать с привлечением теории вероятностей и математической статистики.

Полученные Ивановым Е.Н. средние значения Q (л/с) приведены ниже:

Жилые и общественные здания (высотой до двух этажей).……… 11,24

То же (высотой три этажа и более) …………………………………18,63

Промышленные здания I и II степеней огнестойкости ……………22,14

То же, IV и V степеней огнестойкости ……………………………..26,05

Таким образом, в жилых и общественных зданиях повышенной этажности расход воды больше, чем в зданиях с небольшой (до двух этажей) этажностью. Расход воды для тушения пожаров на промышленных предприятиях зависит от степени огнестойкости строительных конструкций. В зданиях со сгораемыми конструкциями (IV--V степень огнестойкости) расход воды больше, чем в зданиях из несгораемых строительных конструкций.

Анализ фактических расходов воды для тушения пожаров в городах показал, что численность населения не влияет на величину расхода воды, в то время как действующими нормами расход воды установлен в зависимости от численности населения города. В то же время фактический расход воды, наблюдаемый в процессе тушения отдельных пожаров, превышает нормативный расход воды. Это положение в первую очередь относится к расходу воды для тушения пожаров на промышленных предприятиях повышенной пожарной опасности.

1.4 Расход воды на хозяйственно-бытовые и производственные нужды

Подача воды из коммунального водопровода должна быть достаточной для обеспечения: хозяйственно-бытовых нужд в жилых зданиях; водопотребления в общественных зданиях; расхода на поливку улиц и насаждений, на работу фонтанов и т. п.; хозяйственно-питьевого водопотребления на предприятиях; водопотребления промышленных предприятий, получающих воду для технологических нужд от городскою водопровода и т. п.

Нормы потребления воды (количество воды, расходуемой водопотребителем в течение суток) принимают в соответствии с требованиями СНиП в зависимости от степени благоустройства жилых зданий и от оборудования производственных цехов (технологии производства).

Средний суточный расход воды Qсрсут в населенном месте зависит от нормы водопотребления и расчетного числа жителей:

Qсрсут = qср..сутЧМ, (2)

qср..сут -- среднесуточная норма водопотребления;

М -- число жителей на расчетный период.

Суточный расход воды на технологические нужды промышленного предприятия определяют по формуле

Qсрпр = q0ЧnЧф, (3)

q0 -- норма водопотребления на единицу продукции;

n -- часовая продукция предприятия;

ф --число часов работы предприятия в сутки.

Расходование воды в населенных местах и предприятиях происходит неравномерно в течение суток года и в течение часов суток. Для расчета элементов системы водоснабжения устанавливают пределы возможных колебаний расхода воды в отдельные часы суток. Расчет параметров водопроводных сооружений производят на максимальный часовой расход воды в дни максимального водопотребления, который определяется по формуле

Qсутмакс = КЧqсут.максЧМ/24, (4)

К - коэффициент часовой неравномерности, показывающий во сколько раз максимальный часовой расход превышает средний.

Неравномерность водопотребления в населенных местах зависит от численности населения и степени их благоустройства. Так, в больших городах неравномерность водопотребления меньше, чем в городах с небольшим населением. Это объясняется тем, что, с увеличением численности потребителей сглаживаются колебания водопотребления, и разница между максимальным и средним водопотреблением уменьшается. Неравномерность водопотребления выражают графиками (рис. 1.1), на которых по оси абсцисс откладывают время в часах, а по оси ординат -- расходы воды в процентах от полного суточного расхода. Средний часовой расход воды применительно к графикам водопотребления равен 4,17 % (определяют делением 100% на 24 ч суток).

Рисунок 1.1 - График подачи и потребления воды по часам суток

1- потребление воды, 2 - подача воды, 3 - среднесуточное потребление воды

При расчете режимов работы систем водоснабжения (насосно-силового оборудования, запасных и регулирующих емкостей, водопроводной сети и т. п.) по графикам водопотребления для каждой категории потребителей, получающих воду из водопровода, строят суммарный график водопотребления и находят часовые (секундные) расходы воды в целом и по отдельным группам потребителей.

Подача полного расчетного расхода воды для тушения пожара должна быть обеспечена при наибольшем часовом расходе воды на другие нужды. При этом расходы воды на поливку территории, прием душей, мытье полов в производственных зданиях и мойку технологического оборудования не учитывают.

