CC BY
45
Д-р техн. наук, профессор кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС РФ
А. В. Федоров
Адъюнкт
Академии ГПС МЧС РФ
Ведущий инженер по газоаналитике ФГУП НПП "Дельта"
А. А. Лукьянченко А. В. Соколов
УДК 614.842
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА И ОКСИДА УГЛЕРОДА НА РАННЕЙ СТАДИИ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ МЕСТ УСТАНОВКИ ГАЗОВЫХ ПОЖАРНЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ
Изложены структура и принцип действия газовых пожарных извещателей (ГПИ). На основе анализа экспериментальных исследований динамики распространения контролируемого газа в помещении даны рекомендации по рациональному размещению ГПИ в помещениях различного назначения.
Структура и принцип действия газовых пожарных извещателей
Физические принципы, положенные в основу работы используемых типов пожарных извещателей (рост температуры, 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 (например, отключением электропитания при перегреве токонесущих проводников).
Достоверным способом предупреждения пожа-ранаранней стадии, предшествующей возгоранию, является контроль химического состава воздуха, резко изменяющегося из-за термического разложения (пиролиза) перегретых и начинающих тлеть горючих материалов [1,2]. Именно на этой стадии развития пожара можно принять адекватные меры его тушения, а в случае перегрева электроприборов (утюга или электрокамина) автоматически отключить их по сигналу с газового пожарного извеща-теля (ГПИ), ликвидировав тем самым развивающуюся пожарную опасность в зачатке, не доводя 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. Рис. 1 и 2 иллюстрируют состав газов, выделяющихся при горении различных материалов.
Водород (Н2) и оксид углерода (СО) являются обязательными компонентами среди выделяющихся газов на стадии тления в результате пиролиза материалов, таких как древесина, текстиль, синтетические материалы и т.д. На начальной стадии пожара, в процессе тления, концентрация водорода достигает 10-20 ррт. В дальнейшем происходит
11
5=
3
еГ &
н
I 1> я
I
3
5
3 2
0
-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Время, с
Рис. 1. Зависимость концентрации газов, выделяющихся при тлеющем горении фитиля (очаг ТБ-3, без пламени)
4
1
10
о>
s 6 а
я &
н
К л tu 4 Я I
S .
—■— 200 ррт^д. —А— 10 ррт^д.
—•— 10 ррт^д. -V- 12 ррт^д.
^ \
^ Пдамя_
100 200 Время, с
300
400
Рис. 2. Зависимость концентрации газов, выделяющихся при горении бумаги (тление, через 240 с — пламя)
нарастание содержания недоокисленного углерода до 20-80 ррт (см. рис. 1). При появлении пламени быстро растет концентрация диоксида углерода (С02) до уровня 1000 ррт и одновременно падает концентрация СО (рис. 2), что соответствует сгоранию 40-50 г древесины или бумаги в закрытом помещении объемом 60 м или эквивалентно 10 выкуренным сигаретам.
Эксперименты показали, что системы раннего предупреждения пожара для большинства материалов должны ориентироваться на анализ двух компонентов в атмосфере помещения — Н2 и СО. Контроль С02 для раннего обнаружения неэффективен, поскольку С02 образуется при интенсивном горении, когда срабатывают традиционные пожарные извещатели (тепловые, дымовые).
Согласно нормативным документам (ГОСТ 12.1.005-88 [3]) концентрация оксида углерода в атмосфере рабочей зоны должна находится на уровне не более 20 ррт при нормальных условиях. Быстродействие системы желательно иметь ниже 10 с [4]. Именно этот вывод можно рассматривать как основополагающий и достаточный для разработки целого ряда предупреждающих ГПИ. А высокие чувствительность к водороду (от 0,01 ррт), селективность, быстродействие и дешевизну полупроводниковых ГПИ можно с уверенностью расценивать как основное их преимущество по сравнению с другими типами пожарных извещателей. Используемые в них физико-химические принципы детектирования сигналов бесспорно сочетаются с современными микроэлектронными технологиями, что обуславливает низкую стоимость изделий при массовом производстве и высокие технические характеристики.
