Остановить пожар на ранней стадии. К вопросу о применении газовых пожарных извещателей

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

Остановить пожар на ранней стадии. К вопросу о применении газовых пожарных извещателей

А.А. Лукьянченко
Адъюнкт кафедры ПА Академии ГПС МЧС России

А.В. Федоров
Профессор кафедры ПА Академии ГПС МЧС России, д.т.н.

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

Контроль химического состава воздуха, резко изменяющегося из-за термического разложения (пиролиза) перегретых и начинающих тлеть горючих материалов, - это достоверный способ предупреждения пожара на ранней стадии, предшествующей возгоранию.

Несколько слов о составе газов

Именно на стадии, предшествующей возгораcнию, можно принять адекватные меры для локализации, ликвидации и тушения пожара, а в случае перегрева электроприборов их вовремя можно отключить автоматически по сигналу с газового извещателя. Пожарная опасность благодаря этому устраняется на самой ранней стадии ее развития, и ситуация не доводится до необратимого состояния. Состав ряда газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления), зависит от материалов, включенных в этот процесс, однако в подавляющем большинстве случаев можно уверенно определить основные характерные газовые компоненты. В нашей стране и за рубежом проводились такого рода исследования. Наиболее широко изучался вопрос о составе газов, выделяющихся при горении различных материалов, причем выделение газов при пиролизе исследовалось в основном на примере древесины и материалов, в состав которых входит этот компонент. В данной статье представлены экспериментальные результаты исследования выделения водорода и оксида углерода в помещении при пиролизе различных материалов. В качестве исследуемых материалов были взяты наиболее широко использующиеся в разного рода помещениях материалы, такие, как бумага, дерево и изоляция электропроводки. Данные о результатах экспериментов показаны на рис. 1 и 2 (выделение газов (в мг) на 1 г вещества) и приведены в таблице. Таблица содержит необходимые для расчетов данные о концентрации выделившихся газов (СО, Н2). в объеме 0,3 м3 и о выделении исследуемых газов на 1 г тлеющего материала, а также сведения о минимальном количестве материала, выделяющего газы в объеме 100 м3, которое фиксируется одним газовым пожарным извещателем.

Газовые извещатели

Проведенные эксперименты доказывают, что газовые пожарные извещатели наиболее эффективны на начальной стадии пожара, обеспечивая достаточный запас времени для принятия мер по ликвидации возгорания. Системы раннего предупреждения пожара для большинства материалов должны ориентироваться на анализ двух газовых компонентов в атмосфере помещения: водорода - Н2 и оксида углерода - СО. Контроль СО2 для раннего обнаружения неэффективен, поскольку этот газ образуется при интенсивном горении, то есть на той стадии, когда должны срабатывать извещатели, построенные на других принципах (тепловые, оптические). Преимущество газовых пожарных извещателей заключается в том, что они не только обнаруживают пожар на ранней стадии, но и предоставляют возможность производить оценку токсичности среды рабочей зоны в местах пребывания людей (при нормальном регламентном режиме работы технологического оборудования).

Раздельное детектирование

Полученные в ходе экспериментов данные, представленные в таблице, показывают, что на ранней стадии возникновения пожара выделяется достаточно большое количество газов СО и Н2.

Чтобы оценить чувствительность метода детектирования, необходимо узнать, какой минимальный пожар (тлеющий) способен зафиксировать газовый пожарный извещатель. Для реальных извещателей чувствительность сенсоров составляет 1 мг/м3 по СО и 0,5 мг/м3 -по Н2. Используя экспериментальные данные, полученные при сжигании материалов в герметичной камере объемом 0,3 м3, мы сначала выяснили удельное выделение газа из разных материалов. Как и предполагалось, целлюлоза, из которой состоит древесина и бумага, выделяют близкие количества газов СО и Н2, и даже пластик (ПВХ) дает соизмеримые значения. Очень важно отметить, что соотношение между водородом и угарным газом для этих материалов тоже сохраняется. Именно поэтому необходимо вести раздельное детектирование СО и Н2, которое позволяет осуществить сенсоры на полупроводниках, а электрохимические сенсоры такой возможности не дают.

Производя несложный расчет, зная чувствительность извещателя, находим минимальное количество тлеющего материала, фиксируемое ГПИ. Используя значения удельного газовыделения, легко найти минимальную величину пожара для помещений другого объема. При этом подходе предполагается, что все выделившиеся газы равномерно распределились в герметичном объеме помещения. Для более точных оценок надо учесть потери сигнальных газов из-за вентиляции и адсорбции на стенках и предметах.

Извещатели как основа и дополнение

В связи с тем что процесс тления имеет определенное время течения, да и скорости перемешивания воздуха невелики, в помещении всегда будет наблюдаться неоднородность концентрации СО и Н2. Следовательно, для надежной и быстрой регистрации пожароопасной ситуации (в начальной стадии - тления) недостаточно иметь высокую чувствительность оборудования, необходимо рассчитать еще и место размещения детектора-извещателя. Расчет трехмерных газодинамических процессов и численные методы их решения помогают обнаружить наиболее оптимальные места. Именно этот вывод можно рассматривать как основополагающий и достаточный для разработок целого ряда газовых пожарных извещателей. Высокая чувствительность к водороду (для лучших сенсоров по Н2 от 0,1 мг/м3), селективность, быстродействие и приемлемая стоимость в сравнении с другими сенсорами в новых типах пожарных газовых извещателях являются основными преимуществами полупроводниковых газовых сенсоров.

Сегодня газовые датчики широко применяются для контроля обстановки на промышленных и жилых объектах. Теперь это обстоятельство позволяет эффективно использовать их и в приборах противопожарной сигнализации, где они могут рассматриваться как серьезное дополнение к системам комплексной безопасности с применяемыми в настоящее время детекторами пламени, тепловыми и дымовыми пожарными извещателями.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2006
Посещений: 10292

Автор