Статьи

Пожарная сигнализация: использование дымовых пожарных извещателей в пыльных зонах

Дымовые пожарные извещатели, реагирующие на появление в помещении дыма, являются одним из самых распространенных типов извещателей и считаются наиболее эффективными для определения пожароопасной ситуации. В то же время использование датчиков такого типа в пыльных и грязных помещениях (таких, как деревообрабатывающие цеха, фабрики по производству цемента, мукомольные предприятия и др.) достаточно проблематично по причине большого количества ложных срабатываний. По этой причине в пыльных помещениях часто устанавливают тепловые извещатели, по сути реагирующие на появление открытого огня. Таким образом, пожарная сигнализация оказывается не способной предупредить о пожаре на ранних стадиях задымления.

Тем не менее, использование при проектировании системы пожарной безопасности современного оборудования позволяет обеспечивать безопасность на необходимом уровне даже при работе в сильно запыленных зонах и значительно сократить убытки от пожара. Так, использование в системах пожарной безопасности линейных дымовых извещателей серии 6500, аспирационных извещателей серий ASD и LASD или фильтрексных извещателей FTX-P1 Filtrex позволяет обеспечить пожароопасную ситуацию на ранних стадиях с высоким уровнем достоверности тревожных сигналов.

Рассмотрим особенности дымовых пожарных извещателей различных типов, и возможность их использования в пыльных зонах.

Общие принципы работы дымовых пожарных извещателей

Точечные оптико-электронные пожарные извещатели фиксируют факт появления в помещении дыма по отраженному сигналу в оптической камере (см. рисунок 1). Для высокой степени достоверности обнаружения задымления конструкция оптической камеры, фактура и цвет поверхности, а также расположение и направленность фотодиода и светодиода выбираются по принципу «минимум сигнала фотодиода при отсутствии дыма».

Рис.1. Принцип действия оптико-электронных дымовых извещателей (а, б)

В случае если на стенках первоначально черной оптической камеры накапливается пыль (скорость этого процесса определяется условиями эксплуатации извещателя), отраженный сигнал постепенно увеличивается. Поэтому даже при небольших световых, электромагнитных и других воздействиях происходит ложное срабатывание извещателя. Если в такой ситуации не произвести техническое обслуживание, по мере накопления пыли отраженный сигнал может достичь величины порога срабатывания. В результате извещатель пожарной сигнализации будет непрерывно генерировать сигнал «пожар», при этом никак не реагируя на сброс.

В то же время диапазон оптической пары выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальную эффективность извещателя при появлении в помещении дымов различной природы. Так, при наличии очага открытого огня в воздухе преобладают невидимые глазу частицы, размер которых меньше микрона. Частицы дыма, образующиеся в процессе тления, крупнее на порядок. При тлении углеродосодержащих материалов выделяются преимущественно серые дымы (размер частиц соизмерим с микроном), а во время горения горючих жидкостей или пластмасс образуются аэрозоли, размер частиц у которых еще меньше. Таким образом, становится возможна защита оптической камеры фильтрами с размером ячейки в несколько десятков микрон. Такие фильтры при заборе воздуха из контролируемой извещателем зоны будут эффективно задерживать пыль, но не препятствовать прохождению чистого воздуха, а в случае возгорания – частиц дыма.

Рис. 2. Относительная чувствительность дымового пожарного извещателя.
(А – оптико-электронный извещатель, В – линейный извещатель)

На рисунке 2 вы можете увидеть график типовой зависимости уровня чувствительности оптико-электронного от диаметра частиц (при условии постоянства их суммарной массы). Пунктирной линией обозначена зависимость чувствительности линейного оптико-электронного дымового извещателя, реагирующего на ослабление сигнала при прохождении через задымленную зону. Отметим, что такие извещатели имеют более равномерную зависимость, что делает их высоко эффективными при обнаружении самых разнообразных очагов возгорания – они фиксируют появление в атмосфере как аэрозолей, так и видимых глазу дымов.

Линейные дымовые извещатели серии 6500

Линейные дымовые извещатели реагируют на ослабление сигнала, что происходит при прохождении его через задымленное пространство (см. рисунок 3).

При появлении в помещении очага возгорания потом теплого воздуха и частиц дыма поднимается вверх. Соответственно, постепенно в верхней части помещения, под перекрытиями, происходит накопление газовоздушной смеси. Очевидно, что дымовые линейные извещатели максимально эффективны при размещении их под перекрытиями, где концентрация газовоздушной смеси наиболее высока.