2. Виды насосно-рукавных систем

Воду из водопровода отбирают через пожарный гидрант передвижными пожарными автонасосами или мотопомпами (рис. 2.1). При отсутствии водопровода с достаточным для тушения пожара расходом воду забирают передвижными пожарными насосами из естественных (реки, озера, пруды и т. п.) и искусственных водоемов (резервуары, копани и т. д.).

Для нормальной работы передвижных пожарных насосов к водоемам устраивают специальные подъезды и пирсы. Для подачи воды во время пожара предусматривают прокладку насосно-рукавных систем.

Выбор того или иного вида насосно-рукавных систем диктуется характеристикой водопровода (водоотдачей, удаленностью гидранта от очага пожара), характером развития пожара и рядом других показателей, определяющих тактические схемы развертывания техники.

Рисунок - 2.1 - Схема отбора воды из водопровода пожарным насосом

1 -- пожарная подставка, 2 -- водопровод; 3 -- водопроводный колодец; 4 -- пожарный гидрант, 5 -- пожарная колонка, 6 -- рукавная линия, 7 -- пожарный автонасос; 8 -- пожарный рукав, 9 -- пожарный ствол

Если тушение пожара возможно при подаче небольшого расхода воды, то от передвижного пожарного насоса прокладывают одну рукавную линию. Такой вид насосно-рукавной системы называется простейшим соединением (рис. 2.2, а).

Рисунок 2.2 - Виды насосно-рукавных систем

а -- простейшее соединение, б -- последовательное соединение, в -- смешанное соединение,

1 -- насос, 2 -- магистральная рукавная линия, 3 -- рабочая рукавная линия, 4 -- пожарный ствол

Если для тушения пожара воды, содержащейся в автоцистерне пожарного автомобиля, недостаточно, то от передвижного пожарного насоса прокладывают магистральную рукавную линию до места пожара и к ней подсоединяют рабочие рукавные линии.

Если к магистральной рукавной линии подсоединена одна рабочая рукавная линия (см. рис. 2.2, б), то такой вид насосно-рукавной системы называется последовательным соединением.

Если к магистральной рукавной линии подсоединяется несколько рабочих рукавных линий (см. рис. 2.2, в), то такой вид насосно-рукавной системы называется смешанным соединением.

Для борьбы с крупными пожарами применяют лафетные стволы. К таким стволам вода, как правило, подается одновременно по нескольким магистральным линиям. Такой вид насосно-рукавной системы называется параллельным соединением.

2.1 Расчет насосно-рукавных систем

Расчет насосно-рукавных систем сводится к определению требуемого напора насоса в зависимости от расхода воды, подаваемой к месту пожара. Для определения этих параметров строится расчетная схема (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 - Расчетная схема насосно-рукавной системы

1 -- пожарный автонасос, 2 - рукавная система; 3 -- пожарный ствол

Гидравлические расчеты насосно-рукавных систем сводят к решению трех основных задач.

1. Определение напора насоса, если заданы расчетный расход воды (напор перед пожарным стволом), вид насосно-рукавной системы, а также длина и диаметр рукавов.

2. Определенно расхода воды по заданному напору насоса.

3. Определение предельной длины насосно-рукавной системы по расчетному расходу воды и напору насоса.

1. Определение напора насоса. Требуемый напор насоса Н (м) определяют по формуле

Н=hр+Нс+z1+z2+hв, (5)

hр -- потери напора в рукавной системе;

Нс -- свободный напор перед стволом;

z1 -- высота подъема стволов над осью насоса;

z2 --высота всасывания;

hв -- потери напора во всасывающей линии.

Для практических расчетов напор насоса определяют по формуле

H=Sсист Q2+z , (6)

Sсист -- сопротивление рукавной системы, зависящее от вида рукавной системы и диаметра установленных на ней пожарных стволов;

Q -- расчетный расход воды; z -- высота подъема пожарных стволов над осью насоса

2. Определение расхода воды по заданному напору. При определении расхода воды учитывают характеристику рукавной системы и рабочий режим насоса. Задачи о совместной работе насосов и рукавных систем решают графически и аналитически. При аналитическом решении задач о совместной работе насоса с рукавной системой используют уравнение, характеризующее параметры насоса, и уравнение (6), характеризующее параметры рукавной системы:

H=Sсист Q2+z

Для расчета расхода воды, подаваемой насосно-рукавной системой, из уравнения (6) получим формулу

. (7)

3. Определение предельной длины рукавной системы. Задачу определения предельной длины рукавной системы решают графически и аналитически, если заданы расчетный расход Q и высота подъема стволов z.

