Integrator systemu wczesne wykrywanie pożaru. Systemy wczesnego wykrywania pożaru

W Federacji Rosyjskiej każdego dnia dochodzi do około 700 pożarów, w których ginie ponad 50 osób. Dlatego ochrona życia ludzkiego pozostaje jednym z najważniejszych zadań wszystkich systemów bezpieczeństwa. Ostatnio coraz częściej dyskutowany jest temat wczesnego wykrywania pożarów.

Konstruktorzy nowoczesnego sprzętu przeciwpożarowego prześcigają się w zwiększaniu czułości czujek pożarowych na główne oznaki pożaru: ciepło, promieniowanie optyczne płomienia i koncentrację dymu. W tym kierunku wykonuje się wiele pracy, ale wszystkie czujki pożarowe są wyzwalane, gdy przynajmniej mały pożar już się rozpoczął. I niewiele osób porusza temat wykrywania ewentualnych oznak pożaru. Opracowano już jednak urządzenia, które mogą rejestrować nie pożar, a jedynie zagrożenie lub prawdopodobieństwo pożaru. Są to gazowe detektory pożaru.

Analiza porównawcza

Wiadomo, że pożar może powstać zarówno z nagłego zagrożenia (wybuch, zwarcie), jak i ze stopniowego nagromadzenia niebezpiecznych czynników: nagromadzenia palnych gazów, oparów, przegrzania substancji powyżej temperatury zapłonu, tlącej się izolacji elektrycznej przewody kablowe przed przeciążeniem, gniciem i nagrzewaniem ziarna itp.

Na ryc. Figura 1 jest wykresem typowej reakcji detektora pożaru gazowego na pożar rozpoczynający się od upuszczenia palącego się papierosa na materac. Wykres pokazuje, że detektor gazu reaguje na tlenek węgla po 60 minutach. po uderzeniu palącego się papierosa w materac, w tym samym przypadku fotoelektryczna czujka dymu reaguje po 190 minutach, jonizacyjna czujka dymu - po 210 minutach, co znacznie wydłuża czas na podjęcie decyzji o ewakuacji ludzi i eliminację pożaru.

Jeśli naprawisz zestaw parametrów, które mogą doprowadzić do wybuchu pożaru, możesz (nie czekając na pojawienie się płomienia, dymu) zmienić sytuację i uniknąć pożaru (wypadku). Jeśli sygnał z detektora pożaru gazu zostanie odebrany wcześnie, personel konserwacyjny będzie miał czas na podjęcie działań w celu złagodzenia lub wyeliminowania czynnika zagrożenia. Na przykład może to być wentylacja pomieszczenia z palnych oparów i gazów, w przypadku przegrzania izolacji, wyłączenie zasilania kabla i przejście na linię zapasową, w przypadku zwarcia na płytce elektronicznej komputerów i kontrolowanych maszyn, gaszenia lokalnego pożaru i usuwania niesprawnego urządzenia. Tym samym to osoba podejmuje ostateczną decyzję: wezwać straż pożarną lub samodzielnie wyeliminować wypadek.

Rodzaje detektorów gazu

Wszystkie gazowe czujki pożarowe różnią się rodzajem czujnika:
- tlenek metalu,
- termochemiczne,
- półprzewodnik.

Czujniki tlenków metali

Czujniki tlenków metali produkowane są w oparciu o grubowarstwową technologię mikroelektroniczną. Jako podłoże stosuje się polikrystaliczny tlenek glinu, na którym po obu stronach osadza się grzałka i wrażliwa na gazy warstwa tlenku metalu (rys. 2). Element czujnikowy umieszczony jest w obudowie chronionej osłoną przepuszczającą gaz, spełniającą wszystkie wymagania przeciwwybuchowe i przeciwpożarowe.

Czujniki tlenków metali przeznaczone są do określania stężeń gazów palnych (metanu, propanu, butanu, wodoru itp.) w powietrzu w zakresie stężeń od tysięcznych do jednostek procentowych oraz gazów toksycznych (CO, arsen, fosfina, siarkowodór, itp.) na poziomie maksymalnych dopuszczalnych stężeń, a także do równoczesnego i selektywnego oznaczania stężeń tlenu i wodoru w gazach obojętnych, na przykład w technologii rakietowej. Ponadto charakteryzują się rekordowo niską jak na swoją klasę mocą elektryczną potrzebną do ogrzewania (poniżej 150 mW) i mogą być stosowane w detektorach wycieku gazu i systemach sygnalizacji pożaru, zarówno stacjonarnych, jak i przenośnych.

Termochemiczne detektory gazów

Wśród metod stosowanych do określania stężenia gazów palnych lub par cieczy palnych w powietrzu atmosferycznym stosowana jest metoda termochemiczna. Jego istota polega na pomiarze efektu cieplnego (dodatkowego wzrostu temperatury) reakcji utleniania gazów i par palnych na aktywny katalitycznie element czujnika i dalszej konwersji odebranego sygnału. Czujnik alarmowy, wykorzystując ten efekt cieplny, generuje sygnał elektryczny proporcjonalny do stężenia gazów i par palnych o różnych współczynnikach proporcjonalności dla różnych substancji.

Podczas spalania różnych gazów i par czujnik termochemiczny generuje sygnały o różnej wielkości. Równe poziomy (w % DGW) różnych gazów i par w mieszaninach powietrza odpowiadają nierównym sygnałom wyjściowym czujnika.

Czujnik termochemiczny nie jest selektywny. Jego sygnał charakteryzuje poziom wybuchowości, określony przez całkowitą zawartość palnych gazów i par w mieszaninie powietrza.

W przypadku kontroli zbioru składników, w którym zawartość poszczególnych, znanych wcześniej składników palnych waha się od zera do pewnego stężenia, może to prowadzić do błędów kontroli. Ten błąd występuje również w normalnych warunkach. Czynnik ten należy wziąć pod uwagę przy ustalaniu granic zakresu stężeń sygnałów i tolerancji na ich zmianę - granicę dopuszczalnego podstawowego bezwzględnego błędu działania. Granice pomiarowe sygnalizatora to najmniejsze i najwyższe wartości stężenia oznaczanego składnika, w granicach których sygnalizator mierzy z błędem nieprzekraczającym określonego.

