В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
И.Г. Неплохов
Технический директор компании "Центр-СБ", к.т.н.
Мультикритериальные пожарные извещатели обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с однотипными комбинированными извещателями, использующими логику "ИЛИ" по каналам. Сравнить эффективность пожарных извещателей различного типа можно во время испытаний на стандартных тестовых очагах. В статье рассматриваются основные положения стандарта LPS 1274 [1] по пожарным СО-тепловым извещателям с электрохимическим элементом, разработанного ведущим европейским сертификационным центром LPCB.
Монооксид углерода СО ядовит, о чем говорит его второе, широко распространенное название - угарный газ. Воздействие СО на человека даже в небольшой концентрации, составляющей около 200 ppm (ppm - миллионная доля, 1%=10 000 ppm), через 2-3 часа приводит к головной боли, большие концентрации вызывают головокружение, слабость, потерю сознания и даже смерть. При наличии в помещении медленно развивающегося скрытого тлеющего очага, опасная для человека концентрация СО может быть достигнута до обнаружения пожара детекторами других типов. С другой стороны, при открытых очагах СО выделяется в незначительных концентрациях. Это определяет ограничение области применения газовых пожарных извещателей СО. По этой причине более широкое применение на практике получили СО-тепловые пожарные извещатели, в которых ситуация оценивается по определенному алгоритму в соответствии с зафиксированными значениями уровня СО и температуры. Стандарт LPS 1274 разработан для СО-тепловых пожарных извещателей с электрохимическим элементом, которые не реагируют на кратковременное воздействие пара или конденсата и, следовательно, могут быть использованы в условиях, где дымовые извещатели не применимы. Для подтверждения этих возможностей в стандарте предусматривается необходимость проведения циклических испытаний на влажность (с выпадением конденсата) при повышении температуры, а для подтверждения способности СО-теплового извещателя обнаруживать широкий спектр очагов в этот стандарт включены испытания на тлеющие тестовые очаги TF-2, TF-3 и открытые очаги TF-4, TF-5 из европейского стандарта EN54-7:2000 по точечным дымовым пожарным детекторам. Кроме того, проводятся испытания на скрытый тлеющий очаг. Однако подчеркивается, что, несмотря на способность СО-тепловых извещателей обнаруживать такие же тестовые очаги, какие используются при испытаниях дымовых детекторов, они не реагируют на сам дым и поэтому не могут использоваться в качестве прямой замены дымовых детекторов.
Перечень испытаний СО-тепловых детекторов по стандарту LPS 1274 приведен в табл. 1. В испытаниях участвуют 24 образца, которые после 5-го теста нумеруются следующим образом: четырем детекторам с наихудшей чувствительностью по СО (активизирующимся при наибольшей концентрации газа) присваиваются номера с 21 по 24, а остальным детекторам - с 1 по 20 произвольно. Извещатели № 21-24 проходят испытания на тестовые очаги. Измерение чувствительности СО-тепловых детекторов производится в СО-канале, конструкция которого аналогична конструкции дымового канала для тестирования дымовых пожарных детекторов, а также тепловому каналу. Уровень СО, при котором извещателем формируется сигнал тревоги, измеряется в ppm и обозначается буквой с, ошибка измерения уровня СО не должна превышать 3 ppm, а предел измерения должен быть не менее 300 ppm. Во время всех испытаний СО-тепловые детекторы не должны активизироваться при концентрации газа СО менее 30 ppm, чтобы не возникали ложные сигналы при эксплуатации. Необходимо отметить большую продолжительность испытаний. Например, тест на долгосрочную стабильность чувствительности СО-тепловых детекторов проводится в течение 84 суток, тест с измерением чувствительности в начале испытаний -по истечении 28, 56 и 84 суток. Тесты на воздействие высокой и низкой влажности проводятся в течение 21 суток. Проверка защиты извещателя от коррозии проводится за 21 сутки воздействия на датчик сернистого газа SO2 и высокой влажности. Для проверки отсутствия ложных тревог СО-тепловых детекторов при загрязнении атмосферы проводятся испытания на воздействие различных газов в допустимых концентрациях, указанных в табл. 2. Во время этих испытаний СО-тепловой детектор не должен формировать ни сигналы тревоги, ни сигналы неисправности. По окончании периода восстановления контролируется чувствительность детектора по СО. При пожаре возможно воздействие