Главная | Контакты | Карта сайта | English version | Эрвист на facebook | Эрвист на youtube
20 лет на страже вашей безопасности!

НОВОСТИ

СЕМИНАРЫ, ВЕБИНАРЫ И ВЫСТАВКИ

ВИДЕОМАТЕРИАЛЫ

КОНТАКТЫ

Москва
8-800-775-30-98 - бесплатный звонок по России
(495) 987-47-57
- многоканальный
(499) 270-09-09
- многоканальный

Продажа On-line
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
289-756-227
belyaev-ervist

Техническая поддержка
On-line

Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
411-787-699
ervist-company


Санкт-Петербург
(812) 448-65-49
(812) 444-26-02

Продажа On-line
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
567-108-192

Техническая поддержка
On-line

Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
260-004-896
ervist-support


Екатеринбург
(343) 385-75-25

Продажа On-line
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
654-100-192
Ervist-Vostok


Новосибирск
(383) 261-40-36

Продажа On-line
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
709-563-022
v.ervist

НАШИ WEB-РЕСУРСЫ

КАТЕГОРИИ ИНФОРМАЦИИ

ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ

Релион-Т-Н
Прометей-ГВР-Exd
ProCab Сектор
Сектор-2
АБИЗ
GTSW
PTR-405EX
Релион ТКВ
ШСБ-12/24
Зенит МК-20
Зенит МК-80
Спектрон- 601Exd
Елань

НОВИНКИ

FMST
535 Спектрон
Релион ТКВ
Прометей ГРВ
Яуза-12-1Ех
Релион-ККВ
Спектрон-601С
Яуза-ТРВ-1Ех
Телос
Трион МК
Атон
ПлазмаExm
Аякс
Сектор
Сектор-2
ЯУЗА-ПУ-Ех

НПО СПЕКТРОН

Прометей-ГВР-Exd
ИП 535 СПЕКТРОН-Exd
ИП 101-Спектрон Т-Р
Спектрон-ККВ
Спектрон-601Ex
Спектрон-401Ex
Спектрон-205
Спектрон-211
Спектрон-МК
Спектрон-202
Спектрон-220
Спектрон-210
Спектрон-403
Релион-Т-Н
Релион-ККВ
Релион ТКВ-400
Релион-ТКВ-ИК

ЭТРА-СПЕЦАВТОМАТИКА

ProCab
Толмач
Кулон-Ех       
Плазма
Эксперт
Елань
Сегмент
ШСБ-12/24
АБИЗ
Эксперт-Щит

КОМПАНИЯ СМД

Атон
Телос
КВМК
Зенит МК
Сфера ВЗ
Орбита ВЗ
Сфера МК АО
КВВЗ
Горизонт
Орбита МК
Сфера МК
Сфера ВЗ АО
ТРИОН МК
ТРИОН ВЗ

НПО ЭТЕРНИС

ТРВ-Гарант-160
Гарант-12КД
Гарант-5
Гарант-7
ТРВ Гарант-14,5
ТРВ Гарант (вз)
Гарант-12
Гарант Р

НПП "СЕНСОР"

УЗА
ВС-6-5/24
ВС-4-С
ВС-3-ГС
ВС-3
ВУУК

НПК ЭТАЛОН

Ex ОППС
Ex ОППЗ
Филин
ТСВ - 1
Линия
ИП535 - 1В

ТАХИОН

ТГБ-8Г Ех
ТВК-17 ВБ
ТВК-18 ВБ
ТВК-19 ВБ
ТШ-1
ТШ-2
ТВК-80 IP Ex
ТГБ-4Г(Р)
ТШ-4GEx
ТШ-5
ТШ-6
ТШ-3

НПП МАГНИТО-КОНТАКТ

АЯКС
ИО 102-26/В
ИП 535/В «СЕВЕР»
ИП 103-10/В
ДИМК/В
БИСШ
ИПР 514-2/В

СПЕЦПРИБОР

GTSW
ИП 535 Гарант
ИП 101 Гранат
ПКП Яхонт-И
ЗОВ
УКЛО
СКОПА
Говор-25
Дымфикс
Иолит-Ех
КСРВ
МИП-Ех

ЭПОТОС

Буран-2,5взр
Буран-8взр
Буран-8взр-РВ
Буран-15КД-В
Буран-50КДВ-В
Буран-15ТРВ

ЗАО РИЭЛТА

Яуза-Ех
ИПТ-Ех
Ладога-Ех
БРШС-Ех
ИПП-Ех
ИПДЛ-Ех
ИПД-Ех
ИПР-Ех
Пирон-1
Фотон-18
Фотон-Ш
Шорох-Ех
Стекло-Ех
МК-Ех
СТЗ-Ех

ЗАО ЭРИДАН

Гелиос
ИП 535-07е
ЭКРАН
ВС-07е
ИП 101-07е
ТВК-07-Н
ГРВ-07е
ДИАЛОГ-Ех

БИК-ИНФОРМ

PTR-404HM
PTR-405EX

ЭКСКОН

AL-Ех
AL-RD

ТОРГОВЫЕ МАРКИ

FMST
VESDA
PHSC
MEDC
MICA

Извещатели пожарные газовые. часть 3. использование. виды ИПГ

Сайдулин Е.Г., директор ООО «ЭТРА-спецавтоматика», Новосибирск
Соколов А.В., директор ООО «Дельта-С», Зеленоград
Васильев А.А., д.т.н., нач. лаб., Институт прикладной химической физики РНЦ НИЦ «Курчатовский институт», Москва
Лукьянченко А.А., к.т.н., нач. научно-иссл. отдела, Академия ГПС МЧС России, Москва

В предыдущих статьях мы разбирали механизмы выделения газов при тлении и горении, механизмы распространения газов [1], требования к конструкции извещателей пожарных газовых (ИПГ) и способы их реализации [2]. Теперь речь пойдёт об использовании ИПГ на объектах, рассмотрим пути развития ИПГ на разные газы. Наши компании в основном занимаются оборудованием для промышленности, что, несомненно, накладывает свой отпечаток на конструкторские решения.

Тем не менее, считаем, что проводимый анализ имеет смысл и для объектов общегражданского назначения. Понимание и учёт процессов тления (горения), использование технологий ИП для промышленности повысит надёжность обнаружения и функционирования ИПГ для прочих сфер деятельности, позволит более эффективно их использовать.

Напомним некоторые термины, использовавшиеся в предыдущих частях [1,2]:

  • - Пожарный газовый маркер (ПГМ) – целевой газ, обнаружение которого характеризует тление или иную фазу пожара.
  • - Монооксид углерода (угарный газ, окись углерода). Обозначается CO.
  • - Извещатель пожарный газовый (ИПГ) – автоматический пожарный извещатель, реагирующий на изменение химического состава воздуха, вызванное пожаром [3].
  • - Извещатель пожарный газовый, реагирующий на монооксид углерода (CO);
  • - ИПГ(CO) – автоматический ИП, реагирующий на изменение концентрации в воздухе монооксида углерода (CO), вызванное пожаром [3].

1. ИПГ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.

Наибольшее применение ИПГ получили в различных отраслях промышленности. Не секрет, что пожар на предприятиях – это катастрофа с далеко идущими последствиями, поэтому необходимо обеспечить гарантированное раннее обнаружение пожара, что осложняется производственными процессами предприятия.

Приведём мнение нашего коллеги из Великобритании Фрэнка Тейлора из Trolex Limited относительно обнаружения пожара на угольных шахтах [4]:

Пожарные извещатели, в настоящее время, используют порог изменения температуры, уровни определённого газа и присутствие частиц дыма. Таким образом, важно понять, как пожары начинаются, как они развиваются и чем характеризуется каждая стадия пожара. Например, на перегревание ленточного конвейера укажет изменение температуры и появление серии следов различных газов, которые могут отличаться для различных типов транспортерных лент. По мере развития пожара начинается выделение дыма.

Дымовой ионизационный ИП очень чувствителен к пламенному пожару, но менее успешен при обнаружении тления. Альтернативный ему, оптический дымовой ИП различает частицы пыли и выхлоп дизельного двигателя. Однако все дымовые ИП страдают от быстрого накопления пыли, которая приводит их в неработоспособное состояние и на многих шахтах не хотят, не могут заниматься регулярными процедурами очистки ИПД из-за затрат.