Opis obwodu pomiarowego

Obwód pomiarowy przetwornika termochemicznego jest obwodem mostkowym (patrz rys. 2). Elementy czułe B1 i kompensacyjne B2 znajdujące się w czujniku wchodzą w skład obwodu mostkowego. Druga gałąź mostka - rezystory R3-R5 znajdują się w sygnalizatorze odpowiedniego kanału. Mostek jest zrównoważony rezystorem R5.

Podczas katalitycznego spalania mieszaniny palnych gazów i oparów na elemencie czujnikowym B1 uwalniane jest ciepło, temperatura wzrasta, a w konsekwencji wzrasta rezystancja elementu czujnikowego. Brak spalania na elemencie kompensacyjnym B2. Rezystancja elementu kompensacyjnego zmienia się wraz z jego starzeniem się, zmianami prądu zasilającego, temperatury, prędkości kontrolowanej mieszanki itp. Na czuły element oddziałują te same czynniki, co znacznie zmniejsza powodowane przez nie niewyważenie mostu (dryf zerowy) oraz błąd sterowania.

Przy stabilnej mocy mostka, stabilnej temperaturze i kontrolowanej prędkości mieszanki, niewyważenie mostka skutkuje ze znacznym stopniem dokładności ze względu na zmiany rezystancji elementu czujnikowego.

W każdym kanale zasilanie mostka czujnika zapewnia stałą optymalną temperaturę elementów poprzez regulację prądu. Jako czujnik temperatury z reguły stosuje się ten sam czuły element B1. Sygnał niewyważenia mostka jest pobierany z przekątnej mostka ab.

Półprzewodnikowe czujniki gazu

Zasada działania półprzewodnikowych czujników gazu opiera się na zmianie przewodności elektrycznej półprzewodnikowej warstwy wrażliwej na gaz podczas chemicznej adsorpcji gazów na jej powierzchni. Zasada ta pozwala na ich efektywne wykorzystanie w sygnalizatorach pożarowych jako alternatywę dla tradycyjnych sygnalizatorów optycznych, termicznych i dymnych (czujek), w tym zawierających radioaktywny pluton. A wysoką czułość (dla wodoru od 0,00001% objętości), selektywność, szybkość i niski koszt półprzewodnikowych czujników gazu należy uznać za ich główną przewagę nad innymi typami czujek pożarowych. Zastosowane w nich fizykochemiczne zasady detekcji sygnałów łączy się z nowoczesnymi technologiami mikroelektronicznymi, co prowadzi do niskich kosztów produktów w masowej produkcji oraz wysokich parametrów technicznych.

Czujniki półprzewodnikowe czułe na gaz to zaawansowane technologicznie elementy o niskim poborze mocy (od 20 do 200 mW), wysokiej czułości i zwiększonej prędkości do ułamków sekundy. Czujniki tlenków metali i czujniki termochemiczne są zbyt drogie do tego zastosowania. Wprowadzenie do produkcji gazowych czujek pożarowych opartych na półprzewodnikowych czujnikach chemicznych produkowanych w technologii grupowej pozwala na znaczne obniżenie kosztów czujek gazowych, co ma znaczenie przy masowym zastosowaniu.

Wymogi regulacyjne

Dokumenty prawne dotyczące gazowych detektorów pożaru nie zostały jeszcze w pełni opracowane. Istniejące wydziałowe wymagania RD BT 39-0147171-003-88 dotyczą obiektów przemysłu naftowego i gazowego. NPB 88-01 w sprawie rozmieszczenia gazowych czujek pożarowych mówi, że należy je instalować w pomieszczeniach na suficie, ścianach i innych konstrukcjach budynków i budowli zgodnie z instrukcją obsługi i zaleceniami wyspecjalizowanych organizacji.

Jednak w każdym przypadku, aby dokładnie obliczyć liczbę detektorów gazu i poprawnie zainstalować je w obiekcie, najpierw musisz wiedzieć:
- parametr, według którego kontrolowane jest bezpieczeństwo (rodzaj uwalnianego gazu, który wskazuje na zagrożenie, np. CO, CH4, H2 itp.);
- objętość pokoju;
- przeznaczenie lokalu;
- dostępność systemów wentylacyjnych, nadciśnienie powietrza itp.

Streszczenie

Gazowe detektory pożaru są urządzeniami nowej generacji, dlatego wymagają wciąż nowych badań naukowych od krajowych i zagranicznych firm zajmujących się systemami przeciwpożarowymi w celu opracowania teorii emisji i dystrybucji gazów w pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu i eksploatacji, a także przeprowadzenia praktyczne eksperymenty do opracowania zaleceń dotyczących racjonalnego rozmieszczenia takich detektorów.

(światło, ciepło, dym) są w stanie przekazać tylko przesłanie: „Płoniemy! Czas ugasić ogień!” Ale nie może być inaczej, ponieważ działanie ich czujników opiera się na takich fizycznych zasadach jak wykrywanie światła, ciepła czy dymu. Otrzymaj komunikat „Uwaga! Tutaj możliwy jest pożar!” jest to możliwe tylko poprzez ustanowienie stałej kontroli nad składem gazowo-dynamicznym powietrza w pomieszczeniu. Taka kontrola pozwoli podjąć odpowiednie działania, aby zapobiec pożarowi i zlikwidować go w zarodku. Na tym polega metoda wczesnego wykrywania pożaru opracowana przez specjalistów Gamma z wykorzystaniem półprzewodnikowych czujników chemicznych, która została nagrodzona dyplomami i złotymi medalami na międzynarodowych wystawach Bruksela-Eureka 2000 i Genewa 2001.

Zatem niezawodnym sposobem zapobiegania pożarowi na wczesnym etapie, poprzedzającym zapłon, jest kontrolowanie składu chemicznego powietrza, który zmienia się dramatycznie w wyniku rozkładu termicznego przegrzanych lub tlących się materiałów palnych. Na tym etapie środki zapobiegawcze są nadal skuteczne. Na przykład w przypadku przegrzania urządzeń elektrycznych (żelazko lub kominek elektryczny) można je automatycznie wyłączyć w odpowiednim czasie sygnałem z czujnika gazu.

