Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные пожарные извещатели. Учебное пособие.pdf
11
1.3. Фазы и зоны развития пожара
В процессе развития пожара выделяют 4 фазы развития.
I фаза пожара – формирование очага возгорания.
В результате взаимодействия горючего и источника зажигания, при
доступе в очаг окислителя (как правило кислорода воздуха) начинает
формироваться очаг возгорания, характеризуемый быстрым ростом температуры от температуры окружающей среды до температуры горения
материала пожарной нагрузки (300 °С и более). За счет возникающей конвекции растет интенсивность газообмена. В объеме закрытого помещения
начинает снижаться концентрация кислорода и повышаться концентрация
продуктов горения, в частности моно- и диоксида углерода. Выделяющаяся теплота передается пожарной нагрузке за счет конвекции и теплового
излучения, что приводит к нагреву материалов помещения до температуры возгорания. Продолжительность фазы формирования очага возгорания
зависит от свойств пожарной нагрузки, в частности от величины скорости
выгорания. Окончание первой фазы пожара характеризуется резким возрастанием температуры в зоне горения и распространением площади горения на материалы и конструкции пожарной нагрузки помещения.
II фаза пожара – распространение пожара по пожарной нагрузке.
Физически процесс горения во II фазе пожара аналогичен I фазе, но при
этом резко возрастает интенсивность протекающих процессов. Ускоряется тепломассообмен, растет интенсивность газообмена, как следствие
увеличивается площадь пожара и растет его температура. Как показывает
практика, продолжительность II фазы пожара в закрытых помещениях
при пожарной нагрузке до 100 кг/м2 составляет не более 5…7 мин.
III фаза пожара – развитие объемного горения. Эта стадия характеризуется ростом температуры пожара, которая начинает приближаться
к температуре возгорания пожарной нагрузки. Площадь пожара увеличивается практически до площади помещения. Развитие горения происходит
не только по поверхности пожарной нагрузки, но и через свободные зоны,
за счет интенсивного теплового излучения, приводящего к быстрому
нагреву материала и его воспламенению. В этой стадии возможно разрушение окон, что приводит к повышению интенсивности газообмена, росту
температуры, увеличению площади пожара до всей площади помещения и
возможному переходу пожара за его пределы. В случае притока свежего
воздуха наступает IV фаза пожара, характеризуемая тем, что в начальный
момент этой фазы температура пожаре несколько снижается, а затем все
параметры пожара (площадь, температура, выделяемая теплота, скорость
выгорания и распространения пожара) резко возрастают и достигают своих макисмальных значений для заданных условий.
V фаза пожара – стабильное максимально интенсивное выгорание
пожарной нагрузки.
12
VI фаза пожара – замедление пожара. Характеризуется постепенным
снижением интенсивности горения, замедлением и даже прекращением
роста площади пожара, понижением температуры пожара, уменьшением
интенсивности газообмена. К наступлению этой фазы основная часть пожарной нагрузки выгорает.
VII стадия пожара – заключительная. Наблюдается тление остатков
пожарной нагрузки и прекращение пожара. В этой фазе пожарная нагрузка практически полностью уничтожена.
В процессе развития пожара можно выделить три условные зоны:
зона горения, зона теплового воздействия и зона задымления [10].
Зона горения представляет собой определенную часть пространства
помещения, в которой происходит приведение материалов пожарной
нагрузки к состоянию, способствующему горению, и собственно горение
пожарной нагрузки. Зона горения – это объем, в котором происходит процесс пламенного горения, ограниченный поверхностью сгорающих материалов пожарной нагрузки.
При наличии беспламенного горения или тления пожарной нагрузки
зона горения определяется поверхностью горения материала, т.е. совпадает с ней. Зачастую, при пожаре в закрытом объеме (помещении, аппарате,
резервуаре) зона горения ограничивается стенами данного помещения или
резервуара. Процесс тепловыделения происходит по фронту зоны горения. Фронт зоны горения характеризуется максимальным значением температуры [9].
