Detectores de incendios por gas: detección temprana de incendios escenario .
Detectores de incendios por gas: detección de incendios en una fase temprana
Los detectores de incendios, los más habituales en la actualidad, detectan los siguientes factores del incendio: un cambio en la densidad óptica del aire como consecuencia del humo, un aumento de temperatura o velocidad de aumento de temperatura, la aparición de una llama abierta.
Al mismo tiempo, incluso sin profundizar en los materiales de la teoría de la combustión, se puede observar que cualquier incendio va acompañado de la propagación de productos gaseosos, algunos de los cuales cualquier persona percibe en forma de olores. Así lo confirman los estudios realizados en 1998 por el VNIIPO del Ministerio del Interior de la Federación de Rusia en una cámara estándar utilizada para simular un incendio con un volumen de 60 m3. La composición de los gases liberados en las distintas etapas de la combustión se determinó mediante métodos precisos mediante cromatografía. (“Aplicación de sensores de gas semiconductores en sistemas de control de incendios”, V. Antonenko, A. Vasiliev, I. Olikhov).
En la etapa inicial de un incendio, durante el proceso de combustión lenta, la concentración de hidrógeno aumenta a 10-20 ppm (moléculas por millón). Posteriormente, el contenido de hidrocarburos aromáticos y monóxido de carbono CO aumenta hasta un nivel de 20-80 ppm. Y cuando aparece una llama, la concentración de dióxido de carbono CO2 aumenta a un nivel de 1000 ppm.
Estos estudios formaron la base de la norma NPB 71-98 “Detectores de incendio por gas. Requisitos técnicos generales. Métodos de prueba». Los resultados obtenidos durante las pruebas son confirmados por estudios similares realizados en el Reino Unido, Australia y Estados Unidos.
El monóxido de carbono (monóxido de carbono) es un gas insípido, incoloro e inodoro que liberan todos los materiales que contienen carbono cuando se encienden. El monóxido de carbono es extremadamente venenoso. Incluso en niveles relativamente bajos, este gas provoca daño cerebral o la muerte en 1 o 2 minutos. Tras la exposición inicial, el monóxido de carbono provoca desorientación, lo que impide que las personas actúen conscientemente durante un incendio.
Los detectores de incendios que responden a los niveles de CO se utilizan desde 1999 como medio de detección temprana de incendios. El efecto de un detector de incendios de gas sobre el CO es especialmente indicativo cuando se detectan incendios latentes que se desarrollan lentamente. La diferencia fundamental entre los detectores de incendios de gas CO y los detectores de gas CO es su velocidad.
Dado que el monóxido de carbono es un gas más móvil que el humo, la ubicación del detector con respecto a la ubicación del incendio o del incendio es menos crítica, lo que aumenta la probabilidad de una detección temprana. El movimiento del humo está determinado por corrientes de convección, cuya fuerza depende de la temperatura del fuego. El gas no se propaga tanto por convección sino por difusión, por lo que la detección de un incendio mediante un detector de incendios de gas se ve mucho menos afectada por diversas particiones, vigas, estantes, chimeneas y otros obstáculos físicos en el lugar.
Difusión — Mecanismo de propagación de gases en el que una molécula de gas se mueve en volumen, cambiando de lugar con una molécula de otro gas. Esto se aplica a cualquier gas cuya “tarea” sea llenar uniformemente todo el volumen. Si operamos con olores, en cualquier caso pueden considerarse como una prueba percibida por una persona, entonces con cualquier fuente de olor (tomemos una agradable, una taza de café recién hecho), este olor se extenderá gradualmente por toda la habitación. y salga de la habitación (tengamos en cuenta este punto, volveremos a esto más adelante). En este caso, una estantería o una viga no impedirán la propagación del olor. La penetración ascendente del humo se ve obstaculizada por el efecto de estratificación: cerca del techo aparece una capa de aire de 15-20 mm de espesor, donde el humo no penetra (lo que limita la ubicación de instalación de los PI de humo). No existe tal capa para el olfato (y por tanto para el gas), por mucho que intentemos encontrarla. Intentemos encender el ventilador y evitar que se propague el olor. ¿Se debilitará? Indudablemente. ¿Se detendrá? No.