Температурные ИП в прошлом были не особенно полезны, поскольку контролируют температуру в одном определённом местоположении и медленно реагируют на пожар.

Однако новые технологии используют системы с оптическим волокном, контролируемого лазером, в которых оптоволокно может быть проложено вдоль тоннеля или под транспортёрной лентой. Такие системы могут точно измерять температуру и точно определять место нагрева, которые определяются примерно за 20 секунд.

(Примечание: позволим себе вставить ссылку на информацию об отечественном ИПТЛ с использованием оптоволоконного кабеля ИП132-1-Р «Елань» [5].)

Газовые ИП, такие как производит Trolex Ltd, зарекомендовали себя как очень чувствительные и быстрые. Но они должны быть установлены в достаточном количестве, чтобы определить точное место пожара.

Вероятно, лучшее решение обнаружения пожара, это тщательное использование всех трёх типов ИП, основанное на полном и подробном понимании, как пожары начинаются и как они развиваются. Такие исследования существуют, они приведут к более безопасным подземным работам.

Задача обнаружения тлеющих пожаров есть и на угольных электростанциях [6]. Что об этом пишут специалисты Intelligent Gas Alarm India Private Ltd:

Пункты обработки и транспортировки угля страдают от пожаров из-за самовоспламенения угля, тления и горения ленточного конвейера (горящий уголь, перегрев из-за повреждённых подшипников, роликов, провеса ленты и т.д.). Обнаружение пожара по CO позволяет очень рано обнаруживать пожар на предприятиях переработки по выделению газов (с преобладанием CO). К тому времени, когда появится дым – это будет слишком поздно.

Типичная система мониторинга пожара по CO может предупредить о появлении пламени за два дня.

Почему нужен контроль CO? Уголь содержит влагу, которая при высвобождении окисляет уголь, что приводит к появлению высокой температуры и угарного газа. Высокая температура приводит к самовоспламенению угля. Уголь чрезвычайно рыхл и может легко крошиться или распыляться. В процессе транспортировки и переработки появляется угольная пыль, которая особенно пожароопасна.

Самое эффективное средство обнаружение пожара это система контроля CO.

При этом нужно учесть, что даже при нормальной работе всегда присутствуют некоторые безопасные фоновые уровни CO. Например, уровень CO может повышаться при загрузке угля и снижаться после завершения этой операции и включения вентиляции. Важно знать эти фоновые уровни при установке ИПГ(CO). Типичный верхний предел фонового уровня составляет 50 ppm и присутствует при операциях обработки угля, перемещения или транспортировки.

В целом местоположение датчиков и их количество определяется на знании потенциально возможных мест воспламенения. Если рассматривать пожар транспортёрной ленты, то ИПГ(CO) должны быть расположены в непосредственной близости от двигателей, частей ленты и возле главных роликов (рис.1). Если пожарной проблемой является уголь, то нужно рассматривать любое место, где возможно накопление угольной пыли. Это транспортёры, дробилки, системы улавливания пыли, бункеры и т.д.

Устанавливая систему пожарного мониторинга по CO и мониторинга метана CH4, предприятие получает выгоду по следующим причинам:

  • - уменьшение страховых взносов;
  • - повышение безопасности предприятия и персонала;
  • - уменьшение времени обнаружения пожарной опасности;
  • - предотвращение потери ресурсов;
  • - экономия денег и времени.

Как уже говорилось выше, многое, о чём мы пишем, применимо и для непромышленных объектов. Думаем, что и на других объектах потребитель хотел бы получить такие же выгоды от применения АСПС.

Аналогичный взгляд есть и в других компаниях, например Conspec Controls, Inc. [7]:

У всех электростанций должна быть некоторая система управления рисками, чтобы предупредить возможность пожара. Превентивный подход к пожарной безопасности определяется не на обнаружении дыма, который указывает на пожар, а скорее на контроле CO, который указывает на потенциальную возможность горения. Любая задержка с обнаружением тления только увеличит риск появления пожара. Инфракрасный контроль (IR) является обычной практикой и позволяет точно определить горячие точки. Это полезно, но это не должно устранять контроль CO.

Любая отрасль промышленности, которая использует органические порошкообразные материалы, находится в группе опасности тлеющих пожаров. Причём, процесс тления может длиться сутками, почти не выдавая себя внешними проявлениями (рис.2). На первый взгляд, молочная промышленность не относится к таким предприятиям. Однако использование сухого молока в качестве сырья, увеличивает риск тлеющих пожаров и на таких предприятиях.

Рис.1 - Главный фрикцион ленточного транспортёра.

Рис.2 – Фазы развития пожара [7].

Раннее обнаружение тления происходит при контроле отводимого воздуха от установок сушки. Контролируется уровень угарного газа, который является продуктом термического разложения молочных продуктов. Из-за высокого уровня воздушного потока, проходящего через сушилку, выделяемый угарный газ растворён так сильно, что нужно очень чувствительное измерение CO. При обычных объёмах воздушного потока 100 тыс.м3/час, увеличение концентрации CO в прокачиваемом потоке меньше, чем на 1 ppm, может быть признаком тлеющего участка. Однако, возможно, что на входе воздухозаборника уже есть повышенное содержание CO. Эта задача решается сравнительным измерением концентрации CO на входе в сушилку и на выходе из неё. Для этого используется специальная система раннего обнаружения пожара ACOM-ATEX-CO [8] производства ATEX Explosion Protection. Её использование позволяет при увеличении концентрации CO получить сигнал предварительной тревоги. На рис.3 показан график мониторинга CO на входе сушилки (чёрным), на выходе - (красным).

Рис. 3 – Измерение уровня CO системой пожарного мониторинга ACOM-ATEX-CO По вертикали CO от 1,2 до 5,6 ppm, по горизонтали время от 01:00 до 04:30 06.05.2010 г.

При различии уровней входа и выхода на установленный порог произойдёт переход системы в состояние «Тревога». При заблаговременном предупреждении пожара у оператора достаточно времени, чтобы локализовать и удалить тлеющее пятно, обойтись «малой кровью» без долгосрочной остановки производственного процесса.

Обратите внимание на то, что ИПГ, обнаруживающие тлеющие пожары, выделены в систему раннего предупреждения.

Пожар в воздухе – одна из самых опасных ситуаций, с которой может столкнуться экипаж самолёта. Пожар может начаться в двигателе, в грузовом отсеке, в туалетных мусорных баках. Без своевременного обнаружения пожара и энергичного вмешательства пожар может привести к катастрофе в течение очень короткого времени.

Федеральное управление авиации (FAA) считает [9], что:

Тлеющий пожар, который выделяет небольшое количество дыма, должен быть обнаружен достаточно рано, чтобы гарантировать эффективное противодействие пожару и дыму. Для предупреждения нужно учитывать размер грузового отделения, материалы, содержащиеся в отделении, методы сдерживания и способы обнаружения при небольших количествах дыма.

Для сертификации грузовых отсеков и салонов самолёта разработан источник типового пожара TSO c1d, который позволяет получить прохождение пожара от тления до горения, воспроизводит все продукты сгорания, которые ожидаются при пожаре в реальном грузовом отсеке [9]. Источник тестового пожара состоит из множества шариков, сделанных из поливинилхлорида, полистирола, полиуретана, полиэтилентерефталата, полиэтилена и нейлона, которые были нагреты и спрессованы в блок размером 4 х 4 х 3/8 дюйма, внутрь блока вставлен нихромовый нагревательный элемент (рис.5). Источник ТП главным образом производит пиролиз полимерных шариков, нагреватель разогревает шарики до такой степени, что они начинают выделять газ, но потребляют очень мало кислорода. Этот же блок используется для воспроизводства пылающего пожара, для этого на разогретый блок наливают 2 мл гептана и поджигают ЛВЖ.

На рис.6 показан результаты одного из тестовых измерений тления и горения тестового блока для имитации пожара в грузовом отсеке, полученные датчиком, входящим в АСПС самолёта. Видно, что для данного тестового пожара при интервале обнаружения 25-100 ppm по нашему ГОСТ Р 53325-2012 изм.1 [3], тлеющий пожар в грузовом отсеке самолёта будет обнаружен по CO примерно через 70-250 сек., горение – примерно через 15-25 сек. от начала процесса в зависимости от инерционности извещателя.

Рис.4 – Блок TSO c1d спрессованных полимерных шариков со вставленным внутрь нихромовым нагревателем.

