• Киев
  • (044) 568 57 45 | (096) 563 77 51
  • kvirin@kvirin.ua
Mobile menu

 

Останнім часом під впливом інформації, розповсюджуваної деякими технічно безграмотними «діячами» від пожежної безпеки і протипожежного захисту, серед власників (сьогоднішніх та ймовірних) систем газового пожежогасіння (далі – СГП) все частіше поширюються тезис: «Газові вогнегасні речовини (далі – ГВР) з низькою температурою кипіння непридатні для використання. У разі підвищення температури навколишнього середовища вони дуже швидко закиплять, що призведе до несанкціонованого спрацювання модулів газового пожежогасіння (далі – МГП) і всієї СГП в цілому».

Спробуємо розібратися у цьому питанні і спочатку формалізуємо «умови задачі».

1. «Життєвий цикл» ГВР після її виготовлення складається з таких основних етапів (стосовно питань, що розглядаються):

- транспортування від виробника до споживача;

- зберігання у тарі виробника на складі споживача (без газа-витискувача);

- зберігання в спорядженому МГП на об’єкті протипожежного захисту (під додатковим тиском газу-витискувача).

2. До основних причин підвищення температури навколишнього середовища, що межує із МГП, можна віднести такі:

- вплив кліматичних чинників;

- вплив технологічних чинників (відключення кондиціонера, вихід з ладу устатковання тощо);

- вплив чинників пожежі.

Примітка. Останню причину, зрозуміло, розглядати не будемо.

3. Температурний діапазон впливів (з урахуванням кліматичних особливостей України): від мінус 20 0С до 50 0С.

Зауважимо, що величини температури кипіння рідинної фази конкретних ГВР здебільше вказано (див. відповідні НД) за абсолютного тиску 1,013 бар – це атмосферний тиск. Більшість відомих на сьогодні ГВР в умовах транспортування та зберігання являють собою рідину, що знаходиться під тиском (надлишковим) власної насиченої пари.

4. Методику розрахунку, що без «складних теоретичних конструкцій» встановлює певні залежності між температурою навколишнього середовища, тиском власної насиченої пари ГВР та температурою кипіння під час їх транспортування та зберігання у тарі виробника, наведено нижче.

Отже, відповідно до рівняння Клайперона-Клаузіса із зростанням тиску температура кипіння збільшується, а зі зменшенням тиску температура кипіння зменшується [1]:

f1,                             (1)

f3

З урахуванням формули (1) залежність тиску насиченої пари від температури [2] матиме вигляд:

f2,                                                         (2)

 де Т0 – початкова температура, К;

 Т – температура, за якої визначається тиск пари, К.

5. Вихідні дані для розрахунків:

– 8,314 Дж/(моль×К) [3].

Patm – 101325 Па [4].

Інші дані стосовно ГВР наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Вихідні дані

Результат

Вогнегасна

речовина

Температура кипіння за абсолютного тиску 1,013 бар

(Tboil.atm)

Тиск пари за

20 ºС (293,15 К)

(Pп)

Теплота випаровування за температури кипіння Tboil.atm, Дж/к

Молярна маса, кг/моль

()

Температура кипіння ГВР з урахуванням тиску пари

(Tboil) 2)

ºС

К

бар

Па

ºС

К

CF3I

-22,5 [5]

250,65

4,650 [5]

465000,0

106000,0 [12]

0,19590 [5]

29,82

302,97

FK-5-1-12

49,20 [6]

322,35

0,326 [6]

32600,0

88000,0 [6]

0,31604 [6]

58,10

331,25

HFC 125

-48,09 [7]

225,06

12,050 [7]3)

1205000,0

164300,0 [13]

0,12002 [7]

21,02

294,17

HFC 227ea

-16,40 [8]

256,75

3,900 [8]3)

390000,0

131600,0 [14]

0,17000 [8]

21,49

294,64

HFC 23

-82,00 [9]

191,15

41,800 [9]3)

4180000,0

238764,0 [15]

0,07000 [9]

22,61

295,76

HFC 236fa

-1,40 [10]

271,75

2,296 [10]

229600,0

160377,0 [16]

0,15200 [10]

32,08

305,23

галон 2402

47,50 [11]

320,65

0,370 [11]

37000,0

104670,0 [17]

0,25982 [11]

56,63

329,78

галон 1301

-57,80 [11]

215,35

14,630 [11]3)

1463000,0

116692,0 [18]

0,14893 [11]

21,87

295,02

галон 1211

-4,00 [11]

269,15

2,530 [11]

253000,0

135290,0 [19]

0,16538 [11]

34,52

307,67

1) У разі необхідності – розраховано за методом лінійної інтерполяції.