Зоной теплового воздействия является та часть объема помещения,
которая непосредственно примыкает к зоне горения и испытывает тепловое воздействие от фронта зоны горения, что приводит к нагреву материалов пожарной нагрузки до высоких температур. В случае отсутствия действий по тушению пожара (охлаждению зоны теплового воздействия) такой нагрев приводит к созданию условий для воспламенения пожарной
нагрузки и увеличения зоны горения и площади пожара [10].
Зоной задымления является та часть объема помещения, которая
непосредственно примыкает к зоне горения и заполняется продуктами
горения, в частности дымовыми газами. Как правило, зона задымления
характеризуется высокой токсичностью газовой фазы. Работу в зоне задымления можно проводить только с использованием специальных
средств газо- дымозащиты [8].
Зона задымления, непосредственно примыкающая к фронту зоны горения, зачастую включает в себя и часть зоны теплового воздействия, что
значительно осложняет работы по локализации зоны горения. Как правило, зона задымления является самой большой по площади и объему зоной
пожара.
Сочетание сильной задымленности и токсичности представляет
наибольшую угрозу тем, кто находится в здании, охваченном пожаром.
13
Статистические данные позволяют сделать вывод о том, что более 50%
всех смертельных исходов при пожарах можно отнести за счет того, что
люди находились в среде, заполненной дымом и токсичными газами [10].
1.4. Классификация пожаров
Классифицировать пожары необходимо для выработки способов и
средств предупреждения возникновению пожара или локализации и тушению пожара. В основу классификации пожаров как правило ложится
объединение близких по виду, физическому смыслу, процессу развития
явлений, наблюдаемых при пожаре.
Приведем основные блоки классификации пожаров по их параметрам:
(I) Классификация по условиям тепломассообмена – пожары разделяются на:
а) пожар открытом пространстве;
б) пожар в ограждениях.
(II) Классификация по массовости – пожары разделяются на:
а) отдельные пожары;
б) сплошные пожары.
(III) Пожары на открытом пространстве отдельно классифицируются на:
а1) распространяющийся пожар;
б1) нераспространяющийся пожар;
в1) массовый пожар.
Распространяющийся пожар – это пожар, в процессе развития которого увеличиваются характерные размеры пожара, например, площадь
пожара, ширина фронта пожара и т.д. Пример распространяющегося пожара – пожар лесного массива.
Нераспространяющийся пожар – это пожар, в процессе развития которого характерные размеры остаются постоянными, таким образом нераспространяющийся пожар – это частный случай распространяющегося
пожара. Пример не распространяющегося пожара – пожар в отдельном
резервуаре с нефтепродуктом.
Нераспространяющийся пожар может перейти в распространяющийся при определенных условиях. Например, пожар в отдельном резервуаре
с нефтепродуктом (на распространяющийся) в результате выброса горящего нефтепродукта, деформации или разрушения стенок или крыши резервуара приводит к пожару в соседних резервуарах или окружающих
зданиях или местности, т.е. переходит к распространяющемуся пожару.
Отдельный пожар – это пожар, возникающий и развивающийся на
отдельном объекте.
Сплошной пожар – это одновременный пожар некоторого числа объектов на данном участке. При этом сплошной пожар может быть распространяющимся и не распространяющимся.
14
Массовый пожар – это возникновение и развитие сплошных и от-
дельных пожаров в зданиях или на открытой местности вследствие различных причин: поджог, неблагоприятные погодные условия, аварии технологического оборудования. Примеры массового пожара – это горение
на больших площадях складов пиломатериалов и цехов по их переработке; пожары в населенных пунктах связанные с выгоранием большого количества зданий.
Огневой шторм – это специфический нераспространяющейся сплошной пожар, характеризуемый наличием мощного восходящего от зоны
горения потока нагретых до высокой температуры продуктов сгорания,
притоком свежего воздуха по периметру зоны горения в турбулентном
режиме. Как правило, огневой шторм сопровождается громким гудящим
звуком до 100 dB [10].