Skład gazów uwalnianych podczas spalania

Szereg gazów uwalnianych w początkowej fazie spalania (tlenia) zależy od składu właśnie tych materiałów, które biorą udział w tym procesie. Jednak w większości przypadków można również z pewnością zidentyfikować główne charakterystyczne składniki gazu. Podobne badania przeprowadzono w Instytucie Bezpieczeństwa Pożarowego (Balashikha, obwód moskiewski) przy użyciu standardowej komory o objętości 60 m 3 do symulacji pożaru. Skład gazów uwalnianych podczas spalania określono metodą chromatografii. Eksperymenty dały następujące wyniki.

Wodór (H 2 ) jest głównym składnikiem gazów wydzielanych na etapie tlenia w wyniku pirolizy materiałów stosowanych w budownictwie, takich jak drewno, tekstylia, materiały syntetyczne. W początkowej fazie pożaru, w procesie tlenia, stężenie wodoru wynosi 0,001-0,002%. W przyszłości następuje wzrost zawartości węglowodorów aromatycznych na tle obecności niedotlenionego węgla - tlenku węgla (CO) - 0,002-0,008%. Gdy pojawia się płomień, stężenie dwutlenku węgla (CO2) wzrasta do poziomu 0,1%, co odpowiada spaleniu 40-50 g drewna lub papieru w zamkniętym pomieszczeniu o kubaturze 60 m 3 i jest równoważne do 10 wypalanych papierosów. Taki poziom CO2 osiąga się również w wyniku przebywania w pomieszczeniu dwóch osób przez 1 godzinę.

Eksperymenty wykazały, że próg wykrywania systemu wczesnego ostrzegania o pożarze w powietrzu atmosferycznym w normalnych warunkach powinien wynosić 0,002% dla większości gazów, w tym wodoru i tlenku węgla. Pożądane jest, aby prędkość systemu nie była gorsza niż 10 sekund. Wniosek ten można uznać za fundamentalny dla rozwoju szeregu ostrzegawczych detektorów gazu pożarowego.

Istniejące narzędzia do analizy gazów środowiskowych (w tym oparte na czujnikach elektrochemicznych, termicznych katalitycznych i innych) są zbyt drogie do takiego zastosowania. Wprowadzenie do produkcji czujek pożarowych opartych na półprzewodnikowych czujnikach chemicznych wytwarzanych w technologii wsadowej drastycznie obniży koszt czujników gazowych.

Półprzewodnikowe czujniki gazu

Zasada działania półprzewodnikowych czujników gazu opiera się na zmianie przewodności elektrycznej półprzewodnikowej warstwy wrażliwej na gaz podczas chemicznej adsorpcji gazów na jej powierzchni. Ta okoliczność pozwala na ich efektywne wykorzystanie w sygnalizatorach pożarowych jako alternatywę dla tradycyjnych sygnalizatorów optycznych, termicznych i dymu, w tym zawierających radioaktywny pluton. A wysoką czułość (dla wodoru - od 0,000001%!), selektywność, szybkość i niski koszt półprzewodnikowych czujników gazu należy uznać za ich główne zalety w stosunku do innych typów czujek pożarowych. Zastosowane w nich fizykochemiczne zasady detekcji sygnałów łączy się z nowoczesnymi technologiami mikroelektronicznymi, co determinuje niski koszt produktów w produkcji masowej oraz wysokie parametry techniczne i energooszczędne.

Aby procesy fizykochemiczne przebiegały na powierzchni wrażliwej warstwy wystarczająco szybko, zapewniając szybkość kilku sekund, czujnik jest okresowo podgrzewany do temperatury 450-500°C, co aktywuje jego powierzchnię. Jako czułe warstwy półprzewodnikowe zwykle stosuje się drobno zdyspergowane tlenki metali (SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 , itp.) z domieszkami Pl, Pd itp. Ze względu na porowatość strukturalną formowanych materiałów, uzyskaną za pomocą określonych metod technologicznych, ich powierzchnia właściwa wynosi około 30 m 2 /g. Grzałka jest warstwą oporową wykonaną z materiałów obojętnych (Pl, RuO 2 , Au itp.) i elektrycznie odizolowaną od warstwy półprzewodnikowej.

Z pozorną prostotą takie metody formowania skupiły wszystkie najnowsze osiągnięcia materiałoznawstwa i technologii mikroelektronicznej. Doprowadziło to do wysokiej konkurencyjności czujnika, który może pracować przez kilka lat, okresowo będąc w stanie „obciążenia” po podgrzaniu do 500°C, zachowując przy tym wysokie właściwości użytkowe, czułość, stabilność, selektywność i zużywa mało energii (a średnio kilkadziesiąt miliwatów). Przemysłowa produkcja czujników półprzewodnikowych jest szeroko rozwinięta na całym świecie, ale główny udział w światowym rynku przypada na firmy japońskie. Uznanym liderem w tej dziedzinie jest Figaro z roczną produkcją około 5 milionów czujników. i wielkoseryjną produkcję opartych na nich urządzeń, w tym podstawy elementów i rozwiązania obwodów z programowalnymi urządzeniami.

Jednak szereg cech w produkcji czujników półprzewodnikowych utrudnia kompatybilność z tradycyjną technologią krzemową w zamkniętej pętli. Wyjaśnia to fakt, że czujniki nie są tak masowo produkowane jak mikroukłady i mają większy rozrzut parametrów ze względu na specyfikę warunków pracy (często w agresywnym środowisku). Ich produkcja wymaga bardzo specyficznej wiedzy z zakresu chemii fizycznej, materiałoznawstwa itp. Dlatego sukces towarzyszy tutaj dużym wyspecjalizowanym firmom (np. Microchemical Instrument, europejski oddział Motoroli), które nie spieszą się z dzieleniem swoimi osiągnięciami w dziedzinie wysokich technologii. Niestety przemysł ten nigdy nie był dobrze rozwinięty w Rosji i WNP, pomimo wystarczającej liczby grup badawczych - RRC "Instytut Kurczatowa", Moskiewski Uniwersytet Państwowy, Leningradzki Uniwersytet Państwowy, Woroneżski Uniwersytet Państwowy, IGIC RAS, N.I. Karpow, Uniwersytet Saratowski, Uniwersytet Nowogrodzki itp.

