Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные пожарные извещатели. Учебное пособие.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический университет»
А. Н. ПАХОМОВ, Н. Ц. ГАТАПОВА, Ю. В. ПАХОМОВА
ОСНОВНЫЕ ПОЖАРНЫЕ
ИЗВЕЩАТЕЛИ
Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия
для студентов 3 курса направления 20.03.01 «Техносферная безопасность»
профили «Безопасность технологических процессов и производств» и
«Защита в чрезвычайных ситуациях» дневной и заочной форм обучения
Учебное электронное издание
Тамбов
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»
2020
1
УДК 331.4(076)
П12
ISBN 978-5-8265-2260-8
Изложен материал, касающийся возникновения и развития пожара и
способов приборного детектирования его признаков. Дано описание фаз и
зон развития пожара, понятие пожарной нагрузки. Приведена принятая
классификация пожаров. Основное внимание уделено принципам обнаружения возгорания. Приведено описание конструкций, основных характеристик, способов применения, методов монтажа, контроля и технического
обслуживания основных тепловых, дымовых, ручных пожарных извещателей и извещателей пламени.
Предназначено для студентов 3 курса направления 20.03.01 «Техносферная безопасность» профили «Безопасность технологических процессов
и производств» и «Защита в чрезвычайных ситуациях» дневной и заочной
форм обучения.
ISBN 978-5-8265-2260-8
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2020
ББК П12я73
П12
Р е ц е н з е н т ы :
Руководитель службы охраны труда ФГБОУ ВО «ТГТУ»
Н. Н. Осипов
Начальник отдела территориального взаимодействия и применения сил
РСЧС ГУ МЧС России по Тамбовской области
О. Н. Честных
Пахомов, А.Н.
Основные пожарные извещатели [Электронный ресурс] : учебное
пособие / А. Н. Пахомов, Н. Ц. Гатапова, Ю. В. Пахомова. – Тамбов :
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2020. – 1 электрон. опт.
диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не ниже класса
Pentium II ; CD-ROM-дисковод ; 31,7 Mb ; RAM ; Windows 95/98/
XP ; мышь. – Загл. с экрана.
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
2
УДК 331.4(076)
ББК П12я73
3
ВВЕДЕНИЕ
Система пожарной сигнализации и пожаротушения – это разрабо-
танный и реализованный комплекс инженерного оборудования, измерительных средств, приемно-контрольной и управляющей аппаратуры, исполнительных устройств и механизмов, предназначенный для обнаружения очага (очагов) возгорания, подачи сигнала о наличии возгорания в
пожарную охрану, ликвидация/локализация пожара или ограничения его
распространения внутри защищаемого помещения [1].
Автоматические и автоматизированные системы пожарной сигнали-
зации и пожаротушения применяются для защиты помещений и здания с
большой пожарной нагрузкой, пожароопасными технологическими процессами, наличием взрывопожарной опасности.
Система пожарной сигнализации предназначена для обнаружения
очага возгорания, информирования об этом дежурного персонала пожарного поста или диспетчерской защищаемого объекта, оповещения людей
и управления их движением по эвакуационным путям, выходам, подачи
сигнала в пожарную часть.
Система пожаротушения предназначена для удаления дыма и ликвидации пожара в автоматическом/автоматизированном режиме, при использовании инженерных систем жизнеобеспечения зданий и технологического оборудования.
Как правило, системы пожарной сигнализации и системы пожаротушения на защищаемом объекте объединяются в одно целое.
Элементы систем пожарной сигнализации и пожаротушения классифицируются в соответствии с ФЗ-123 на извещатели пожарные, приборы
приемно-контрольные пожарные, приборы управления пожарные, технические средства оповещения и управления эвакуацией пожарные, системы
передачи извещений о пожаре и прочие приборы и оборудование для построения систем пожарной автоматики [2 – 4].
Пожарные извещатели предназначены для обнаружения очага возгорания и формирования определенного сигнала, выдаваемого в систему, и
обрабатываемого приемно-контрольными приборами. На сегодняшний
4
день в системах пожарной сигнализации используются извещатели, реагирующие на изменение температуры – тепловые; на появление в контролируемой зоне продуктов сгорания – дымовые и газовые извещатели;
на появление пламени – извещатели пламени, а также ручные извещатели.
Пожарные приборы приемно-контрольные предназначены для обра-
ботки сигналов от пожарных извещателей о возникновении пожара.