Пожары в ограждениях бывают двух видов: открытые и закрытые.
Каждый вид подразделяется на группы в зависимости от помещений и
горючих материалов.
Открытый пожар в ограждениях – это пожар в помещении при наличии доступа в помещение свежего воздуха, т.е. при наличии полностью
или частично открытых оконных и/или дверных проемов. Открытые пожары подразделяют на две группы:
а) пожары в помещениях высотой до 6 м, в которых оконные проемы расположены на одном уровне
б) пожары в помещениях высотой более 6 м, в которых проемы
в ограждениях располагаются на разных уровнях [10].
Закрытый пожар в ограждениях – это пожар, протекающий при полностью закрытых оконных и дверных проемах, при доступе воздуха к
зоне горения вследствие движения воздуха через неплотности (щели) в
ограждениях, дверных проемах, окнах, системах вентиляции.
Экспериментально установлено, что при закрытых пожарах (в помещениях) скорость выгорания наиболее распространенных горючих материалов не зависит от их физикохимических свойств, распределения в объеме помещения и полностью лимитируется расходом воздуха, поступающего через щели и неплотности [9, 10].
Наиболее общей является классификация пожаров по виду горючих
веществ и материалов:
А – пожары твердых горючих веществ и материалов;
В – пожары горючих жидкостей и плавящихся твердых веществ и
материалов;
С – пожары газов;
D – пожары металлов;
E – пожары горючих веществ и материалов электроустановок, нахо-
дящихся под напряжением;
F – пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и веществ [1, 5].
15
1.5. Принципы обнаружения возгорания
Как было отмечено выше, при возникновении пожара наблюдается
определенное изменение характеристик окружающей среды, связанное с
развитием процесса горения. В частности, основными признаками возникающего процесса горения являются: повышение температуру окружающей среды, вследствие выделения тепла при горении пожарной нагрузки,
появление дыма, изменение химического состава воздуха, вследствие выделения продуктов горения, визуально отмечаемое пламя [11].
Для обнаружения признаков пожара разрабатываются специальные
устройства – пожарные извещатели. В соответствии с ГОСТ 12.2.047 автоматический пожарный извещатель – это устройство для формирования
сигнала о пожаре, которое реагирует на факторы, сопутствующие пожару.
Как правило, пожарный извещатель реагирует на один, реже два при-
знака пожара. Соответственно, в зависимости от определяемого признака
пожара извещатели делятся на:
– тепловые;
– дымовые;
– газовые;
– пламени;
– комбинированные;
– ручные.
Принцип действия извещателя следующий – в зависимости от физи-
ческой природы проявляемого признака пожара, датчик извещателя преобразует неэлектрические контролируемые параметры пожара в определенные аналоговые или цифровые электрические сигналы, которые обрабатываются специальными контролирующими устройствами [11].
Соответственно, каждый пожарный извещатель имеет определенную
зону контроля, т.е. некоторую площадь или объемов защищаемого объекта,
появление в которой контролируемого признака пожара будет обнаружено.
Рассмотрим основные принципы детектирования признаков пожара [12].
Тепло. В данном случае извещатель определяет температуру воздуш-
ной среды в районе установки чувствительного элемента. При достижении определенного значения температуры или скорости ее роста извещатель выдает определенный сигнал в систему управления [11, 12].
Дым. При оценке этого признака анализируется наличие твердых ча-
стиц в газовой фазе в камере дымового датчика. Как правило, появление
твердых частиц оценивается по изменению оптической плотности газовой
среды в оптической камере извещателя. В оптической камере пожарного
извещателя под определенным углом устанавливаются источник света и
фотоприемник. При отсутствии признаков пожара световое излучение от
источника не попадает на фотоприемник. При наличии в оптической камере дыма, его частицы рассеивают световое излучение и часть света от
16
источника попадает на фотоприемник. При этом извещатель выдает определенный сигнал в систему управления [11, 12].