Krajowe opracowania czujników półprzewodnikowych

Najbardziej rozwinięta technologia produkcji czujników półprzewodnikowych jest proponowana w RRC "Instytucie Kurczatowa". Opracowała małogabarytowe czujniki półprzewodnikowe do analizy składu chemicznego gazów i cieczy. Wytwarzane są w technologii mikroelektronicznej i łączą zalety urządzeń mikroelektronicznych - niski koszt w produkcji masowej, miniaturyzację, niski pobór mocy - z możliwością pomiaru stężenia gazów i cieczy w szerokim zakresie iz dostatecznie dużą dokładnością. Opracowane urządzenia dzielą się na dwie grupy: czujniki tlenków metali i strukturalne czujniki półprzewodnikowe.

czujniki tlenków metali. Wyprodukowane w technologii grubowarstwowej. Jako podłoże stosuje się polikrystaliczny tlenek glinu, na którym po obu stronach osadza się grzałka i wrażliwa na gazy warstwa tlenku metalu. Wrażliwy element umieszczony jest w gazoprzepuszczalnej obudowie spełniającej wymogi bezpieczeństwa przeciwwybuchowego i przeciwpożarowego.

Czujniki są w stanie określić stężenie gazów palnych (metan, propan, butan, wodór itp.) w powietrzu w zakresie od 0,001% do kilku procent, a także gazów toksycznych (tlenek węgla, arsen, fosforowodór, wodór siarczek itp.) na poziomie maksymalnego dopuszczalnego stężenia (MAC). Mogą być również wykorzystywane do równoczesnego i selektywnego oznaczania stężenia tlenu i wodoru w gazach obojętnych np. w technologii rakietowej. Do ogrzewania urządzenia te wymagają rekordowo małej mocy elektrycznej jak na swoją klasę - poniżej 150 mW. Czujniki tlenków metali przeznaczone są do stosowania w detektorach wycieku gazu i systemach sygnalizacji pożaru (zarówno stacjonarnych, jak i kieszonkowych).

Strukturalne czujniki półprzewodnikowe. Są to czujniki oparte na strukturach krzemowych metal-dielektryk-półprzewodnik (MIS), metal-stały elektrolit-półprzewodnik oraz diody Schottky'ego.

Struktury MIS z bramką palladową lub platynową służą do określania stężenia wodoru w powietrzu lub gazach obojętnych. Próg detekcji wodoru wynosi około 0,00001%. Czujniki są z powodzeniem wykorzystywane do określania stężenia wodoru w chłodziwie reaktorów jądrowych w celu zachowania ich bezpieczeństwa. Struktury z elektrolitem stałym (trójfluorek lantanu, przewodzący jony fluoru) przeznaczone są do oznaczania stężenia fluoru i fluorków (przede wszystkim fluorowodoru) w powietrzu. Pracują w temperaturze pokojowej, pozwalają określić stężenie fluoru i fluorowodoru na poziomie 0,000003%, czyli ok. 0,1 MPC. Pomiar wycieku fluorowodoru jest szczególnie ważny dla określenia sytuacji środowiskowej w regionach o dużej produkcji aluminium, polimerów i paliwa jądrowego.

Podobne struktury wykonane na bazie węglika krzemu i pracujące w temperaturze około 500°C mogą służyć do pomiaru stężenia freonów.

Wskaźnik tlenku węgla i wodoru CO-12

Uznana na całym świecie metoda wczesnego wykrywania pożarów zapewnia jednoczesne monitorowanie względnych stężeń w powietrzu dwóch lub więcej gazów, takich jak węglowodory aromatyczne, wodór, tlenek węgla i dwutlenek węgla. Uzyskane wartości są porównywane z ustawionymi, a jeśli się zgadzają, generowany jest alarm. Kontrolę i porównanie względnych stężeń składników gazowych przeprowadza się z zadaną częstotliwością. Możliwość fałszywych alarmów urządzenia pomiarowego ze wzrostem stężenia jednego z gazów jest wykluczona, jeśli nie ma zapłonu.

Jako urządzenie pomiarowe proponuje się wskaźnik CO-12, przeznaczony do wykrywania gazowego tlenku węgla i wodoru w powietrzu w zakresie ich stężeń od 0,001 do 0,01%. Urządzenie jest dziewięciostopniowym wskaźnikiem proporcjonalnym w postaci linii diod LED o trzech kolorach - zielonym (niski zakres stężeń), żółtym (średni poziom) i czerwonym (wysoki poziom). Każdemu zakresowi odpowiadają trzy diody LED. Gdy zapalą się czerwone diody LED, włącza się sygnał dźwiękowy ostrzegający ludzi przed niebezpieczeństwem zatrucia.

Zasada działania wskaźnika opiera się na rejestracji zmiany rezystancji (R) półprzewodnikowego czujnika gazoczułego, którego temperatura w trakcie pomiaru stabilizuje się na poziomie 120°C.

W tym przypadku element grzejny wchodzi w sprzężenie zwrotne wzmacniacza operacyjnego - regulatora temperatury - i okresowo co 6 s jest wyżarzany przez 0,5 s w temperaturze 450 ° C. Po tym następuje izotermiczna relaksacja rezystancji R po oddziaływaniu z tlenkiem węgla. R mierzy się przed następnym wyżarzaniem (rys. 3, punkt C, po którym następuje wyżarzanie O). Proces pomiaru i wyprowadzania danych do wskaźnika jest kontrolowany przez programowalne urządzenie.

Jego główne cechy techniczne:

Wskaźnik może być z powodzeniem stosowany jako urządzenie sygnalizacji pożaru zarówno w pomieszczeniach mieszkalnych jak i obiektach przemysłowych. Domy wiejskie, domki letniskowe, łaźnie, sauny, garaże i kotłownie, przedsiębiorstwa z produkcją w oparciu o otwarty ogień i obróbkę cieplną, przedsiębiorstwa z branży wydobywczej, metalurgicznej, przetwórstwa ropy i gazu, a wreszcie transport drogowy - to nie jest pomocna może być pełna lista obiektów, w których wskaźnik CO wynosi 12.