Приборы управления пожарные предназначены для запуска в работу
установок пожаротушения, включения элементов систем защиты от дыма,
активации системы оповещения и управления эвакуацией людей.
Технические средства оповещения и управления эвакуацией пожар-
ные предназначены для подачи звуковых и визуальных сигналов о пожаре. К ним относятся световые табло, звуковые пожарные извещатели.
Системы передачи извещений о пожаре – это комплексы звуковых
приборов в системе оповещения и управления эвакуацией людей.
Прочие приборы и оборудование для построения систем пожарной
автоматики – генераторы огнетушащего аэрозоля, порошковые модули,
генераторы для формирования, подачи пены, блоки бесперебойного электропитания для приемно-контрольной аппаратуры, приборов управления
и многое другое.
5
1. ПОЖАР: ВОЗНИКНОВЕНИЕ, РАЗВИТИЕ, ОБНАРУЖЕНИЕ
1.1. Общие характеристики пожара
Как следует из классического определения, принятого в теории горения, пожар – это процесс неконтролируемого горения, следствием которого является определенный материальный ущерб и возможные человеческие жертвы. С точки зрения физического определения пожар является
частным случаем горения и представляет собой некоторый комплекс нестационарных физико-химических процессы горения, связанных с тепломассообменом между горючим и окислителем.
Как показывает практика, возникновение пожара возможно практически на любом объекте. Известны случаи возникновения пожара под водой и под землей (нефте-газопроводы, буровые установки, шахты), на
воде (корабли, танкеры), на земле (все известные объекты: здания, сооружения, автомобили и т.п.), в воздухе (самолеты, воздушные шары), в космосе (спутники, космические станции). Поэтому элементы пожароопасного объекта (например, элементы конструкции здания) необходимо рассматривать как пожарную нагрузку, т.е. рассматривать объект, как некоторый неоднородный материал, способный к горению [7].
Горение – основной физико-химический процесс на пожаре. При горении происходит ряд физико-химический явлений превращения топлива
(горючих веществ и материалов) в продукты сгорания. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, дыма, теплового и оптического излучения [8].
Горение на пожаре, в отличие от контролируемого процесса горения
(топочные устройства, лабораторные установки, двигатели), характеризуется самопроизвольным распространением огня по площади объекта, неполным сгоранием топлива (пожарной нагрузки), интенсивным выделением дыма (твердых продуктов сгорания в газовой фазе), наличием в газовой фазе продуктов полного и неполного сгорания, характеризующихся
высокой токсичностью.
Как следует из определения пожара с точки зрения пожарной охраны, процесс горения на пожаре может возникнуть вследствие злого умысла,
поэтому даже самые сложные и современные предупредительные меры не
могут полностью исключить вероятность возникновения пожара [9].
Для уменьшения степени опасности пожара и величины материального ущерба от него, необходимо применять весь накопленный арсенал
конструктивных, предварительных и профилактических средств и методов по его предотвращению, локализации и ограничению интенсивности
развития, а в случае его возникновения – принимать активные меры по
его локализации и ликвидации [8 – 10].
6
Рис. 1. Классическое представление о развитии пожара в помещении
На рисунке 1 показаны основные этапы развития пожара в закрытом
помещении. Над очагом возникновения пожара формируется зона повышенной температуры и появляется направленное движение воздуха и
продуктов горения вверх к потолку (I). Достигнув потолка теплый воздух
и продукты горения (так называемая газодымовоздушная смесь) начинает
распределяться в потолочном пространстве по направлению к стенам II и
остывая или достигнув стены спускаться вниз III. При этом газодымово
здушная смесь стремится заполнить все пространство помещения.
Количество образующегося в процессе горения дыма зависит от ха-
рактеристик пожарной нагрузки и условий горения и прямо пропорционально массе сгорающего топлива и его дымообразующей способности.
Оптически видимый дым имеет размеры частиц твердой фазы более
0,4 мкм. Интенсивность процесса горения определяется скоростью подачи
окислителя (воздуха) в зону горения. Для развитого процесса горения характерны большие скорости формирующихся потоков дыма, сопровождающихся проявлениями турбулизации потоков, визуально отмечающихся в виде определенных вихрей.
Основные параметры пожара:
– площадь,
– продолжительность,
– температура,
– скорость распространения.
Продолжительность пожара τп – это время с момента возникновения
горения до его полного прекращения.
Площадь пожара Sп – это площадь проекции зоны горения на гори-
зонтальную или вертикальную плоскость [10].