Например, для последовательного соединения рукавов (рис. 3. б) напор насоса вычисляется по формуле (6)

H=Sсист Q2+z,

где сопротивление системы будет равно

Sсист = nрЧsр ,

где sр -- сопротивление одной рукавной линии;

nр - число рукавов.

Решив уравнение (6) относительно nр, определим предельное число рукавов для данного вида рукавного соединения:

nр = (H - z)/spQ2 .

Количество пожарных рукавов в магистральной линии от водоисточника до места пожара определяется по формуле:

n = 1,2L/lp ,

где L - расстояние от места пожара до водоисточника, м ;

lp - средняя длина одного пожарного рукава (обычно lp =20 м).

2.2 Перекачка воды автонасосами

При удаленном водоисточнике используют перекачку воды по рукавным линиям несколькими пожарными насосами, включенными последовательно.

Рисунок 2.4 - Расчетная схема для определения гидравлических параметров насосно-рукавной системы при перекачке воды последовательно включенными пожарными насосами

При перекачке воды первый насос подает воду во всасывающий патрубок второго насоса, а последний подает воду в напорную рукавную линию с пожарными стволами (рис. 2.4). Для бесперебойной работы системы в конце каждой ступени перекачки (у всасывающего патрубка последующего насоса) должен быть свободный напор h1 равный 10 м. В конечной ступени перекачки (у пожарного ствола) величину Нс принимают равной напору для создания требуемого расхода воды через пожарный ствол.

Таким образом, напор каждого насоса в системе перекачки складывается из высоты подъема одного насоса над другим z, свободного напора h (или Нc в конце системы перекачки) и потерь напора в рукавных системах h1-2, h2-3 и т. д. При решении практических задач определяют число пожарных насосов, работающих в перекачку, и предельные расстояния между ними.

Рассмотрим последовательную работу двух одинаковых пожарных автонасосов (см. рис. 2.4). Начертим расчетную схему (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 - Расчетная схема для определения числа насосов, работающих в перекачку: 1, 2, 3. 4, 5 -- насосы

Расстояние между водоисточником и местом пожара обозначим через L, а расстояние между автонасосами по линии перекачки -- через l, тогда

L = ml + l1 = (ч - 1)l + l1 ,

m - число ступеней перекачки;

ч - число автонасосов равное m+1.

Число автонасосов в системе перекачки воды (при одинаковых насосах) определяют по формуле

ч = H/H1 ,

H - требуемый напор;

H1 - напор развиваемый одним насосом.

Требуемый напор для работы насосов в перекачку определяют по формуле

H = h + Hc + z ,

h - потери напора в рукавной линии;

Hc - свободный напор на конце рукавной линии, м;

z - высота подъема пожарных стволов над уровнем водоисточника.

Потери напора в рукавной линии системы перекачки h равны сумме потерь напора в каждой ступени перекачки

h = h1-2 + h2-3 + h3-4 + … + h(m-1)-m ,

h1-2 - потери напора в линии между первым и вторым насосами.

Высоту подъема z представляют в виде равенства

z = z1-2 + z2-3 + z3-4 + … + z(m-1)-m ,

где z1-2 - высота подъема насоса в первой ступени перекачки (индекс указывает номер насоса в системе перекачки)

В конечной ступени перекачки принимают высоту подъема пожарных стволов над осью последнего автонасоса.

Таким образом, для решения задачи должны быть заданы величина L, расчетный расход воды Q и высота подъема пожарных стволов z. Предельное число рукавов между соседними автонасосами при перекачке в одну линию определяют по формулам:

n1-2 = h1-2/SoQ2 ;

n2-3 = h2-3/SoQ2 ;

…………………;

n(m-1)-m = h(m-1)-m/SoQ2 ;

n - число рукавов между соседними автонасосами;

h1-2 - потери напора в рукавной линии между первым и вторым насосами;

Sо - сопротивление одного рукава в линии между насосами;

Q - расход воды

Напор каждого насоса находят по формулам:

H1 = h1-2 + z1-2 +Hc1 ;

H2 = h2-3 + z2-3 +Hc2 ;

…………………………;

Hm-1 = h(m-1)-m + z(m-1)-m +Hc(m-1)-m ,

H1 - напор у первого насоса;

h1-2 - потери напора в рукавной линии между первым и вторым насосом;

z1-2 - высота превышения второго автонасоса над первым;

Нс - свободный напор в конце рукавной линии первого автонасоса.