Рис. 3. Принцип действия линейного дымового извещателя

Необходимо отметить, что в сравнении с точечными извещателями (которые необходимо размещать на перекрытии в центральной части помещения, где благодаря присутствию воздушных потоков запыление происходит довольно интенсивно), линейные извещатели находятся в более благоприятных условиях. В углах между стеной и потолком движение воздуха практически отсутствует – следовательно, и пыли здесь меньше. Поэтому размещенные здесь компоненты линейных дымовых извещателей в гораздо меньшей степени подвержены влиянию пыли. Установка точечных извещателей в таких местах недопустима.

Для того чтобы защитить линейные извещатели от воздействия пыли, используются различные конструктивные и схемотехнические решения. К примеру, в однокомпонентных извещателях серии 6500 (состоящих из отражателя и премопередатчика) рабочая часть светофильтра защищена с боков и сверху выступающими частыми корпуса (см. рисунок 4). Именно на этих выступающих частях и оседает основной объем пылевых частиц. При этом благодаря использованию эластичной прокладки электроника и оптика, находящаяся внутри корпуса, герметизируется, что в совокупности обеспечивает защиту на уровне IP54.

Рис. 4. Оригинальная форма корпуса извещателя 6500 защищает светофильтр от пыли

Тем не менее, медленное оседание пыли на светофильтре и отражателе все-таки происходит, в связи с чем параметры сигнала постепенно изменяются. Но запрограммированный порог чувствительности датчика также изменяется по специальному алгоритму (см. рисунок 6), что позволяет компенсировать влияние загрязнений светофильтра. При этом на случай отключения энергопитания текущая информация о расчетном уровне загрязнения хранится в энергонезависимой памяти устройства.

Рис. 5. Компенсация запыления оптических элементов линейного извещателя.

При проведении локального тестирования степень загрязнения датчика определяется точностью до 10% в зависимости от числа вспышек индикатора «неисправность» (от 10 до 20 процентов запыления – одна вспышка, от 20% до 30% – две и так далее). Это позволяет достаточно точно спрогнозировать сроки мероприятий по техническому обслуживанию. Если границы диапазона, при котором происходит автоматическая компенсация запыленности датчика, достигнуты, то происходит формирование сигнала «неисправность оборудования», указывающее на необходимость технического обслуживания системы пожарной сигнализации.

При проведении обслуживания пожарной сигнализации разбирать оборудование не требуется – достаточно почистить наружные части светофильтра и рефлектора. Таким образом, трудозатраты на поддержку линейных извещателей в работоспособном состоянии гораздо ниже – точечные извещатели в случае сильного запыления необходимо демонтировать, разобрать, вычистить, вновь собрать, установить, после чего протестировать.

Использование линейных дымовых извещателей позволяет устанавливать порог чувствительности датчика в зависимости от особенностей защищаемой зоны. При установке линейных извещателей в пыльных помещениях рекомендовано понижать уровень чувствительности датчика, устанавливая его на уровне 40 – 50 процентов затухания. Это позволит обеспечить достаточно большой диапазон автоматической компенсации запыления устройства.

На объектах, где оптическая плотность воздуха за счет запыления увеличена не круглосуточно, а только в определенные рабочие часы, можно использовать так называемый адаптивный порог чувствительности. В таком случае медленные изменения оптической плотности воздуха на протяжении суток компенсируются в заданных пределах, но реальная чувствительность остается на максимальном уровне (см. рисунок 6). К примеру, если установить адаптивный порог А1 (30% — 50%), то чувствительность извещателя будет поддерживаться на уровне 30% затухания, при пороге А2 (40% — 50%) – на уровне 40% затухания.

Рис. 6. Компенсация изменения оптической плотности среды в течение суток

Аспирационные дымовые извещатели серии ASD и LASD

Для больших помещений со значительной концентрацией пыли оптимальным решением может стать аспирационный пожарный дымовой извещатель. Извещатель такого типа представляет собой систему труб с воздухозаборными отверстиями, фильтров, блока с точечным дымовым извещателем и аспиратором, обеспечивающим поток воздуха (см. рисунок 7). Система труб аспирационного извещателя располагается в контролируемой зоне, а центральный блок – собственно аспирационное устройство – может находиться в том же или в другом помещении, в месте, удобном для управления и проведения технического обслуживания.