Промышденное производство подупроводнико-вых сенсоров широко развито во всем мире, однако основную додю рынка занимают японские компании. Признанным дидером и законодатедем моды в этой обдасти явдяется Figaro Inc. с годовым объемом производства сенсоров окодо 10 мдн штук, а также масштабным производством модудей на их основе, вкдючая современную эдементную базу и схемотехнику на базе программируемых специади-зированных устройств. Ряд бодее медких произво-дитедей сосредоточены как в Японии (New Cosmic Inc. и др.), так и в Южной Корее, Китае, на Тайване и в других странах. В Европе (крупнейшая английская фирма Capteur) и Америке эта отрасдь про-мышденности развита сдабее, хотя европейскими странами сейчас производится окодо 2 мдн сенсоров в год. Компании Bosh, Motorola и Siemens про-явдяют растущий интерес к данному перспективному и многообещающему бизнесу [5].
Разработанные на основе подупроводниковых сенсоров ГПИ предназначены еще и ддя опредеде-ния концентраций горючих газов (метан, пропан, бутан, водород и т.д.) в воздухе в интерваде концентраций от 0,001 до единиц процентов, а также токсичных газов (СО, оксиды азота, хдор, сероводород и т.д.) при концентрациях на уровне предедь-но допустимой концентрации (ПДК). Такие ГПИ могут применяться на производственных объектах в сигнадизаторах утечки газов и системах пожарной сигнадизации (как стационарных, так и переносных), в системах контродя технодогического процесса, в многофункционадьных, жидых и других помещениях раздичного назначения.
Устройство подупроводникового газочувстви-тедьного сенсора показано на рис. 3.
Переходной сдой
Подупроводниковый газочувствитедьный сдой
Контактные пдощадки
Поддожка
Резистивный нагреватедь
Держатедь сенсора
Газопроницаемый пористый защитный экран
Рис. 3. Подупроводниковый газочувствитедьный сенсор типа СГ 21 XX серии "Сенсис 2000"
8
0
0
Нормативная база
Нормативные документы для размещения ГПИ не разработаны в полной мере; имеющиеся ведомственные требования ТУ-га-86 [7], РД БТ 39-0147171-003-88 [8] распространяются на объекты нефтяной и газовой промышленности. В НПБ 88-2001* [9] по размещению ГПИ сказано, что данные извещатели следует устанавливать на потолке, стенах и других строительных конструкциях зданий и сооружений в соответствии с инструкцией по эксплуатации этих извещателей и рекомендациями специализированных организаций.
В НПБ 78-01 [10] указаны контролируемые газы (СО, С02) и пороги срабатывания (40 и 80 мг/м3).
Всех интересует вопрос: где, как и сколько извещателей устанавливать на объекте? Чтобы дать ответ, необходимо рассмотреть ряд вопросов и выяснить:
• параметр, по которому контролируется безопасность (тип газа, который выделяется и свидетельствует об опасности — CO, CH4, H2 и т.д.);
• объем помещения;
• назначение помещения;
• наличие вентиляции, подпора воздуха и т.д.;
• вид технологического процесса.
ГПИ являются новым этапом повышения безопасности и требуют научно-исследовательских работ по разработке теории выделения и распространения газов в помещениях, разных по назначению и эксплуатации, а также проведения практических экспериментов для разработки рекомендаций по рациональному размещению таких извещателей.
Экспериментальные исследования
динамики распространения контролируемого газа в помещении
Целью проведения экспериментов являются исследования распространения полей сигнальных концентраций СО и Н2 в замкнутом помещении и определение рациональных (оптимальных) мест установки ГПИ.
Экспериментальные исследования проводились при нормальном режиме работы технологического оборудования в нормальных условиях. План помещения, где осуществлялись эксперименты, представлен на рис. 4.
Источник газовыделения — чистый газ (100%-ной концентрации СО и Н2) из баллонов. Источник находился в центре помещения на полу, газ подавался через рассеиватель потока. Физические данные газов приведены в табл. 1.