Свободный напор Нc(m-1) в конце рукавной линии, подающей воду к пожарным стволам, принимают равным величине требуемого напора для работы пожарных стволов (при заданном расходе воды).

При перекачке воды по двум параллельным рукавным линиям число рукавов между соседними автонасосами определяют по формулам:

n1-2 = 4h1-2/SoQ2 ;

n2-3 = 4h2-3/SoQ2 ;

…………………;

n(m-1)-m = 4h(m-1)-m/SoQ2 ;

Из данной формулы видно, что при перекачке по двум линиям расстояние между автонасосами может быть увеличено в 4 раза по сравнению с перекачкой по одной линии.

2.3 Параллельная работа насосов на лафетные стволы

Для тушения крупных пожаров применяют мощные водяные струи, которые создаются лафетными стволами. Воду к лафетным стволам часто подают несколькими пожарными автонасосами по общей магистральной линии (рис. 2.6, а), либо по самостоятельным рабочим рукавным линиям (см. рис. 2.6, б).

Рисунок 2.6 - Схема подачи воды в лафетный ствол

а -- по общей магистральной линии; б -- по самостоятельным рукавным линиям: 1 -- насос, 2 -- рабочая рукавная линия, 3 -- магистральный рукав, 4 -- лафетный ствол

При параллельной работе насосов на лафетный ствол приходится решать три задачи.

1. Определение числа пожарных автонасосов при заданной рукавной системе и производительности ствола.

2. Определение наиболее рациональной рукавной системы при заданной производительности ствола и числе пожарных автонасосов.

3. Определение производительности лафетного ствола для заданной насосно-рукавной системы.

3. Противопожарное водоснабжение населенных пунктов и промышленных объектов

3.1 Классификации систем водоснабжения

Система водоснабжения - комплекс взаимосвязанных устройств и сооружений, обеспечивающих потребителей водой в требуемом количестве и заданного качества. Система водоснабжения включает в себя устройства и сооружения для забора воды из источника водоснабжения, ее транспортирования; обработки, хранения, регулирования подачи и распределения между потребителями.

Схема водоснабжения - последовательное расположение этих сооружений от источника до потребителя, взаимное расположение их относительно друг друга.

Системы водоснабжения должны проектироваться в соответствии с требованиями по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения, а также других нормативно-технических рекомендаций и требований, предъявляемых к воде потребителями. При этом необходимо учитывать местные условия, многообразие которых приводит к тому, что система водоснабжения любого объекта по-своему уникальна и неповторима.

Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения классифицируется по следующим основным признакам:

- по назначению: хозяйственно-питьевые; противопожарные; производственные; сельскохозяйственные. Перечисленные типы систем могут быть как самостоятельными, так и объединенными. Объединяют системы в том случае, если требования, предъявляемые к качеству воды одинаковые или это выгодно экономически;

- по характеру используемых природных источников: системы, получающие воду из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища, моря, океаны); системы, забирающие воду из подземных источников (артезианские, грунтовые); системы смешанного питания (при использовании различных видов водоисточников);

- по территориальному признаку (охвату): локальные (одного объекта) или местные; групповые или районные, обслуживающие группу объектов; внеплощадочные; внутриплощадочные;

- по способам подачи воды: самотечные (гравитационные); напорные (с механической подачей воды с помощью насосов); комбинированные;

- по кратности использования потребляемой воды (для предприятий): прямоточные (однократное использование); с последовательным использованием воды (двух-трехкратное); оборотные (многократное использование воды, осуществляемое по замкнутой, полузамкнутой схеме или со сбросом части воды - продувкой); комбинированные;

- по видам обслуживаемых объектов: городские; поселковые; промышленные; сельскохозяйственные; железнодорожные и т.д.;

- по способу доставки и распределения воды: централизованные; децентрализованные; комбинированные.