Открытое пламя. Извещатели пламени анализирует спектр оптиче-
ского излучения защищаемой зоны. Если спектр излучения совпадает с характерным спектром для пламени, проявляющемся при горении заданных
материалов (имеющих индивидуальную спектральную характеристику) то
извещатель выдает определенный сигнал в систему управления [11, 12].
Отдельно необходимо отметить ручные извещатели, которые приво-
дятся в действие человеком при обнаружении факторов пожара непосредственно через органы чувств [11, 12].
Исходя из особенностей развития пожара, описанных выше, пожар-
ные извещатели должны выдать сигнал об обнаружении признаков горения на I фазе развития пожара. Смонтированные на защищаемом объекте
системы пожаротушения должны включаться на I или II фазе его развития, пока пожар не достиг III фазы – фазы максимальной интенсивности
развития [11, 12].
Пожарный извещатель должен соответствовать следующим основ-
ным требованиям:
1) Минимальное время обнаружения заданного признака пожара и
выдача сигнала на управляющее устройство;
2) Максимально возможная стабильность работы при наличии опре-
деленных внешних воздействий;
3) Возможность самодиагностики или минимизация ложных сраба-
тываний;
4) Максимально длительный срок эксплуатации.
По общей классификацией пожарные извещатели подразделяются по
способам:
– приведения в действие электропитания;
– возможности установки адреса в извещателе.
По способу приведения в действие пожарные извещатели классифицируют как:
– автоматические;
– ручные.
По способу подведения электропитания к пожарному извещателю
выделяют:
– извещатели питаемые по шлейфу (под шлефом системы пожарной сигнализации понимается проводная линии связи определенным образом соединяющая извещатели и управляющие приборы);
– питаемые без шлейфа по выделенной линии (проводу);
– автономные с организацией электрического питание извещателя
от внешнего автономного источника питания (как правило, аккумулятор
большой емкости);
17
– полностью автономные (в корпусе автоматического пожарного
извещателя конструктивно объединены автономный источник питания и
все компоненты, необходимые для обнаружения признаков пожара и
непосредственного оповещения о нем).
По возможности установки адреса выделяют:
– безадресные извещатели (извещатель, у которого не реализована
функция назначения индивидуального номера/адреса, используемого
в адресных системах пожарной сигнализации);
– адресные извещатели (извещатель, у которого реализована функция назначения индивидуального номера/адреса, используемого в адресных системах пожарной сигнализации) [2 – 4].
Выбор и способ монтажа пожарного извещателя определяется по
СП 5.13130.2009, которые устанавливают правила проектирования и монтажа установок пожарной сигнализации. В данном своде правил указано,
что выбор тип/типов пожарных извещателей осуществляется в прямой
зависимости от функционального назначения помещения/здания, а также
вида пожарной нагрузки. Выбор ограничен тремя типами извещателей
о пожаре – тепловыми, дымовыми, пламени. Более точную информацию
по выбору можно получить, изучив приложение М к данному СП, где
представлены все основные виды помещений зданий/сооружений в зависимости от их функционального назначения, соответствующие им пожарные датчики [2 – 4].
Все пожарные извещатели стандартизованы и имеют заданный фор-
мат обозначения:
ИП X1X2X3 – X4-X5,
где X1 – признак пожара, который контролируется извещателем:
1 – тепловой;
2 – дымовой;
3 – пламени;
4 – газовый;
5 – ручной;
6 – 8 – резерв;
9 – при контроле других факторов пожара.
Х2х3 – принцип действия датчика.