Рис. 7. Расположение аспирационного извещателя

Аспирационный извещатель (так же, как и линейный) позволяет контролировать достаточно большую площадь помещения. Каждое воздухозаборное отверстие (точка отбора проб) обеспечивает контроль на площади, равной кругу с радиусом около семи с половиной метров (что эквивалентно «площади покрытия» одного точечного датчика). В соответствии с российскими нормами пожарной безопасности точечные дымовые извещатели необходимо устанавливать через каждые 9 метров. Таким образом, для контроля площади в 650 квадратных метров достаточно одноканального аспирационного извещателя с воздухозаборной трубой длиной 75 метров. А при выравнивании чувствительности по различным отверстиям посредством изменения их диаметра и обеспечении необходимой скорости транспортировки воздуха, один канал аспирационного извещателя способен контролировать отсутствие задымления на площади до 1600 м2.

Промышленностью выпускается достаточно широкий ассортимент аспирационных извещателей, среди который ультрачувствительные извещатели (ASD-7251, предназначенные для адресно-аналоговых систем и LASD для традиционных неадресных систем), а также извещатели со стандартной или высокой (ASD-LEO для адресных систем и ASD-PRO для неадресных). Возможность подбора оборудования, оптимального для использования в данном помещении, значительно расширило область применения пожарных извещателей аспирационного типа, а также упростило процесс модернизации систем пожарной безопасности.

Для защиты точечных дымовых извещателей от загрязнений на входе в центральный блок монтируются воздушные фильтры, производящие очистку поступающего воздуха. При работе в пыльных зонах для этой цели используют встроенные трехступенчатые фильтры (с грубой, средней и высокой степенями очистки), а также внешний фильтр FLU1 (см. рисунок 8). Во внешнем фильтре устанавливается сменный картридж с достаточно большой площадью фильтрующего элемента. Это позволяет снизить аэродинамическое сопротивление при обеспечении высокой степени очистки воздуха.

Рис. 8. Внешний фильтр FLU1

Контроль величины воздушного потока на входе в центральный блок обеспечивают специальные датчики, которые в случае выхода показателей за установленные границы формируют сообщение о неисправности системы. Увеличение воздушного потока свидетельствует о механическом повреждении трубопровода, уменьшение – о засорении фильтров. На программном уровне задается скорость вращения турбины (10 ступеней), дискрет измерения уровня воздушного потока, а также допустимые границы его изменения. На десятисегментном светодиодном индикаторе отображаются установленные границы потока (верхняя и нижняя), а также текущие показатели (см. рисунок 9). Четыре нижних светодиода, кроме того, дополнительно индицируют: воздушный поток (зеленый сигнал «ОК» — показатели в норме; «HI↑» — выше нормы; «LO↓» — ниже нормы; при нарушениях работы турбины все светодиоды желтого цвета).

На извещателях серии ASD вышеперечисленная информация отображается постоянно. На оборудовании серии LASD в основном режиме работы основной режим работы производится индикация уровня удельной оптической плотности среды; переключение на индикацию воздушного потока производится нажатием одной из кнопок, расположенных на боковой стенке блока.

Рис. 9. Индикация величины воздушного потока

При наличии дополнительной выходной трубы использование аспирационного извещателя дает возможность организовать циркуляцию воздуха в помещении по замкнутому циклу. Используемые воздухозаборные трубки могут быть изготовлены из пластика ABS или UPVC, нержавеющей стали, меди и так далее (в зависимости от условий эксплуатации), диаметр трубы — ¾".

Забор воздуха в системе стандартной конфигурации производится через отверстия диаметром 3 мм. Для обеспечения оптимального дымозахода отверстия направляются вниз. Для того, чтобы обеспечить равномерное поступление воздуха через отверстия, конец воздухозаборной трубы закрывается заглушкой с отверстием (диаметр отверстия 6 мм). При выполнении изгибов используются два типа уголков: для отклонения трубы на 90° и 45°. Кроме того, поставляются и дополнительные монтажные элементы: тройники, муфты для соединения труб, клипсы для крепления труб к потолку (закрытые и открытые) и так далее. В помещениях с высокой влажностью воздуха для защиты центрального блока от конденсата также используются специальные устройства (см. рисунок 10).

Рис. 10. У-образное колено для защиты от конденсата

Степень защиты оболочки извещателей серий LASD IP50 и ASD при необходимости может быть повышена до уровня IP65.

Использование воздушных фильтров, обеспечивающих достаточно высокий уровень очистки воздуха от пылевых частиц, помогает использовать в пыльных зонах даже ультрачувствительные аспирационные извещатели. Это позволяет пожарной сигнализации обнаружить пожароопасную ситуацию на самых ранних стадиях.

