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.
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.
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.
Малогабаритные анализаторы с хроматографической пробоподготовкой имеют габаритные размеры, сравнимые с газовыми извещателями, и относятся к многоканальным и многодетекторным хроматографам, в состав которых входят:
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.
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.
Опубликовано в каталоге "Пожарная безопасность" -2022
Фото: iq-you.ru