Измерительная аппаратура. Для определения содержания СО и Н2 в помещении использовались
6,5
1,45 1,8 1,8 1,45
к—:—><-:-><—:-><—:—ы
s
и
«
Рис. 4. Схема расположения точек отбора газа в помещении: а — в плане; б — в вертикальном разрезе (размеры даны в метрах)
Таблица 1. Физические свойства газов
Тип газа
s
'X
и
о
0
s2 4-1
S ö ■
s в
S в
В s ии
£у
о
« s
Воздух О2+К2 1,2928 1837 К2 = 0,17
О2 = 0,18
Водород Н2 0,08987 890 1,28
Оксид СО 1,2500 1766 0,175 углерода
Диоксид СО2 1,9768 1486 0,097 углерода
Метан СН4 0,7168 1168 0,206
H U
S о
О га
1,00
0,070 0,967
1,529
0,555
Пропан С3Н8 2,0037 739
1,562
Рис. 5. Газосигнализатор "Комета-3" серии ИГС-
а
б
автоматические газосигнализаторы "Комета-3" серии ИГС-98 (рис. 5) с памятью в количестве 27 шт., изготовленные ФГУП НПП "Дельта" (г. Москва).
Приборы и оборудование, используемые в экспериментах, представлены в табл. 2.
Методика проведения эксперимента разработана в Академии ГПС МЧС России.
Точки измерения — узлы координатной сетки в местах установки ГПИ на трех уровнях в помещении, как показано на рис. 4 и 6:
- в нижней части помещения, 0,1м
- в середине помещения, 1,5 м от
- на потолке помещения, 3 м от
• 1-й уровень— от пола;
• 2-й уровень пола;
• 3-й уровень пола.
Устанавливалось по девять ГПИ на каждом уровне. Частота измерений — 15 с. Показания автоматически фиксировались в памяти приборов (до 10000 замеров), затем переводились на компьютер и обрабатывались. Номера приборов в точках пробоотбора приведены в табл. 3.
Испытания осуществлялись следующим образом. Газовые пробоотборные устройства от газоанализаторов размещались на линейках (узлах) крепления. Расположение линеек относительно центра помещения — у источника выделения газа, находящегося на полу помещения. Измерение концентраций газа проводилось группой измерительных мультигазосигнализаторов "Комета-3" со встроенным электрическим насосом для аспирации
Таблица 2. Приборы и оборудование, используемые при проведении эксперимента
Наименование Тип Документ Примечание
Термометр ТЛ-4 ГОСТ 2854-90 От 0 до +50°С
Психрометр аспирацион-ный электрический М-34 ТУ 25.1607.05485 Диапазон измерения 10-100%
Барометр-анероид БАММ-1 ТУ 25.04.151379 Диапазон измерения 80-106 кПа
Секундомер СОПпр-2а-3 ГОСТ 5072-79 0-60 мин
Ротаметр РКС-1-0,25 ГОСТ 99323-75
Редуктор БК0-50-4 150/12 кг/см2
Газоанализатор "Комета-3" ИГС-98 ТУ 4215-00107518800-99 В количестве 27 шт.
Термоанемометр Теэ1:о 405-У1 От 0,01 м/с; 0,1°С
® 25 ® 26 ® 27
22 ® 23 ® 24 щ
19 ® 20 ® 21 ®
сР 5Т
я «
® 16 ® 17 ® 18
13 ® 14 ® 15 ®
10 ® 11 ® 12 ®
р
5Т я
Рис. 6. Расположение точек отбора проб исследуемого газа в помещении на разных уровнях от пола: а — 2,9 м; б — 1,5 м; в — 0,1 м
Таблица 3. Номера приборов в точках пробоотбора
Порядковый номер точки отбора Номер прибора в точке отбора Уровень
1-й 2-й 3-й
1 4310 *
2 4477 *
3 4322 *
4 4318 *
5 4447 *
6 4314 *
7 4258 *
8 4485 *
9 4273 *
10 4324 *
11 4319 *
12 4313 *
13 4326 *
14 4448 *
15 4327 *
16 4494 *
17 4304 *
18 4316 *
19 4256 *
20 4450 *
21 4497 *
22 4317 *
23 4325 *
24 4480 *
25 4449 *
26 4264 *
27 4312 *
а
6
в
Рис. 7. Рассеивающее устройство
контролируемого газа через гибкую эластичную трубку из строго заданных точек в помещении.
Для проведения испытаний использовались два вида газа — СО и Н2. Газы подавались из баллона по трубке на устройство рассеивания потока (рис. 7) с целью исключения эффекта струи. Скорость потока газа контролировалась ротаметром. Рассеива-тель располагался в центре помещения на полу.
