Преимущества защиты взрывоопасных объектов беспроводными установками модульного пожаротушения

А.М.Мацук
Заместитель генерального
директора по науке «ГК Этернис»

Класс взрывоопасной зоны на объекте определяется технологом эксплуатирующей организации и зависит от частоты возникновения и длительности существования взрывоопасной среды.

Например, для объектов нефтехимического комплекса  характерны  газо-паровоздушные взрывоопасные среды классов 0, 1 и 2, а пылевоздушные  среды классов 20, 21, 22 – для предприятий горно-рудной промышленности, зерно-перерабатывающей, текстильных и мукомольных предприятий и т.п.

В любом случае, после выполнения работы по категорированию объекта защиты  и выявления в нем взрывоопасных зон, помещений, установок, уточнения их особенностей, возникает несколько ключевых вопросов, связанных с необходимостью их защиты автоматическими установками пожаротушения (АУПТ):
- выбор типа пожарных извещателей (ПИ);
- выбор огнетушащих веществ (ОТВ) и способов их подачи в зону защиты;
- подбор аппаратуры управления АУПТ;
- взаимосвязь компонентов установки пожаротушения при сохранении условий обеспечения комплексной взрывобезопасности объекта.

Пожары во взрывоопасных зонах характеризуются, как правило, быстрым и сверхбыстрым темпом развития, большой тепловой мощностью очага.

С учетом этих особенностей определяется тип пожарных извещателей (ПИ), используемых для обнаружения. Обычно это тепловые ПИ и  извещатели пламени. Применение дымовых ПИ малоэффективно, как в связи с особенностями эксплуатации (быстрое запыление дымокамеры в пылевоздушных средах), так и по превалирующим фактором пожара (бездымное горение спиртов и т.п.). 

Отдельно можно рассматривать класс аспирационных ПИ, но это скорее относится к контролю нижнего концентрационного предела воспламенения с последующим управлением технологическим оборудованием (останов, проветривание и т.п.), чем к функции управления АУПТ. А в зонах со средой класса «0» это вообще бессмысленно по понятным причинам.

Важной характеристикой выбранного пожарного извещателя при указанных темпах развития пожара является его инерционность.
Инерционность извещателей пламени, в основном, связана со способом  обработки сигнала, формируемого фотоприемником, а тепловых – с индексом инерционности RTI   с предпочтением его более низких значений. Есть мнение, что тепловые ПИ более устойчивы к ложным срабатываниям при сходных (для указанных характеристик очагов) временах обнаружения.

Связь пожарных извещателей с аппаратурой управления АУПТ и связь этой аппаратуры с модулями пожаротушения традиционно обеспечивается проводными линиями связи,  особенности прокладки которых во взрывоопасных зонах подробно описаны в различных нормативных документах (гл.7.3 "Правил устройства электроустановок",  ГОСТ Р МЭК 60079-25-2012 «Взрывоопасные среды», ГОСТ 51330.ХХ «Электрооборудование взрывозащищенное» и пр.). Стоит заметить, что текущий статус документов и их взаимосогласованность – тема отдельного обсуждения.

Вопрос с выбором ОТВ решается на основе действующих нормативных документов известным образом:  например, в соответствии с Рекомендациями ВНИИПО «Средства пожарной автоматики. Область применения. Выбор типа»  по таблице 5.1 , либо на основании данных справочника «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения» Автор: Корольченко А.Я. 

А вот способы их подачи могут быть различными, но обязательно должны обеспечивать требуемые количественные показатели (масса ОТВ, интенсивность), геометрию распределения и инерционность средств пожаротушения при их активации.

Решение проблемы геометрии распределения и задачи с обеспечением заданной интенсивности подачи ОТВ сегодня успешно решают модули пожаротушения, как порошковые (МПП), так и тонкораспыленной воды (ТРВ). 

Применение в модулях ТРВ фторированных добавок позволяет на определенном этапе тушения использовать эффект «изоляции поверхности горючей жидкости», что, безусловно, повышает их эффективность.