Как правило, для определения площади пожара пользуются проекцией зоны горения на горизонтальную плоскость (исключение составляют
пожары на газовых и нефтяных скважинах, пожары, возникшие в высоко-
7
стеллажных складских помещениях или пожары вертикальных конструкций, имеющих незначительную толщину). В случае пожара в многоэтажном здании общая площадь пожара находится как сумма площадей пожара по всем этажам [10].
Площадь пожара является одним из основных параметров пожара,
влияющим на выбор способа и тактики тушения, определяющими в свою
очередь расчет количества сил и средств, необходимых для локализации и
ликвидации пожара.
Температура пожара Tп – это среднеобъемная температура газодымовоздушной смеси в помещении. Температура открытого пожара –
это температура пламени по фронту горения [10].
Температурный режим пожара – это изменение температура пожара
во времени. Как отмечалось выше, температура пожара зависит от теплотворной способности горючих материалов, скорости их выгорания и
условий окружающей среды. Максимальная температура пожара на открытой местности для газов составляет около 1200…1350 °С, для горючих
жидкостей около 1100…1300 °С, для твердых горючих материалов около
1100…1250 °С [10].
При пожаре внутри помещения на температуру пожара также влияет
величина пожарной нагрузки, размеры помещения, неоднородность расположения пожарной нагрузки, формирующаяся площадь горения и интенсивность газообмена.
Максимальная температура пожара, наблюдаемая в зоне горения,
в большинстве случаев гораздо выше среднеобъемной. Уменьшению температуры пожара способствует удаление от зоны горения, разбавления
продуктов сгорания притекающим холодным воздухом, потери теплоты
в окружающую среду.
Линейная скорость распространения горения Vл – это скорость распространения фронта видимого пламени по поверхности горючего материала в единицу времени. Площадь пожара пропорциональна линейной
скорость распространения горения. Линейная скорость распространения
горения зависит от свойств горючего, способности горючего к к воспламенению от заданного источника горения, начальной температуры горючего и окружающей среды, интенсивности газообмена, равномерности
распределения пожарной нагрузки.
Величина линейной скорости непостоянна во времени, поэтому
в практических расчетах пользуются приближенными средними значениям линейной скорости распространения горения.
Наибольшее значение линейной скорости распространения горения
у горючих газов. У горючих жидкостей линейная скорость распространения горения в основном является функцией начальной температуры жидкости. У твердых горючих материалов наблюдается наименьшая линейная
скоростью распространения горения. Также для твердых горючих матери-
8
алов отмечена зависимость линейной скорости распространения горения
от пространственного положения материала, так для вертикальной плоскости скорость распространения пламени снизу вверх может быть до
10 раз выше, чем сверху вниз.
1.2. Пожарная нагрузка
Пожарная нагрузка – это масса всех материалов, способных к горению (горючих и трудногорючих материалов), приходящихся на 1 м2 площади помещения для закрытых объектов, или площади, занимаемой этими материалами на открытой площадке для открытых объектов. Пожарная
нагрузка является основным параметром, определяющим характер развития пожара [10].
Для расчета пожарной нагрузки защищаемого объекта (здания, сооружения, помещения) необходимо учитывать все материалы, используемые в технологическом процессе на данном объекте, используемое сырье,
складируемую готовую продукцию, производственное оборудование,
находящееся на объекте, мебель, оргтехнику и расходные материалы
в помещениях, а также стены, потолок, пол, окна, двери, перегородки,
различные перекрытия здания, в случае если они изготовлены из горючих
или трудногорючих материалов.
В помещениях пожарную нагрузку разделяют на постоянную (горючие и трудногорючие материалы строительных конструкций, технологическое оборудование и т.п.) и временную (сырье, готовая продукция, мебель и т.п.). При этом общая пожарная нагрузка защищаемого объекта
рассчитывается как сумма постоянной и временной нагрузок [10].
В многоэтажных зданиях пожарная нагрузка определяется для каждого этажа отдельно. При этом горючие и трудногорючие материалы и
элементы чердачных перекрытий и чердачных покрытий необходимо учитывать в пожарной нагрузке чердака.
Принимаемая усредненная величина пожарной нагрузки для некоторых объектов приведена в табл. 1.
Важной характеристикой пожарной нагрузки является ее структура,
характеризующаяся пространственным расположением горючих или
трудногорючих веществ в объеме помещения. Выделяют сосредоточенную пожарную нагрузки и рассредоточенную пожарную нагрузку, в зависимости от высоты слоя и однородности распределения горючих материалов. Для учета свободной поверхности пожарной нагрузки используют
коэффициент поверхности горения Кп, представляющий собой отношение
площади поверхности горения F
п. г
к площади пожара Sп.