Системы водоснабжения в населенных пунктах предусматривают, как правило, централизованными. При этом в зависимости от местных условий и экономической целесообразности они могут быть раздельными - с собственными источниками водоснабжения для каждой из зон (селитебной или производственной) - или объединенными - с общим источником водоснабжения для обеих зон (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Системы водоснабжения: а - централизованная раздельная; б - централизованная объединенная; в - комбинированная: 1 - водозаборное сооружение; 2 - насосная станция НС-1; 3 - очистные сооружения; 4 - резервуары чистой воды; 5 - НС-Н; 6 - водонапорная башня; 7 - водоводы; 8 - распределительная водопроводная сеть; 9 - населенный пункт; 10 - производственная зона.

Децентрализованные (местные) системы водоснабжения строятся для отдельных удаленных локальных потребителей или группы зданий, а также поселков, намеченных к переселению.

По надежности или по степени обеспеченности подачи воды централизованные системы водоснабжения делятся на три категории (табл. 3.1).

Таблица 3.1 - Категория надежности подачи воды

Численность населения, тыс.чел	Категория надежности	Допустимое снижение подачи, %	Длительность снижения подачи, сут.	Допустимый перерыв в подаче воды
>50	I	30	3	10 мин
5-50	II	30	10	6 час
<5	III	30	15	24 час

Системы водоснабжения (водопроводы), используемые одновременно для хозяйственно-питьевого и (или) производственного водоснабжения и для тушения пожаров, или специальный противопожарный водопровод могут быть низкого или высокого давления (рис. 3.2):

а) с подачей воды из водопроводной сети через гидранты низкого давления (при наличии пожарного депо необходимый напор обеспечивается с помощью пожарных автомашин или мотопомп);

б) при отсутствии пожарного депо напор создается стационарными пожарными насосами, установленными в насосных станциях, при этом трубы сети должны быть выбраны с учетом повышения давления при пожаре.

Рисунок 3.2 - Схемы тушения пожара из водопровода: а - низкого давления; б - высокого давления

Специальный противопожарный водопровод может устраиваться с подачей воды непосредственно из противопожарных резервуаров или естественных водоемов (рек, озер, прудов); необходимый напор обеспечивается пожарными автомашинами или мотопомпами.

В населенных пунктах с числом жителей более 5 тысяч человек противопожарный водопровод должен быть низкого давления. Противопожарное водоснабжение поселков с числом жителей до 5 тысяч человек допускается также из естественных или искусственных водоемов или резервуаров с забором воды из них пожарными автонасосами или мотопомпами. В этом случае требуемое число водоемов или резервуаров определяют исходя из того, что радиус их действия не должен превышать при тушении пожара: автонасосами - 200 м, мотопомпами - 100-150 м. Объем каждого резервуара должен быть рассчитан на расход воды, необходимый для тушения пожара в течение 3 часов. Пополняют противопожарные резервуары из хозяйственно-питьевого водопровода. Выбор системы противопожарного водоснабжения обосновывают технико-экономическими расчетами. Для поселков с числом жителей до 50 человек при застройке одно-двухэтажными зданиями, а также для отдельно стоящих производственных зданий I и II степени огнестойкости объемом до 1000 м3 противопожарное водоснабжение можно не предусматривать.

Примерная схема водоснабжения населенного пункта представлена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 - Схема водоснабжения населенного пункта при использовании поверхностного водоисточника: 1 - источник водоснабжения; 2 - водозаборное сооружение; 3 - насосная станция 1-го подъема; 4 - водоочистная станция; 5 - резервуар чистой воды (РЧВ); 6 - насосная станция II-го подъема; 7 - напорно-регулирующее сооружение (водонапорная башня); 8 - распределительная сеть населенного пункта; 9 - самотечные водоводы; 10 - напорные водоводы, 11 - всасывающие водоводы, 12 - напор насосов I подъема, 13 - напор насосов I подъема, 14 - линия свободных напоров в разводящей сети.

3.2 Водопроводы для наружного пожаротушения

Схемы водопроводов выполняют в зависимости от характера водопровода, который должен обслуживать пожарные нужды, и его назначения.

По способу создания напоров противопожарные водопроводы бывают:

1) высокого давления, которые делятся на:

а) водопроводы постоянного высокого давления;

б) высокого давления, повышаемого только во время пожара. В этом' случае давление в водопроводной сети достаточно для непосредственной подачи воды для тушения пожаров от гидрантов, установленных на сети (без помощи привозных насосов);

2) низкого давления (подача воды для тушения от привозных насосов).

