Газовые пожарные извещатели

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Газовые пожарные извещатели

Теоретические основы и практическое применение

А.А. Лукьянченко
Докторант кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России, к.т.н.

A.В. Федоров
Профессор кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России, д.т.н.

A.В. Соколов
Ведущий инженер по газоаналитике ФГУП"НПП "Дельта"

Е.Н. Ломаев
Адъюнкт кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России

Чан Донг Хынг
Адъюнкт кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России

В связи с тем что в последнее время вопросам пожарной безопасности объектов уделяется все большее внимание, особую значимость приобрели газочувствительные приборы, реагирующие на изменение состава воздуха в результате пиролиза и позволяющие обнаруживать пожар на ранней стадии

Требование времени

На протяжении всего существования человечества вопросы безопасности являлись наиважнейшими. В настоящее время в связи с ростом технического прогресса актуальность безопасности только повышается. Воздушная среда, которая нас окружает, может содержать в своем составе не только источникжизни, кислород, но и опасные вещества в виде токсичных и взрывоопасных газов. Токсичные газы образуются, например, при выхлопах автомобиля, неполном сгорании топлива в печи или камине, при пиролизе материалов; токсичные газы выделяют современные отделочные материалы и упаковки. При отоплении в подавляющем большинстве случаев используется газообразное топливо - природный газ. В одной только Москве более 3 млн газовых плит и более 180 тыс. водонагревательных колонок. Вследствие неправильного обращения с котельными отопительными установками, а также газовым оборудованием в квартирах, пансионатах, коттеджах и иных местах, оснащенных такими приборами, участились взрывы с последующими пожарами. В связи с этим возникла необходимость создать систему безопасности на основе газочувствительных приборов, которые реагировали бы на факторы, предшествующие пожару.

Предлагаемый вашему вниманию обзор посвящен появившимся на отечественном рынке и наиболее распространенным бытовым газосигнализаторам: на сумму горючих газов (СН), метан (СН₄), водород (Н₂) и оксид углерода (СО) Для указанных задач используются приборы на основе газочувствительных сенсоров (датчиков, по российской терминологии). Измерительная схема преобразует сигнал от сенсора в нормализованный электрический сигнал и сравнивает с заданным пороговым значением. При превышении во внешние устройства выдаются сигналы типа сирены, размыкания контактов реле или световой сигнализации. Большинство приборов содержит микроконтроллер, управляющий работой прибора. В зависимости от назначения и области применения прибор имеет различный алгоритм выдачи разных аварийных сигналов. Поскольку принцип работы газоаналитического прибора неизменный, но назначение отличается, он имеет следующие названия газосигнализатор (для охраны труда), тревожный сигнализатор газовый (для охранных систем), газовый пожарный извещатель (для пожарных систем). Поэтому один и тот же прибор применяется в разных областях безопасности, если удается договориться об установке комплексной системы. Если не удается - ставят три прибора, одинаковых по сути, но с разными названиями. Наверное, перспективно появление комбинированного прибора для несовместимых систем безопасности, выдающего одновременно разные сигналы. Газосигнализаторы и газоанализаторы являются измерительными приборами и должны подлежать периодической государственной поверке и внесению в Реестр средств измерения, что значительно усложняет и удорожает их обслуживание. Для всех датчиков охранно-пожарных систем нетребуется регулярная госповерка, а только проверка на работоспособность. Газовые извещатели (так можно назвать газосигнализаторы для пожарно-охранных систем, где все должно называться извещателем), в отличие от газоанализаторов, используются только для сигнализации о появлении опасной концентрации и включения звуковой и световой сигнализации Следовательно, в охранных системах можно использовать газовые индикаторы и газовые извещатели, которые не являются измерительными приборами и поэтому поверяются ведомственными службами только на работоспособность к появлению контролируемого компонента.

Рынок газосигнализаторов и газовых извещателей

Газосигнализаторы и газовые извещатели (ГИ) предназначены для установки в квартирах, административных зданиях, гаражах и небольших котельных. Такие приборы выполняют функции предупреждения о появлении опасного газа, а некоторые из них при срабатывании сигнализации автоматически перекрывают, например, газопровод с помощью электромагнитного клапана. Стоимость приборов варьируется в больших пределах и зависит от сложности конструкции, дизайна исполнения, а также бренда и страны изготовителя. Наиболее дешевые приборы стоят от 20 дол. США, а самые сложные и многофункциональные - до 300 дол. США. Поскольку вопросы уровня безопасности неотделимы от вопросов уровня надежности аппаратуры, то надо рассматривать не только стоимость, но и ремонтопригодность, гарантии проведения периодических проверок, долговременную стабильность газочувствительных элементов (сенсоров), устойчивость работы в реальных условиях российского климата.

