ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ
Ю. Д. Жуковин
Центр по сертификации взрывозащищенного и рудничного электрооборудования
И. Г. Неплохов
"Систем Сенсор Фаир Детекторс"
|
Рассмотрены принципы построения систем пожарной сигнализации во взрывоопасных средах, т.е. на предприятиях газовой, горнодобывающей, нефтехимической промышленности.
|
|
Нормативная база
Рассмотрим основные нормативные документы, используемые при проектировании эксплуатации электрооборудования во взрывоопасных зонах. В 2001 г. был введен ряд новых стандартов серии 51330, вошедших в комплекс государственных стандартов на взрывозащищенное электрооборудование, разрабатываемых Техническим комитетом ТК 403 "Взрывозащищенное и рудничное электрооборудование" на основе применения международных стандартов. Примечательно, что часть вновь введенных стандартов представляют собой аутентичный текст пунктов международного стандарта МЭК 60079, что говорит о постепенной гармонизации российской и международной нормативной базы для интеграции России в мировой рынок. Следует отметить, что в настоящее время требования российских стандартов уже в основном соответствуют требованиям международной электротехнической комиссии и европейским стандартам на взрывозащищенное оборудование. Предстоит переработка еще ряда важных нормативных документов. Приведем основные вновь введенные нормативы:
- ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98) Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования. (взамен ГОСТ 22782.0-81, ГОСТ 12.2.020-76)
- ГОСТ Р 51330.5-99 (МЭК 60079-4-75) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 4. Методы определения температуры самовоспламенения.
- ГОСТ Р 51330.9-99 (МЭК 60079-10-95) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон.
- ГОСТ Р 51330.11-99 (МЭК 60079-13-82) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным максимальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам.
- ГОСТ Р 51330.13-99 (МЭК 60079-14-96) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 14. Электрооборудование во взрывоопасных зонах (кроме подземных выработок).
- ГОСТ Р 51330.16-99 (МЭК 60079-13-82) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 17. Проверка и техническое обслуживание электроустановок во взрывоопасных зонах (кроме подземных выработок).
- ГОСТ Р 51330.18-99 (МЭК 60079-19-95) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 19. Ремонт и проверка электрооборудования, используемого во взрывоопасных газовых средах (кроме подземных выработок или применений, связанных с переработкой или производством взрывоопасных веществ).
- ГОСТ Р 51330.19-99 (МЭК 60079-20-96) - Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования.
- ГОСТ Р 51330.22-99 (МЭК 61242-2-1-99) - Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламеняемости горючей пыли. Часть 3. Классификация зон.
Кроме того, введены новые обозначения классов взрывоопасных зон (табл. 1), при этом Правила устройства электроустановок (ПУЭ, 7-ое изд.), определяющие обозначения пожароопасных зон пока не менялись.
ТАБЛИЦА 1
| ПУЭ-89 (6-ое изд.) |
- |
В-I |
В-Ia |
В-Iб |
В-Iг |
В-II |
В-IIа |
| ГОСТ Р 51330.9-99 |
0 |
1 |
2 |
- |
1
или 2 |
- |
- |
| ГОСТ Р 51330.22-99 |
- |
- |
- |
- |
- |
20
или 21 |
22 |
| ПУЭ (7-ое изд.) |
0 |
1 |
2 |
3 |
1
или 2 |
10 |
11 |
Основные понятия
Взрывоопасная среда - это пространство внутри или вне помещений, в котором имеется или может образоваться взрывоопасная газовая или пылевоздушная смесь, в объеме, требующем специальных мер обеспечения безопасности. С химической точки зрения горение, окисление и взрыв являются экзотермическими реакциями, происходящими с различными скоростями. Для осуществления таких реакций необходимо наличие следующих трех компонентов в соответствующих пропорциях:
- топливо (легковоспламеняющиеся газы, пары, жидкости, горючая пыль, или смесь)
- окислитель (воздух или кислород)
- энергия воспламенения (электрическая или тепловая).
В зависимости от того, каким образом происходит реакция, результатом может быть нормированное горение, волна огня или взрыв.
Все методы защиты, применяемые в настоящее время, пытаются исключить один или более компонентов для того, чтобы уменьшить риск возникновения взрыва до приемлемого уровня. В корректно спроектированной системе, как правило, допускается, что должны возникнуть две или более независимые неисправности, каждая с небольшой вероятностью, для того чтобы возможный взрыв произошел.