В экспериментальном помещении объемом 100 м3 окна и двери находились в закрытом состоянии, чтобы посторонние воздушные потоки не мешали движению газа. Также в помещении под окном был установлен радиатор отопления на расстоянии 0,4 м от пола с температурой на поверхности 42°С. Во время проведения эксперимента движение людей, а также другое перемешивание воздушных потоков в помещении было исключено. Скорость воздушного потока в помещении измерялась термоанемометром, температура — ртутным термометром и на момент проведения эксперимента составляла 23°С. Давление измерялось барометром БАМ-1 и равнялось 754 мм рт. ст.
Каждые 15 с приборы в количестве 27 шт. автоматически записывали показания в оперативную память каждого прибора (до 10000 замеров). После окончания замеров экспериментальные данные переносились в персональный компьютер и обрабатывались с помощью прикладных программ.
Результаты экспериментов
Полученные результаты исследования динамики полей концентрации приводятся на рис. 8-11 для СО и на рис. 12-14 для Н2. На рис. 15-18 представлены также вертикальные срезы фронта концентрации по оси помещения для каждого из исследуемых газов.
После каждого эксперимента для получения достоверных показаний производилось перемешивание воздушных масс в закрытом помещении до однородной концентрации для того, чтобы проверить калибровку приборов (явно завышенных/заниженных показаний) и проконтролировать чувствительность (на отсутствие нарушений чувствительности).
160 140
5 120 мг 100 80
я и
аци р
т н
е ц
н
¡2
60 40 20 0
Г"--.
1
Подача газа
I
Принудительное перемешивание воздуха
-2
468 Время, мин
10 12 14 16
Рис. 8. Динамика изменения концентрации СО в закрытом помещении при наличии естественной конвекции, при расстоянии от окна 1,45 м и разных высотах от пола: 1 — 0,1 м; 2 —1,5 м; 3 —2,9 м
160
140
, 120 а
б/ 100 80
Принудительное V—V перемешивание воздуха
я
и ц
а р
т н
е ц
н
¡2
60 40 20 0
Подача газа
дача газа Д—Л—Д—Л
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Время, мин
Рис. 9. Динамика изменения концентрации СО в закрытом помещении при наличии естественной конвекции для разных высот от пола: 1 — 0,1 м (у радиатора); 2 — 1,5 м (над радиатором); 3 — 2,9 м (над дверью); 4 —2,9 м (над радиатором)
140 120 100
я
и ц
а р
т н
е ц
н
¡2
80
60
40
20
2-й уровень срабатывания 1 Принудительное ^^я перемешивание Р " \ воздуха
1-й уровень срабатывания ' 7
" ПДК по СО 1 ♦ Подача газа 2/
4 6 8 10 Время, мин
12
14 16
Рис. 10. Динамика изменения концентрации СО в закрытом помещении при наличии естественной конвекции для одной высоты от пола (2,9 м) и разных расстояний от окна: 1 — 1,45 м; 2 — 5,05 м
0
2
0
Время, мин
Рис. 11. Динамика изменения концентрации СО после выделения порции газа в закрытом помещении при наличии естественной конвекции для различных расстояний от окна: 1 — 1,45 м; 2 — 3,25 м; 3 — 5,06 м
Время, мин
Рис. 14. Динамика изменения концентрации Н2 в закрытом помещении при наличии естественной конвекции на верхнем уровне (2,9 м от пола) и при различных расстояниях от окна: 1 — 1,45 м; 2 — 3,35 м; 3 — 5,15 м
к
5з Л н х и Я х
¡5?