2) Розраховано за формулою (1).

3)Абсолютний тиск.

Замітки на полях. На жаль, не всі виробники надають у «відкритому доступі» змістовну інформацію щодо властивостей виготовлюваних ними ГВР.

Тому, для HFC 125 [7], HFC 227ea [8], HFC 23 [9] та HFC 236fa [10] величина тиску пари за певної температури обиралась з джерел [13 – 16] (для [13 – 15] – з урахуванням примітки 3) таблиці 1). Для інших ГВР  величина тиску пари за певної температури розраховувалась за формулою (2).

Примітка 1. Для недовірливого читача – зауважимо, що результати, отримані на підставі даних за [13 – 16], та дані по тих же ГВР (перевірочний розрахунок), розраховані за формулою (2), відрізняються на величину не більшу ніж 6 %.

Примітка 2. Деякі ГВР виготовлюються різними виробниками. Для розрахунків було навмисно обрано різних виробників (див. таблицю 1) в зв’язку з тим, що розбіжність між однотипними характеристиками таких ГВР складає не більше ніж 3-5 %.

Результати наведено на рисунках 1-3.

graf1

 

Рисунок 1 – Залежність температури кипіння (Tboil) ГВР від тиску насиченої пари (для FK-5-1-12 [6] та галону 2402 [11])

graf2

Рисунок 2 – Залежність температури кипіння (Tboil) ГВР від тиску насиченої пари (для HFC 23 [9], HFC 125 [7] та галону 1301 [11])

graf3

Рисунок 3 – Залежність температури кипіння (Tboil) ГВР від тиску насиченої пари (для CF3I[5], HFC 227ea[8], HFC 236fa[10] та галону 1211 [11])

Для практичного використання більш цікава зворотня залежність.

Примітка. 1 – залежність температури кипіння (Tboil) конкретної ГВР від величини тиску її насиченої пари (Р); 2 – залежність величини тиску (Р) насиченої пари конкретної ГВР від температури навколишнього середовища (Т).

Обмежимося декількома прикладами і вивчимо «стан питання» для деяких найбільш розповсюджених в Україні ГВР як наведено на рисунках 4-7.

graf4

Рисунок 4 – Стан ГВР FK-5-1-12 [6], що знаходиться під тиском власної насиченої пари  

graf5

Рисунок 5 – Стан ГВР HFC 125 [7], що знаходиться під тиском власної насиченої пари

graf6

Рисунок 6 – Стан ГВР HFC 227ea[8], що знаходиться під тиском власної насиченої пари

graf7

Рисунок 7 – Стан ГВР галон 2402 [11], що знаходиться під тиском власної насиченої пари 

Як видно з наведених залежностей, «небезпеки закипання» вищенаведених ГВР у разі їх транспортування та зберігання у тарі виготовлювача у діапазоні температур від мінус 20 0С до 50 0С немає. Такі ГВР можуть без додаткової підготовки (охолодження або нагрівання) використовуватися для заряджання у МГП.

Винятком є:

- HFC 227еа [8] (діапазон температур зберігання: від -15 0С до 50 0С).

Примітка. У разі зберігання за температури нижчої за -16 0С HFC 227еа вже буде перебувати переважно у газоподібному стані (точка кипіння за абсолютного тиску – мінус 16,4 0С [8]; тиск пари – 1,03 бар (абс.) [14]).

Висновок (майже містичний) – завдяки значному «запасу міцності» (див. рисунки 4 та 7), переможцями «хіт-параду» в номінації, що розглядається, стають: найбільш екологічно безпечна ГВР (FK-5-1-12 [6]) та одна з найбільш екологічно небезпечних ГВР (стосовно вимог Монреальського протоколу [20]) – галон 2402 [11].