Si el PI se instala en el techo de un hangar de metal, almacén o en el techo de un atrio, cuando se produce calentamiento solar cerca del techo de la habitación, aparece una capa bastante gruesa de aire caliente que repele las corrientes de convección ascendentes. con partículas de humo, lo que no permite el funcionamiento del PI de humo. La difusión permite que las moléculas de CO penetren a través de esta capa, el monóxido de carbono alcanza el techo y hace que el GPI funcione.
Esta es, por supuesto, una imagen simplificada de la distribución de gases, pero le permite sentir la física del proceso.
Además, ¿por qué la mayoría de los detectores de incendios de gas utilizan CO como gas objetivo? Por supuesto, el hidrógeno aparece antes que el monóxido de carbono, y el nivel de dióxido de carbono CO2 aumenta a medida que avanza el incendio. Sin embargo, a medida que el fuego crece, los niveles de hidrógeno caen y el CO aparece en niveles registrados antes que el CO2. Aquellos. El monóxido de carbono es una especie de término medio. Además, lo que es muy importante: el monóxido de carbono se distribuye de manera más uniforme en volumen que el H2 o el CO2.
Y una tarea más que resuelven simultáneamente los detectores de incendios de gas CO: la protección contra la intoxicación por monóxido de carbono en caso de incendio. Un número desproporcionado de muertes por incendios se debe a incendios que comienzan lentamente. De todos los incendios, el 80% de las muertes se deben a envenenamiento mortal por monóxido de carbono. Las investigaciones sobre este tipo de incendios han demostrado que se puede liberar humo durante muchos minutos, o incluso horas, hasta niveles que activan una alarma de humo. En este momento, los niveles de monóxido de carbono son tales que la persona que duerme a menudo no se despierta y, si lo hace, pierde la orientación y ya no puede escapar. Ningún otro tipo de detector puede realizar la tarea de detectar niveles peligrosos de monóxido de carbono.
Ahora agreguemos algunas moscas en el ungüento a esta hermosa imagen. Todo parece hermoso, el fuego se registra en la etapa de combustión lenta, las barreras físicas no interfieren, los que duermen son rescatados a tiempo… Pero la energía de las etapas del fuego, comenzando con la combustión lenta, es de gran importancia. Si la potencia de los flujos de convección es mayor que la energía de difusión, entonces es posible que el PI de humo detecte un incendio antes que el de gas. Observo, sin embargo, que el estado del entorno en el que se utilizan los detectores de incendios también afecta la posibilidad de detección.
Un aspecto más. En el ejemplo anterior, el olor a café emana FUERA de la habitación. Lo mismo ocurre con el monóxido de carbono. Por lo tanto, es posible que el GPI se active debido a un incendio en una habitación adyacente. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de operar sistemas que incluyan GPI. A veces esto es una ventaja, a veces es una desventaja. Por ejemplo, si se instala un GPI en un pasillo, también se activará en caso de incendio en una habitación cuya puerta da al pasillo.
Todas las características anteriores del uso de un GPI son bien descrito en las “Directrices de aplicación de BFPSA para detectores de incendios de monóxido de carbono (CO)”.
Entonces, ¿qué detector proporcionará una detección de incendios fiable?