35030025020015010050 0
Принудительное перемешивание воздуха
Подача Н2 =0=0^А—А
-д—Д—д"
п 1
4 6
Время, мин
,—Д—А-
10 12 14 16
Рис. 12. Динамика изменения концентрации Н2 в закрытом помещении при наличии естественной конвекции на трех уровнях от пола: 1 — 0,1 м; 2 — 1,5 м; 3 — 2,9 м
160 140 120 100 80 60 40 20 0
я
и ц
а р
т н
е ц
н
3
Принудительное перемешивание воздуха
6 8 10 Время, мин
12 14
16
Рис. 13. Динамика изменения концентрации при выделении Н2 в закрытом помещении на трех уровнях от пола: 1 — 02,1 м; 2 — 1,5 м; 3 — 2,9 м
10
25 50
50
25
Источник газовыделения
50 50
Источник газовыделения
50
25 10
Источник газовыделения
Рис. 15. Динамика фронта концентрации Н2 при подаче газа в центре закрытого помещения (цифры 10, 25, 50 — концентрация Н2, мг/м3): а — на 1-ую мин; б — на 3-ую мин; в — на 6-ую мин эксперимента
а
6
в
0
6
«
® л
ё X
5 6 7 8 9 10
Источник газа
Рис. 16. Динамика фронта концентрации Н2 при подаче газа в центре закрытого помещения при концентрации, мг/м3: а — 10; б — 25; в — 50. Цифры по границам помещения — время, мин
1 12 3 4 7 6 8 Источник газа
5 6 7 910
3 2 2354678 Источник газа
Рис. 18. Динамика фронта концентрации СО при подаче газа в центре закрытого помещения: а — 20 мг/м3; б — 50 мг/м3; в — 100 мг/м3
20
100
Источник газа
50 20
Источник газа 100 50
20
Источник газа
Рис. 17. Динамика фронта концентрации СО при подаче газа в центре закрытого помещения (цифры 20, 50, 100 — концентрация СО, мг/м3): а — на 4-ую мин; б — на 5-ую мин; в — на 6-ую мин эксперимента
Анализ экспериментальных данных
На ранней стадии загорания выделяется значительное количество газообразных продуктов горения — газов и частиц аэрозоля (дыма). На разных стадиях их состав и соотношение меняются. С ростом температуры органические молекулы разрушаются и образуют новые вещества, которые попадают в воздух и разносятся его потоком в окружающее пространство [16]. По мере движения газов от очага пожара (газовыделения) к газочувствительному извещателю их концентрация снижается за счет разбавления в окружающем воздухе, поэтому чем дальше от очага расположен извещатель, тем более низкую концентрацию газов он должен обнаруживать. Кроме того, расстояние влияет на задержку в обнаружении пожара из-за скорости прохождения продуктов горения до места расположения извещателя.
Распространение газов, выделяющихся на начальной стадии возникновения горения различных материалов в закрытом помещении, таких как СО и Н2, зависит как от конвективной струи над очагом загорания, так и от диффузии самого газа от зоны выделения. Плотность СО (1,250 кг/м3) близка по величине к плотности воздуха (1,293 кг/м3), он практически не испытывает аэродинамического со-
а
б
№
а
б
№
противления, а также большего воздействия (чем воздух) гравитационных сил. Явление диффузии оказывает свой эффект на расширение области распространения СО, поэтому его область распространения больше, чем у тяжелых аэрозольных частиц дыма. Таким образом, угарный газ достаточно равномерно распределяется в защищаемом помещении за счет воздушных потоков (см. рис. 17). Наблюдается четкое распространение СО по направлениям движения воздуха при естественной конвективной циркуляции, т.е. затягивание к нагретой батарее, затем подъем к потолку с теплым воздухом и движение в направлении двери с последующим спуском на пол. Внутренняя область помещения дольше всего остается незахваченной газовыми составляющими.
По мере распространения газа в помещении будет уменьшаться его концентрация пропорционально заполняемому объему. Любой конвективный поток (в том числе возникший в результате тления в зоне образованного очага) ускоряет этот процесс. В связи с этим концентрация СО на начальной стадии развития загорания на объектах, имеющих большой объем, особенно в помещениях с большой высотой потолков, оказывается весьма мала. Отсюда применение выпускаемых в настоящее время газовых извещателей, реагирующих на повышенную концентрацию угарного газа (строго фиксированный порог срабатывания), следует ограничивать помещениями, имеющими определенную высоту. За рубежом используется другой подход к выбору порога срабатывания извещателей, а именно индивидуальный подход по настройке (программированию) извещателя, смысл которого заключается в установке порога превышения над фоновым уровнем СО в конкретном помещении, а также в изменении скорости нарастания концентрации, что значительно расширяет перечень объектов и условий применения ГПИ.