В космической технике тоже рассматривается возможность использования ИПГ [10]:

На Земле детекторы дыма расположены на потолках, потому что воздух, загруженный частицей дыма, сначала поднимается вверх, прежде чем распространиться на пол. При слабой гравитации местоположение датчика менее бесспорно.

Дискретный анализ атмосферы космического корабля, особенно CO, могут также обеспечить дальнее обнаружение начинающегося пожара или тления. Восприятие газа для обнаружения пожара имеет преимущества быстрой и чувствительной реакции, но затруднена локализация пожара.

Рис.5 – Выделение CO при тлении (Smoldering) и горении (Flaming) блока полимерных шариков TSO c1d. По вертикали – концентрация CO от 0 до 1400 ppm. По горизонтали – время от 0 до 300 секунд. Кривые 1,2,3 – разные местоположения датчиков. Красным – интервал по ГОСТ Р 53325.

Приведём ещё несколько примеров, уже из отечественной практики.

Специалистами НПП «Урал-комплекс»6, в результате анализа возможной горючей нагрузки и условий возникновения пожара на рудных шахтах для обнаружения пожара на ранней стадии развития, выбрана комбинация 2-х типов независимых извещателей (рис.7): первые - реагирующие на содержание монооксида углерода, вторые - реагирующие на дым. Именно эти факторы пожара могут в реальности появляться в выработках рудных шахт, где могут присутствовать горючие материалы - древесина (части армировки, забакланка, перегородки, опалубка, складируемый лес, деревянный мусор и т.п.), бумага и картон (упаковка от ВМ, мусор), органопластики (ПВХ изоляция кабелей или части электрооборудования), резинотехнические изделия (шланги, прорезиненные вентиляционные рукава и др.). Перечисленные материалы могут постоянно или временно находиться (складироваться), или периодически появляться в выработках в момент их транспортировки.

На объектах с развитой телеметрией и телеуправлением имеет огромной значение обнаружение пожара своевременно, т.е. так, чтобы деятельность предприятия не прерывалась, либо повреждения были минимальны. При пожаре наибольшие потери предприятие несёт не из-за прямого повреждения связи, а от тех последствий, которые наступают из-за потери управления объектами. В этом случае ИПГ позволяют обнаруживать пожар в ранней стадии, при термодеструкции оболочек кабелей и поверхностей, которые они касаются (рис.8), что было подтверждено соответствующим экспериментами.

Пожар на море – очень опасное событие. Несмотря на наличие огромного количества тушащего вещества (воды), если вовремя пожар не обнаружить, то корабль трудно спасти. Последствия не только в гибели судна, но возможно и в гибели транспортируемого им груза с вероятными экологическими последствиями. Задача АСПС – это выявление тления и горения на корабле, что осложняется наличием соляного тумана, потоками воздуха, аэрозолями и взвесями в воздухе, парами ГСМ. ИПГ являются одним из рубежей обнаружения пожара, эффективными в сложных условиях (рис.9).

Отметим, что с 2015 года в перечень ОАО "Газпром" и ОАО "НК "Роснефть" включён извещатель пожарный газовый взрывозащищённый ИП 435-4-Ех «Сегмент» со степенью взрывозащиты 0ExiaIICT6 X / POExiaI X (код Справочника МТР 3914930).

Рис. 6 – ИПГ «Эксперт» в модуле, установленный в руднике Южного Урала. Проектирование и монтаж ООО НПП «Урал-комплекс».

Рис. 7 – Пост электрической централизации на Транссибирской магистрали (Западно-Сибирская железная дорога). Здесь ИПГ «Эксперт» контролируют кабельное подполье поста ЭЦ. Пожаротушение с помощью МПП «Тунгус» производства ЗАО «Источник Плюс» г. Бийск. Проектирование и монтаж ООО НТЦ «Пожэксперт».

Будучи производителями, не всегда мы можем представить сферу применения наших ИП. Неожиданным было использование проточного ИПГ ИП435-5 «Эксперт»(Н Пр) для обнаружения пожара по CO в сушильной камере (типа микроволновой печи) по сушке женских колгот после покраски. Водяные пары удаляются из камеры вентилятором и по воздуховоду выбрасываются на улицу. ИПГ установлен на воздуховоде за вентилятором. Состав материала колгот: полиамид 80-93%, эластан 20-7%. При сжигании пары колгот в камере ИПГ срабатывает через 2-3 секунды. Проектирование и монтаж проводило ООО "Элко".

швартовных испытаний, 19 июня 2014 г. (фото - Е. Зыкин, «Вперед!» №11 / 2014 г.). Проект разработан ОАО «Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз» (Санкт-Петербург). Здесь используются АСПС «Гамма-01Ф» производства НПО «Пожарная автоматика сервис» и ИПГ «Эксперт».

ИПГ «Эксперт» для АСПС «Гамма-01Ф»

ИПГ(CO) отличает способность раннего обнаружения пожара при низкой мощности очага пожара, т.е. при тлении. Хотя, отметим, что интересы зарубежных исследователей сдвигаются в сторону анализа газовыделения при высокотемпературных процессах. Наши, пока что, лежат в плоскости достоверизации процесса газовыделения при тлении.

Для промышленных объектов особый смысл имеет анализ возможности распространения продуктов тления и горения в помещениях со сложной геометрией, в которых есть конструкционные препятствия (балки, колонны, фальшполы, фальшпотолки и прочее), тепловые и воздушные барьеры. В этом причина того, что мы большое внимание уделяем анализу возможностей газов к обтеканию препятствий, перетеканию через балки, анализу распространения газов в объёме помещения, в высоту и вдоль потолков с пониженной или повышенной температурой. Это путь не только поиска эффективного применения, но и поиска способов удешевления использования ИПГ, ведь газовые ИП – это отнюдь не самое дешёвое устройство.

Большое значение имеет устойчивость извещателя к взвесям в воздухе, к составу воздушной среды контролируемого помещения. Наличие их характерно для промышленных объектов: мучная пыль, угольная пыль, соляной туман, масляный туман, накопление пыли в конструкции извещателя – это лишь малая часть из возможных проблем, от которых должен быть защищён пожарный извещатель. Некоторые проблемы может решить ИПГ.

Грамотное применение различных типов извещателей значительно повысит точность и достоверность обнаружения пожара.

Проблемы обнаружения пожара усиливаются в связи с тем, что производители строительных и отделочных материалов последовательно добиваются снижения дымообразования, снижения выделения галогенов. Это приводит к тому, что обнаружение пожара может быть затруднено как по дыму, так и по газу.

2. ИПГ НА ОБЩЕГРАЖДАНСКИХ ОБЪЕКТАХ.

Угольные пласты иногда горят. Но не живым пламенем, конечно, а как уголь в мангале для шашлыка – тлеют. Только это тление занимает десятки квадратных километров. Это пример т.н. «бездымного тления». Когда такое горение приближается к горным выработкам шахты, места выхода горелого пласта закрывают, и очень плотно блокируют перемычками. Как определяют, что пожар подобрался к шахте? Очень просто. На шахте контролируют уровень газа CO (он выделяется при горении) в выработках. Если идёт стабильное увеличение CO, значит надо срочно принимать меры.

Но какое отношение приведённые примеры, даже космические станции, имеют к обнаружению пожара на общегражданских объектах? Собственно, те же заботы. С точки зрения собственника объекта, людей своевременное обнаружение пожара – это то, чтобы не было катастрофы, чтобы последствия от пожара можно было легко и недорого ликвидировать.

Главное, что ИПГ(CO) даёт – это возможность обнаружения пожара по тлению, тогда, возможно, появится запас времени и удастся предотвратить тяжёлые события.

Тление может быть короткой фазой перед дальнейшей эскалацией пожара, либо вообще отсутствовать, например, при горении ЛВЖ. В этой ситуации ИПГ(CO) не эффективен.

А вот в других случаях ИПГ(CO) может ярко проявить свои достоинства:

  • - тление может быть длительным процессом, например окурок в мусорной корзине;
  • - тление может быть очень и очень длительным процессом, например деструкция оболочки кабеля: при увеличении нагрузки оболочка кабеля нагревается и нагревает поверхности, которых кабель касается. При снижении нагрузки кабель остывает.

