Высокоселективные мобильные хроматографические анализаторы для раннего обнаружения пожара

В статье предложены теоретические основы метода раннего обнаружения пожара с использованием высокоселективных мобильных хроматографических анализаторов. Представленные разработки могут быть полезны в научных и практических целях для разделения анализируемых газов. Данная технология позволяет заблаговременно обнаружить, предотвратить и локализовать развитие опасных ситуаций на ранних стадиях их возникновения.

Научные и практические разработки по совершенствованию современных систем газоаналитического контроля, а также отдельных технических средств раннего обнаружения аварийных режимов и загораний весьма актуальны для различных объектов защиты. Цель публикации – представить научную разработку метода определения начальной стадии термодеструкции полимерных оболочек кабелей по специфическим газам, выделяющимся при термическом разложении изоляции кабелей и радиокомпонентов.

Известно, что при тлении изоляции кабелей выделяются ароматические соединения, легко регистрируемые органолептически – по запаху. Высокочувствительные детекторы на основе полупроводников способны измерять такие микроконцентрации. Селективное выделение этих веществ из окружающего "букета" в воздухе возможно при использовании хроматографического метода.

Анализ концентрации токсичных веществ в воздухе

Одним из источников опасности для человека является наличие токсичных компонентов в окружающей атмосфере. Требуется обеспечение контроля за наличием и концентрацией отравляющих веществ и взрывоопасных газов, а также за снижением процентного содержания кислорода в воздухе. Оценка параметров соответствующих концентраций таких веществ позволяет определить степень загрязнения атмосферы задолго до начала аварийных ситуаций и обеспечить заблаговременное принятие превентивных мер, направленных на обнаружение, предотвращение и локализацию развития опасных ситуаций на ранних стадиях их возникновения.

Состояние, предшествующее загоранию, пожару, – это термическое разложение материалов, которое разделяется на разложение целлюлозы с выделением значительного количества оксида углерода и водорода и полимеров с выделением полиэтилена, поливинилхлоридов и других галогенсодержащих материалов.

Анализ характерных газов, выделяющихся при термодеструкции, представлен в табл. 1.1 и 1.2. Состав газов, образующихся при пиролизе древесины, мало зависит от породы дерева. Их состав приведен для переугливания древесины при 400 °С (в объемных %).

Важной проблемой при анализе газов в воздухе является высокоселективный анализ качественной и количественной регистрации характерных газовых компонентов, которые выделяются в зависимости от использованного материала, например такие газы, как СО, Н2, НCL, сернистые соединения (H2S, SO2), сильные окислители (Cl2, O3, NO2), формальдегид (CH2O) и др.

Высокая точность хроматографических анализаторов

В настоящее время приборами газового контроля, применяемыми для целей газоаналитического мониторинга, задача полноценного и точного анализа контролируемых веществ не выполняется.

Для полноценного и точного анализа контролируемых веществ может использоваться метод раннего обнаружения контролируемого газа с помощью хроматографической колонки, который реализован в малогабаритном хроматографическом анализаторе. Такие приборы лишены всех недостатков сенсорных газоанализаторов и селективно, с высокой точностью определяют контролируемый компонент в реальных условиях на фоне множества сопутствующих/мешающих газовых/аэрозольных компонентов/примесей.

В современном хроматографическом анализаторе применяются планарная хроматографическая колонка и полупроводниковый детектор (при газе-носителе – воздухе) для разделения анализируемых газов, не обладающих "памятью", особенно при анализе серосодержащих компонентов, что позволяет определять, например, микроконцентрации сероводорода на фоне меркаптанов.

Использование малогабаритных анализаторов с хроматографической пробоподготовкой благодаря современным технологиям и материалам, в том числе микроэлектромеханическим системам, открывает новые возможности: контроль технологических процессов, обеспечение безопасности на потенциально опасных, критически важных промышленных производствах, в энергетике, нефте- и газоперерабатывающей промышленности.

Комплектация

Малогабаритные анализаторы с хроматографической пробоподготовкой имеют габаритные размеры, сравнимые с газовыми извещателями, и относятся к многоканальным и многодетекторным хроматографам, в состав которых входят:

• аналитический блок;
• аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
• система очистки гелия;
• блоки питания;
• блок обработки информации.

Внутри аналитического блока расположены хроматографическая колонка с детектором, микропроцессорный регулятор температуры, модуль управления кранами-дозаторами, кран-дозатор. В соответствии с заданием на хроматограф могут быть установлены два типа полупроводниковых детекторов: детектор на восстановительные газы и детектор на окислительные газы.

Система очистки газа-носителя (воздуха) обеспечивает подготовку газа-носителя перед подачей его в аналитический блок.

Анализируемый газ поступает в дозирующую емкость крана-дозатора через пробоотборную линию. Далее пробу подают в поток газа-носителя, переключая кран-дозатор в автоматическом режиме. После разделения в колонке газ поступает в детектор.