Явление диффузии газа в помещении намного эффективнее и сильнее проявляется в процессе распространения водорода, плотность которого 0,090 кг/м3. Вид графиков подтверждает, что водород поднимается строго вверх и концентрируется у потолка в центре, а затем растекается по сторонам, причем снос облака у двери проявляется уже через 2 мин в виде разбавления фронта у окна и перехода концентрации в сторону двери по направлению потока конвекции воздуха. Рис. 16 доказывает, что водород поднимается вверх, растекается по потолку и движется с потоком воздуха от естественной конвекции, концентрируясь в потолочном пространстве, создавая концентрации, достаточные для раннего обнаружения пожара. По всему объему помещения водород быстро распространяется (7-8 мин) за
счет молекулярной диффузии и турбулентного перемешивания. После 5-й минуты со стороны радиатора отопления концентрация уменьшается, так как основная масса Н2 растворилась в объеме помещения (см. рис. 16, а). На рис. 15, а видно, как облако Н2 в виде воронки поднимается к потолку и меняет свою конфигурацию по направлению конвективной струи, затем растекается по потолку (см. рис. 15, б) в обе стороны даже навстречу воздушному потоку, и после 6-й мин (см. рис. 15, в) облако полностью поднимается к потолку.
На полученных графиках видно, как скорость и характер распространения газа меняются от конвективной струи тепловых потоков, присутствующих в помещении (отопительные системы, вентиляция, подпор воздуха, кондиционирование и т.д.). Когда струя выделившегося газа достигает горизонтального потолка, она прекращает свой подъем и распространяется под потолком в направлении воздушных потоков от оси очага выделения. Если поток не горизонтальный, а наклонный, то газы поднимаются вверх по наклону, при этом отклонение потолка от вертикальной струи в направлении вниз по наклону незначительное.
Инерционность срабатывания ГПИ повышается по мере увеличения высоты помещения за счет роста времени прохождения газового фронта и будет соответствовать скорости движения потока. При принудительном воздухообмене это время задержки вычисляют по скорости потока.
Ввиду того, что срабатывание высокочувствительных ГПИ происходит раньше тепловых и дымовых, может быть обнаружен очаг загорания значительно меньших размеров (по сравнению с тепловыми и дымовыми ПИ, рис. 19). Вышеизложенное позволяет получить требуемый эффект по раннему обнаружению загорания и не допустить губительного развития пожара, обеспечить без_Н_
_СО_
_Дым_
Тепло_,
к;
Источник газа
Рис. 19. Схема распространения продуктов пожара (СО, Н2, тепло, дым) при наличии конвективного потока от источника горения и тепловыделения; разрез помещения в вертикальной плоскости
опасность людей, сохранить материальные ценности и не допустить нарушения экологии.
Таким образом, основным назначением ГПИ является обнаружение пожара на ранней стадии его развития и формирование сигнала тревоги при достижении концентраций Н2 и СО порогового значения. Установка порогов срабатывания должна быть гибкой по скорости нарастания каждого газа над фоновым уровнем. Наиболее целесообразным является включение ГПИ в адресно-аналоговые системы автоматической пожарной сигнализации с целью быстрого выявления места загорания, так как нарастание концентраций Н2 и СО может проходить с достаточно высокой скоростью.
В нашей стране и за рубежом ведутся разработки ГПИ, реагирующих на газообразные продукты разложения материалов. Эти извещатели могут эффективно обнаруживать очаги загорания в ранней (начальной) стадии возникновения горения (тление, пиролиз), что и определяет основную область их применения.
В настоящее время в РФ действуют нормы пожарной безопасности на ГПИ [17], устанавливающие общие технические требования и методы их испытаний. Осваивается выпуск этих извещателей. При этом отсутствуют нормативные документы по их размещению в защищаемых помещениях, что не позволяет эффективно использовать ГПИ и ограничивает их применение. Результаты проведенных экспериментальных и теоретических исследований явились основой для разработки рекомендаций по рациональному размещению ГПИ и определения области их применения на объектах различного назначения.
Рекомендации по рациональному размещению ГПИ
в помещениях различного назначения
Места расположения ГПИ должны выбираться из условия минимального времени прохождения выделяющегося газа от источника до извещателя. ГПИ (на Н2 и СО) следует размещать на потолке помещения, при этом чувствительный элемент изве-щателя должен быть направлен вниз с целью предотвращения скопления загрязняющих веществ на входных отверстиях для газа, уменьшения вероятности загрязнения (отравления) сенсора — основного элемента ГПИ, а также для более быстрого анализа поступающих воздушных потоков.
