Дренчерные клапаны тарельчатый, с купольной мембраной, с рукавной мембраной, с армированной мембраной

ВВЕДЕНИЕ.

Эта статья посвящена вопросу выбора и применения запорно-пусковой и регулирующей арматуры в установках водяного или пенного пожаротушения.

Сегодня существует огромный выбор как различных типов такого оборудования, так и большое разнообразие образцов того или иного типа разных производителей. Поэтому часто проектировщику или собственнику конкретного защищаемого объекта бывает сложно остановить свой взгляд на том или ином изделии, оценить его плюсы и минусы. Попробуем помочь им разобраться в этой ситуации.

Одним из самых распространенных и в то же время самых архаичных устройств  является клиновая задвижка с электроприводом. Первые образцы такой арматуры в относительно современной истории появились уже в середине 19-го века в Германии. Единственным, пожалуй, ее преимуществом является низкая стоимость по сравнению с конкурентами, обусловленная наличием на рынке огромного количества производителей. В остальном клиновая задвижка безнадежно проигрывает всем другим возможным вариантам.

Другим распространенным запорным устройством является поворотный дисковый затвор, так же оснащенный электроприводом. Он был изобретен в конце 19-го века неким Джозефом Хопкинсом. Это более совершенное устройство, но и оно имеет ряд конструктивных особенностей, ограничивающих его применение. Тем  не менее, на сегодняшний день дисковые поворотные затворы («butterfly valve») очень широко применяются в различных трубопроводных системах с жидкой и газообразной средой, в том числе в установках пожаротушения.

Еще одним примером арматуры, призванной контролировать поток жидкости является створчатый клапан («clapper valve»). Эти клапаны появились в начале 20-го века. Они имеют большое количество модификаций и,  хотя чаще всего они применяются как обратные клапаны, они привлекли наше внимание по той причине, что нередко встречаются и в системах пожаротушения в качестве запорной арматуры.

Существуют и другие типы запорной арматуры, такие как, например, шиберные задвижки, но они не станут предметом нашего обсуждения по причине практически нулевого их применения в противопожарных системах.

Попробуем более подробно остановиться на достоинствах и недостатках указанных выше примеров запорной арматуры с точки зрения требований, которые предъявляет к ним интересующая нас область их применения.

ТРЕБОВАНИЯ К ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЕ И ЕЕ СПОСОБНОСТЬ ИМ СООТВЕТСТВОВАТЬ.

Поскольку мы говорим о системах водяного и/или пенного пожаротушения, основные требования, предъявляемые к запорной арматуре, работающей в таких системах можно сформулировать следующим образом:

- максимальная надежность устройства; пользователь должен быть уверен в том, что арматура откроется в случае необходимости даже после многолетнего простоя;

- высокая скорость срабатывания; инерционность системы ограничена нормативными требованиями;

- высокая пропускная способность; очевидны преимущества оборудования, дающего минимальные гидравлические потери;

- отсутствие препятствий на пути потока; любые препятствия на пути потока снижают пропускную способность и вызывают кавитацию;

- возможность обеспечить автоматическую защиту от ложного срабатывания; очень часто ущерб от залива водой сопоставим по величине с ущербом от пожара;

- возможность локального и удаленного управления;

- наличие индикатора положения как локального, так и дистанционного;

- возможность ремонта и обслуживания без демонтажа из трубопровода; требование связано с необходимостью максимально упростить регламентные работы и сократить время простоя системы.

Попробуем рассмотреть те или иные виды запорной арматуры с точки зрения их способности отвечать предъявляемым к ним требованиям. Результаты такого анализа для наглядности сведем в таблицу.

Таблица 1.