Есть ещё один аспект, которого мы сознательно пока не касались, чтобы не продолжать путаницу между ИПГ и экологическим мониторингом: это предотвращение отравления человека угарным газом и другими газообразными продуктами горения. Свойства CO описывают так: Угарный газ — бесцветный ядовитый газ легче воздуха (при нормальных условиях), без вкуса и запаха. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть.

ИПГ(CO) при тлении обнаруживает угарный газ задолго до достижения смертельных концентраций, что позволяет своевременно эвакуировать людей.

За рубежом большое внимание уделяется пожару, который они деликатно называют «stub in a mattress» (окурок в матрасе), а у нас описывается формулой «выпил-закурил-уснул-сгорел». Причиной пожара становится длительное тление сигареты в мягкой мебели, которое может на продолжительном этапе не обнаруживаться по дыму, однако рост концентрации CO приведёт к потере возможности выбраться из помещения, либо к смерти. Последовательность проявления такого пожара можно увидеть на рис.10.

Рис. 10 – Обнаружение тления в поролоновом матрасе газовым и дымовыми ИП. (кадры из фильма Tyco / Fire & Security «Fire Test», указатели вставлены по данным фильма).
а) начало пожара. Уровень CO равен 0 ppm.
б) срабатывание ИПГ(CO) при уровне 42 ppm.
в) Прошло ещё 54 минуты. Срабатывание оптического ИПД (HPO). Уровень CO 189 ppm уже смертелен!
г) открытое пламя. Срабатывание ионизационного ИПД (ION). Уровень CO 484 ppm. Умерли все.

Немаловажное свойство ИПГ – это устойчивость к пыли, что значительно упрощает его эксплуатацию, особенно в труднодоступных местах.

Отличие общегражданских объектов от промышленных – меньше техники, но гораздо больше людей. Основное сходство в требованиях: предотвратить пожар гораздо дешевле, чем его тушить.

3. УСТАНОВКА ИПГ.

Установка ИПГ на данный момент регламентируется п.13.10.1 СП 5.13130.2009 [11]: площадь, контролируемую одним точечным извещателем пожарным газовым, а также максимальное расстояние между извещателями, извещателем и стеной в зависимости от высоты установки необходимо определять по таблице 13.3 (для точечных ИПД).

Такие же параметры установки есть и в части 1 европейского стандарта BS 5839:2002 [12]: по п.22.4 ИПГ(CO) устанавливаются аналогично требованиям к ИПД.

Собственно, на этом можно бы поставить точку, если бы не свойства газов, которые изменяют возможности обнаружения.

Газы обладают бoльшей текучестью, чем дым. Минус это или плюс? Например, по тлению мусорной корзины в офисе может сработать ИПГ в смежном коридоре. С одной стороны – это ложное срабатывание. С другой – заблаговременно обнаруженный пожар. То, что на это свойство нужно обращать внимание при эксплуатации, указывают в Рекомендациях BFPSA (British Fire Protection Systems Association Limited, UK, Surrey) [13].

Эти же Рекомендации обращают внимание на влияние барьеров:

Как газ, монооксид углерода в результате процесса диффузии рассеивается в пределах защищаемого объёма таким образом, что позволяет пожарным детекторам СО работать эффективно в местах, где присутствие физических барьеров, возможно, ограничивает распространение дыма. Примерами таких барьеров являются сильно пересечённые потолки, подвесные потолки, перемещение газа в смежные помещения и горячие воздушные потоки.

Преодоление барьеров газами имеет известную физическую природу. Как описывалось в [1], перемешанная дымо- газовоздушная смесь при повышении температуры очага поднимается к потолку и растекается припотолочным слоем, содержащим продукты горения. Искомые ПГМ находятся в воздушном потоке и подчиняются способу его распространения. Механизмы обтекания препятствий воздушным потоком изучены давно и достаточно хорошо [14,15], но имеют сложный характер, разбор которого неуместен в данной статье. Поэтому проведём мысленный эксперимент, имеющий полное теоретическое и практическое основание [16]. Возьмём трубу и вдуем в неё дымо-воздушную смесь. На выходе мы получим тот же состав дымо-воздушной смеси за вычетом осевших на стенках трубы частиц сажи. Теперь вставим внутрь трубы барьер в виде кольца и повторим эксперимент. Мы увидим, что на кольце, со стороны входа смеси, твёрдые частицы сажи массово прилипают к поверхности, поток из ламинарного или слаботурбулентного становится турбулентным, возникает периодическое отделение вихрей – вихревая дорожка Кармана (рис.11). Однако химический состав воздуха при этом не изменяется, ПГМ как были в потоке, так и остаются, значит, их можно обнаружить с той же эффективностью. Если бы можно было таким образом «вычистить» молекулы CO, то это была бы «нобелевка». Эксперимент упрощённо показал распространение дымо-воздушной смеси в трубе, которая в большой степени система замкнутая. Подобное поведение присуще для любых барьеров, как для поперечной пластины (балки), так и при обтекании строительной колонны (рис.12).

В припотолочном слое, относительно тонком по отношению к остальному объёму, происходит естественное падение концентрации ПГМ за счёт диффузии газа и вихревого выноса [1], для чего нужно восполнение молекул за счёт очага пожара. Кроме того, поток горячего воздуха будет прижиматься к потолку, диффузия дополнительно обеспечит затекание в углы. Нечто похожее происходит и при преодолении тепловых барьеров.

Рис. 11 – Обтекание поперечной пластины, угол атаки φ = 0°. Виден переход после пластины.от ламинарного потока к турбулентному.

Рис. 12 – Обтекание строительной колонны, угол атаки φ = 45°

Вряд ли расплывчатые пожелания BFPSA могут помочь проектировщику. Нужны конкретные высоты барьеров, балок, что изложено в наших предложениях к новой редакции СП 5.13130. Учёт способностей ПГМ обтекать барьеры позволит уменьшить количество требуемых ИПГ при установке на пересечённых потолках [1].

Обратите внимание, что извещатели комбинированные Bosch OC310 (дым, газ CO) и пр. серии MAGIC.SENS [17] могут по региональным стандартам контролировать площадь S 120м2, допускается высота установки L до 16м. Похожая норма есть у ИПГ ИП435-5 «Эксперт»: по отраслевым требованиям допускается S до 120м2, L до 16м при максимальном контролируемом объёме V = 400м3, т.е. чем меньше высота, тем больше площадь и наоборот, но не более предельных параметров S, L и V. Такие допущения показывают, что, возможно, площади обнаружения дымовым и газовым ИП недооценены.

Нужно отдавать себе отчёт, что газовые ИП стоят на порядок больше, чем ИПДОТ, основная составляющая - это стоимость сенсора (приличный электрохимический сенсор на CO стоит 16-20$). Поэтому, если возможно сократить количество ИПГ без ущерба для обнаружения пожара, то это, конечно же, хорошо. Сделать это можно, во-первых, учитывая физические процессы распространения газа, во-вторых, используя ИПГ действительно там, где это нужно.

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ. КОНТРОЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИПГ.

В процессе эксплуатации необходим периодический контроль работоспособности ИПГ. Автоматический контроль сенсора, если он реализован в конструкции ИПГ, не отменяет ручной контроль извещателя, который должен проводиться с интервалом 3-5 лет, в зависимости от условий эксплуатации.

В конструкции извещателя, например, в серии ИП453-5 «Эксперт» есть внутренний геркон. Если поднести магнит к указанной на корпусе точке, то замыкание контактов геркона вызовет сработку извещателя. При этом контролируется исправность всех цепей, обрабатывающих сигнал сенсора, но не сам сенсор.

Для полного контроля нужен внешний источник газа, на который реагирует извещатель, т.е. CO. Существуют специальные поверочные газовые смеси, газовые генераторы, однако это более доступно специалистам по газовому анализу. Для специалистов по пожарной автоматике более удобно и дёшево использовать простой источник тления. Таким источником может быть тлеющая бумага, хлопчатобумажная ткань. Вариант источника приведён на рис.13: кусочек бумаги обугливается на нихромовой нити нагревателя, выделяя монооксид углерода CO и дым. Источник газа и дыма можно поместить в чаше штанги, которую можно подносить к корпусу извещателя, добиваясь его сработки. Не нужно добиваться минимизации выделения дыма, это сильно замедлит контроль ИПГ, т.к. при росте температуры скорость термодеструкции и выделения CO возрастает.

Рис.13 – Пример источника тлеющего пожара для контроля работоспособности ИПГ(CO).