газообразных химических веществ в значительных концентрациях (что имитируется в следующих испытаниях (табл. 3). Причем продолжительность воздействий составляет 1 час для углекислого газа и 0,5 часа для диоксида азота и сернистого газа, а время восстановления не превышает 1-2 часа. СО-тепловой детектор должен выдерживать воздействие высоких концентраций моноокиси углерода, которые могут возникать при пожаре. Испытание проводится при воздействии в течение 1 часа газа СО с концентрацией 500 ppm ± 10%. Естественно, СО-тепловой детектор должен находиться в режиме "Пожар" при воздействии моноокиси углерода такой концентрации. За 5 минут до окончания воздействия производится сброс режима "Пожар" и не более чем через 1 минуту детектор снова должен перейти в режим "Пожар". Длительность периода восстановления извещателя составляет 1-2 часа, после чего производится контроль чувствительности детектора.
Испытания теплового канала детектора проводятся в тепловом канале по методике и по требованиям европейского стандарта по тепловым детекторам EN54-5.
Испытания на тестовые очаги проводятся в помещении длиной от 9 до 11 м, шириной от 6 до 8 м и высотой от 3,8 до 4,2 м, в центре которого на полу располагается тестовый очаг. Четыре СО-тепловых детектора, наименее чувствительных по СО (№ 21-24), а также измерители удельной оптической плотности среды m (дБ/м), измерители концентрации продуктов горения Y (относительные единицы), концентрации СО с (ppm) и измерители температуры Т (°С) располагаются по окружности на расстоянии 3 м от его центра потолка в секторе 600 и на расстоянии не более 15 см от потолка.
Как уже отмечалось выше, в отличие от детекторов СО, которые эффективны только при тлеющих очагах, СО-тепловые детекторы должны обнаруживать тлеющие тестовые очаги: TF2 - тление древесины, TF3 - тление хлопка со свечением, TFХ - скрытое тление хлопка и тесты с открытыми очагами: TF4 - горение полиуретана и TF5 - горение гептана. Очаг TF2 состоит из 10 высушенных буковых брусков размерами 75х25х20 мм, расположенных на поверхности электрической плитки диаметром 220 мм мощностью примерно 2 кВт. В процессе испытаний должно происходить только тление дерева и не должен возникать открытый огонь.
Все четыре детектора должны активизироваться до достижения удельной оптической плотности среды m = 2 дБ/м, через 570-840 с после включения плитки, либо до выхода контролируемых параметров за допустимые пределы (рис. 1). Если условие окончания испытания по уровню удельной оптической плотности среды m = 2 дБ/м достигнуто до активизации всех из-вещателей, то результаты испытания (отрицательные) учитываются, когда концентрация СО превысила с = 45 ppm.
Очаг TF3 состоит примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 80 см и массой по 3 г, прикрепленных к металлическому кольцу на штативе. Собранные в пучок нижние концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления всех фитилей, сопровождающегося свечением. В процессе тления хлопковых фитилей контролируемые параметры не должны выходить за допустимые пределы, приведенные на рис. 2. Все четыре детектора должны активизироваться до выхода параметров за допустимые пределы или до достижения удельной оптической плотности среды 2 дБ/м, что должно произойти через 280-750 с после начала тления всех фитилей. При удельной оптической плотности среды m = 2 дБ/м концентрация СО достигает с = 150 ppm. Очаг - скрытое тление хлопка: проводник с удельным сопротивлением примерно 4 Ом/м и длиной 2 м размещается в сложенном полотенце из 100%-ного хлопка размером 100 х 50 см и плотностью 540 г/м2. Предварительно оно должно быть высушено при температуре +40 °С в течение по крайней мере 12 часов. Проводник подключается к источнику питания 20 В/5 А, мощность нагревателя составляет 50 Вт. При нагревании проводника происходит скрытое тление хлопка с ограничением доступа кислорода, что определяет значительное выделение угарного газа СО. Окончание испытания фиксируется при уровне СО, равном с = 60 ppm, то есть все четыре тестируемых детектора должны активизироваться до достижения уровня концентрации СО 60 ppm. Длительность испытания по очагу TFХ составляет 12-21 минут, при этом уровень удельной оптической плотности среды достигает всего лишь 0,12-0,22 дБ/м
Повышение температуры при испытаниях по тлеющим очагам практически отсутствует, и, следовательно, информация по теплому каналу отсутствует. Для прохождения этих испытаний чувствительность СО канала должна быть в пределах 30-45 ppm.