Механизм работы

Принцип действия такого хроматографического анализатора заключается в разделении сложной газовой смеси на отдельные компоненты в результате адсорбционных процессов, происходящих при движении смеси вдоль слоя сорбента с последующей регистрацией с помощью детектора каждого отдельного компонента смеси.

Обработка выходной информации осуществляется встроенным микроконтроллером. Отображение концентрации, полученной после обработки хроматограммы, происходит на экране в режиме реального времени.

Примерный перечень веществ в воздухе для анализатора с хроматографической пробоподготовкой представлен в табл. 2.

Дальнейшие эксперименты по контролю процессов с применением научных и экспериментальных составляющих позволят разработать методики по раннему, точному и своевременному обнаружению опасных газов и предотвращению аварийных и взрывопожароопасных ситуаций.

Список литературы

1. ГОСТ 8.618–2013 Газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов и паров горючих жидкостей в воздухе рабочей зоны.
2. ГОСТ 13320–81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия.
3. ГОСТ Р 50760–95 Анализаторы газов и аэрозолей для контроля атмосферного воздуха. Общие технические условия.
4. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Принципы и методы определения. Санкт-Петербург: "Химия". 1993. 136 с.
5. Лукьянченко А.А., Соколов А.В. Остановить пожар на ранней стадии // Системы безопасности. 2006. № 4.
6. Сайдулин Е.Г. Извещатели пожарные газовые. Физика процесса. http://www.ervist.ru/stati/izveschateli-pozharnye-gazovye.-fizika-protsessa.html
7. The correlation between carbon monoxide and hydrogen cyanide in fire effluentsof flame retarded polymers. SHIRLEY A. Molyneux, Anna A. Stec and T. Richard Hull Centre for Fire and Hazard Science University of Central Lancashire.
8. Шафран Л.М., Басалаева Л.В., Копа М.Р.
   Сравнительные санитарно-гигиеническое исследования газообразных продуктов термоокислительной диструкции и пиролиза полимерных материалов.
9. Advanced fire detection using multi-signature alarm algorithms. Daniel T. Gottuk, Michelle J. Peatross, Richard J. Roby',Craig L. Beyler.
   Experimental Analysis on False Alarms of Fire Detectors by Cooking Fumes XIE QIYUAN,* YUAN HONGYONG AND GUO HUILIANG.
10. Басалаева Л.В., Пресняк И.С., Покора Л.И. Совершенствование методических подходов к определению хлористого водорода при гигиенической оценке токсичности продуктов горения полимерных материалов.
11. Обнаружение реальных пожаров детекторами угарного газа – зарубежный опыт. Результаты 10-летних исследований приводят к прыжку в технологии обнаружения пожара. Статья David Bywater. Перевод. http://daily.sec.ru/2011/12/28/Obnarushenierealnih-posharov-detektorami-ugarnogo-gazazarubeshniy-opit.html
12. Баканов В. Пожарные извещатели с газовым сенсором в свете актуальных нормативных требований // Технологии защиты. 2014. № 4. С. 71–78.
13. EN 50291-1 2010-04 + A1 2012-06 Electrical apparatus for the detection of carbon monoxide in domestic premises – Part 1: Test methods and performance requirements.
14. EN 50291-2:2010 Electrical apparatus for the detection of carbon monoxide in domestic premises – Part 2: Electrical apparatus for continuous operation in a fixed installation in recreational vehicles and similar premises including recreational craft – Additional test methods and performance requirements.
15. EN 14604:2009 Smokealarmdevices.
16. Лукьянченко А.А. Автоматизированные системы обнаружения пожара и экологического мониторинга. М: монография. 2011. 102 с.
17. Лукьянченко А.А., Соколов А.В., Манченков И.Б. Математический расчет распространения опасных газов для противопожарной защиты и экологического мониторинга на потенциально опасных объектах, на примере объектов метрополитена // Пожарная безопасность. 2009. С. 94.
18. Лукьянченко А.А., Соколов А.В. Моделирование газодинамики полей концентраций в помещениях для обеспечения пожарной безопасности и экологического мониторинга // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2009. № 1. С. 56–61.
19. Иличкин В.С., Фукалова А.А. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Обзорная информация. М.: ГИЦ, 1987. 68 с.
20. Потапов С.В., Логинов В.А. Новый подход к селективному определению низких концентраций сероводорода в воздухе. ФГБОУ ВО "Вятский государственный университет" СКБ "Хроманалитик".
21. Экобиохим. Контроль воздуха – первый шаг к его очистке // Охрана труда и пожарная безопасность. 2022 (1–2).
22. Портативные газовые хроматографы для полевых измерений опасных химических загрязнений. Международная организация законодательной метрологии.
23. Интеллектуальные газоаналитические системы: Сенсон-М. Научно-практический каталог. М., 2022.

Опубликовано в каталоге "Пожарная безопасность" -2022

Фото: iq-you.ru