Takie czujki wczesnego wykrywania pożaru, zjednoczone w jednej sieci i kontrolujące uwalnianie się gazu podczas tlenia materiałów przed ich zapaleniem, umieszczone w obiektach przemysłowych, pozwalają zapobiegać awariom nie tylko w naziemnych obiektach ochrony przeciwpożarowej, ale także w konstrukcjach podziemnych, węgla kopalnie, w których w wyniku przegrzania może dojść do zapłonu urządzeń transportujących węgiel, pył węglowy. Każdy czujnik, który posiada świetlne i dźwiękowe sygnały ostrzegawcze, jest w stanie nie tylko informować o stopniu zanieczyszczenia gazowego terenu, ale także ostrzegać personel znajdujący się w bliskiej odległości od miejsca ekstremalnego o niebezpieczeństwie. Stacjonarne czujki pożarowe zainstalowane w pomieszczeniach mieszkalnych mogą zapobiegać wybuchom gazów w gospodarstwie domowym, zatruciu tlenkiem węgla i pożarom w wyniku awarii urządzeń gospodarstwa domowego lub rażącego naruszenia warunków ich pracy poprzez automatyczne odłączenie od sieci.

Elektronika №4, 2001

Koszt uszkodzeń spowodowanych pożarem, nawet w jednym pomieszczeniu, może sięgać imponujących kwot. Na przykład, gdy w lokalu znajduje się sprzęt, którego cena znacznie przewyższa koszt urządzenia przeciwpożarowego. Tradycyjne metody gaszenia są w tym przypadku nieodpowiednie, ponieważ ich użycie grozi nie mniejszym uszkodzeniem niż sam pożar.

Dlatego rośnie zapotrzebowanie na systemy wczesnego wykrywania pożaru, które potrafią wykryć oznaki pożaru w jego początkowym okresie i podjąć natychmiastowe działania, aby temu zapobiec. Sprzęt wczesnego wykrywania pożaru spełnia swoje funkcje dzięki ultraczułym czujnikom. Są to czujniki temperatury, czujniki dymu, a także czujniki chemiczne, spektralne (czujniki płomieniowe) i optyczne. Wszystkie są częścią jednego systemu, który ma na celu wczesne wykrywanie i superwydajną lokalizację pożaru.

Najważniejszą rolę odgrywa tutaj właściwość urządzeń wczesnego wykrywania pożaru do ciągłego monitorowania składu chemicznego powietrza. Podczas spalania plastiku, pleksi, materiałów polimerowych skład powietrza zmienia się diametralnie, co powinno być odnotowane przez elektronikę. Do takich celów szeroko stosowane są półprzewodnikowe czujniki czułe na gaz, których materiał jest w stanie zmienić opór elektryczny w wyniku narażenia na działanie substancji chemicznych.

Systemy wykorzystujące półprzewodniki cały czas się poprawiają, rynek półprzewodników stale rośnie, o czym świadczą wyniki rynków finansowych. Nowoczesne czujniki półprzewodnikowe są w stanie wychwycić minimalne stężenia substancji uwalnianych podczas spalania. Przede wszystkim są to wodór, tlenek i dwutlenek węgla, węglowodory aromatyczne.

Gdy zostaną wykryte pierwsze oznaki pożaru, praca systemów gaśniczych dopiero się rozpoczyna. Sprzęt detekcyjny działa dokładnie i szybko, zastępując kilka osób i wykluczając czynnik ludzki podczas gaszenia pożaru. Urządzenia te są idealnie połączone ze wszystkimi systemami budynku, które mogą przyspieszyć lub spowolnić rozprzestrzenianie się ognia. System wczesnego wykrywania, jeśli to konieczne, całkowicie wyłączy wentylację pomieszczenia, w wymaganej ilości - elementy zasilające, włączy alarm i zapewni terminową ewakuację ludzi. A co najważniejsze - uruchom kompleks gaśniczy.

W najwcześniejszych etapach ugaszenie pożaru jest znacznie łatwiejsze niż w późniejszych i może zająć tylko kilka minut. Gaszenie pożaru na początkowych etapach można przeprowadzić metodami wykluczającymi fizyczne niszczenie obiektów znajdujących się w pomieszczeniu. Takim sposobem jest np. gaszenie poprzez zastąpienie tlenu gazem niepalnym. W takim przypadku skroplony gaz, gdy staje się lotny, obniża temperaturę w pomieszczeniu lub na określonym obszarze, a także tłumi reakcję spalania.

Drzwi przeciwpożarowe są integralną częścią każdego systemu przeciwpożarowego. Jest to element konstrukcyjny, który przez pewien czas zapobiega rozprzestrzenianiu się ognia na sąsiednie pomieszczenia.

Urządzenia wczesnego wykrywania pożaru są niezbędne przede wszystkim dla zapewnienia bezpieczeństwa ludzi. O ich konieczności świadczy liczne i gorzkie doświadczenie. Ogień to jedna z najbardziej nieprzewidywalnych klęsk żywiołowych, o czym świadczy cała historia ludzkiej cywilizacji. W naszych czasach ten czynnik nie stał się mniej istotny. Wręcz przeciwnie, dziś nawet lokalny pożar może spowodować katastrofalne straty związane z awarią drogiego sprzętu i maszyn. Dlatego opłaca się zainwestować w taki system wczesnego wykrywania.

System ten przeznaczony jest do wykrycia początkowej fazy pożaru, przekazania powiadomienia o miejscu i czasie jego wystąpienia oraz, w razie potrzeby, uruchomienia automatycznych systemów gaszenia i oddymiania.

Skutecznym systemem ostrzegania przeciwpożarowego jest zastosowanie systemów alarmowych.

System sygnalizacji pożaru musi:

* - szybko zidentyfikuj miejsce pożaru;

* - niezawodnie przesyła sygnał pożaru do urządzenia odbiorczego i sterującego;

* - przekształcenie sygnału pożarowego w formę dogodną do odbioru przez personel chronionego obiektu;

* - pozostają odporne na wpływ czynników zewnętrznych innych niż czynniki pożarowe;

* - szybkie wykrywanie i przesyłanie powiadomień o usterkach uniemożliwiających normalne funkcjonowanie systemu.

Budynki przemysłowe kategorii A, B i C oraz obiekty o znaczeniu krajowym wyposażone są w automatykę przeciwpożarową.

System sygnalizacji pożaru składa się z czujek pożarowych i przetworników przetwarzających czynniki inicjujące pożar (ciepło, światło, dym) na sygnał elektryczny; stanowisko kontrolne, które nadaje sygnał i włącza alarmy świetlne i dźwiękowe; a także automatyczne instalacje gaśnicze i oddymiające.

Wykrycie pożarów na wczesnym etapie ułatwia ich ugaszenie, co w dużej mierze zależy od czułości czujników.

