1. Статьи
2. Системы ОПС и СОУЭ
3. Извещатели пожарные газовые: Что они обнаруживают и как они устроены

Общие принципы работы извещателей пожарных газовых

Извещатели пожарные газовые (далее – ИПГ) обладают рядом отличительных свойств, которые делают их незаменимыми сверхраннего обнаружения пожара, для применения в промышленности, в том числе во взрывоопасных зонах.

Извещатели пожарные газовые реагируют на изменение химического состава воздуха, контролируя появление газа или газов, характерных для тления или горения. Этим определяются особенности ИПГ. Наиболее распространены ИПГ, срабатывающие по уровню угарного газа СО.

Что важно для пожарного извещателя? Как можно более раннее обнаружение пожара. Пожар начинается с нагрева какой-либо пожарной нагрузки, происходит деструкция материала, выделяются газы, т.е. появляется возможность обнаружения пожара с помощью ИПГ. Лишь потом, при последующем нагреве появляются значительно более крупные частицы, сажа. Т.е. сначала пожар возможно обнаружить с помощью ИПГ, а потом, по мере развития пожара - пожар можно обнаружить дымовым ИП и т.д. ИПГ обеспечивает наиболее раннюю реакцию на тление.

Поскольку ИПГ использует иной принцип обнаружения пожара, чем у извещателей дымовых, температуры и пламени, то решается ряд проблем.

У ИПГ нет ложных сработок от пыли, аэрозолей и дымов. ИПГ работают с газами, молекула угарного газа на 4 порядка меньше в размерах, чем самая мелкая пыль, вследствие этого пыль не может мешать передвижению молекул угарного газа. Поэтому даже осаждение пыли непосредственно на газочувствительном сенсоре не приводит тому, что извещатель перестает действовать, причем без всяких ухищрений с компенсацией пыли.

Нет проблемы влияния тепловых выбросов и воздушных потоков, низких температур очагов пожара, эти причины существенно не сказываются на обнаружении пожара с помощью ИПГ. Это связано с тем, что в отличие от конвекционных потоков, газ распространяется во все стороны от источника пожара, угарный газ распространяется достаточно равномерно. Конечно, тепловой поток может ускорить этот процесс, но если он слаб (в результате того, что мал очаг пожара или низкая температура окружающей среды), то ИПГ обнаружит пожар вследствие заполнения объема помещения диффузионным механизмом движения газов.

Однако возможна ложная сработка по выбросу контролируемого газа, присущего технологическому процессу. Например, ИПГ на СО нельзя применять в подземных парковках, поскольку высокий фоновый уровень СО и быстрый темп нарастания угарного газа в выбросах автомобилей приведет к ложной сработке извещателя.

Что касается защиты людей от отравления весьма токсичным угарным газом, который выделяется при пожаре, то ИПГ предупреждает людей о появлении СО в уровнях, пока что безопасных для человека. Однако ИПГ не предназначен для контроля ПДК в рабочих зонах. Функция ИПГ – быстро обнаруживать пожар по выделению СО в малых концентрациях, этим и определяется его специфика.

Особенностью применения любых пожарных извещателей в промышленности является то, что нужно обеспечить работоспособность в условиях большого количества источников затрудняющих обнаружение пожара, ложных сработок (пыль, аэрозоли, взвеси, электромагнитные помехи, газы, тепловые выбросы, открытые очаги пламени, электросварка, электромагнитные помехи).

На промышленных производствах возможно смешение различных газов, присущих технологическому процессу и процессу выделения газов при тлении и пожаре. В этом случае особенно остро стоит задача селективности ИПГ к контролируемому газу. Что это означает: у каждого типа сенсора, применяемых в ИПГ, есть характеристика чувствительности к перекрестным газам, т.е к газам, которые вызывают электрическую реакцию такую же или подобную, как реакцию на контролируемый газ, поэтому измерительная часть ИПГ отреагирует на сторонний газ так же, как на контролируемый газ, что приведет к ложной сработке извещателя. Исходя из селективности извещателя в Руководстве по эксплуатации на ИПГ должен быть описан список газов, веществ, которые могут привести к ложной сработке ИПГ.

Соответственно, чем избирательнее сенсор ИПГ, тем лучше сам извещатель, он точнее определяет наличие ложки дегтя в бочке меда.

В настоящее время в составе ИПГ используются два типа сенсоров: полупроводниковый и электрохимический.

Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров основан на изменении сопротивления полупроводникового слоя при химической адсорбции газов на его поверхности. Слой подбирается таким образом, чтобы был селективен к определенным газам, присущих различным стадиям пожара. Для того, чтобы процессы на поверхности газочувствительного полупроводникового слоя протекали достаточно быстро, этот слой наносится на проводящую подложку, которая периодически разогревается до температуры 450-500 °С.

В качестве чувствительного полупроводникового слоя чаще всего используются оксиды металлов (SnO2, ZnO, In2O3 и др.) с легирующими добавками Pl, Pd и др. Для нагревателя в качестве подложки используется пластина, электрически изолированная от полупроводникового слоя, выполненная из Pl, RuO2, Au и др. Основное энергопотребление сенсора требуется на обеспечение нагрева подложки, что и определяет потребление извещателя на уровне 30 мА при питании 12В.

