Rychlost je důležitá! Doporučené průtoky vody v protipožárních systémech

Důležitou hydraulickou charakteristikou proudění hasicí kapaliny přepravované v hasicím systému je spolu s průtokem i rychlost. Proč je správnější říkat „průměrná“ rychlost pohybu kapaliny, jak určit její hodnotu a proč je rychlost nejdůležitějším parametrem při rozhodování o návrhu vodních hasicích systémů – to vám řekneme v našem článku.

Podle „tryskového modelu“ pohybu tekutiny, který je základem pro studium hydrodynamických zákonů, a konceptu proudění tekutiny, o kterém jsme diskutovali v článku https://portal.edufire37.ru/articles/745, se při pohybu tekutiny v potrubí rychlosti jednotlivých elementárních proudů liší. Částice kapaliny nacházející se v blízkosti osy proudění se pohybují rychle, zatímco částice v blízkosti stěny se pohybují pomalu. Navíc rozložení rychlosti po průřezu potrubí závisí na režimu pohybu tekutiny. V laminárním režimu se rychlosti vrstev kapaliny od osy potrubí ke stěnám snižují podle parabolického zákona. Mají maximální hodnotu na ose potrubí a rychlost proudění na povrchu stěn potrubí je nulová. Rozložení rychlosti po průřezu proudění při turbulentním pohybu je složitější. Pohybující se částice kapaliny ze středu proudění se srážejí s pomalu se pohybujícími částicemi v blízkosti stěn, v důsledku čehož se rychlosti vyrovnávají. A pouze v mezní vrstvě, kde stěny brání míchání, rychlost prudce klesá.

Co se rozumí rychlostí pohybu kapaliny v potrubí, pokud se rychlost pohybu různých částic kapaliny od sebe liší? Tím se rozumí průměrná rychlost (na průřezu potrubí).

Průměrná rychlost pohybu kapaliny— je rychlost, s jakou by se všechny částice kapaliny musely pohybovat daným průřezem, aby průtok celého proudu byl roven průtoku odpovídajícímu skutečným rychlostem částic. Průměrnou rychlost lze určit, pokud je známo množství kapaliny dodávané jejím dopravním potrubím (požárním vodovodem nebo hadicovým potrubím), tj. průtok kapaliny, a geometrické parametry průřezu (například vnitřní průměr potrubí). Průměrná rychlost se vypočítá jako poměr objemového průtoku kapaliny k ploše průřezu.

Rychlost pohybu tekutiny ovlivňuje takové parametry, jako je

— hydraulický odpor (čím vyšší je rychlost, tím větší je hydraulický odpor a v důsledku toho jsou vyšší energetické náklady na čerpání kapaliny);

— opotřebení potrubí (vysoké rychlosti mohou vést k erozi stěn potrubí, zejména v zatáčkách a spojích);

— kavitace (pokud je rychlost příliš vysoká, může dojít ke kavitaci – tvorbě bublin páry v kapalině, což může vést k poškození potrubí).

Správné stanovení průtoku vody tak zajišťuje spolehlivost systému hašení požáru vodou, minimalizuje provozní náklady a prodlužuje životnost potrubí, zabraňuje problémům, jako je kavitace, koroze a opotřebení potrubí, a zajišťuje efektivní provoz celého systému.

Důležitou fází při návrhu systémů zásobování vodou pro hašení požárů je standardizace průtoku vody. Standardizace průtoku vody v potrubích je regulována regulačními dokumenty.

Podle článku 7.12 SP 30.13330.2020 „Vnitřní vodovod a kanalizace budov SNiP 2.04.01-85*“ by rychlost pohybu vody v kombinovaném systému zásobování vodou pro inženýrské sítě a požární účely během hašení požáru neměla překročit 3 m/s, v sprinklerových a záplavových systémech – 10 m/s.

Rychlost pohybu vody je jedním z určujících parametrů pro výběr průměrů potrubí při návrhu systému vodního hašení. Současně by u kombinovaných systémů zásobování vodou měla být zohledněna spotřeba vody pro potřeby spotřebitelů (domácí a pitné, průmyslové) a pro potřeby hašení požárů. Pojem průtoku kapaliny a metody jeho stanovení jsme zvažovali v článku https://portal.edufire37.ru/articles/789.

Při výběru průměrů je třeba vzít v úvahu i délku potrubí, protože s rostoucí délkou se zvyšuje hydraulický odpor vůči proudění hasicí kapaliny, což může vyžadovat zvětšení průměru.

Podle článku 10.10 SP 31.13330.2021 „Zásobování vodou. Vnější sítě a stavby SNiP 2.04.02-84*“ by měl být průměr trubek, armatur a ventilů stanoven na základě technicko-ekonomického výpočtu založeného na průtocích vody v mezích uvedených v tabulce 25 tohoto souboru pravidel.