Automatyczne systemy gaśnicze

Automatyczne systemy gaśnicze przeznaczone są do gaszenia lub lokalizacji pożaru. Jednocześnie muszą również pełnić funkcje automatycznego alarmu pożarowego.

Automatyczne instalacje gaśnicze muszą spełniać następujące wymagania:

* - czas reakcji musi być krótszy niż maksymalny dopuszczalny czas swobodnego rozwoju pożaru;

* - mieć czas działania w trybie gaszenia niezbędny do likwidacji pożaru;

* - posiadać wymaganą intensywność podawania (stężenia) środków gaśniczych;

* - niezawodność działania.

W pomieszczeniach kategorii A, B, C stosowane są stacjonarne instalacje gaśnicze, które dzielą się na aerozol (halocarbon), ciecz, wodę (tryskacze i zalewy), parę, proszek.

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są instalacje tryskaczowe do gaszenia pożarów rozpyloną wodą. W tym celu pod sufitem montowana jest sieć rozgałęzionych rurociągów, na których umieszczane są zraszacze z szybkością nawadniania jednym zraszaczem od 9 do 12 m2 powierzchni podłogi. W jednej sekcji instalacji wodnej musi być co najmniej 800 tryskaczy. Powierzchnia podłogi chroniona jednym tryskaczem typu CH-2 powinna wynosić nie więcej niż 9 m2 w pomieszczeniach o zwiększonym zagrożeniu pożarowym (jeżeli ilość materiałów palnych jest większa niż 200 kg na 1 m2; w pozostałych przypadkach - nie więcej niż 12 m 2. Wylot w głowicy zraszacza zamykany jest zamkiem topliwym (72°C, 93°C, 141°C, 182°C), po stopieniu rozpryskuje się woda uderzając w deflektor Intensywność nawadniania terenu wynosi 0,1 l/m2

Sieci tryskaczowe muszą być pod ciśnieniem do 10 l/s. Jeśli podczas pożaru otworzy się co najmniej jeden tryskacz, włączy się alarm. Zawory sterownicze i sygnalizacyjne znajdują się w widocznych i dostępnych miejscach, a do jednego zaworu sterowniczego i sygnalizacyjnego podłączonych jest nie więcej niż 800 zraszaczy.

W pomieszczeniach zagrożonych pożarem zaleca się natychmiastowe dostarczanie wody na cały obszar pomieszczenia. W takich przypadkach używane są instalacje akcji grupowej (drencher). Drencher to tryskacze bez zamków topliwych z otwartymi otworami na wodę i inne związki. W normalnych czasach odpływ wody do sieci jest zamykany zaworem działania grupowego. Intensywność dopływu wody wynosi 0,1 l / s m 2, a dla pomieszczeń o zwiększonym zagrożeniu pożarowym (przy ilości materiałów palnych 200 kg na 1 m 2 lub więcej) - 0,3 l / s m 2.

Odległość między zraszaczami nie powinna przekraczać 3 m, a między zraszaczami a ścianami lub przegrodami - 1,5 m. Powierzchnia podłogi chroniona jednym zraszaczem nie powinna przekraczać 9m2. W ciągu pierwszej godziny gaszenia pożaru należy dostarczyć co najmniej 30 l/s

Instalacje pozwalają na automatyczny pomiar kontrolowanych parametrów, rozpoznawanie sygnałów w obecności sytuacji wybuchowej, przetwarzanie i wzmacnianie tych sygnałów oraz wydawanie poleceń włączenia elementów wykonawczych zabezpieczeń.

Istotą procesu zakończenia wybuchu jest zahamowanie reakcji chemicznych poprzez doprowadzenie do strefy spalania kompozycji gaśniczych. Możliwość zatrzymania wybuchu wynika z obecności pewnego przedziału czasowego od momentu powstania warunków wybuchu do jego rozwoju. Okres ten, zwany warunkowo okresem indukcji (f ind), zależy od właściwości fizykochemicznych mieszaniny palnej, a także od objętości i konfiguracji chronionej aparatury.

Dla większości palnych mieszanin węglowodorów odkryto około 20% całkowitego czasu wybuchu.

Aby automatyczny system ochrony przeciwwybuchowej spełniał swoje zadanie, musi być spełniony warunek:< ф инд, то есть, время срабатывания защиты должно опережать время индуктивного периода.

Warunki bezpiecznego użytkowania sprzętu elektrycznego reguluje PUE. Sprzęt elektryczny jest podzielony na przeciwwybuchowe, odpowiednie do obszarów zagrożonych pożarem i normalne działanie. W strefach zagrożonych wybuchem dozwolone jest stosowanie wyłącznie przeciwwybuchowych urządzeń elektrycznych, zróżnicowanych według poziomów i rodzajów ochrony przeciwwybuchowej, kategorii (charakteryzujących się bezpieczną szczeliną, czyli maksymalną średnicą otworu, przez który płomień danego materiału palnego mieszanina nie jest w stanie przejść), grupy (które charakteryzują się T z daną mieszaniną palną).

W pomieszczeniach zagrożonych wybuchem oraz w obszarach instalacji zewnętrznych stosuje się specjalne elektryczne urządzenia oświetleniowe wykonane w wersji przeciwwybuchowej.

włazy dymne

Klapy dymowe mają na celu zapewnienie, że sąsiednie pomieszczenia są wolne od dymu i zmniejszają koncentrację dymu w dolnej strefie pomieszczenia, w którym doszło do pożaru. Otwieranie klap dymowych stwarza korzystniejsze warunki do ewakuacji ludzi z płonącego budynku oraz ułatwia pracę straży pożarnej przy gaszeniu pożaru.

Aby usunąć dym w przypadku pożaru w piwnicy, normy przewidują montaż okien o wymiarach co najmniej 0,9 x 1,2 m na każde 1000 m2 powierzchni piwnicy. Klapa dymowa jest zwykle zamykana zaworem.

Niestety, nie wszyscy w naszym kraju rozumieją zalety, jakie dają analogowe systemy adresowalne, a niektórzy generalnie sprowadzają swoje zalety do „opieki nad palaczami”. Dlatego spójrzmy też tylko na to, co dają nam adresowalne systemy analogowe.

Ważne jest nie tylko wykrywanie na czas, ale także ostrzeganie na czas.