Электрохимический газовый сенсор представляет из себя гальванический элемент, который вырабатывает ток тем больший, чем выше концентрация контролируемого газа. Действие сенсора основано на специфической химической реакции в электрохимической ячейке, которая представляет собой ёмкость с электролитом и электродами. Анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом ячейки. В результате в электролите появляются заряженные ионы и между электролитами протекает ток, пропорциональный концентрации контролируемого газа в воздухе. Селективность и быстродействие электрохимического газового сенсора определяется материалом электродов и применяемым электролитом. Ток, вырабатываемый сенсором, небольшой, в диапазонах обнаружения пожара ток составляет 1 - 10 мкА. Следовательно, электрохимический сенсор требует хорошего малошумящего АЦП и защиты от электромагнитных наводок.

Извещатели пожарные газовые. С чем они работают.

Начиная с тления, в воздух выделяются молекулы угарного газа. На их появление реагирует ИПГ.

Для начального этапа пожара характерно выделение молекул угарного газа СО. Уровень 20-40 штук молекул СО на миллион прочих (т.е 20-40 ppm) означает, что началось тление материала.

Поскольку СО появляется раньше, чем дым или увеличение температуры воздуха, то пожар может быть обнаружен, начиная со стадии тления, что уменьшит потери от пожара и тушения пожара.

Выделение СО продолжается и при развитии пожара.

ИПГ реагирует на пожар, начиная с тления

рис.1

Молекулы угарного газа СО распространяются во все стороны от очага пожара, по мере повышения температуры пожара вертикальная мобильность молекул СО усиливается тепловыми потоками.

При пожаре выделяются молекулы СО, распространяющиеся вдоль тепловой колонки и во все стороны от очага пожара

рис.2

Даже при малых температурах очага пожара (менее 400 °С) из тлеющего материала выделяются молекулы угарного газа, которые движутся во все стороны от очага пожара.

Молекулы СО распространяются в результате диффузии газов, т.е. процесса взаимного проникновения молекул СО между прочими молекулами воздушной среды.

Газ СО «стремится» равномерно заполнить весь объем помещения

рис.3

По мере увеличения концентрации СО будет заполнять всё помещение, чему не могут препятствовать строительные конструкции (балки, колонны и т.п.).

ИПГ не требователен к месту установки

рис.4

Диффузионные процессы позволяют молекулам СО проникать сквозь горячие припотолочные слои (которые могут появиться в результате пожара или нагрева крыш зданий солнцем).

На работоспособность ИПГ

не влияет эффект стратификации

рис.5

Пониженная температура помещения приводит к остыванию тепловой колонки, значит пожар не фиксируется дымовыми ПИ.

Поскольку молекулы СО переносятся диффузионными процессами и тепловыми потоками, то при уменьшении мощности теплового потока (при малом очаге пожара или пониженной температуры помещения) остается перенос диффузией, что обеспечит сработку ИПГ.

ИПГ реагирует на пожар в условиях слабого очага пожара, пониженной температуры воздуха

рис.6

Молекулы СО обладают значительно меньшим аэродинамическим сопротивлением, чем сажа, поэтому воздушные потоки значительно меньше влияют на распространение СО.

ИПГ реагирует на СО в воздушных потоках

 

рис.7

Молекула угарного газа на более чем в 10 тысяч раз меньше в размерах, чем самая мелкая пыль, вследствие этого пыль не может мешать передвижению молекул угарного газа.

Поэтому даже осаждение пыли непосредственно на газочувствительном сенсоре не приводит тому, что извещатель перестает действовать, причем без всяких ухищрений с компенсацией пыли.

ИПГ может эксплуатироваться в запыленных помещениях без потери чувствительности

рис.8

ИПГ хорошо обнаруживает пожары типов ТП9, ТП2, ТП3 – относительно медленные, тем и сложные в обнаружении.

Разница во времени сработки между Типг и Типд – запас времени для ликвидации пожара, эвакуации людей.

По мере роста мощности источника пожара будут срабатывать дымовые ПИ, тепловые и пламени.

Принципы работы ИПГ обеспечивают сверхраннее обнаружение пожара типов ТП9, ТП2, ТП3, тления

рис.9

ИПГ на угарный газ, обнаруживая пожар, одновременно выполняют функцию раннего обнаружения токсичного газа, предупреждая возможную смерть от отравления угарным газом при пожаре.

ИПГ обеспечивают защиту людей от отравления угарным газом при пожаре

рис.10

Одно из самых главных требований к ИПГ – селективность к СО.

Селективный сенсор реагирует только на СО и не реагирует на другие газы.

Селективный сенсор обеспечивает помехозащищенность.

ИПГ должен реагировать только на молекулы СО

рис.11

Постепенно усиливается внимание к ИПГ, изменяется и нормативная база: появился проект новой редакции ГОСТ Р 53325, новой редакции СП 5.13130. Это позволяет надеяться на более широкое применение ИПГ.

Сайдулин Е.Г. , директор ООО «ЭТРА-спецавтоматика»,

лауреат Национальной отраслевой премии «ЗУБР-2012»