Очаг TF4 состоит из трех матов из пенополиуретана (без добавок, повышающих огнестойкость) плотностью примерно 20 кг/м3 и размером примерно 50х50х2 см каждый, уложенные один на другой, которые воспламеняются при помощи 5 мл спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной под одним из углов нижнего мата. В процессе горения пенополиуретана контролируемые параметры не должны выходить за допустимые пределы, приведенные на рис. 4. Все четыре детектора должны активизироваться до выхода параметров за допустимые пределы или до достижения концентрации продуктов горения Y = 6, что должно произойти не позднее, чем через 140-180 с. Если условие окончания испытания по уровню концентрации продуктов горения Y = 6 достигнуто до активизации всех извещателей, то результаты испытания (отрицательные) учитываются, если была достигнута величина концентрации СО более 15 ppm и температура увеличилась не менее, чем на 8 °С. Необходимо отметить, что при горении пенополиуретана выделяются незначительные концентрации СО - до 25 ppm, а фиксированный порог по обнаружению СО не может быть менее 30 ppm. Минимальная скорость повышения температуры, несмотря на небольшое время развития очага, - не более 3 минут, может составлять примерно 4-5 °С/мин, что определяет трудности обнаружения очага TF4 стандартным максимально-дифференциальным тепловым каналом пожарного извещателя. Очаг TF5 - это 650 г n-гептана с добавлением 3% толуола по объему, в квадратном поддоне из стали размером 33х33х5 см (площадь очага около 0,1 м2). Поджигается гептан огнем, искрой и т.п. Развитие очага должно происходить таким образом, чтобы контролируемые параметры не выходили за допустимые пределы, приведенные на рис. 5. Все четыре детектора должны активизироваться до выхода параметров за допустимые пределы или до достижения концентрации продуктов горения Y = 6, что должно произойти не позднее чем через 120-240 с. Если условие окончания испытания по уровню концентрации продуктов горения Y = 6 достигнуто до активизации всех извещателей, то результаты испытания (отрицательные) учитываются, если была достигнута величина концентрации СО более 10 ppm и температура увеличилась не менее чем на 35 °С. При горении n-гептана TF5 выделение монооксида углерода СО меньше, по сравнению с очагом TF4, - до 10-16 ppm. Повышение температуры должно составлять минимум 35 °С, развитие очага может достигать 6 минут, минимальная скорость повышения температуры достигает 5-6 °С/мин. Следовательно, для обнаружения тестовых очагов TF4 горения пенополиуретана и TF5 горения n-гептана требуется формирование тревожного сигнала при появлении сравнительно небольших концентраций СО, на уровне 5-10 ppm, при одновременном повышении температуры со скоростью около 2-3 °С/мин. Очевидно, что простейшая комбинация 
СО-теплового максимального канала и даже СО-теплового максимально-дифференциального канала с логикой "ИЛИ" не удовлетворяют данным требованиям. СО-тепловой пожарный извещатель должен в режиме реального времени обеспечивать измерение с высокой точностью незначительных концентраций СО и изменений температуры. Сигнал тревоги должен формироваться по результатам совместной обработки информации по каналам. На современном уровне развития микроэлектроники эта задача может быть решена при проектировании неадресного порогового СО-теплового пожарного извещателя. Однако наибольшую гибкость выбора алгоритма работы и максимум функциональных возможностей имеют адресно-аналоговые СО-тепловые пожарные извещатели. На рис. 6 в качестве примера представлена конструкция извещателя этого типа. Электрохимический сенсор СО тщательно заэкранирован для исключения влияния электромагнитных помех на результаты измерений. Адресно-аналоговое построение системы позволяет реализовать различные алгоритмы работы по каждому извещателю в зависимости от вида защищаемого помещения и режима его функционирования, времени суток, дня недели и т.