В извещателях 7251 запрограммированы десять уровней удельной оптической плотности воздушной среды (диапазон от 0,003 дБ/м до 0,295 дБ/м), что значительно упрощает расчеты аспирационного извещателя при различном количестве отверстий в трубах, а также выбор порогов, при которых генерируется предварительный сигнал тревоги и сигнал «пожар».

В извещателях LASD текущие данные об оптической плотности среды, измеренные извещателем 7251, отображаются на десятисегментном светодиодном индикаторе (см. рисунок 11). Это обеспечивает простоту и удобство как в процессе настройки, так и в процессе эксплуатации системы. В зависимости от параметров помещения, в системе пожарной безопасности могут использоваться одноканальные извещатели (LASD-1 и ASD-7251-1) с одной трубой или двухканальные извещатели (LASD-2 и ASD-7251-2) с двумя трубами.

Рис. 11. Центральный блок двухканального аспирационного извещателя LASD-2

Аспирационные извещатели серии ASD-7251 и адресно-аналоговая версия извещателей серии LASD могут подключаться к тем ААПКП, которые поддерживают протокол 200 System Sensor. Все пороги чувствительности в извещателях этих серий программируются в ААПКП, что дает возможность корректировать настройки с учетом дней недели, времени суток и прочих особенностей режима работы в помещении.

Извещатели LASD с реле могут подключаться к любому пороговому ПКП. Уровни сигналов «внимание», «предупреждение» и «тревога» программируются в каждом канале. Возможность программирования предупреждающих предварительных сигналов позволяет использовать ультравысокую чувствительность аспирационной системы пожарной безопасности даже в традиционных пороговых системах. Предварительные сигналы («внимание» и «предупреждение») в большинстве случаев транслируются только на обслуживающий персонал. Это позволяет избежать паники и ликвидировать пожароопасную ситуацию на ранних стадиях, до начала эвакуации и остановки производства. Реле неисправностей формирует сигналы неисправности по каждому из каналов – при изменении параметров воздушного потока (недопустимое увеличение или уменьшение его уровня), снижении напряженности электропитания, изменении числа оборотов вращения турбины и так далее. Все реле извещателей имеют полную группу контактов, что позволяет обеспечить совместимость с приемно-контрольным оборудованием практически любого типа.

Расчет необходимого числа воздухозаборных отверстий и их диаметров, уровня чувствительности извещателей, оптимальной скорости вращения вентиляторов и других параметров системы производится при помощи специальной, бесплатно поставляемой компьютерной программы. Это позволяет определить уровень чувствительности по каждому отверстию отдельно; выбрать параметры, необходимые для формирования предварительных сигналов и сигнала тревоги; а так же установить скорость вращения турбины с учетом времени, которое потребуется на транспортировку воздуха по воздухозаборной трубе.

Среди производственных помещений достаточно много таких, где из-за особенностей режима эксплуатации использовать ультрачувствительные лазерные извещатели невозможно (например, наличие аэрозолей или выхлопных газов). В таких ситуациях можно рекомендовать адресные аспирационные извещатели ASD-LEO-1, ASD-LEO-2 и неадресные ASD-PRO с адресными извещателями «Леонардо-О» (ИП 212-60А) и неадресными «ПРОФИ-О» (ИП 212-73). Перечисленные точечные извещатели в процессе эксплуатации имеют стабильную чувствительность на уровне 0,07 дБ/м. В зависимости от числа отверстий в воздухозаборной трубе это позволяет отнести их к классу извещателей высокой или же стандартной чувствительности. Расчет извещателей ASD-PRO и ASD-LEO можно делать по программе извещателя LASD с фиксированным порогом «пожар» на уровне 6-ого дискрета. Это соответствует чувствительности извещателя 7251, равной 0,072 дБ/м.

При использовании извещателей ASD-LEO адресные дымовые извещатели «ЛЕОНАРДО-О» подключаются непосредственно к адресной шине ППКОПА «СИГНАЛ-99». При включенном реле «Неисправность» сигналы о недопустимых изменениях параметров воздушного потока транслируются на ППКОПА «СИГНАЛ-99» посредством отключения оконечного элемента неадресного шлейфа.

В извещателях ASD-PRO неадресные дымовые извещатели «ПРОФИ-О» (с базами B401R и токоограничивающим резистором 470 Ом) подключаются к совместимому ПКП по двухпроводной схеме, реле «Неисправность» может включаться как в тот же, так и в отдельный шлейф.