Przypomnę, że istnieją trzy klasy systemów sygnalizacji pożaru: konwencjonalne, adresowalne, adresowalne analogowe.

W systemach bezadresowych i adresowych „decyzja o pożarze” jest podejmowana bezpośrednio przez samą czujkę, a następnie przekazywana do centrali.

Systemy analogowe adresowe są z natury systemami telemetrycznymi. Wartość parametru kontrolowanego przez czujkę (temperatura, zadymienie w pomieszczeniu) przekazywana jest do centrali. Centrala stale monitoruje stan otoczenia we wszystkich obszarach budynku i na podstawie tych danych podejmuje decyzję o wygenerowaniu nie tylko sygnału „Pożar”, ale także sygnału „Ostrzeżenie”. Szczególnie podkreślamy, że „decyzję” podejmuje nie czujka, a centrala. Teoria mówi, że jeśli zbudujesz wykres intensywności pożaru w zależności od czasu, to będzie on wyglądał jak parabola (rys. 1). W początkowej fazie rozwoju pożaru jego intensywność jest niewielka, następnie wzrasta, po czym rozpoczyna się cykl lawinowy. Jeśli do kosza z papierami wrzucisz niewygaszony niedopałek, najpierw będą się one tlić wraz z wypuszczaniem dymu, potem pojawi się płomień, rozprzestrzeni się na meble, po czym rozpocznie się intensywny rozwój ognia, który nie jest już łatwiej sobie z tym poradzić.

Okazuje się, że jeśli pożar zostanie wykryty na wczesnym etapie, łatwo go zlikwidować szklanką wody lub konwencjonalną gaśnicą, a szkody z niego wyrządzone będą minimalne. To jest dokładnie to, na co pozwalają systemy adresowo-analogowe. Jeżeli np. konwencjonalna (lub adresowalna) czujka ciepła zapewnia powstanie sygnału „Pożar” w temperaturze 60°C, to do momentu osiągnięcia tej wartości dyżurny nie widzi na centrali żadnej informacji o co dzieje się w pokoju. A jednak oznacza to już znaczące źródło ognia. Podobna sytuacja występuje w przypadku czujek dymu, gdzie należy osiągnąć wymagany poziom dymu.

Adresowalny nie oznacza adresowalny analogowy

Systemy adresowo-analogowe, stale monitorując stan otoczenia w pomieszczeniu, natychmiast wykrywają początek zmiany temperatury lub zadymienia i wysyłają sygnał ostrzegawczy do dyżurnego. Dlatego analogowe systemy adresowalne zapewniają wczesne wykrywanie pożaru. Oznacza to, że pożar można łatwo ugasić przy minimalnych uszkodzeniach budynku.

Podkreślamy, że „zlewnia” jest lokalizowana nie przez systemy bezadresowe z jednej strony, a adresowe i adresowo-analogowe z drugiej, ale przez systemy adresowo-analogowe i inne.

W rzeczywistych adresowalnych urządzeniach analogowych obowiązuje zasada. możliwość indywidualnego ustawienia nie tylko poziomów generowania sygnałów „Pożar” i „Ostrzeżenie” dla każdego detektora, ale także określenia logiki ich wspólnego działania. Innymi słowy, dostajemy w swoje ręce narzędzie, które pozwala nam optymalnie stworzyć system wczesnego wykrywania pożaru dla każdego obiektu, biorąc pod uwagę jego indywidualne cechy, tj. mamy zasadę. możliwość optymalnego zbudowania systemu ochrony przeciwpożarowej obiektu.

Po drodze rozwiązywanych jest również szereg ważnych zadań, na przykład monitorowanie wydajności detektorów. Zatem w analogowym systemie adresowalnym w zasadzie nie może być uszkodzonej czujki, która nie jest wykrywana przez centralę, ponieważ czujka musi cały czas przesyłać określony sygnał. Jeśli dodamy do tego zaawansowaną autodiagnostykę samych czujek, automatyczną kompensację zapylenia oraz wykrywanie zapylonych czujek dymu, staje się oczywiste, że czynniki te tylko zwiększają skuteczność adresowalnych systemów analogowych.

Kluczowe cechy

Ważnym elementem adresowalnych urządzeń analogowych jest budowa pętli alarmowych. protokół pętli jest know-how firmy i jest tajemnicą handlową. Jednak to on w dużej mierze decyduje o charakterystyce systemu. Przeanalizujmy najbardziej charakterystyczne cechy systemów adresowo-analogowych.

Liczba detektorów w pętli

Zwykle waha się od 99 do 128 i jest ograniczony możliwościami zasilania czujek. We wczesnych modelach adresowanie detektorów odbywało się za pomocą przełączników mechanicznych, w późniejszych modelach nie ma przełączników, a adres jest przechowywany w nieulotnej pamięci czujnika.

Pętla alarmowa

W zasadzie większość analogowych urządzeń adresowalnych może działać z odgałęzieniem. ale istnieje możliwość „utraty” dużej liczby detektorów przez zerwaną pętlę. Dlatego pętla pierścieniowa jest sposobem na zwiększenie przeżywalności systemu. Gdy się zepsuje, urządzenie generuje odpowiednie powiadomienie, ale zapewnia działanie z każdym półpierścieniem, utrzymując w ten sposób sprawność wszystkich czujek.

Urządzenia lokalizujące zwarcie

Jest to również sposób na zwiększenie „przeżywalności” systemu. Zazwyczaj urządzenia te są instalowane przez 20-30 detektorów. W przypadku zwarcia w pętli prąd w niej wzrasta, co jest wykrywane przez dwa urządzenia lokalizacyjne, a uszkodzona sekcja jest wyłączana. tylko segment pętli z dwoma urządzeniami do lokalizacji zwarcia ulega awarii, a reszta pozostaje sprawna dzięki pierścieniowej organizacji połączenia.

W nowoczesnych systemach każda czujka lub moduł wyposażony jest we wbudowane urządzenie do lokalizacji zwarcia. Jednocześnie, ze względu na znaczną obniżkę cen komponentów elektronicznych, koszt czujników w rzeczywistości nie wzrósł. Takie systemy praktycznie nie cierpią na zwarcia pętli.