д. Для удобства работы оператора измерения отображаются на дисплее панели в стандартных величинах: концентрация СО в ppm, а температура в °С. Кроме обнаружения пожароопасной ситуации и формирования сигналов "Предтревога" и "Пожар", текущая информация по уровню СО от адресно-аналогового СО-теплового пожарного извещателя при необходимости может использоваться для защиты от угарного газа в определенных зонах, например в подземных гаражах, для автоматического включения соответствующих защитных систем и оповещения оператора. Таким образом, для разработки эффективного мультикритериального СО-теплового пожарного извещателя, соответствующего европейским требованиям, необходимо проведение значительного объема натурных испытаний с различными тестовыми очагами. Алгоритмы обработки текущих данных измерений температуры и концентрации СО, созданные по результатам экспериментальных исследований, позволяют получить эффективность мультикритериального СО-теплового извещателя, близкую к эффективности дымовых извещателей по обнаружению открытых очагов. При этом сохраняются уникальные преимущества извещателей СО - отсутствие ложных сигналов, возникающих из-за пыли, пара, конденсата, аэрозолей, а также возможность защиты от угарного газа.
И.Г. Неплохов
Редактор раздела "ОПС, пожарная безопасность"
22 июля - первая годовщина подписания Федерального закона № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". В п. 3 статьи 4 этого закона четко сказано: "К нормативным документам по пожарной безопасности относятся национальные стандарты, своды правил, содержащие требования пожарной безопасности (нормы и правила)". Однако до сих пор в присылаемых мне материалах попадаются ссылки на НПБ. В этом номере журнала приведено техническое обозрение по пожарным извещателям пламени. Основные требования и методики испытаний из-вещателей пламени по новому ГОСТ Р 53325-2009 практически не отличаются от тех, что были приведены в НПБ 72-98. Только исключены испытания на устойчивость к воздействию двуокиси серы (проверка защиты от коррозии) извещателей, предназначенных для эксплуатации в помещениях с наличием агрессивных сред, а также требование по степени защиты оболочки (не ниже IP41). Извещатели пламени уникальны как класс, они незаменимы при защите наружных установок и хранилищ, обеспечивают минимальное время обнаружения загорания материалов, не имеющих стадии тления. Контролируемый фактор - электромагнитное излучение очага распространяется в пространстве со скоростью света, а время срабатывания извещателя пламени порядка 1 мс позволяет даже создавать системы подавления взрыва. При сертификации извещателей пламени уже более 10 лет дальность обнаружения контролируется по стандартным тестовым очагам ТП-5 (горение гептана), ТП-6 (горение спирта), а угол обзора по метановой горелке. Расстановка извещателей пламени и высота защищаемого помещения ограничиваются только техническими характеристиками. Дальность обнаружения стандартных очагов достигает 50-80 метров, при углах обзора 90°-120°. Конструкция извещателей пламени обеспечивает максимальную защиту оболочки IP67, IP68 (пыленепроницаемая, допускает непродолжительное и длительное погружение в воду соответственно). Широкие диапазоны рабочих температур позволяют осуществлять наружную установку в любой климатической зоне и контролировать высокотемпературные, до +200 °С, зоны. Извещатель пламени даже может определять координаты очагов и давать целеуказание системе пожаротушения. Практически все модели извещателей пламени имеют взрывозащищенное исполнение, а некоторые еще и морское исполнение.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2009
Посещений: 11700
Автор
| |||
В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