Иногда возникают спорные ситуации: можно или нельзя использовать ИПГ? Нет ли фоновых газов, которые могут вызвать ложное срабатывание извещателя? Как рекомендовано в статье [1], заключение можно сделать оценкой состояния воздуха с помощью образцового газоанализатора. Но не на всех предприятиях есть такой прибор и специалист, который может провести необходимые измерения. Для извещателей серии ИП435-5 «Эксперт» выпускается контрольный прибор «Калина», который подключается к цифровому выходу извещателя и снимает показания о состоянии воздуха, используя сенсор извещателя, «видит» состояние воздуха «глазами» извещателя. По показаниям прибора можно оценить пригодность ИПГ в конкретных условиях. Аналогичная возможность есть в извещателях ИП435-3А «Сенсис».

5. СЛЕДУЮЩЕЕ ПОКОЛЕНИЕ ИПГ.

А теперь опять вернёмся к конструкции ИП. Как было показано в [1, 2] и в этой статье - различные типы пожаров, различные материалы выделяют разнообразные газы различных концентраций. Не стоит считать, что при горении можно обнаружить только CO. Газовыделение многообразно, но имеет свои закономерности. Зная это, можно выбрать оптимальный способ обнаружения пожара. Опять таки, пойдём от простого к сложному.

5.1. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИПГ.

Как было описано ранее, часто CO по сумме признаков наиболее оптимален в качестве ПГМ и во многих случаях ИПГ(CO) решает поставленные задачи. Но если тип пожарной нагрузки хорошо известен, известен характер помех, то, с целью повышения эффективности, возможно использование совершенно определённых ПГМ, специфичных именно для данных условий. Поиск таких ПГМ – это важная задача.

Например, компания Bell Laboratories предложила ИПГ для обнаружения тления некоторых полимеров, чтобы обнаружить пиролиз или сгорание именно кабельной изоляции [18]. Как было показано в статье [2] при пиролизе поливинилхлорида (основного материала оболочек кабеля) происходит интенсивное выделение хлороводорода HCl и в этот момент его обнаружить проще, чем CO.

Как мы видели, в самолётостроении с высокой степенью вероятности можно определить характер газо- и дымовыделения для грузового отсека самолёта, вплоть до того, что FAA выделило нагрузку в отдельный типовой пожар. Значит, для известного типа нагрузки можно разработать специализированный ИПГ, максимально эффективный для конкретных условий.

В исследованиях зарубежных конструкторов активно анализируются комбинации различных ПГМ, в том числе с дымом. Например, в работе [19] в 5-ти видах реальных пожаров (Real Fire) при воздействии 5-ти видов помех (Nuisance Sources), рассматривались ПГМ CO и CO2. По результатам работ для условий салона самолёта наиболее успешным был признан ИП, использующий углекислый газ СО2 как ПГМ и дымовой оптический канал. В извещателе учитывается температура, атмосферное давление, шумы, используется дифференциальный алгоритм учёта контролируемых параметров по всем каналам. Рекомендовано дополнить извещатель сенсором водорода H2 и влажности.

По каким ПГМ лучше обнаруживать торфяной пожар ИПГ внешней установки? На основе исследования горения верхних торфянистых слоёв лесной почвы в работе [20] показано, что процесс распространения торфяного пожара в основном определяется горением коксика - конденсированного продукта пиролиза торфа. Согласно этим исследованиям, углерод, содержащийся в торфе, почти полностью сгорает до СО2. Значит иные ПГМ «ловить» будет значительно менее успешным, чем анализ СО2.

Такого рода работы показывают, что нельзя ставить точку в выборе ПГМ, не всегда CO даёт наилучшие результаты, несмотря на то, что обнаружение по CO использует подавляющее большинство ИПГ и ИП с газовым каналом.

5.2. ДВУХКРИТЕРИАЛЬНЫЕ ИП.

Безусловно, имеет смысл сведение измерение различных признаков пожара в один пожарный извещатель. И хотя установка мультикритериальных ИП пока никак не регламентирована в СП 5.13130, рассмотрим удобства или неудобства такого объединения. Не скроем, что основной упор будет сделан на газы, считаем, что про характер выделения дыма, его распространения и способы обнаружения написано много.

Думаем, что информация по ИПГ и ПГМ поможет и тем конструкторам, которые рассматривают обнаружение по газу в качестве газового канала в комбинированном извещателе.

Важно, что обрабатывающий микропроцессор мультикритериального ИП принимает решение не на основании достижений пороговых значений по разным сенсорам, а по данным промежуточных измерений. В этом коренное отличие мультикритериальных от комбинированных ИП. При этом самым снижается требование к возможностям связи между ИП и ППКП, т.к. аналоговая информация о промежуточных измерениях «остаётся на борту» ИП.

В мультикритериальном ИП происходит алгоритмическое торможение при отсутствии или малом значении одного из измеряемых компонентов с целью защиты от ложного срабатывания и возможное алгоритмическое ускорение при наличии всех или части (2/3) компонентов. Степень важности компонентов и их взаимосвязь определяется их весовыми коэффициентами в алгоритме [21].

Свойство ИПГ(CO) реагировать на тление было отмечено и тем, что «специально для детекторов с газовым каналом CO был разработан очаг скрытого тления хлопка, который включён в программу испытаний стандартов LPS 1265, LPS 1274 и LPS 1279»[22], а также в ГОСТ Р 53325-2012 изм.1 [3].

Учитывая это, более тонкий алгоритм рассматривает разное поведение продуктов горения. Например, в извещателе дым+CO нужно учитывать более раннее выделение и распространение CO, на некотором интервале принимая его с бoльшим весовым коэффициентом [23], что соответствует физико-химическим процессам тления [1]. Такой подход позволяет точнее использовать данные при использовании различных пожарных газовых маркеров, ускоряя реакцию ИП на процесс тления. В частности, в упомянутой работе Исследовательского центра ВМС США (ONR) рассматривались ПГМ CO, СО2, H2, H2S, в том числе комбинирование их с обнаружением дыма, с изменением влажности.

Какие признаки пожара комбинировать? При выборе не должно быть «священных коров», выбираются те, что дают наилучшие параметры обнаружения и стоимости ИП.

Когда комбинация разных каналов обнаружения пожара выгодна? Не всегда можно чётко оценить характер пожарной нагрузки и выбрать наиболее оптимальный способ обнаружения пожара. Не всегда проектные организации могут это сделать, из-за недостатка информации, иногда из-за отсутствия инструментальных и программно-аппаратных средств. Например, объединение дымового «сенсора» и газового сенсора в один пожарный извещатель позволяет расширить спектр воспринимаемых типов пожара одним извещателем, при этом уменьшает трудозатраты на проектирование АСПС и монтаж устройства.

Конечно, нужно учесть цену вопроса. Для справки - мультикритериальный ИП (дым+ CO) Tyco серии 614 стоит 51-57£. Насколько такой порядок цены сделает универсальным такой ИП на нашем рынке? Однако, если комбинация основных признаков пожара дым+ПГМ может решить поставленные задачи своевременного обнаружения пожара и защиты от ложных сработок в соответствующих условиях эксплуатации, то это – не самый дорогой способ.

Когда комбинация не выгодна? Когда точно известен контролируемый фактор пожара, когда какой-либо фактор не поддаётся стабильным измерениям из-за внешних помех (пыль для ИПД, выбросы CO для ИПГ(СО)), когда комбинация не позволяет полно использовать процессы выделения и распространения продуктов горения (рис. 14,15,16,17). В этом случае удобно применять классические ИП [24].

Потребителями нашей продукции, в основном, являются промышленные предприятия. Они сталкиваются с существующей и реальной проблемой: запыление ИПДОТ либо оптического канала «сразу всех в одном помещении» делает их применение бессмысленным.

В литературе описывался вариант решения такой задачи в ИПДОТ с использованием синего и ИК светодиодов blue/IR, что позволило разработать «оптический извещатель обеспечивающий: способность различать воздействие дыма и «помех»; равную чувствительность по различным дымам, в частности от очагов TF1-TF5; адекватную реакцию на все сигналы «Пожар», т.к. они вызываются только возгоранием» [25]. Идея понятная, красивая. К сожалению, по оценке HSL, при общем улучшении помехозащищённости ИПДОТ blue/IR не позволяют однозначно защититься от пыли [26], даже без учёта загрязнения оптических поверхностей.