Standardowy zestaw detektorów

Obejmuje optoelektroniczne dymne, termiczne maksymalnej temperatury, termiczne maksimum-różnicowe, kombinowane (dym plus termiczny) i ręczne ostrzegacze pożarowe. Czujki te zwykle wystarczają do ochrony głównych typów pomieszczeń w budynku. Niektórzy producenci oferują dodatkowo dość egzotyczne typy czujników, np. analogową adresowalną czujkę liniową, optyczną czujkę dymu do pomieszczeń o wysokim poziomie zanieczyszczenia, optyczną czujkę dymu do pomieszczeń wybuchowych itp. Wszystko to rozszerza zakres analogowej adresowalności systemy.

Moduły sterowania podpętlą bez adresu

Pozwalają na zastosowanie konwencjonalnych detektorów. Zmniejsza to koszt systemu, ale oczywiście tracone są właściwości nieodłącznie związane z adresowalnym sprzętem analogowym. W niektórych przypadkach takie moduły mogą być z powodzeniem wykorzystywane do łączenia konwencjonalnych liniowych czujek dymu lub tworzenia pętli przeciwwybuchowych.

Moduły dowodzenia i kontroli

Podłączone są bezpośrednio do pętli alarmowych. Zazwyczaj ilość modułów odpowiada ilości czujek w pętli, a ich pole adresowe jest dodatkowe i nie pokrywa się z adresami czujek. W niektórych systemach pole adresowe czujek i modułów jest wspólne.

Łączna liczba podłączonych modułów może wynosić kilkaset. To właśnie ta właściwość pozwala, w oparciu o adresowalny analogowy system sygnalizacji pożaru SPS, zintegrować automatyczne systemy przeciwpożarowe budynku (rys. 2).

Podczas integracji sterowane są urządzenia wykonawcze i monitorowane jest ich działanie. Liczba punktów kontroli i zarządzania to zaledwie kilkaset.

Logika rozgałęziona do generowania sygnałów sterujących

To nieodzowny atrybut analogowych central adresowalnych. To właśnie potężne funkcje logiczne zapewniają budowę jednolitego systemu automatycznej ochrony przeciwpożarowej budynku. Wśród tych funkcji jest logika generowania sygnału „Pożar” (np. przez dwie wyzwolone czujki w grupie) oraz logika włączania modułu sterującego (np. z każdym sygnałem „Pożar” w systemie lub z sygnał „Pożar” w tej grupie) oraz zasada . możliwość ustawienia parametrów czasowych (np. gdy sygnał „Pożar” załącza moduł sterujący M po czasie T1 na czas T2). Wszystko to pozwala skutecznie budować nawet potężne gazowe systemy gaśnicze w oparciu o standardowe elementy.

I nie tylko wczesne wykrywanie

Sama zasada budowy adresowalnych systemów analogowych pozwala, poza wczesnym wykryciem pożaru, uzyskać szereg unikalnych cech, np. zwiększenie odporności systemu na zakłócenia. Wyjaśnijmy to na przykładzie.

Na ryc. 3 przedstawia kilka kolejnych cykli odpytywania (n) przez termicznie adresowalny detektor analogowy. Dla ułatwienia, wzdłuż osi rzędnych odroczymy nie czas trwania sygnału z detektora, ale od razu odpowiadającą mu wartość temperatury. Niech fałszywy sygnał z detektora lub zniekształcenie czasu trwania odpowiedzi detektora pod wpływem zakłóceń elektromagnetycznych przechodzi przez cykl odpytywania 4, tak aby wartość odbierana przez urządzenie odpowiadała temperaturze 80 °C. zgodnie z odebranym fałszywym sygnałem urządzenie powinno generować sygnał „Pożar”, tj. sprzęt ulegnie awarii.

W adresowalnych systemach analogowych można tego uniknąć, wprowadzając algorytm uśredniający. Na przykład wprowadzamy uśrednianie z trzech kolejnych odczytów. wartość parametru do „podjęcia decyzji” o pożarze będzie sumą wartości dla trzech cykli podzieloną przez 3:

• dla cykli 1, 2, 3 Т=60:3=20 °С – poniżej progu;
• dla cykli 2, 3, 4 Т=120:3=40 °С – poniżej progu;
• dla cykli 3, 4, 5 Т=120:3=40 °С – poniżej progu.

Oznacza to, że gdy nadeszło fałszywe zliczenie, sygnał „Pożar” nie został wygenerowany. Jednocześnie chciałbym zwrócić szczególną uwagę na fakt, że skoro „decyzję” podejmuje centrala, nie są potrzebne żadne resety i ponowne zapytania czujek.

Należy zauważyć, że jeśli sygnał przychodzący nie jest fałszywy, to w cyklach 4 i 5 wartość parametru odpowiada 80 °C, to z tym uśrednieniem zostanie wygenerowany sygnał, ponieważ T=180:3=60 °C, co oznacza, że ​​odpowiada do progu generowania sygnału „Pożar”.

Jaki jest wynik?

Widzieliśmy więc, że ze względu na swoje unikalne właściwości, systemy analogowo-adresowe są skutecznym środkiem zapewniającym bezpieczeństwo przeciwpożarowe obiektów. Liczba detektorów w takich systemach może sięgać kilkudziesięciu tysięcy, co wystarcza na najbardziej ambitne projekty.

Rynek systemów adresowo-analogowych za granicą od kilku lat wykazuje stałą tendencję wzrostową. Udział analogowych systemów adresowalnych w całkowitym wolumenie produkcji zdecydowanie przekroczył 60%.Masowa produkcja analogowych czujek adresowalnych doprowadziła do obniżenia ich kosztów, co było dodatkowym bodźcem do poszerzania rynku.

Niestety według różnych szacunków udział adresowalnych systemów analogowych w naszym kraju wynosi od 5 do 10%. Brak systemu ubezpieczeniowego i obowiązujące przepisy nie sprzyjają wprowadzaniu sprzętu wysokiej jakości i często używany jest sprzęt najtańszy. Niemniej jednak pewne zmiany zostały już zarysowane i wydaje się, że jesteśmy u progu fundamentalnej zmiany na rynku. Tylko w ostatnich latach koszt analogowych optycznych detektorów dymu adresowalnych w Rosji spadł około 2 razy, co czyni je bardziej przystępnymi cenowo. Bez systemów adresowo-analogowych nie do pomyślenia jest zapewnienie bezpieczeństwa wieżowców, kompleksów wielofunkcyjnych i szeregu innych kategorii obiektów.