По физическому смыслу коэффициент поверхности горения определяет фактическую величину площади горения, а также характеризует массовую скорость выгорания и интенсивность тепловыделения на пожаре [8].
9
1. Средняя величина пожарной нагрузки
некоторых промышленных и жилых объектов
Вид объекта
Средняя пожарная нагрузка, кг/м2
Жилой фонд
25…50
Квартиры однокомнатные
25
Квартиры двухкомнатные
33
Квартиры трехкомнатные
45
Административные здания
50…75
Промышленные сооружения
75…500
Помещения, в которых расположены
технологические линии
2000…3000
Одноэтажные склады
1000…1500
Высокостеллажные склады
До 4000
При горении жидкостей в резервуарах Кп = 1. При горении твердых материалов Кп > 1. По этой причине для одного и того же вида твердого горючего материала, например, древесины, почти все параметры пожара будут
различными в зависимости от Кп (горение бревен, досок, стружки) [9].
Для большинства видов пожарной нагрузки величина Кп 2…3
(в редких случаях Кп = 4…5) [9, 10].
Приведем характерный пример: одинаковые картонные коробки
с обувью или рулоны (тюки) ткани, уложенные горизонтально на полу
склада подвального типа и на стеллажах складов высотой 8…16 м и дают
принципиально различную картину динамики пожара. Во втором случае
пожар будет развиваться и распространяться в 5 – 10 раз быстрее, чем
в первом [10].
Интенсивность газообмена на пожаре – это количество поступающего за счет различных процессов к единице площади пожара в единицу
времени воздуха (обычно пересчитываемое в массу, приведенную к температуре воздуха). Исходя из того, что горение бывает полным и неполным, разделяют требуемую и фактическую интенсивность газообмена.
Требуемая интенсивность газообмена численно характеризует то количество воздуха, которое должно поступать в единицу времени к единице площади пожара для обеспечения полного сгорания материала.
Фактическая интенсивность газообмена при пожаре характеризует
объем поступающего в условиях пожара воздуха к зоне горения.
Величина отношения фактической и требуемой интенсивности газообмена позволяет судить о полноте сгорания материалов пожарной
10
нагрузки. Также по величине отношения фактической и требуемой интенсивности газообмена можно оценить плотность задымления и токсичность продуктов горения.
Уменьшение массы сгораемой пожарной нагрузки в единицу времени характеризует скорость выгорания пожарной нагрузки. В общем случае скорость выгорания пожарной нагрузки есть функция, учитывающая
теплофизические свойства материалов пожарной нагрузки, температуру
материалов и окружающего воздуха, условий газообмена при развитии
отдельных фаз пожара.
Массовая скорость выгорания твердых веществ зависит от пространственного положения изделия по отношению к зоне горения, а также теплофизических свойств и размеров материала.
Массовая скорость выгорания горючих жидкостей зависит от температуры кипения жидкости и ее летучести, влияющей на интенсивность
испарения при заданной температуре пожара.
Плотность (интенсивность) задымления – это величина, которая показывает степень ухудшения видимости относительно чистой атмосферы.
Также плотность (интенсивность) задымления определяет степень токсичности атмосферы в зоне задымления. Ухудшение видимости при задымлении определяется визуально по толщине слоя дыма, через который
не виден свет эталонной лампы. Исторически за эталонную лампу принята лампа накаливания мощностью 21 Вт, как источник света эквивалентный мощности горящей стандартной парафиновой (восковой) свечи. Также плотность (интенсивность) задымления можно измерить специальными приборами – пылемерами, определяющими количество твердых частиц, содержащихся в единице объема газа.
Задымление наблюдается практически при всех пожарах. Формирующийся в процессе горения пожарной нагрузки дым уменьшает видимость. Уменьшение видимости приводит к осложнению или полной невозможности эвакуации людей, находящихся в помещении, что может
привести к фатальным последствиям.
Характерные параметры дыма формирующегося при пожаре, определенные экспериментально, приведены в табл. 2.
2. Характерные параметры дыма формирующегося при пожаре
Тип дыма
Плотность
дыма, г/м
3
Видимость предметов
освещаемых лампой в 21 свечу, м
Плотный
Более 1,5
До 3
Средней плотности
От 0,6 до 1,5
От 3 до 6
Слабой плотности
От 0,1 до 0,6
От 6 до 12