Расстояния между извещателями, извещателя-ми и стеной выбираются в соответствии с табл. 4 (при отсутствии воздушных потоков или их скорости менее 0,01 м/с).
В помещениях с работающей в непрерывном режиме принудительной вытяжной вентиляцией,
Таблица 4. Рекомендуемые расстояния для размещения ГПИ
Высота установки извещателя, м Максимальное расстояние, м
между извещателями от извещателя до стены
До 6,0 Не более 8,0 1,2-1,5
Свыше 6,0 Определяется расчетом
когда известны схемы движения воздушных потоков, допускается устанавливать ГПИ не равномерно по площади помещения, а в местах вероятного скопления концентраций газа. А именно, указанные извещатели могут быть расположены в воздуховодах этой системы или непосредственно у вентиляционных входов, в непосредственной близости от вентиляционной решетки данной вытяжной вентиляции. Место размещения решетки вентиляции не имеет значения, если она отделена от оборудования (газового, технологического и т.д.) балкой-перегородкой высотой 0,4 м и более. В случае разделения потолка указанной балкой-перегородкой извеща-тель устанавливается на той стороне балки, которая обращена к газовому прибору, технологическому оборудованию и т.д.
При защите ГПИ стоек с электрооборудованием без принудительного охлаждения их размещение должно осуществляться в каждом блоке, стойке в верхней части.
При использовании ГПИ для защиты стоек с электрооборудованием, оснащенных системой принудительного воздушного охлаждения, газовые извещатели должны устанавливаться непосредственно у выходных вентиляционных отверстий или в выходном воздуховоде системы, если циркуляция воздуха идет по кругу.
При применении ГПИ в кабельных тоннелях, паттернах и т.д. их следует устанавливать непосредственно на входе и выходе в тоннель в верхней части.
Извещатели должны быть размещены таким образом, чтобы к ним обеспечивался свободный доступ для снятия и установки или технического обслуживания (контроля чувствительности) с периодичностью, указанной в документации на используемые извещатели.
Для определения месторасположения автономных ГПИ для защиты производственных, жилых и иных помещений следует руководствоваться требованиями как настоящих рекомендаций, так и указанных в инструкции на конкретный вид ГПИ.
Не рекомендуется устанавливать ГПИ ближе 1 м от печей, каминов из-за возможности перегрева корпуса и ложного срабатывания извещателя.
При установке ГПИ в местах, где возможно курение, либо в производственных процессах, где присутствуют контролируемые газы, т.е. имеется естественный уровень фона, необходимо устанавливать (программировать) соответствующий порог реагирования и срабатывания ГПИ с учетом этого фона.
Требования по размещению пожарных извеща-телей (в том числе общего характера), включая размещение на стенах, изложенные в разделе 12 НПБ 88-2001* [9], распространяются и на газовые пожарные извещатели.
В помещениях, имеющих сложные объемно-планировочные решения, обусловленные наличием на перекрытиях выступающих частей, коробов в помещениях, технологических площадок и т.д., а также с высотой потолков свыше 6 м для более точного определения эффективных мест размещения ГПИ необходимо использовать специализированные математические программы.
На основе полученных результатов (расчетных данных) можно наглядно отобразить движение газа в заданном помещении при конкретных условиях (включая сложные объемно-планировочные решения, наличие перегородок и т.д.) и времени распространения.
Обоснование области применения ГПИ
Результаты экспериментальных исследований и особенности чувствительных элементов ГПИ показывают, что они могут применяться для обнаружения загораний в стадии пиролиза, тления различных материалов. В частности, они могут использоваться для обнаружения возгорания материалов, когда медленное окисление этих материалов может привести к образованию высокой концентрации СО и Н2. Значительное количество указанных газов также выделяется при пиролизе электроизоляционных и радиотехнических материалов, что позволяет использовать ГПИ 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 обнаружить выделение незначительного количества СО и Н2 (незначительное превышение над фоновым уровнем), что позволяет фиксировать возникновение пожара намного раньше дымового и теплового пожарных из-вещателей. Данные извещатели не снижают своей работоспособности при наличии пыли и, следовательно, могут использоваться в запыленных помещениях.