Рынок газоаналитических систем безопасности в России бурно развивается, постоянно появляются новые модели, для правильного функционирования которых необходимо сформулировать правильные технические требования на основе действующих нормативных документов и опыта работы существующих приборов.

Дальнейшее совершенствование современных систем безопасности, а также отдельных технических средств обнаружения пожара - в настоящее время весьма актуальная задача, так как раннее обнаружение возникновения загорания (аварийной ситуации) является жизненной необходимостью для исключения последствий пожара - гибели людей, нарушения экологии, существенного материального ущерба и иных негативных факторов.

В настоящее время разработаны и применяются приборы раннего обнаружения пожара. Это газовые пожарные извещатели (ГПИ), приборы, которые реагируют на газы, выделяющиеся при тлении или горении материалов. Газовый пожарный извещатель обнаруживает начальный процесс загорания по анализу окружающего воздуха и измерению в нем концентрации опасных газов.

Предупреждение пожара на ранней стадии

Как уже отмечалось ранее, физические принципы, положенные в основу работы используемых типов пожарных извещателей (росттемпературы, рассеяние света на частицах дыма, ионный ток вследствие радиоактивной ионизации дыма), обеспечивают достоверную регистрацию пожара на стадии горения, при появлении открытого пламени, что сопровождается сильным изменением физических свойств окружающего воздуха. Пожар на стадии открытого пламени носит необратимый характер и не может быть ликвидирован техническими мерами режимного характера (такими, например, как отключение электропитания при перегреве токонесущих проводников).

Достоверным способом обнаружения и предупреждения пожара на ранней стадии, предшествующей возгоранию, является контроль химического состава воздуха, резко изменяющегося из-за термического разложения, пиролиза, перегретых и начинающих тлеть горючих материалов. Именно на этой стадии развития пожара можно принять адекватные меры для его тушения, а в случае перегрева электрооборудования и кабелей по сигналу с ГПИ автоматически их отключить, ликвидировав тем самым развивающуюся пожарную опасность и не доводя ситуацию до необратимого состояния.

Конечно, ряд газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления), определяется составом материалов, включенных в этот процесс, однако в подавляющем большинстве случаев можно уверенно выделить основные характерные газовые компоненты. Такого рода исследования проводились как в нашей стране, так и за рубежом. В таблице указаны экспериментальные данные концентрации выделяющихся газов при пиролизе различных материалов.

Согласно нормативным документам (ГОСТ 12.1.005-88) концентрация оксида углерода в атмосфере рабочей зоны должна находиться на уровне не более 20 ррм (1 ПДК) при нормальных условиях.

Разработанные в настоящее время на основе полупроводниковых сенсоров газовые пожарные извещатели предназначены еще и попутно для определения концентраций в воздухе горючих газов (метан, пропан, бутан, водород и т.д.) в интервале концентраций от 0,01 до единиц процентов, а также токсичных газов (СО, окислы азота, хлор, сероводород и т.д.) на уровне предельно допустимой концентрации (ПДК).

Область применения газовых пожарных извещателей

Результаты экспериментальных исследований и особенности чувствительных элементов газовых пожарных извещателей показывают, что эти устройства могут применяться для обнаружения загораний на стадии пиролиза (тления) различных материалов. В частности, они могут использоваться для обнаружения возгорания материалов, когда медленное окисление этих материалов может привести к образованию значительной концентрации газов СО и Н₂.

Значительное количество газов СО и Н₂ выделяется и при пиролизе электроизоляционных и радиотехнических материалов, что позволяет использовать газовые пожарные извещатели для обнаружения загораний кабельной продукции и электронной аппаратуры.