Естественно, что ИПГ тоже можно вывести из строя. Если технолог производственного процесса знает о присутствии в воздухе паров спирта, то нельзя использовать ИПГ(CO) с полупроводниковым сенсором без фильтра, нужно использовать ИПГ(CO) с электрохимическим сенсором. Если в воздухе есть капельки масла (цех металлообработки), то только фторопластовые фильтры могут ослабить проблему загрязнения сенсора. Неоднократно подчёркивали, что ИПГ устойчив к воздействию пыли (мы в экспериментах доводили до 4 кг/м3, больше, увы, не позволяет исследовательская база), но речь идёт о СУХОЙ пыли. Влажная пыль, просто залепит сенсор, не оставив ему никакого шанса. Различные ограничения есть для ИП любого типа, и грош цена тому проектировщику, который их не учитывает.

Как учесть особенности выделения и распространения газа в комбинированном ИП? Ведь в нём все сенсоры сведены в одну точку, без учёта пространственного различия процессов распространения продуктов горения?

Возможно, что проблему можно решить, если располагать ИП с учётом их особенностей обнаружения пожара. Никого же не удивляет, что ИПТ или ИПП устанавливаются иначе, чем ИПД? Для ИПГ та же картина. А данные от разных типов извещателей (дискретные или цифровые) отправлять на один прибор, принимающий окончательное решение. При получении данных приёмно-контрольным прибором, зная, какой шлейф закреплён за какими извещателями, или зная тип извещателя, можно строить многоуровневую систему обнаружения разных стадий пожара, можно эффективнее бороться с ложными сработками, увеличить живучесть АСПС при влиянии пыли и газов, при подтверждённом тлении удешевить пожаротушение.

Рис.14 – Распространение дыма и газа при низких температурах очага пожара. Дыма пока мало и он не достигает точки установки ИП.

Рис.15 – Распространение дыма и газа при высоких температурах очага пожара. Дымо-газовая смесь успешно достигает ИП.

Рис.16 – Тёплый припотолочный слой отражает поток дыма, газо-воздушный поток проходит через тёплый слой, достигает точки установки ИП.

Рис.17 – Балка на потолке препятствует потоку дыма, газо-воздушный поток перетекает балку, достигает точки установки ИП.

5.3. ДВУХСЕНСОРНЫЕ ИПГ.

На многих объектах уровень CO изменяется немного, фоновый уровень небольшой и выбросы практически отсутствуют. Устойчивость датчиков CO хорошо иллюстрирует статистика.

По данным NFPA в 2003 году общее количество ложных сработок ИП составило 2.189.500 (100%) [27]. Соотношение по датчикам разного типа приведено на рис.18 (31% - детекторы дыма Smoke detector, 3% - СО детекторы Carbon monoxide). Нужно учесть при этом, что дымовыми детекторами оснащено около 94% жилого фонда, детекторами угарного газа – около 28%. Т.е. показатели явно не в пользу детекторов дыма.

Справедливости ради отметим, что в этой статистике речь идёт о датчиках утечки СО, т.н. CO detector. Причиной их сработки становятся пожары, а также топливные приборы (газовые котлы, газовые плиты, горящие в печи дрова) при неэффективном сгорании и/или плохо работающей вентиляции. «Топливный» характер ложных срабатываний подтверждает статистика NFPA по месяцам [28]: в летние месяцы количество ложных сработок детекторов СО уменьшается в 2,5-3 раза по отношению к периоду отопления. Поскольку мы рассматриваем ИПГ(СО), то для нашего приложения эта статистика не может быть абсолютно применимой, т.к. ИПГ нельзя использовать в местах вероятных выбросов CO, т.е. для контроля топливных устройств.

Рис.18 – Ложные сработки по распределению типовых причин.
Синим – повреждение датчика или системы: Smoke detector 12%, Carbon monoxide 1%
Оранжевым – неумышленная сработка (без пожара): Smoke detector 19%, Carbon monoxide 2%

Однако есть и другие ситуации, другие объекты, на которых появляются необъяснимые ложные срабатывания ИПГ(CO). В зарубежных форумах есть жалобы, что детектор CO срабатывает, когда идёт ливень, когда рядом работает АМ-радиостанция. Это ошибки конструктивные и о том, как их избежать описывалось в статье [2]. Но есть причины внешние, определяющие состав воздуха, на который реагирует ИПГ.

Использование независимых сигналов от двух сенсоров – водорода Н2 и монооксида углерода CO, позволяет защитить ИПГ от ложного срабатывания по причине высокой фоновой пиковой концентрации CO, например от выхлопа автомобильного двигателя или от табачного дыма. При этом повышается помехозащищённость ИПГ. Учтём при этом, что стоимость ИПГ при этом вырастет.

Смысл состоит в том, что за исключением некоторых технологических процессов, водород в свободном состоянии в воздухе наблюдается в очень малых концентрациях. Однако при пожаре, как было показано в статье [1], Н2 и CO – это сопутствующие друг другу ПГМ. Результаты проведённых экспериментов по детектированию газов [29], образующихся при тлении, показанные на рис. 19, в очередной раз подтверждают, что органические материалы при воздействии высоких температур всегда образуют традиционные «пожарные газы» — H2 и CO, причём их концентрации изменяются совместно, независимо от типа тлеющего материала.

Рис.19 – Отклик газочувствительного слоя полупроводникового сенсора на газообразные продукты тления органических материалов при разных температурах: 1 – дерево, 2 – сигарета, 3 – поролон, 4 – бумага.

Зная эти свойства, можно выделить дежурный режим (рис.20а), реальную сработку (рис.20б), в которой уровни CO и Н2 достаточны, можно блокировать ложные сработки (рис.20в, 20г), признаком которых является нарушение синхронности выделения контролируемых ПГМ, можно разделить признаки пожара и утечки газа. При этом практически не ухудшится быстродействие ИПГ. Например, если есть регистрируемый уровень CO (например, от выхлопа автомобиля), но нет H2, то это не пожар. Если подобную комбинацию использовать в качестве газового канала в ИП дым+ПГМ, то помехозащищённость газового канала возрастает.

Рис.20 – Защита от ложных сработок с помощью независимых измерений CO и Н2. Зелёная стрелка – минимальный уровень сработки по CO. Синяя стрелка – минимальный уровень сработки по Н2.

Возможно, что для некоторых приложений может оказаться более эффективным использование углекислого газа CO2 вместе с СО (см.[1]), что позволяет изменить взгляд на ИПГ, как инструмент обнаружения только тления.

Рассмотрим эксперименты на кухонные дымы. За рубежом такого рода исследованиям уделяют серьёзное внимание. Связано это, прежде всего со статистикой ложных срабатываний. По проведённым экспериментам [30] извещатель должен обнаруживать типовые пожары, но не реагировать на кухонные дымы.

Как видно из рис.21а и рис.21б ИПГ по CO2 хорошо реагируют на пожары типа RF3 и RF4, ИПГ по CO хорошо реагируют на пожар типа RF1 и RF2. При этом и тот, и другой игнорируют кухонные дымы NC1 и NC2 (кривые 5 и 6). Извещатель, который использует сигналы сенсоров CO и CO2, воспринимает пожары типа ТП1-ТП5 и устойчив к ложным срабатываниям от кухонных дымов. ИПГ(CO,CO2) обнаруживает все требуемые пожары с должной помехозащищённостью, при этом сохраняет устойчивость к воздействию пыли. Для сравнения на рис.21в приведены результаты, полученные от ИПДОТ, который от кухонных дымов практически не защищён.

Рис. 21 – Эксперименты по обнаружению 4-х типовых пожаров (RF – Real Fire) и устойчивости к 2-м кухонных дымам (NC – Nuisance Cooking). а) Данные от сенсора CO2 б) Данные от сенсора CO в) Данные от ИПДОТ. (1) RF1 – ТП1 (чёрная линия) (2) RF2 – ТП3 (красная линия) (3) RF3 – ТП4 (тонкая серая линия) (4) RF4 – ТП5 (тонкая синяя линия) (5) NC1 – 160 г зелёных перцев с семенами жарится на 60 г рапсового масла (тонкая зелёная линия) (6) NC2 – жарка 180 г рыбы на 80 г рапсового масла (толстая серая линия)

5.4. ИПГ С ТРЕМЯ И БОЛЕЕ ГАЗОВЫМИ СЕНСОРАМИ.