Итак, начнем с самого распространенного  - клиновой задвижки с электроприводом. Весь механизм этого устройства находится внутри среды, что неизбежно приводит к его коррозии, зарастанию различными отложениями и т.п. Все это, а так же наличие большого количества подвижных механических частей позволяет утверждать, что требования по надежности данное устройство выполнить не в состоянии. То есть, нет никакой уверенности, что в нужный момент клиновая задвижка сработает и позволит подать ОТВ к очагу пожара. Ровно то же самое можно утверждать и по поводу двух других рассматриваемых устройств.

В соответствии с  п. 6.3.1.4 СП 5.13130 - 2009 Оборудование, длину и диаметр трубопроводов необходимо выбирать из условия, что инерционность установки не превышает 180 с.

Данное требование заставляет проектировщика искать запорную арматуру с наименьшим временем срабатывания, особенно в ситуации, когда сухотрубные участки системы по тем или иным причинам остаются довольно протяженными.

С этой точки зрения ни дисковый поворотный затвор, ни, тем более, клиновая задвижка не обладают необходимыми характеристиками. Из рассматриваемых устройств только створчатый клапан обладает необходимым быстродействием. При этом все три образца обладают хорошими показателями KV, характеризующими их высокую пропускную способность.

Но необходимо заметить, что наличие препятствий на пути потока оказывает влияние, не только на пропускную способность арматуры, но и являются причиной возникновения кавитационных процессов внутри корпуса арматуры, что приводит к ее ускоренному износу и разрушению. И здесь мы со всей очевидностью сталкиваемся с тем, что только конструкция створчатого клапана не имеет в проходном сечении элементов, препятствующих прохождению потока жидкости, чего нельзя сказать о двух других представителях запорной арматуры.

Следующим рассматриваемым параметром является возможность обеспечения защиты от ложного срабатывания. Проблема «ложняков»  со всей остротой встает при проектировании СПЗ таких объектов, как дата-центры, серверные, книгохранилища, запасники музеев и т.д. и т.п. То есть тех объектов, где мы имеем дело с защитой материальных ценностей, затопление водой которых нанесет ущерб, сопоставимый с ущербом от пожара.  Что же мы видим при анализе представленных устройств? А видим мы то, что ни одно из них не дает возможности реализовать защиту от таких проблем.

Перейдем к характеристикам запорной арматуры, преимущественно относящимся к функциям контроля и управления, а так же сервисным функциям.

В соответствии с п. 5.1.9  СП 5.13130-2009 любые автоматические установки пожаротушения, кроме спринклерных, должны быть оснащены ручным пуском:

дистанционным - от устройств, расположенных у входа в защищаемое помещение, и при необходимости - с пожарного поста;

местным - от устройств, установленных в узле управления и (или) в насосной станции пожаротушения,

а так же в соответствии с  подпунктом в) п. 12.3.1  - аппаратура управления установок водяного и пенного пожаротушения должна обеспечивать автоматическое включение электроприводов запорной арматуры;

и п. 5.3.2.2 – включение дренчерных завес должно обеспечиваться как автоматически, так и вручную (дистанционно или по месту).

Таким образом, очевидна необходимость как дистанционного, так и локального управления работой запорно-пусковой арматуры.

Все три рассматриваемых устройства отвечают этим требованиям.

Что касается контроля положения запорной арматуры, то и в этом необходимо учитывать существующие нормативные требования, а именно:

- п. 5.1.18 СП 5.13130-2009 – запорные устройства (задвижки, затворы), установленные на вводных трубопроводах к пожарным насосам, на подводящих и питающих трубопроводах, должны обеспечивать визуальный и автоматический контроль состояния своего запорного органа ("Закрыто" - "Открыто").

- 12.3.5 СП 5.13130-2009 – в помещении пожарного поста или другом помещении с персоналом, ведущим круглосуточное дежурство, кроме общих требований должна быть предусмотрена световая и звуковая сигнализация:

- ……. об отсутствии полного открытия задвижек запорных устройств с электроприводом в режиме подачи команды на их открытие, неисправности цепей электроуправления запорных устройств…. .