Рекомендуемый перечень помещений, в которых могут применяться ГПИ, можно подразделить следующим образом:
1. Производственные объекты:
- здания и помещения с производством изделий из древесины;
- здания и помещения с производством синтетических смол и волокон, полимерных материалов;
- здания и помещения с производством текстильной, текстильно-галантерейной продукции;
- здания и помещения с производством табачных изделий;
- здания и помещения с производством целлюлозно-бумажных изделий.
2. Складские помещения:
- склады хлопка, суровья, пряжи, чесаного льна, шерсти, шерстяных и меховых изделий;
- склады бумаги, картона, тары из картона, древесно-стружечных плит и изделий из них;
- склады сыпучих материалов сельскохозяйственного производства;
- склады торфа, угольной пыли и других видов мелкодисперсионного твердого топлива.
3. Помещения с вычислительной техникой, радиоаппаратурой:
— помещения АСУ ТП 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 монтажу ГПИ
Монтаж ГПИ должен проводиться в соответствии с технической документацией на конкретные типы извещателей 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", ВНТП 116-80 "Проводные средства связи. Линейно-кабельные сооружения" и с учетом настоящих рекомендаций.
Выбор проводов, кабелей следует производить в соответствии с требованиями "Правил устройства электроустановок", НПБ 88-2001* [9] и с учетом
технической документации на конкретные типы из-вещателей.
В помещениях, где электромагнитные поля и наводки превышают уровень, установленный ГОСТ Р ОСТР 51318.14.1-99 "Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от бытовых приборов, электри-
ческих инструментов и аналогичных устройств. Нормы и методы испытаний", провода и кабели должны быть защищены от наводок (экранированы). В местах возможных механических повреждений ГПИ должны быть защищены специальными колпаками, не влияющими на их работоспособность.
ЛИТЕРАТУРА
1. ИсаеваЛ. К. Пожары и окружающая среда. — М.: Калан, 2001. — С. 103-112.
2. Исследование условий для применения газовых извещателей и извещателей пламени в составе систем автоматической пожарной сигнализации и разработка предложений по их применению на объектахзащиты: Отчет ВНИИПО. — М., 1991.
3. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
4. Федоров А. В., Лукьянченко А. А., Соколов А. В. Аналитический обзор газовых пожарных извещателей. — М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2005. — С. 203.
5. Каталоги фирм-производителей Figaro, Microsens, Sistem Sensor.
6. Абросимов А. А., Топольский Н. Г., Федоров А. В. Автоматизированные системы пожаро-взрывобезопасности нефтеперерабатывающих производств. — М.: Академия ГПС МВД РФ, 2000. — С. 118, 126, 239.
7. ТУ-газ-86. Требования к установке сигнализаторов и газоанализаторов.
8. РД БТ 39-0147171-003-88. Требования к установке датчиков стационарных газосигнализаторов в производственных помещениях и на наружных площадках предприятий нефтяной и газовой промышленности.
9. НПБ 88-2001*. Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.
10. НПБ 79-99. Установки газового пожаротушения автоматические. Устройства распределительные. Общие технические требования. Методы испытаний.
11. Пузач С. В., Богатищев А. И., Зернов С. И. Моделирование тепломассообмена при пожаре для оптимизации систем противопожарной безопасности. — М.: Гротек, 2004. — С. 94.
12. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. — М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1982. — С. 320.
13. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. — М.: Гидрометиоиздат, 1987. — С. 93.
14. Методические указания по прогнозированию загрязнения воздуха в городах. — Л.: Гидрометиоиздат, 1996.
15. Клименко Е. Т. Гауссовская математическая модель рассеивания вредных веществ в атмосфере. — М.: ООП ГАНГ, 1998. — С. 27.
16. Федоров А. В., Лукьянченко А. А., Соколов А. В. Газовые пожарные извещатели — приборы раннего обнаружения пожара //Системы безопасности, охранно-пожарная сигнализация. — М.: Гротек, 2006. — С. 32.
17. НПБ 71-98. Извещатели пожарные газовые. Общие технические требования. Методы испытаний.
Поступила в редакция 19.04.06.