При цьому, завдяки своїм фізико-хімічним властивостям зазначені ГВР ще й не потребують жодних додаткових заходів безпеки від підвищення тиску (за [21]) у діапазоні температур зберігання від мінус 20 0С до 50 0С.

6. У разі зберігання ГВР в спорядженому МГП на об’єкті протипожежного захисту (під додатковим тиском газа-витискувача), до вищенаведеної методики розрахунку необхідно додати ще «пару формул».

Як відомо, парціальний тиск – це внесок певного газу в загальний тиск суміші газів. В нашому випадку, це: насичена пара ГВР та азот як газ-витискувач. Тобто, згідно із законом Дальтона [22]:

f4,                                                          (3)      

де Рсум – надлишковий тиск в МГП відповідно до проекту СГП, бар;

     Ра– парціальний тиск газу-витискувача (азоту), бар.

Зміну величини тиску азоту залежно від температури можна розрахувати користуючись законом Шарля [23]:

f5,                                                           (4)

де  Ра1, Т1– початковий парціальний тиск азоту (Па) в МГП за відповідної температури (К);

   Ра2, Т2 – парціальний тиск азоту (Па) в МГП за відповідної температури (К) у разі її зміни.

7. Вихідні дані для розрахунків:

– 25 бар (див., наприклад – [5-8, 10]).

Початкова температура заряджання МГП до тиску  – відповідно до [5-8, 10]. Для ГВР за [11] обрано температуру – 20 0С.

Інші дані стосовно ГВР наведено в таблиці 1.

Примітка. Знов-таки – для недовірливого читача – зауважимо, що результати визначення залежності (Рсум- Т), отримані на підставі даних за [5-8, 10, 13, 14, 16] (перевірочний розрахунок) відрізняються від наведених у [5-8, 10] відрізняються на величину не більшу ніж 6 % (див. відповідні графіки у [5-8, 10]).

Таку розбіжність (особливо в діапазоні температур від мінус 20 0С до 0 0С) можна пояснити тим, що:

- розрахунки величини тиску Рсум виконувались, виходячи з припущення «газ-витискувач – ідеальний газ»;

- в розрахунках не бралась до уваги «розчинність» азоту в ГВР.

   Зупинимося на раніш розглянутих ГВР за [6-8, 11]. Результати наведено на рисунках 8-11.

Примітка. 1 – залежність температури кипіння (Tboil) конкретної ГВР від величини надлишкового тиску (Р); 2 – залежність величини надлишкового тиску (Р) від температури навколишнього середовища (Т).

graf8

Рисунок 8 – Стан ГВР FK-5-1-12 [6], що знаходиться під надлишковим тиском, відповідно до проекту СГП

graf9

Рисунок 9 – Стан ГВР HFC 125 [7], що знаходиться під надлишковим тиском, відповідно до проекту СГП

graf10

Рисунок 10 – Стан ГВР HFC 227ea [8], що знаходиться під надлишковим тиском, відповідно до проекту СГП

 graf11

Рисунок 11 – Стан ГВР галон 2402 [11], що знаходиться під надлишковим тиском, відповідно до проекту СГП

Як це працює?

Розглянемо на прикладі, так би мовити, «найгіршої» ГВР (див. рисунок 9) – HFC 125 [7].

graf12

Рисунок 12 – Номограма стану ГВР HFC 125 [7], що знаходиться під надлишковим тиском, відповідно до проекту СГП           

За температури 40 0С величина надлишкового тиску в МГП, в якому знаходиться ГВР HFC 125 [7], відповідно до вищенаведеної методики буде складати 33,17 бар (крива (2)). Таким чином, температура кипіння HFC 125 [7] за цього тиску буде дорівнювати – 64,72 0С (крива (1)). Тобто «коефіцієнт безпеки» – 1,38.

Зрозуміло, що з підвищенням проектної величини робочого тиску в МГП картина не зміниться – навіть відбудеться «покращення» щодо величини «коефіцієнту безпеки».

До того ж, необхідно пам’ятати про те, що існують такі поняття як: «тепломісткість» та «теплопровідність» матеріалів і речовин. Тобто, враховуючи ще й параметр «маса» МГП спорядженого ГВР, говорити про миттєве підвищення (зниження) температури ГВР «дещо передчасно».