Doporučené průtoky vody v potrubích čerpacích stanic jsou: pro potrubí do průměru 250 mm je průtok vody v sacím potrubí 0,6–1 m/s, v tlakovém potrubí 0,8–2 m/s; pro potrubí nad průměr 250 mm do 800 mm v sacím potrubí 0,8–1,5 m/s, v tlakovém potrubí 1–3 m/s; pro potrubí nad průměr 800 mm v sacím potrubí 1,2–2 m/s, v tlakovém potrubí 1,5–4 m/s.

Podle článku 8.13 SP 8.13130.2020 „Systémy požární ochrany. Vnější zásobování vodou pro požární účely. Požadavky na požární bezpečnost“ musí být průměr potrubí pro požární vodu v obydlených oblastech a průmyslových podnicích nejméně 100 mm, v obydlených oblastech s populací nepřesahující 5 tisíc obyvatel – nejméně 75 mm.

Dodržováním doporučení regulačních dokumentů a prováděním pečlivých technických a ekonomických výpočtů je možné dosáhnout optimálních výsledků při návrhu systémů vodního hašení požárů.

Standardní vzorec pro rychlost tekutiny (V) je založen na objemovém průtoku (Q) a ploše průřezu potrubí (A): V=AQ, kde:

Q – objemový průtok (m3/s),
A=4π⋅d2— plocha průřezu trubky (m2),
d— vnitřní průměr potrubí (m).

Příklad výpočtu:
Pro potrubí o průměru d=0.1 m (100 mm) a průtoku Q=0.05 m3/s je v=4π⋅0.120.05=0.007850.05≈6.37 m/s.

Optimální rychlost závisí na typu systému, vlastnostech kapaliny a požadavcích na energetickou účinnost. Překročení přípustných hodnot vede k významným hydraulickým ztrátám, opotřebení zařízení a kavitaci.

Faktory ovlivňující rychlost

viskózní kapaliny (oleje, glycerin) vyžadují nižší rychlost, aby se minimalizoval odpor;
Voda a média s nízkou viskozitou umožňují vyšší hodnoty.

ocel, měď: 2–3 m/s (kvůli drsnosti stěny);
plast (PEX, PVC): až 3–4 m/s (hladký povrch snižuje tření).

Obecně uznávané standardy rychlosti

Regulace průtoku vody v potrubí je upravena řadou norem a regulačních dokumentů. Pro většinu průmyslových systémů tedy platí následující doporučení:

Typ systému	Rychlost m/s
Přívod teplé vody (TUV)	2-3
Отопление	1.5-2.5
Chemická prostředí	1-2
Plastové potrubí	3-4

*zdroj: GOST 32388-2013 „Technologické potrubí. Normy pro výpočet pevnosti»

Důsledky překročení povolené rychlosti

Udržování doporučených parametrů maximální povolené rychlosti pro konkrétní typ systému může být kritické. Je nutné pečlivě prostudovat a posoudit možná potenciální rizika. Doporučujeme zvážit některé z nich podrobněji.

Hydraulické ztráty

λ— koeficient tření
L— délka potrubí
ρ— hustota kapaliny

kavitace

Kavitace je tvorba bublin páry, když místní tlak klesne pod tlak nasycení kapaliny. Tento jev ničí stěny potrubí a zařízení. Podmínka pro zabránění kavitaci: Pinput>Psaturation+ΔPlosses

Hluk a vibrace

Rychlosti nad 4 m/s v kovových trubkách způsobují hluk (až 60 dB), který je nepřijatelný pro bydlení a komunální služby a průmyslová zařízení.

Doporučení pro projektování inženýrských systémů

Uveďme hlavní praktická doporučení týkající se návrhu inženýrských systémů.

ocelové trubky: 1.5–2 m/s
plastové trubky: 2–3 m/s

Optimalizace průměru:
Pro předběžný výběr potrubí použijte vzorec pro výpočet rychlosti kapaliny, ale výsledek zkontrolujte podle standardních norem (SNiP 2.04.02-84, GOST 32388-2013).

Závěr

Navrhování potrubních systémů představuje rovnováhu mezi účinností, hospodárností a bezpečností. Přípustná rychlost kapaliny, regulovaná normami (GOST 32388-2013, SNiP 2.04.02-84), slouží nejen jako doporučení, ale jako technický imperativ schopný zabránit nepředvídaným situacím.

pamatujte: I mírné zvýšení rychlosti v potrubí několikrát zvyšuje zatížení systému a volba plastu místo oceli může snížit provozní náklady o 20 %.

Inženýrská řešení vyžadují nejen přesné výpočty, ale také hluboké pochopení fyziky procesů. Důvěřujte normám, kontrolujte výpočty – a vaše technická řešení budou fungovat desítky let bez nehod a prostojů. S nestandardními úkoly se obraťte na specializované specialisty: úspora na konzultacích má někdy za následek milionové ztráty.