Противопожарный водопровод постоянного высокого давления устраивают редко вследствие больших материальных затрат на создание водопроводной сети, обслуживающей только пожарные нужды, и необходимости устройства высокой водонапорной башни или отдельной пневматической установки.

Противопожарный водопровод высокого давления, повышаемого только во время пожара, устраивают главным образом на писчебумажных комбинатах, крупных нефтеперерабатывающих комплексах и других промышленных объектах, характеризующихся высокой пожарной опасностью,

Противопожарный водопровод высокого давления, повышаемого во время пожара, объединяется с хозяйственно-питьевым водопроводом промышленных предприятий. Напор для пожаротушения увеличивается только в хозяйственно-питьевой сети, в промышленном водопроводе напор в это время остается без изменения, поэтому при пожаре не нарушаются производственные процессы, требующие наличия постоянного давления в сети. Строительство противопожарных водопроводов, объединенных с хозяйственно-питьевыми, целесообразно также потому, что хозяйственная сеть, как правило, является более разветвленной, чем производственная, и охватывает наибольшую часть территории объекта. При таких водопроводах наружное пожаротушение может производиться непосредственно от гидрантов без привозных насосов, а внутреннее противопожарное водоснабжение обеспечивается устройством в здании пожарных стояков с пожарными кранами. При этом водонапорную башню устраивают высотой, достаточной для самотечной подачи воды для тушения пожара от внутренних пожарных кранов (в начальной стадии пожара). Бак водонапорной башни во время пожара после пуска пожарного насоса выключается с помощью автоматического приспособления, так как напор, развиваемый пожарным насосом, превышает высоту водонапорного бака.

Противопожарный водопровод высокого давления, объединенный с производственным водопроводом, устраивают в редких случаях, когда при пожаре приходится подавать под высоким давлением все количество воды, необходимой для производственных нужд (как правило, это количество бывает зпачительиым).

Противопожарный водопровод низкого давления, объединенный с хозяйственно-питьевым водопроводом, рассчитывают таким образом, что во время пожара увеличивается только количество подаваемой воды, напор же в сети поддерживается не ниже 10 м. При водопроводах низкого давления выключать водонапорную башню или контррезервуар во время пожара не требуется. Такие водопроводы широко распространены в городах и поселках, где других сетей, кроме хозяйственных, не бывает. Отбор воды для тушения пожаров из таких водопроводов производят с помощью привозных пожарных насосов (автонасосов, мотопомп и др.).

Противопожарный водопровод низкого давления, объединенный с производственным водопроводом, устраивают на производствах, где пожарный расход, по сравнению с производственным, невелик и не влияет на напор производственного водопровода. Однако если для пожарных нужд необходим пуск добавочного насоса, возможно понижение напора в сети, что не всегда допускается требованиями технологии. При рассматриваемой схеме водопровода отбор воды на наружное пожаротушение производится от сети объединенного производственно-противопожарного водопровода низкого давления, а внутреннее пожаротушение -- от внутренних хозяйственно-производственных водопроводов. Такая схема рациональна, потому что внутренняя сеть в этом случае подает воду как на хозяйственно-питьевые нужды, так и на нужды внутреннего пожаротушения.

Противопожарный водопровод объединяют иногда одновременно с хозяйственно-питьевым и производственным водопроводами. В этом случае водопроводная сеть получается единой, и водопроводы могут быть высокого и низкого давления.

Приведенные схемы противопожарных водопроводов применяют в разнообразных комбинациях. Выбор той или иной схемы зависит от характера производства, занимаемой им территории, характеристики пожарной огнеопасности производства, дебита источников водоснабжения и технико-экономических показателей, а также местных условий рассматриваемого объекта.

При больших производственных расходах воды более рациональной в ряде случаев оказывается схема противопожарного водопровода высокого давления, объединенного с хозяйственно-питьевым водопроводом.

Если для объекта допустим пожарный водопровод низкого давления, то он может быть объединен с производственным при условии достаточного охвата водопроводной сетью зданий и сооружений на территории объекта.

На выбор схемы водопровода оказывают влияние характеристики внутреннего противопожарного водопровода, спринклерно-дренчерного оборудования, а также стационарных установок пожаротушения. Кроме того, при выборе противопожарного водопровода необходимо учитывать, имеется ли на объекте или вблизи него пожарная команда.