Como se señala en las recomendaciones del VNIIPO EMERCOM de la Federación de Rusia “Equipos automáticos contra incendios. Ámbito de aplicación. Selección de tipo. Recomendaciones» — Si se determina que el factor de incendio predominante serán productos gaseosos, entonces es recomendable utilizar detectores de incendios de gas. Agreguemos que en este caso particular tiene sentido utilizar el GPI como detector de incendios principal. Sin embargo, lo más eficaz es una combinación de diferentes tipos de detectores. Sin embargo, esta combinación no siempre debe combinarse en una sola carcasa, por ejemplo, si un detector de incendios de gas puede detectar un incendio, pero ciertas condiciones impedirán que un detector de humo complete su tarea, entonces no tiene sentido utilizar un detector de criterios múltiples; detector de incendios.
De hecho, los productos de combustión gaseosos se liberan durante cualquier tipo de incendio, excepto TP-6 (Combustión de un líquido inflamable). Pero en condiciones normales, los GPI son más efectivos en incendios con un tiempo de combustión prolongado (TP-2 y TP-3), en este caso la temperatura del fuego es baja, el material sufre pirólisis con una gran liberación de sustancias gaseosas. Aquellos. Si se espera que un revestimiento de tela, papel, madera o plástico esté ardiendo, o cables ardiendo, entonces el GPI detectará un incendio con bastante eficacia, empezando desde la fase de ardor.
¿Qué consideramos condiciones normales? Una habitación bastante limpia, sin corrientes de aire especiales, con poco humo y polvo y una humedad moderada.
Ahora veamos otras aplicaciones: industriales. El polvo es imprescindible, el humo es muy común y la dificultad del mantenimiento rutinario de los IP de humo es muy común. En este caso, la cámara de humo de los detectores de humo se contamina y se producen falsas alarmas. Los GPI no se activan con el humo y el polvo, no tienen cámara (no hay ningún lugar donde se acumule la suciedad), por lo tanto, en tales condiciones, los GPI funcionan de manera más estable que otros PI y, como resultado, detectan de manera más confiable tipos de incendios. TP-1 — TP-5. Los detectores de incendios a gas funcionan de forma fiable incluso en condiciones de mucho polvo, hasta 2,5 kg de polvo por 1 m3. En cuanto a los niveles de humo (el humo “blanco” o “negro” no importa), un detector de incendios de gas no puede disparar humo hasta que el monóxido de carbono aparezca en niveles que indiquen un incendio.
La tarea principal de los sistemas de alarma contra incendios, — Se trata de la detección de incendios en una fase temprana, cuando el incendio aún puede localizarse fácilmente y, de este modo, salvar vidas y bienes materiales. Esto es especialmente cierto en el caso de objetos con riesgo de incendio y explosión, donde la propagación del fuego puede ser espontánea.
Cabe señalar que la consecuencia de incendios en objetos incendiados y explosivos en la mayoría de los casos también son procesos lentos de combustión lenta, por ejemplo el mismo el famoso cableado eléctrico.
Por supuesto, fenómenos como la caída de un rayo, exceder la concentración máxima de gases explosivos o exceder la temperatura máxima de autoignición conducen directamente a una explosión. Sin embargo, la práctica muestra que la causa de la mayoría de los incendios, incluso en instalaciones de almacenamiento y procesamiento de petróleo, productos derivados del petróleo, gas natural y otros líquidos o gases inflamables, son las chispas o la ignición de subproductos (no relacionados con la producción principal). de materiales. En este último caso ya existen concentraciones fijas de monóxido de carbono CO.
En general, hay que decir que los objetos relacionados con el petróleo, el gas y sus derivados (hidrocarburos) representan sólo el 25…30% del número total de objetos explosivos. Y, por supuesto, en tales instalaciones, la primera opción son, por supuesto, los detectores de llamas. Pero un incendio en una instalación de este tipo no puede comenzar con una llama abierta. Si el detector de llamas de un objeto de este tipo ya se ha activado y no se trata de una falsa alarma, queda muy poco tiempo para evitar que el incendio se convierta en un desastre a gran escala.