- 5.8.8 СП 5.13130-2009 – в спринклерных водозаполненных и воздушных АУП допускается монтаж запорного устройства за сигнальным клапаном при условии обеспечения автоматического контроля состояния запорного устройства ("Закрыто" - "Открыто") с выводом сигнала в помещение с постоянным пребыванием дежурного персонала.

Существует мнение, что в некоторых случаях можно пренебречь дистанционным контролем положения запорной арматуры с целью удешевления и/или упрощения системы. Что в случае высококвалифицированных проектных решений, скажем, несанкционированное и незафиксированное вовремя  закрытие какой-либо одной из задвижек не приведет к полному отказу системы, т.к. она, к примеру, закольцована. Но, как правило, таких узлов в системе несколько, соответственно при определенном стечении обстоятельств, трубопроводы могут оказаться перекрытыми, а установка не сработает.

К тому же, практика эксплуатации систем пожаротушения различных объектов, к большому сожалению, такова, что редко где соблюдаются полностью регламенты обслуживания, производятся записи всех операций в журналы по обслуживанию и регламентным работам.

Например, ремонтники запросто забывают закрывать задвижки на баках-расширителях в период пуска отопления или открывать их на секциях, отчего те перемерзают. Что уж тут говорить о системах, которые находятся в дежурном состоянии, а не работают  в режиме 24/7.

Учитывая все сказанное выше, неизбежен вывод о необходимости реализации функции дистанционной и локальной индикации положения запорной и запорно-пусковой арматуры в АУПТ. И здесь мы вновь видим, что створчатый клапан не в состоянии это обеспечить, разве что с дополнительным оснащением его реле давления.

Последние два параметра, которые мы рассматриваем, могут показаться не столь важными и существенными, но именно их удачная реализация делает эксплуатацию и обслуживание запорной арматуры удобными и быстрыми, а так же позволяет избежать необходимости привлечения узко квалифицированного персонала и специального инструмента для выполнения необходимых работ.

Это, в конечном счете, выражается в деньгах, так как все имеет свою стоимость: время простоя, квалификация персонала, оборудование и инструмент и т.д.

Представьте ситуацию: необходимо заменить изношенную деталь внутри межфланцевого дискового затвора на кольцевом противопожарном водоводе диаметром 300 мм. Затвор смонтирован в подземной камере. Трубопровод проложен безканальным способом и имеет статические напряжения вследствие сдвига грунтов.

Как только будут демонтированы крепежные шпильки затвора, произойдет осевое смещение подводящей и отходящей трубы. И последующий обратный монтаж такого затвора будет представлять собой довольно трудоемкую и непростую процедуру, требующую большого количества времени.

Все это время объект может оставаться без противопожарной защиты, что требует дополнительных, зачастую очень дорогостоящих, компенсирующих мер.

Итак, можно сделать однозначный вывод, что ни один из рассмотренных нами примеров запорной арматуры не соответствует в полной мере предъявляемым к ней требованиям, если иметь ввиду ее применение в составе автоматических установок водяного и/или пенного пожаротушения.

Что же предлагает нам рынок сегодня, как альтернативу рассматриваемым нами решениям.

ДРЕНЧЕРНЫЙ УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ.

В нашей стране разработкой быстродействующего запорно-сигнального клапана для дренчерных систем и новых типов водораспылителей с повышенной расчетной площадью и равномерностью орошения занимался ЦНИИПО (1960 г.). Новый клапан отличался от существующих меньшей массой, универсальностью и простотой конструкции. Клапан был снабжен гидравлическим приводом с управлением при помощи побудителей различных типов.

В настоящее время эти клапаны и построенные на их базе дренчерные узлы управления получили широкое распространение в различных областях применения:

- водоснабжение;

- противопожарные системы;

- нефтехимия;

- сельское хозяйство;

- озеленение и т.д.

Что же такое – дренчерный клапан? В общих чертах – это удаленно или автоматически управляемый противопожарный клапан с электрическим, гидравлическим или пневматическим пуском. При этом, до клапана – вода, после него – сухой водовод.