Отже, в діапазоні температур від мінус 20 0С до 50 0С такої проблеми як: «кипіння ГВР від підвищення (зниження) температури оточуючого середовища, що призводить до несанкціонованого спрацювання СГП» в природі не існує.

В той же час, існує проблема підвищення тиску двохкомпонентної суміші «газ-витискувач – насичена пара ГВР» із ростом температури. За певних умов це може призвести до спрацювання запобіжних (від перевищення тиску) пристроїв МГП.

Але це вже інша історія….

Список літератури

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

2. http://pskgu.ru/ebooks/sdvtpdf2/stgl10_114.pdf 

3.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F

4.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

5. ДСТУ 4466-2:2008 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтування, випробування, технічне обслуговування та безпека. Частина 2. Вогнегасна речовина CF3I (ISO 14520-2:2006, MOD).

6. ДСТУ 4466-5:2008 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтування, випробовування, технічне обслуговування та безпека. Частина 5. Вогнегасна речовина  FK-5-1-12 (ISO 14520-5:2006, MOD).

7. ДСТУ 4466-8:2008 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтаж, випробування, технічне обслуговування та безпека. Частина 8. Вогнегасна речовина HFC 125 (ISO 14520-8:2006, MOD).

8. ДСТУ 4466-9:2008 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтаж, випробування, технічне обслуговування та безпека. Частина 9. Вогнегасна речовина HFC 227 еа (ISO 14520-9:2006, MOD).

9. ДСТУ 4466-10:2006 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтаж, випробування, технічне обслуговування та безпека. Частина 10: Вогнегасна речовина HFC 23 (ISO 14520-10:2005, MOD).

10. ДСТУ 4466-11:2006 Системи газового пожежогасіння. Проектування, монтаж, випробування, технічне обслуговування та безпека. Частина 11: Вогнегасна речовина HFC 236 fa (ISO 14520-11:2005, MOD).

11. ДСТУ 7288:2012 Пожежна безпека. Вогнегасні речовини. Регенеровані галогеновані вуглеводні. Загальні технічні умови.

12. http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire00/PDF/f00156.pdf 

13. http://trilema.com/wp-content/uploads/2014/11/hfc-125_si_2.pdf

14.http://www.solvaychemicals.com/Chemicals%20Literature%20Documents/Fluor/solkane_specialties/Solkaflam_EN_B.pdf

15.http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/h58841_Freon23_thermo_prop_si.pdf

16. http://www.allchemi.com/download/tables/HFC-236fa-SI.PDF

17.http://www.redproteger.com.ar/editorialredproteger/serieelfuego/22_Los_Agentes_Extintores_Los_Halones_Agentes_Limpios_1a_edicion_Abril2010.pdf

18.http://encyclopedia.airliquide.com/Encyclopedia.asp?LanguageID=11&CountryID=19&Formula=&GasID=86&UNNumber=&EquivGasID=474&RD20=29&RD9=8&RD6=64&RD4=2&RD3=22&RD8=27&RD2=20&RD18=41&RD7=18&RD13=71&RD16=35&RD12=31&RD19=34&RD24=62&RD25=77&

19. http://encyclopedia.airliquide.com/Encyclopedia.asp?GasID=15#GeneralData

20. Монреальський протокол про речовини, що руйнують озоновий шар, 1987 р., ратифікований Україною 20.09.88 (http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/995_215).

21. НПАОП 0.00-1.59-87 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

22.http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D1%86%D1%96%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%B8%D1%81%D0%BA

23.http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%A8%D0%B0%D1%80%D0%BB%D1%8F

С.В. Пономарьов (керівник проектів і програм ТОВ «ДВВП «Променергоремонт»)

«Бизнес и безопасность» № 3/2015 (107) 

  • logo kvirin

    Сайт ООО КВИРИН - услуги в области противопожарной безопасности
  • sevo-systems

    Производитель оборудования для ГОТВ NOVEC 1230
  • logo vesda

    Система сверхраннего обнаружения дыма
  • logo

    Интеллектуальная система пожарной сигнализации