Зная о структуре выделения газов при различных типах пожаров, можно отметить, что пожары с открытым пламенем, например, дают более высокие температуры сгорания и генерируют двуокись азота NO2 и небольшой уровень оксида углерода CO. Тлеющие пожары, в которых температура невысока и сгорание неполное, главным образом генерируют оксид углерода CO. Так, при горении этанола выделяется NO2 и, при помощи газового сенсора, который обнаруживает этот ПГМ, можно раньше выдать тревожный сигнал, даже когда пламя ещё небольшое.

Опять-таки обратимся к опыту обнаружения пожаров на угольных электростанциях: компания GTE12 одна из первых, ещё с 1998 года, использует мультисенсорное обнаружение пожара в извещателе пожарном газовом GSME [31] (ИПГ входит в состав выпускаемой компанией GTE системы ADICOS [32]):

GSME (GSFDU) – пожарный газовый извещатель, который реагирует на H2 и CO, выделяющиеся при тлении, и на NO2, выделяющуюся при открытом пламени. За прошедшие годы, эти устройства стали обязательным компонентом систем обнаружения пожара на предприятиях, использующих уголь.

В отличие от оптического и ионизационного дымовых ИП, которые могут обнаружить только хорошо горящий линит (примечание: линит - самый мягкий сорт угля, содержит мало углерода, но много водорода и кислорода.), GSFDU содержит три селективных полупроводниковых газовых сенсора, позволяя обнаружить тлеющий линит и каменный уголь на ранней стадии. Кроме того, этот тип датчика не чувствителен к пыли. Даже толстый слой пыли не снижает эффективность до тех пор, пока газы в состоянии распространиться через такие слои.

Рис.22 показывает данные от ИПГ GSFDU 83.2: вскоре после 15:00, тревога была вызвана быстрым увеличением уровней CO и H2 приблизительно до 15 ppm и 8 ppm соответственно.

На такой ранней стадии было возможно погасить тлеющий огонь, используя обычное оборудование. Огонь был погашен около 16:10, после чего газовые концентрации быстро снизились. Концентрация CO впоследствии увеличилась снова до 3-5 ppm, уровень нормальный для этой части предприятия, использующего уголь.

Такие фоновые концентрации могут быть значительно выше в зависимости от предприятия и эксплуатационных режимов. Например, части машины, тормоза или электродвигатели, которые нагреты в результате их работы и покрыты угольной пылью, способствуют увеличению уровня CO. Такие ситуации не должны приводить к тревоге. Сигнал «Пожар» должен быть выработан извещателем и при более высоких температурах, а также, если обнаружен водород.

Рис.22 – Пример данных по газовыделению H2, NO2, CO при пожаре на электростанции компании RWE (Нидерланды). По вертикали – концентрация ПГМ от -5 до 45 ppm. По горизонтали реальное время от 12:00 до 18:00. Чёрная линия – H2. Зелёная линия – NO2. Синяя линия – CO. Красным – выход ГОТВ.

Рис.23 – Трёхсенсорный ИПГ(H2,CO,NO2) ADICOS GSME и его место в структуре АСПС. Справа видны три полупроводниковых газовых сенсора, Над ними – снятый фильтр, защищающий от паров спирта C2H5OH.

Для повышения устойчивости ИПГ к ложным срабатываниям и расширения возможности обнаруживать пожары различных типов, различных материалов можно использовать группы сенсоров (рис.23,24) или матричные газовые сенсоры (рис.25). Работы по выпуску мультсенсоров проводит ОАО «Авангард». По их мнению [33], что, несмотря на большую цену мультисенсора (порядка 2.500 руб.), использование ИП с газовыми мультисенсорами в составе систем позволит в расчёте на период эксплуатации снизить затраты организаций-потребителей по сравнению с использованием систем с односенсорными ИП. Например, благодаря меньшим потерям от нарушений работы объектов из-за ложных срабатываний ИП. Поэтому серийное производство газовых сенсорных модулей для реализации систем с мультисенсорными ИП является актуальной задачей.

В матричных сенсорах обычно используют матрицу из 3 – 40 сенсоров, имеющие чувствительные слои отличные друг от друга по чувствительности к разным компонентам. Положительным качеством метода является отсутствие в необходимости использовать сенсоры с полной селективностью к каждому измеряемому газу. Селективный сигнал от конкретного газа получают при последующей обработке информации, полученной от матрицы [34]. Матричные сенсоры позволяют решать задачи с меньшими затратами.

Рис.24 – Плата исследовательского мультисенсорного ИПГ.

Рис.25 – Полупроводниковый матричный сенсор: а) корпусированный сенсор; б) матрица из 40 сенсоров; в) обратная сторона сенсора с 4-мя нагревателями.

6. МЕСТО РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ В АСПТ. РАЗМЫШЛЕНИЯ.

Очень большое внимание в современных ИП уделяется раннему обнаружению пожара по тлению. Находятся способы контроля тления дымовыми ИП, используются ИПГ, вводятся специальные алгоритмы в мультикритериальные ИП, разрабатываются видеосистемы VBFD для контроля за слабыми дымовыделениями .

Теперь давайте проследим ситуацию дальше. Извещатель с функцией раннего обнаружения качественно выполнил свою функцию, выдал информацию на ППКП, тот, в свою очередь, оценив ситуацию как тревожную, выдал команду на систему пожаротушения. Бабах!!! Срабатывают пиропатроны, всё работает по полной…

– Спасибо, АСПТ! – грустно говорит собственник торгового центра, глядя на стеллажи, засыпанные тушащим порошком и на мусорную корзину, в которой был успешно потушен тлеющий окурок…

В промышленности, получив сигнал «предварительный пожар» от ИПГ, сначала визуально оценивают пожароопасность ситуации, гасят пожар переносными или передвижными средствами пожаротушения. Это первый рубеж обороны.

Но это очень нетехнологично и, думается, неудобно для общегражданских объектов. А за окном 21-й век…

Поэтому, как нам видится, логично выделение реакции АСПС на тлеющий пожар (smoldering fire) и слабый пожар (early fire). В этих случаях можно тушить пожар с меньшими затратами и последствиями. Например, при обнаружении тления по CO, Н2 или HCl может оказаться достаточным отключение электроэнергии и пожаротушения не понадобится. Возможно, что АСПТ должна быть двухступенчатой. Как было показано выше, ИПГ могут выделяться в отдельные системы или каналы раннего предупреждения пожаров: зная, что ИП срабатывает на тление раньше, чем извещатели других типов, то в том случае, если сработали только такие ИП, то используется один алгоритм пожаротушения. Если сработали и другие ИП тоже – существующий на сегодня алгоритм всеобщего тушения.

Возможно, что подобные решения неудобны производителям, но любой потребитель будет двумя руками «За», если ему своевременно найдут пожар, да если ещё малого размера и потушат малыми силами. Не для этого ли мы работаем?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Знание физико-химических процессов при тлении и горении позволяет значительно увеличить устойчивость ИПГ к выбросу ПГМ и перекрёстных газов, расширить сферу применения ИПГ, газового канала в комбинированных ИП.

Судя по зарубежным публикациям, поисковым работам, выпускаемым ИП и системам, примерно с 2008 года активно ведутся работы по детализации анализа газовыделения при пожаре. Мир не стоит на месте.

Использование сигналов газовых сенсоров, которые обнаруживают различные ПГМ, позволяют различать тлеющий пожар и открытое пламя или дать оценку развития пожара. Комбинация сенсоров на различные газы потенциально позволяет обнаружить любые типы пожаров, увеличить помехозащищённость ИПГ, поскольку при любом пожаре выделяются газы и их обнаружение не зависит от роста температуры или роста дымовыделения. Грамотное использование свойств различных продуктов деструкции материалов (дым, газ, сверхмелкодисперсные аэрозоли) даёт простор для возможностей детализации обнаружения пожара.

Предполагаем, что ИПГ следующего поколения будут анализировать минимум два пожарных газовых маркера, появятся специализированные ИПГ, ориентированные на определённый вид пожарной нагрузки. При этом сохранятся высокие эксплуатационные характеристики ИПГ.

Бoльшая детализация процессов тления и горения с помощью анализа химического состава воздуха позволяет точнее реагировать на пожар. Развитие ИПГ, увеличение помехозащищённости, появление специализированных ИПГ будет происходить по мере развития элементной базы, в первую очередь газочувствительных сенсоров, а также при совершенствовании алгоритмов обработки.