Не станем подробно описывать здесь принцип работы дренчерных клапанов. Он совершенно прост, и будем исходить из того, что читателям он понятен.

Существуют различные типы дренчерных клапанов. Рассмотрим поближе некоторые из них.

Рис. 1    Тип «Globe» - тарельчатый клапан с гидроприводом;	Рис. 2      Клапан с купольной мембраной;
Рис. 3      Клапан с рукавной мембраной.	Рис. 4   Клапан с армированной мембраной.

В Таблице 2 показаны основные достоинства и недостатки каждого из указанных выше типов дренчерных клапанов.

Таблица 2.

Уже при взгляде на эту таблицу можно понять, что дренчерные клапаны, в целом, в гораздо большей степени способны удовлетворить тем требованиям, которые предъявляет к ним применение их в системах пожаротушения, нежели другие виды запорной арматуры.

Но и они не лишены недостатков, ограничивающих их возможности, что обусловлено тем, что рассмотренные нами типы дренчерных клапанов изначально разрабатывались для совершенно других целей и областей применения, например для сельского хозяйства, ирригации, водоснабжения и т.д.

Что же предпочесть проектировщику при разработке систем противопожарной защиты? Ответ на этот вопрос становится очевидным после анализа предлагаемых сегодня на рынке дренчерных клапанов и сравнения их характеристик и степени инженерной проработки.

ДРЕНЧЕРНЫЕ КЛАПАНЫ И УЗЛЫ УПРАВЛЕНИЯ BERMAD.

Израильская компания BERMAD без преувеличения является лидером в разработке и производстве запорно-регулирующей арматуры мембранного типа.

Основное ее преимущество – разработка технических решений непосредственно для той области применения и тех условий, в которых будет эксплуатироваться оборудование, а не адаптация существующих вариантов к новым требованиям.

Именно этот подход позволяет добиться весьма впечатляющих результатов на фоне производителей – конкурентов.

Давайте, познакомимся с продукцией компании BERMAD поближе.

Существуют две серии клапанов для систем пожаротушения: 400Е и 400Y. Выглядят они следующим образом.

Серия 400Е	Серия 400Y
Рис. 5	Рис. 6

400Е – это первое поколение клапанов для пожаротушения, а 400Y – самое последнее и современное техническое решение, существующее сегодня на рынке.

Если подойти к анализу этих устройств с тех же позиций, что и ранее, то можно сказать, что их показатели и характеристики обусловлены техническими решениями, заложенными в конструкцию этих клапанов.

Их надежность – основной параметр, который должен быть рассмотрен при выборе оборудования – обеспечивается простотой конструкции и отсутствием подвижных механических частей, образующих пары трения. Это означает, что вероятность заклинивания, зависания запорного элемента практически сводится к нулю. То есть, можно быть абсолютно уверенными, что в необходимый момент такой клапан выполнит свою работу, даже после многолетнего простоя.

Клапаны BERMAD, как, впрочем, и другие дренчерные клапаны, являются очень быстродействующим оборудованием. Время полного открытия клапана BERMAD зависит от диаметра, но не превышает 5 секунд, что кардинально быстрее, нежели открытие дискового затвора или, тем более, клиновой задвижки. Таким образом, видно, что применение таких клапанов позволяет с более существенным запасом «вписываться» в нормативные требования по инерционности установок водяного/пенного пожаротушения.

Высокая пропускная способность клапанов BERMAD, особенно серии 400Y – следствие отсутствия каких-либо препятствий на пути потока и оптимальной формы корпуса клапана, которая позволяет жидкости проходить клапан практически без преломлений.

Очень важной частью любой запорной арматуры является сам запорный элемент. Компания BERMAD разработала уникальную мембрану с жесткой металлической вставкой, Рис. 7.