Pero ¿qué pasa con el 70% restante de industrias e instalaciones de explosivos no relacionadas con petróleo, gas, líquidos inflamables y alcoholes? ¿Qué tipo de detectores se pueden utilizar para proteger, por ejemplo, un taller de carpintería, un granero, una fábrica de harina, una fábrica de confitería, una producción de cemento y productos de cemento, muchas plantas químicas, minas y obras subterráneas? Una posible explosión en tales instalaciones, en la mayoría de los casos, no estará asociada con una llama abierta, lo que significa que el uso de detectores de llama en tales empresas es ineficaz.
Además, todas las producciones enumeradas — Se trata de industrias con un alto contenido de polvo, lo que significa que el uso no solo de detectores de llama, sino también de detectores de humo con canal óptico será ineficaz. Los detectores de incendios térmicos, debido a su alta inercia, no funcionarán al comienzo del incendio.
De ahí la relevancia del uso de detectores de incendios de gas o detectores de incendios combinados con un canal de gas en situaciones con riesgo de incendio y explosión. objetos es obvio.
La zona de detección de un detector de incendios por gas está regulada por SP5.13130.2009 “Sistemas de protección contra incendios. Las instalaciones de alarma y extinción de incendios son automáticas. Normas y reglas de diseño” e instrucciones de funcionamiento para un detector de incendios de gas. La zona de detección de gas es la misma que la de los detectores de humo, pero al determinarla no es necesario tener en cuenta las vigas y los techos, lo que se debe al diferente mecanismo de propagación de gases y humo.
Los detectores de incendios a gas tienen tres opciones de sensibilidad. La unidad de medida de la sensibilidad es ppm, el número de moléculas por millón (partes por millón). Según NPB 71-98, se distinguen 2 clases: 1.ª clase, funcionamiento en el rango de 21-40 ppm, 2.ª clase, en el rango de 41-80 ppm. Algunos detectores proporcionan alta sensibilidad y respuesta en el rango de 10 a 20 ppm. La experiencia extranjera muestra que incluso en la clase 2, los GPI proporcionan un funcionamiento oportuno con una pequeña cantidad de falsas alarmas.
La empresa ERVIST (Moscú) junto con Etra-Spetsavtomatika comenzaron en el año 2010, se lanzó al mercado el detector de incendios a prueba de explosiones y gases de minas IP 435-4-Ex «Segmento».
Sin embargo, hoy en día el número de detectores de incendios por gas utilizados en Rusia es varios órdenes de magnitud menor que en Europa, por no hablar de los EE.UU.
Se espera que poco a poco en Rusia el detector de incendios por gas ocupe por fin el lugar que le corresponde. en la detección de incendios.
Y para concluir, enumeremos una vez más las áreas de aplicación de los detectores de incendios con canal de gas.
Áreas de aplicación de un incendio de gas CO detector
Los detectores de incendios de gas CO no son un reemplazo general de otros tipos de detectores de incendios. Ciertas características los hacen destacar en una serie de casos en los que un detector de incendios de CO resulta beneficioso para detectar un peligro de incendio. Pero, como ocurre con otros tipos de detectores, hay aplicaciones en las que los detectores de CO son bien utilizados y otras, — donde su uso sea limitado o no recomendado (cláusula 13.1.7 SP 5.13130.2009).
Si la naturaleza del fuego es lenta y latente, lo cual es típico de los incendios del tipo TP2 — madera humeante, TP3 — algodón ardiendo con brillo (GOST R 53325-2009), TFX — algodón ardiendo oculto (según LPS 1274), luego se registran niveles suficientemente altos de concentración de monóxido de carbono. Además, en la fase inicial de los incendios TP1, TP4 está presente una determinada cantidad de CO. El nivel de CO desciende cuando aparece una llama abierta.
Con una quema limpia o una quema rápida, como un incendio de combustible líquido (TP5 — quema de heptano, TP6 — quema de alcohol), los niveles bajos de gas CO son obtenido porque se produce una combustión completa.