УПОМЯНУТЫЕ КОМПАНИИ.

  1. Компания Trolex Limited - ведущий изготовитель и поставщик датчиков, систем управления и мониторинга во взрывозащищённом исполнении для горных работ. Основана в 1959 году, находится в Великобритании.
  2. Intelligent Gas Alarm India Private Limited была основана в 2011 году как изготовитель, экспортёр и поставщик широкого спектра измерительного оборудования. Находится в г. Джайпур, штат Раджастан, Индия.
  3. CONSPEC Controls всемирно признанный лидер в конструировании и производстве инструментов обнаружения газов, контроле и систем управления. Основана в 1968 году. Офисы и производства располагаются в США, Канаде, Австралии и Китае.
  4. ATEX Explosion Protection, Florida, USA, ATEX Explosionsschutz GmbH, Moehnesee, Germany.
  5. Федеральное управление гражданской авиации США (Federal Aviation Administration, FAA) — агентство Министерства транспорта США, управляющее всеми аспектами гражданской авиации согласно Федеральному акту об авиации от 1958 года. Штаб-квартира находится в городе Сиэтл, штат Вашингтон.
  6. НПП «Урал-комплекс» имеет опыт исследований, экспериментов и практической ликвидации пожаров в сложных условиях шахт, рудников и карьеров отрасли. Основано в 1991 г. Основной костяк предприятия образовался из специалистов Центральной научно исследовательской лаборатории (ЦНИЛ) Военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ) Министерства чёрной металлургии СССР. Находится в Екатеринбурге.
  7. НТЦ «Пожэксперт» осуществляет деятельность по направлению «Деятельность по обеспечению безопасности в чрезвычайных ситуациях». Компания основана в 2004 году. Находится в Новосибирске.
  8. НПО "Пожарная автоматика сервис" представляет собой предприятие, специализирующееся в области интегрированных систем пожарной сигнализации и газового пожаротушения. Компания основана в 1994 году. Находится в Москве.
  9. ООО «Элко» - проектирование и монтаж пожарной сигнализации; монтаж систем безопасности; монтаж систем охраны, сигнализации и наблюдения. Основано в 1992 году. Находится в г. Гродно, Беларусь.
  10. Health and Safety Laboratory (HSL) – ведущая организация Великобритании, которая экспериментально оценивает риски работников и безопасность труда. Основана в 1911 году. Штаб квартира Harpur Hill Buxton, Derbyshire, Великобритания.
  11. Bell Laboratories (известна также как Bell Labs, прежние названия — AT&T Bell Laboratories, Bell Telephone Laboratories) — франко-американская корпорация, крупный исследовательский центр в области телекоммуникаций. Штаб-квартира расположена в Мюррей Хилл, США. Основана в 1883 году.
  12. Компания GTE (Gesellschaft fur Technologieund Elektronik) была основана в 1988. Компания среднего размера, широко известна в области электроники, обладает ультрасовременным производством. Главное направление - технология безопасности. Находится: Viersen, NorthRhine-Westphalia, Germany.
  13. ОАО «Авангард» — одно из ведущих российский предприятий в области специальной микроэлектроники, микросистемотехники, газоанализаторов. Основано в 1948 г., находится в Санкт-Петербурге.

ЛИТЕРАТУРА.

  1. Сайдулин Е.Г., Соколов А.В., Васильев А.А., Лукьянченко А.А. Извещатели пожарные газовые. Физика процесса.
  2. Сайдулин Е.Г., Соколов А.В., Васильев А.А., Лукьянченко А.А. Извещатели пожарные газовые. Часть 2. Делаем ИПГ сами.
  3. ГОСТ Р 53325-2012 с изм.1. Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний.
  4. Fire detection in underground workings by Frank Taylor, Trolex Ltd // Plant & Equipment January. February 2013.
  5. Е.Г. Сайдулин. Кабельные линейные и многоточечные пожарные извещатели. От безадресного чувствительного элемента к адресным.
  6. Alak Jha. Early and Intelligent Fire warning system for coal mines, bunker, stacks, power plants. Intelligent Gas Alarm India Pvt Ltd . Application Engineering Bulletin. 2011.
  7. Monitoring Carbon Monoxide and Methane for early fire detection in coal-handling facilities by Kurt Smoker, Conspec Controls, Inc., USA
  8. ATEX Explosion Protection. Explosion Protection For the Dairy Industry. Release Date August 24, 2010.
  9. David Blake. Development of a Standardized Fire Source for Aircraft Cargo Compartment Fire Detection Systems. May 2006. Final Report. U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration.
  10. Robert Friedman, NASA Glenn Research Center. Fire Safety in the Low-Gravity Spacecraft Environment.
  11. СП5.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.
  12. BS 5839-1:2002 Fire detection and fire alarm systems for buildings. Part 1: Code practice for system design, installation, commissioning and maintenance.
  13. BFPSA application guidelines for carbon monoxide (CO) fire detectors. Fact file 04. 2001
  14. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000, 576 стр.
  15. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — Изд. 5-е перераб. и доп. — М.: Атомиздат, 1979, 416 с.
  16. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твёрдыми частицами. — М.: Физматлит, 2003.
  17. Волшебство пожарных извещателей MAGIC.SENS от BOSCH Security System
  18. Liu Z., Kim A.K. Review of recent developments in fire detection technologies .// Journal of Fire Protection Engineering, v. 13, no. 2, May 2003, pp. 129-149.
  19. Aircraft Cargo Compartment Multi Multi-Sensor Detector By: Adityanand U. Girdhari, Federal Aviation Administration Advisor: Mr. David Blake. Federal Aviation Administration Fellowship Mechanical and Aerospace Engineering Department Rutgers University, Piscataway, New Jersey 08854.
  20. Гундар С.В. Об энергетическом балансе беспламенного горения органической части почвы // Вопросы лесной пирологии. Красноярск: Институт леса и древесины им. В.Н.Сукачёва СО АН СССР. 1974. С.74-82
  21. Daniel T. Gottuk, Michelle J. Peatross, Richard J. Roby, Craig L. Beyler. Advanced fire detection using multi-signature alarm algorithms // Fire Safety Journal 37 (2002) 381-394.
  22. И.Г. Неплохов, Технический директор Бизнес-группы "ЦЕНТР-СБ", к.т.н. ГОСТ Р 53325 // Каталог ОПС 2011. Системы безопасности.
  23. Susan L. Rose-Pehrsson, Sean J. Hart, Ronald E. Shaffer. Data and Early Warning Fire Detection Prototype Selection. NRL/MR/6110-00-8484 // Navy Technology Center for Safety and Survivability Chemistry Division, Naval Research Laboratory, Washington.
  24. David Bywater. Detecting real fires with carbon monoxide detectors. Results of more than 10 years research bring a major leap forward in fire detection technology.
  25. Игорь Неплохов, к.т.н., эксперт. Развитие дымовых извещателей. // Грани безопасности №5 (53) 2008. С. 22-25.
  26. Mike Hemingway & Peter Walsh. Development of an advanced fire detector for underground coalmines - Final Report. HSL/2005/39.
  27. Unwanted fire alarms, National Fire Protection Association, April 2011.
  28. Ben Evarts. Non-fire carbon monoxide incidents. National Fire Protection Association, March 2012.
  29. Самотаев Николай Николаевич, к.т.н, Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”, Москва. Полупроводниковый датчик ранних стадий тления органических материалов // Датчики и системы,№1,2015.
  30. Xie Qiyuan, Yuan Hongyong and Guo Huiliang. Experimental Analysis on False Alarms of Fire Detectors by Cooking Fumes. // Journal of Fire Sciences 2004; 22; 325.
  31. Gas Sensor Fire Detectors Prove Effective in Coaling Plants by Heinz Petig, Essen, JorgKelleter, Viersen and Dieter Schmitt, Cologne // Safety & Technology. Allianz Report 4/99.
  32. Описание АСПС ADICOS
  33. А.Голиков, к.т.н., В.Шубарев, д.т.н., проф., Системы пожарной безопасности с газовыми сенсорными модулями. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. Спецвыпуск. 2008..
  34. P. Althainz, J. Goschnic, S. Ehrmann, H. J. Ache, Multisensor microsystem for contaminants in air, Sensors and Actuators B 33 (1996) 72-76.
 
< Пред.   След. >