К сожалению, огнетушащие порошки общего назначения, высокоэффективные при тушении пожаров класса В (характерно для помещения категории А) после тушения оседают, снижая концентрацию огнетушащего агента в объеме. В то же время концентрация паров в «потушенной» зоне начинает восстанавливаться, что при наличии близкорасположенного очага (соседняя зона тушения, еще не получившая команду пуска) приведет к повторному загоранию «успешно потушенного» участка. Такая особенность порошков требует, как минимум, обеспечивать групповой синхронный запуск модулей во всем защищаемом объеме, что вызывает необходимость доставки энергии пускового импульса до каждого(!) модуля. В этом случае важно не ошибиться с выбором аппаратуры управления и схемами ее подключения, т.к. легко нарушить условия взрывобезопасности самого объекта защиты. 

В системах противопожарной защиты наиболее часто применяется оборудование с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». Такое оборудование дешевле и удобнее в монтаже, хотя и требует расчета искробезопасности для объединённых электрических цепей [1] . Этот расчёт делается с целью подтверждения наличия в электрической цепи искробезопасных значений тока, напряжения и энергии.

В этой ситуации применение беспроводных технологий становится особенно выгодно и актуально.

Рассмотрим преимущества построения системы модульного пожаротушения во взрывоопасных зонах с помощью аппаратуры АУП «Гарант-Р», имеющей маркировку взрывозащиты  0ExiaIICT5 X / PO ExiaI X.

Указанная маркировка говорит о возможности применения этого оборудования практически в любых категорийных зонах с любыми составами смесей. 

Главной особенностью АУП «Гарант-Р» в рамках решаемой задачи является отсутствие кабельных линий связи во взрывоопасной зоне. При этом число модулей пожаротушения в системе определяется лишь их огнетушащими характеристиками и никак не влияет на конструктивную сложность системы защиты.

Отсутствие проводов кардинально решает проблему расчета искробезопасности для объединённых электрических цепей. 

Рис.1. Пример размещения беспроводных модулей во взрывоопасной зоне

Ключевым элементом АУП «Гарант-Р» является блок обработки сигнала (БОС), обеспечивающий обнаружение пожара двумя малоинерционными тепловыми дифференциально-максимальными ПИ. Он работает от встроенных батарей с расчетным сроком службы в дежурном режиме от 7 лет. Напряжение питания составляет всего 3,6 вольт, что относит сборку «БОС+Модуль пожаротушения (МПП или ТРВ)» к установкам сверхнизкого напряжения. Никаких иных внешних проводов, включая провод заземления (!), к установке не подводится. 

Отдельного внимания заслуживает такая характеристика АУП «Гарант-Р», как "степень жесткости по устойчивости к электромагнитным помехам". Там, где проводные системы едва обеспечивают II степень, современные беспроводные с легкостью обеспечивают IV степень [2].

Рис.2. Вид модуля пожаротушения ТРВ с блоком БОС АУП «Гарант-Р».

Группа таких устройств взаимодействует между собой полностью в беспроводном режиме и способна образовывать кластер  синхронного тушения пожара в границах его развития! Количество модулей, участвующих в ликвидации очага, диктует сам очаг пожара своей динамикой и площадью.

Рис.3. Пример размещения беспроводных модулей ТРВ в шахтных выработках.

Очевидно, что такая установка с БОС будет дороже единичного модуля, но следует помнить, что:
- традиционно львиную долю капитальных затрат по защите взрывоопасного объекта влекут монтажные работы и большое количество периферийного оборудования (распаячные коробки Ех-исполнения, муфты, трубы, бронекабель и т.п.). И эта часть затрат при увеличении размеров объекта защиты (т.е. увеличения числа модулей пожаротушения) очевидно растет;
- стоимость оборудования АУП «Гарант-Р» от этого не зависит.

Следовательно, удельная стоимость защиты с ростом размеров взрывоопасного объекта будет снижаться и при увеличении числа модулей более 10-12 единиц уже становится ниже систем, построенных по традиционной проводной архитектуре.

Ну и главное – надёжность модульной установки пожаротушения под управлением АУП «Гарант-Р» не зависит от работоспособности какого-либо центрального прибора или человеческого фактора, т.к. узел управления создается тепловым полем пожара из независимых компонентов (блоки БОС) и будет решать задачу самостоятельно!

1. Виктор Жданкин «Оценка искробезопасности электрических цепей»   https://www.cta.ru/cms/f/366678.pdf
2. С.Б. Макаров «Устойчивость систем пожарной сигнализации к электромагнитным помехам», Журнал "Системы безопасности" #2, 2009