A medida que se desarrolla un incendio, el suministro de aire puede no ser suficiente para continuar con el incendio y comienza a agotarse el oxígeno. En estas circunstancias, los niveles de CO aumentarán.
Al igual que los detectores de humo, un detector de gas CO también se beneficiará de las corrientes de convección creadas por el calor en el origen del incendio. Estos flujos ayudan a que el CO llegue al elemento sensible del detector. Sin embargo, como gas, el monóxido de carbono se difunde a través de un proceso de difusión dentro del volumen protegido de una manera que permite que el detector de gas CO funcione eficazmente en lugares donde la presencia de barreras físicas puede limitar la propagación del humo. Ejemplos de tales barreras son techos muy rotos, techos suspendidos, movimiento de gas hacia habitaciones adyacentes y corrientes de aire caliente.
Es posible que el uso de detectores de incendios de CO a veces resulte en la detección temprana de un incendio en habitaciones adyacentes y pueda confundirse con una falsa alarma e ignorarse porque la ubicación del incendio no se determinará con precisión. Las organizaciones instaladoras y operadoras deben ser informadas al respecto.
Casos en los que un detector de incendios de gas CO proporciona la detección más temprana del incendio
Si hay Existe una alta probabilidad de que se desarrolle lentamente un incendio y arda sin llama. En este caso, el detector de incendios de gas CO da una respuesta más temprana, ya que es probable que el monóxido de carbono se produzca antes que las partículas de humo (TP2, TP3, TFX).
Si no es posible utilizar detectores de humo debido a la posibilidad de una falsa alarma de incendio que puede ocurrir en casos donde haya presencia de vapor, polvo o humos de proceso (TP1-TP4, TFX).
Si el humo El detector no proporciona protección completa, por ejemplo en un área para dormir. En estos casos, sólo un detector de incendios de gas CO puede proteger a las personas que duermen contra el fuego y/o la intoxicación por monóxido de carbono (TP1-TP4, TFX).
Si el suministro de oxígeno es bajo, se produce una combustión incompleta. Algunos ejemplos serían trasteros cerrados, cuartos de lavado, armarios, donde un detector de humo de CO ubicado detrás de la puerta puede detectar un incendio incipiente antes de que el humo comience a extenderse fuera de la habitación (TP2, TP3, TFX).
Si el movimiento del humo del foco de incendio puede limitarse debido a capas de aire caliente (efecto de estratificación). En estas circunstancias, el proceso de difusión del gas CO ayuda a detectar un incendio con un detector de incendios de gas CO. Además de la difusión a través de barreras térmicas dentro de una habitación, la difusión del gas también dará como resultado la penetración en otros lugares, como áreas del techo y huecos. (TP1-TP4, TFX).
Casos en los que no se recomienda un detector de incendios de gas CO como principal medio de detección de incendios
Si el fuego se inicia con ignición rápida (TP5, TP6), y el calor generado garantiza una combustión rápida y completa. En este caso, el detector de CO sólo funcionará si el suministro de oxígeno disminuye a medida que avanza el incendio.
Limitación en la detección de incendios por sobrecalentamiento del cable (TP4). Es muy importante conocer el material aislante del cable. El monóxido de carbono no se puede producir en cantidades detectables cuando se produce pirólisis (descomposición y otras transformaciones de compuestos químicos cuando se calientan) del material en lugar de un proceso de combustión autosostenida. Tenga en cuenta: la pirólisis se define como la descomposición del material aislante plástico por el calor de un cable sobrecalentado, es decir, el aislamiento arde sin llama.
Para detectar la combustión de combustibles líquidos (TP5, TP6), como heptano y otros líquidos inflamables, ya que los niveles de CO disminuirán.
Si el objetivo principal — evitando la propagación del humo dentro del edificio.
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E.G.Saidulin
Director de la empresa “Etra-Spetsavtomatika”
M.V. Rukin
Director general de la empresa «ERVIST»