Водопроводы низкого давления можно сооружать лишь при наличии на объекте или в непосредственной близости от него пожарных команд с передвижными пожарными насосами. Водопроводы высокого давления целесообразно устраивать при отсутствии пожарной команды или при недостатке передвижных пожарных насосов для подачи на тушение пожара полного расчетного количества воды (например, на отдаленных от населенных пунктов объектах). При выборе схемы водоснабжения необходимо учитывать технико-экономические показатели варианта технического решения, включающие капитальные вложения и издержки эксплуатации системы водоснабжения.

В таблице 3.2 даны характеристики противопожарных водопроводов, отражающие преимущества и недостатки вариантов при выборе рациональной схемы.

Таблица 3.2 - Преимущества и недостатки вариантов схем противопожарного водопровода

3.3 Внутренний противопожарный водопровод

Внутренний водопровод должен обеспечивать подачу воды для образования струй, необходимых при тушении пожара. Для этого требуются устройство водонапорной башни с определенным запасом воды, непрерывная работа насосов, или устройство пневматического водоснабжения, заменяющего водонапорную башню.

Влияние требований внутреннего противопожарного водопровода на выбор схемы наружного водопровода можно показать на примере. Предположим, что противопожарный водопровод можно выполнить по схеме низкого давления и объединить с производственным водопроводом, подающим неочищенную воду (не пригодную для хозяйственно-питьевых нужд) Возникает вопрос: к какому водопроводу можно присоединить внутреннюю противопожарную сеть?

В случае объединения внутренней противопожарной сети с производственной необходимо учесть влияние увеличения напора в сети на эксплуатацию наружного производственного водопровода, исходя из условия тушения пожара от внутренних пожарных кранов. Если требуемый напор для производственною водопровода невелик, а расход велик и напор для тушения через внутренние краны больше производственного напора, то объединять внутренний противопожарный водопровод с производственным нецелесообразно.

3.4 Спринклерное и дренчерное оборудование

Спринклерное оборудование предназначено для автоматической подачи сигнала о пожаре и его тушения. Оборудование состоит из труб, проложенных внутри помещения под потолком. На трубах установлены спринклеры, которые автоматически открываются при повышении температуры в помещении до заданного предела и подают в очаг горения воду в виде капельных водяных струй Спринклерная система постоянно находится под давлением воды, чтобы обеспечить ее подачу к месту пожара при открывании замка спринклера. Водоисточником спринклериого оборудования служит хозяйственно-противопожарный, производственно-противопожарный и другие водопроводы, а также естественные водоисточники и искусственные водоемы.

В зависимости от вида водоисточника выбирают тип водопитателя. Обычно спринклерное оборудование имеет два водопитателя: вспомогательный (автоматический) и основной. Автоматический водопитатель (водонапорный бак, гидропневматическая установка, водопровод) подает воду и установку до момента включения в работу основного водопитателя. В качестве основного водопитателя используют насосно-силовое оборудование, водопроводы и запасные емкости. Трубопроводы спринклерного оборудования в режиме ожидания заполняют водой или воздухом в зависимости от температуры воздуха в помещении. Распределительные сети спринклерного оборудования подразделяются на самостоятельные секции (обычно секция защищает помещение или этаж здания) с тупиковой или кольцевой разводкой трубопроводов. Капельные водяные струи образуются при выходе воды из спринклера при напоре не менее 5 м.

Дренчерное оборудование предназначено для автоматического или ручного тушения пожара в помещениях путем орошения капельными водяными струями на расчетной площади здания. Дренчерное оборудование используют также для создания водяных завес в проемах дверей или окон, орошения отдельных элементов технологического оборудования и т. п. Такое оборудование применяют для пожароопасных объектов, где возможно быстрое распространение огня. При горении легковоспламеняющихся веществ и жидкостей дренчерное оборудование локализует пожар (сдерживает развитие очага пожара), позволяет пожарным приблизиться к очагу горения и предотвращает возможность распространения огня на соседние объекты. Устройство дренчерного оборудования схоже со спринклерным, только вместо спринклеров на распределительной сети установлены дренчеры (спринклеры без легкоплавкого замка) и автоматическое включение подачи воды осуществляется по команде пожарного извещателя, реагирующего на один из факторов, сопутствующих пожару (теплота, дым, пламя).