Рис. 7

С помощью этой мембраны решается множество проблем:

- мембрана вобрала в себя все необходимые элементы: пружину, направляющую, ребра жесткости и т.п., то есть, это единственная подвижная часть клапана;

- она устойчива к воздействию большого перепада давлений;

- траектория ее движения стабильна;

- форма образующей мембраны – конус; это исключает контакт мембраны с корпусом клапана в момент движения вверх, что гарантирует отсутствие заклинивания и открытие клапана;

- металлическая вставка дает возможность оснащения клапана четверть-оборотным индикатором положения и, дополнительно, блоком концевых выключателей для передачи сигнала о состоянии клапана на АРМ диспетчера.

Так же только благодаря мембране, узлы управления BERMAD обеспечивают гарантированный контроль давления после себя независимо от его значения до клапана, то есть такая мембрана способна удерживать очень большие значения ∆Р, что недостижимо при использовании других типов запорных мембран.

Функциональные возможности дренчерных узлов управления определяются элементами обвязки базовых клапанов. И тут так же в полной мере проявляются преимущества узлов управления BERMAD.

С помощью одной или двух блокировок реализуется защита от ложных срабатываний («preaction systems»), возможность дистанционного пуска гидравлическим, пневматическим или электрическим способом и мн. др.

Что касается сервисных функций, то узлы управления BERMAD не требуют специальных навыков персонала и специального инструмента для постановки их в дежурный режим после срабатывания, а так же для выполнения регламентных или ремонтных работ.

Таким образом, данные Таблицы 1 применительно к узлам управления BERMAD примут следующий вид:

Таблица 3.

ТРЕБОВАНИЕ	Клапаны BERMAD
	400Е		400Y
	Соответствует	Не соответствует	Соответствует	Не соответствует
Надежность устройства	√		√
Высокая скорость срабатывания	√		√
Высокая пропускная способность		√ (относительно 400Y)	√
Отсутствие препятствий на пути потока		√ (относительно 400Y)	√
Автоматическая защита от ложного срабатывания	√		√
Возможность локального / удаленного управления	√/√		√/√
Наличие индикатора положения локального / дистанционного	√/√		√/√
Простота сброса в дежурное состояние	√		√
Ремонт и обслуживание без демонтажа из трубопровода	√		√

Очень важно отметить, что дренчерные узлы управления BERMAD могут служить не только запорной, но и запорно – регулирующей арматурой. В зависимости от поставленных задач они способны контролировать давление «до себя» и «после себя», контролировать расход, контролировать уровень жидкости в резервуарах, брать на себя последствия гидроударов и т.д. и т.д. Существуют сотни, если не тысячи различных вариантов управляющей обвязки для реализации тех или иных возможностей данного оборудования.

Таким образом, преимущества оборудования BERMAD выглядят следующим образом:

- высокая пропускная способность;

- высокое быстродействие;

- отсутствие механических подвижных элементов;

- высокая устойчивость к перепаду давления до и после клапана;

- отсутствие трения в запорном механизме;

- управляемый привод с предсказуемой траекторией движения;

- индикация положения;

- возможность совмещения нескольких функций в одном узле (регулятора давления, сбросного клапана и др.);

- защита от ложных срабатываний;

- компактность и легкость;

- ремонтопригодность без демонтажа из линии и без необходимости демонтажа управляющей обвязки;

- простая постановка в дежурный режим;

- короткое время простоя.

Если суммировать все, изложенное в этой статье, то можно с уверенностью утверждать, что на сегодняшний день дренчерные узлы управления являются наиболее передовым техническим решением применительно к запорной арматуре для установок водо-пенного пожаротушения. А наиболее ярким, с инженерной точки зрения проработанным их представителем являются клапаны и узлы управления BERMAD.

Более подробную информацию и технические описания узлов управления BERMAD вы можете найти на сайте официального дистрибьютора продукции BERMAD  в России – компании  ООО «ИПК Промо-Консалтинг».