Фильтрексные извещатели

Адресно-аналоговый дымовой оптико-электронный извещатель FTX-P1 Filtrex – «Фильтрекс» разработан специально для использования в пыльных и грязных зонах. В извещателе расположены один за другим два 30-ти микронных фильтра, а также минитурбина, нагнетающая воздух в дымовую камеру (см. рисунок 12).

Рис. 12. Принцип действия «Фильтрекса»

Первый фильтр встроен в съемную крышку извещателя, что позволяет заменять его без большого труда. Второй фильтр расположен на корпусе устройства, непосредственно перед минитурбиной. Водяная взвесь или пыль преимущественно оседают на поверхности первого фильтра, в итоге в дымовую камеру извещателя поступает только воздух и дым. Прокладка из пористой резины (см. рисунок 13) обеспечивает герметизацию, благодаря чему попадание пыли в дымовую камеру через другие соединения в конструкции извещателя исключено.

Рис. 13. Прокладка из пористой резины

Турбина управляется и контролируется отдельным процессором. Включение происходит периодически, один раз в 30 секунд, время работы турбины — 5 секунд. Это позволяет снизить средний ток потребления до 16 мА при напряжении 24 В. Загрязнение фильтров контролируется специальной схемой с датчиком потока воздуха (см. рисунок 14). Сигнал о неисправности, транслируемый на приемно-контрольную аппаратуру, формируется при снижении воздушного потока до установленного порога, при отсутствии воздушного потока происходит отключение турбины. После замены фильтра включение извещателя в дежурный режим работы производится автоматически.

Рис. 14. Схема управления минитурбиной

Воздушные потоки в извещателе «Фильтрекс» оптимизированы: для фильтрации входного потока используется большая часть площади фильтров, для выходящих – меньшая (см. рисунок 15).

Рис. 15. Накопление пыли на фильтрах

Большая часть пыли осаждается на внешнем фильтре, расположенном на крышке устройства, на второй фильтр ее попадает совсем немного. Четыре сектора, через которые воздух попадает наружу, а также внутренние части извещателя остаются совершенно чистыми. Это позволяет говорить о чрезвычайно высокой эффективности фильтрации воздуха. Оптическая камера фильтрексного извещателя остается чистой на протяжении всего срока службы. Поэтому обслуживание пожарной сигнализации при использовании «Фильтрекса» даже в сравнении с обслуживанием стандартных дымовых извещателей (даже в относительно чистых зонах) гораздо менее трудоемко. Периодическая замена требуется только для первого фильтра, который можно заменять вместе с крышкой извещателя.

База B524FTXE для «Фильтрекса» поставляется с уже активизированной «защитой от несанкционированного снятия», и отсоединение извещателя от базы при снятии фильтра не происходит.

Высокая эффективность извещателей этого типа подтверждена серией испытаний, а также эксплуатацией на различных объектах с самыми тяжелыми условиями. К примеру, тестирование фильтрексного извещателя и сравнение его стандартным оптико-электронным дымовым извещателем проводилось в ящике объемом 0,37 м3 (18 Х 19 Х 66 дюймов) с воздушно-пылевой средой. Масса пыли при первом испытании составляла 0,12 г, при втором – 0,24 г. В обоих случаях при испытании стандартного дымового извещателя пыль провоцировала ложное срабатывание устройств – сигнал превышал тревожный порог а (см. рисунок 16). При использовании фильтрексного извещателя уровень сигнала лишь незначительно отличался от уровня чистого воздуха.

Рис. 16. Влияние пыли в воздухе на Фильтрекс и на стандартный дымовой извещатель

Эффективная фильтрация воздуха в фильтрексных извещателях позволяет с высокой достоверностью формировать тревожные сигналы и предупредительные сигналы при незначительных концентрациях дыма даже при работе в помещениях с очень высокой степенью запыленности: на мукомольных и мясомолочных комбинатах, мыльных и мебельных фабриках, пилорамах, кондитерских, предприятиях по переработке отходов и так далее.

Извещатели «Фильтрекс» с базами B524FTXE могут подключаться к адресно-аналоговым ПКП, поддерживающим протокол 200 System Sensor. Источник питания 24В и адресно-аналоговая петля подключаются к базе, есть терминалы для выносного индикатора и соединения экрана кабеля; дополнительный разъем для соединения со схемой управления турбиной и контроля состояния фильтров.