01 – с использованием зависимости электрического сопротивления
элементов от температуры;
02 – с использованием термо-ЭДС;
03 – с использованием линейного расширения;
04 – с использованием плавких или сгораемых вставок;
18
05 – с использованием зависимости магнитной индукции от темпера-
туры;
06 – с использованием эффекта Холла;
07 – с использованием объемного расширения (жидкости, газа);
08 – с использованием сегнетоэлектриков;
09 – с использованием зависимости модуля упругости от температуры;
10 – с использованием резонансно-акустических методов контроля
температуры;
11 – радиоизотопный;
12 – оптико-электронный;
13 – электроиндукционный;
14 – с использованием эффекта «памяти формы»;
15 – ионизационный;
16 – с использованием электрохимических ячеек;
17 – с использованием полупроводниковых газовых сенсоров;
18 – с использованием металлооксидных сенсоров;
19 – 27 – резерв;
28 – видимого спектра;
29 – ультрафиолетовый;
30 – инфракрасный;
31 – термобарометрический;
32 – с использованием материалов, изменяющих оптическую прово-
димость в зависимости от температуры;
33 – аэроионный;
34 – термошумовой;
35 – при использовании других принципов действия пожарного из-
вещателя.
Х4 – порядковый номер разработки пожарного извещателя данного
типа.
Х5 – класс пожарного извещателя (для ИПТ, ИПДА, ИПП, ИПР).
Рассмотрим пример расшифровки обозначения пожарных извещателей. 1) ИП 104: 1 – теловой, 04 – с плавкой вставкой. 2) ИП 212:
2 – дымовой, 12 – оптический. 3) Условное обозначение ИПТ имеет вид
«ИП 101-8-А1», где 1 – тепловой; 01 – с использованием зависимости
электрического сопротивления от температуры; 8 – порядковый номер
разработки; А1 – класс ИПТ.
На схемах пожарные извещатели рекомендуется обозначать по
РД 25.953–90. В таблице 3 приведены обозначения основных элементов
пожарной сигнализации [2 – 4].
19
3. Обозначения основных элементов
на схеме пожарной сигнализации
Тип извещателя
Обозначение
Извещатель пожарный тепловой
Извещатель пожарный дымовой
Извещатель пожарный дымовой линейный
(излучатель и приемник)
Извещатель пожарный пламени
Извещатель пожарный ручной
Световой указатель, сирена сигнальная
20
2. ТЕПЛОВЫЕ ПОЖАРНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ
Не сдающие свои позиции уже более века тепловые извещатели
по-прежнему востребованы для защиты помещений/зданий, где в связи со
свойствами сырья, полуфабрикатов или готовой товарной продукции пожар будет сопровождаться высвобождением в основном огромного количества тепловой энергии, а не дыма [11, 12].
Кроме того, такие устройства, в отличие от двух других видов, нечув-
ствительны к ионизирующему/электромагнитному излучению/воздействию, другим технологическим помехам, наличию влаги, пыли, загазованности в воздушном пространстве помещений, где они установлены [11].
Тепловые извещатели пожарные (ИП) – это устройства оперативного
обнаружения признаков пожара по резкому повышению температуры
в помещениях. Устойчивые к внешним факторам – влажности, запыленности, загазованности, задымленности в помещениях, они надежно эксплуатируются в неисчислимом количестве установок, систем АПС,
АУПТ; везде, где использование других извещателей – дымовых, пламени, нецелесообразно.
На рисунке 2 представлен вид классического теплового пожарного
извещателя.
ДТЛ – датчик тепловой легкоплавкий (рис. 3). Такие извещатели для
раннего обнаружения возникшего очага пожара в помещениях были широко распространены во времена Советского Союза.
Датчик представляет собой устройство однократного использования,
срабатывающего при тепловом воздействии высокой температуры огня на
каплю из легкоплавкого припоя, соединяющую две пружинящие металлические пластинки, подлежащего после этого замене.
Рис. 2. Теловой
пожарный
извещатель
Рис. 3. Схема датчика теплового легкоплавкого:
1 – легкоплавкий сплав; 2 – пластинки (2);
3 – корпус; 4 – крепежные винты; 5 – цоколь;
6 – цепь сигнализации