ГПИ, наряду с автономными дымовыми пожарными извещателями, можно применять в жилых помещениях, офисах (с постоянным пребыванием людей), поскольку они могут выявить выделение незначительного количества СО и Н₂ (незначительное превышение над фоновым уровнем), что позволит обнаружить возникновение пожара намного раньше, чем при применении дымового и теплового пожарных извещателей. ГПИ не снижают своей работоспособности при наличии пыли и, следовательно, могут использоваться в запыленных помещениях. Рекомендуемый перечень помещений, в которых могут применяться газовые пожарные извещатели, можно подразделить следующим образом:

1. Производственные объекты (здания и помещения) с производством:

изделий из древесины;
синтетических смол, синтетических волокон полимерных материалов;
текстильных, текстильно-галантерейных изделий;
табачных изделий;
целлюлозно-бумажных изделий.

2. Складские помещения (склады) для хранения:

хлопка, суровья, пряжи, чесаного льна, шерсти;
шерстяных и меховых изделий;
бумаги, картона, тары из картона, древесностружечных плит и изделий из них;
сыпучих материалов сельскохозяйственного производства;
торфа, угольной пыли и других видов измельченного твердого топлива.

3. Помещения с вычислительной техникой, радиоаппаратурой:

помещения АСУТП объектов нефтепереработки и нефтехимии;
АТС, серверные, операторские;
стойки с аппаратурой

4. Специальные сооружения:

кабельные туннели;
кабельные галереи;
помещения подводных лодок и кораблей

5. Объекты с массовым пребыванием людей:

библиотеки;
архивы;
книжные хранилища.

Требования к установке и техническому обслуживанию газовых извещателей

При выборе места установки ГИ в защищаемом помещении необходимо соблюдать следующие требования:

извещатель следует устанавливать в местах возможной утечки газа (вблизи газовых плит, газовых нагревательных и отопительных приборов, вентилей, клапанов и т.д.);
если извещатель предназначен для обнаружения повышенной концентрации в воздухе метана, то его необходимо устанавливать над местами возможной утечки газа - на расстоянии от потолка не менее 0,2 м;
если извещатель предназначен для обнаружения повышенной концентрации в воздухе пропан-бутановой смеси, то его необходимо устанавливать ниже мест возможной утечки газа - на расстоянии от пола не более 0,5 м;
не следует располагать ГИ за шкафами и другими предметами, закрывающими извещатель.

Один извещатель контролирует до 50 м². Если контролируемое пространство разделено на несколько частей (зон), то извещатель должен быть установлен в каждой части помещения Место установки может измениться даже на противоположное, если учесть устойчивые потоки воздуха в помещении. Например, конвективные потоки от нагревательных устройств, которые поднимают воздух к потолку даже вместе с тяжелыми газами (такими как пропан или хлор), а водород могут опустить к полу, когда его концентрация менее 1000 мг/м³ и сила гидростатического подъема меньше скорости потока воздуха. Движение потоков воздуха надо учитывать в первую очередь, поскольку оно принципиально нарушает картину распространения газов в замкнутых объемах, основанную на плотности газов.

Монтаж извещателей должен проводиться в соответствии с технической документацией на конкретные типы газовых пожарных извещателей и в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.

Прокладку проводов, кабелей следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.15-97 "Электроустановки зданий. Выбор и монтаж электрооборудования", Правил устройства электроустановок, Нормами технологического проектирования ВНТП 116-80 "Проводные средства связи. Линейно-кабельные сооружения" и с учетом настоящих рекомендаций. Выбор проводов, кабелей для монтажа газовых пожарных извещателей следует производить в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок, НПБ 88-2001* и с учетом технической документации на конкретные типы извещателей.

В помещениях, где электромагнитные поля и наводки превышают уровень, установленный ГОСТ 23511, провода, кабели должны быть защищены от наводок (экранированы).

В местах возможных механических повреждений газовые пожарные извещатели должны быть защищены специальными колпаками, не влияющими на их работоспособность.

ГПИ - это приборы длительного непрерывного использования, поэтому необходимо периодически проверять их работоспособность и проводить техническое обслуживание по инструкциям, изложенным в технической документации предприятия-изготовителя.

Газочувствительные сенсоры (чувствительные элементы), которые входят в состав извещателей, могут "стареть" и менять свою чувствительность, поэтому приборы должны предусматривать удобную конструкцию подачи эталонного газа для поверки ГПИ и легкую замену сенсоров.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2007
Посещений: 25670

Автор