Стационарные установки локального действия используют для тушения загораний на отдельных участках технологических установок особо высокой пожарной опасности, когда применение спринклерно-дренчерного оборудования неэффективно. Эффект тушения в данном случае достигается мгновенной подачей большого количества воды в очаг пожара за короткий промежуток времени. Тушение пламени твердых горючих материалов и жидкостей в данном случае достигается в результате подачи распыленных или туманообразных водяных струй. Для образования таких струй используют специальные оросители, в которые вода подается под высоким давлением (до 1 МПа).

Установки водопенного пожаротушения применяют для тушения пламени легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Наибольшее распространение эти установки получили в системах противопожарной защиты химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где добывают и перерабатывают нефть и природный газ. Огнетушащим средством в таких установках является пена, которая получается из 4--6%-ного водного раствора пенообразователей. Пенные установки имеют спринклерное или дренчерное исполнение. По своему устройству они аналогичны стационарным установкам водяного пожаротушения. Отличие состоит в том, что спринклеры заменены оросителями пены, а дренчеры -- генераторами пены. Кроме того, водопитатели пенных установок дополнительно оборудуют дозаторами для введения требуемого количества пенообразователя в поток воды.

3.5 Установки лафетных стволов

Лафетные установки применяют для подачи и управления водяными или пенными струями большой мощности. Для этой цели пожарные лафетные стволы большой производительности (до 100 л/с) устанавливают на специальных вышках, кровле зданий или площадках и подключают к специальному противопожарному водопроводу высокого давления.

Лафетные установки предназначены для тушения пожаров в складах лесо-, пиломатериалов, на технологическом оборудовании большой высоты (например, ректификационных и вакуумных колоннах нефтеперерабатывающих заводов), а также складах со сжиженным горючим газом. Для оперативной работы лафетного ствола предусматривается быстродействующая арматура включения и выключения подачи жидкости из водопровода.

Лафетные установки бывают с ручным и автоматизированным приводом. Приведенные выше схемы определяют лишь состав и взаимное расположение элементов системы водоснабжения. Размеры отдельных сооружений и установок, число и мощность насосов, вместимость резервуаров, высоту и вместимость водонапорных башен, диаметры труб рассчитывают в зависимости от расхода подаваемой воды и намеченного для них прогнозом режима работы.

Основным фактором, определяющим параметры работы элементов системы водоснабжения, является режим расходования воды потребителями, которых эта система обслуживает. В отличие от многих инженерных систем, рассчитываемых но заранее известным и заданным нагрузкам, системы водоснабжения должны учитывать непрерывно меняющийся режим водообеспечения, поэтому при проектировании систем водоснабжения необходимо точное прогнозирование водопотребления.

Для промышленных предприятий расходы воды на производственные нужды задают в соответствии с технологическим регламентом потребления воды. Сложнее прогнозировать водопотребление в населенных пунктах, так как расходование воды населением определяется рядом факторов, связанных с укладом жизни и трудовой деятельностью людей.

4. Обеспечение надежности работы систем противопожарного водоснабжения

Надежная работа многофункциональных систем водоснабжения является важным условием бесперебойного водообеспечения пожарной техники и снижения ущербов от пожаров.

Многофункциональная система водоснабжения с точки зрения выбора номенклатуры показателей и оценки надежности является сложной технической системой. Эта система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, обеспечивающих выполнение заданных функций несколькими различными способами, отличающимися уровнями качества функционирования системы. Такими элементами в многофункциональной системе водоснабжения являются: водоисточник; станция водоочистки, насосные, подающие воду в водопроводную сеть, резервуары для храпения и регулирования подачи воды; водоводы и водопроводная сеть. Возможно и дальнейшее членение системы на детали, узлы, агрегаты, приборы и т. п. Однако приведенные деления системы на элементы в зависимости от способа выполнения заданной требованиями задачи в полной мере определяют состав элементов, одновременно выполняющих поставленную цель.

В результате отказов элементов системы ухудшается характеристика качества функционирования и соответственно снижается выходной эффект (полезный результат) системы, поэтому задачи надежности сводятся к выявлению влияния отказов элементов на качество функционирования и выходной эффект системы водоснабжения.

4.1 Показатели оценки надежности системы водоснабжения

Надежность системы водоснабжения характеризуется безотказностью -- сохранением непрерывного состояния работоспособности в определенных условиях водообеспечения потребителей, ремонтопригодностью - приспособленностью системы водоснабжения к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов; долговечностью -- продолжительностью сохранения состояния работоспособности с возможными перерывами на ремонт.

...