Для кислородосодержащей атмосферы риск воспламенения взрывоопасной смеси зависит от вероятности одновременного наличия следующих двух условий:
- образование легковоспламеняющихся или взрывоопасных паров, жидкостей или газов, горючей пыли в атмосфере или скопление огнеопасных или взрывчатых веществ;
- наличие источника энергии: электрической искры, электрической дуги или температуры, достаточной для воспламенения, т. е. того, что способно воспламенить опасную смесь.
Обзор методов защиты
Для уменьшения опасность взрыва, необходимо исключить одно или более условий возникновения взрыва (воспламенения): топливо, окислитель или энергию воспламенения.
Сдерживание взрыва - при этом методе взрыв происходит, но он ограничен определенной зоной, и распространение взрыва в окружающую атмосферу не происходит. На этом принципе базируется вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка".
Изоляция - метод, который основывается на физическом разделении или изоляции электрических элементов или горячих поверхностей от взрывоопасных смесей. Метод включает такие способы, такие как поддержание повышенного давления, герметизация и пр.
Предотвращение - метод ограничения электрической и тепловой энергии, поддерживая их на определенном уровне, как при нормальной работе, так и при аварийных обстоятельствах. Наиболее характерным техническим приемом здесь является вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь". За рубежом этот вид взрывозащиты известен как intrinsic safety (внутренняя безопасность).
Ни один из методов защиты не может обеспечить абсолютно надежного предотвращения взрыва. Однако при правильно установленном и содержащемся в исправности стандартном защитном оборудовании вероятность взрыва стремится к нулю. Среди перечисленных методов защиты предпочтительным, по причине надежности и безопасности, является вид "искробезопасная электрическая цепь". Метод основан на принципе ограничения энергии, запасенной в электрической цепи, с тем, чтобы цепь не генерировала электрическую дугу, искру или тепло, которые могут вызвать взрыв опасной смеси.
Метод взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь"
ГОСТ 22782.5-78 (Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь") распространяется на взрывозащищенное электрооборудование групп I и II по ГОСТ 12.2.020-76 с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" и электрооборудование с другими видами взрывозащиты, имеющее искробезопасные и связанные с ними искроопасные цепи. Стандарт полностью соответствует требованиям МЭК 79-3 (1972 г.) и 79-11 (1976 г.) в части основных технических требований и методов испытаний. В соответствии с этим стандартом искробезопасные электрические цепи разделяются на три уровня, указанных в Таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
| Знак уровня искробезопасной электрической цепи для электрооборудования группы |
Наименование уровня взрывозащиты по
ГОСТ 12.2.020-76 |
| I |
II |
| IIa |
Ia |
Особовзрывобезопасный |
| IIb |
Ib |
Взрывобезопасный |
| IIс |
Ic |
Повышенная надежность против взрыва |
В соответствии с ГОСТ Р51330.10-99 (МЭК 60079-11-99) искробезопасные цепи должны иметь коэффициент искробезопасности не ниже 1,5 в нормальном режиме работы электрооборудования, а также в аварийных режимах при искусственно создаваемых повреждениях его элементов и соединений. Под коэффициентом искробезопасности понимается отношение минимальных воспламеняющих параметров, к соответствующим искробезопасным.
Как правило, система пожарной сигнализации для объектов с взрывоопасными зонами состоит из сертифицированных элементов, гарантирующих ее безопасность:
- пожарные извещатели (ПИ), размещенные во взрывоопасной зоне;
- премно-контрольный прибор (ПКП), размещенный во взрывобезопасной зоне,
- барьер, обеспечивающий защиту шлейфа и устанавливаемый на границе зон.
Обычно используются диодные барьеры, обеспечивающие искробезопасность шлейфа посредством ограничения напряжения. Дополнительно барьер может содержать предохранители, которые отключают шлейф при пороговом значении тока (порядка 50 мА). Пожарные извещатели могут подключаться непосредственно к ПКП, если он имеет взрывозащищенное исполнение.
Пожарные извещатели в искробезопасном исполнении
Как уже было отмечено, наиболее надежным и безопасным является вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь". В настоящее время в России для взрывоопасных зон в основном выпускаются максимальные (контактные) пороговые тепловые пожарные извещатели, например: ИП 101-20, ИП 103-1В, ИП 103-4/1, ИП 102-2х2, ИП 103-5/1ИБ, "Мак-1-ИБ". Максимальные тепловые извещатели срабатывают при температуре 70?С, что определяет их низкую эффективность, особенно при установке во взрывоопасных зонах. При повышении температуры до 70?С, пожар переходит в стадию открытого огня, появление которого во взрывоопасной зоне может привести к катастрофическим последствиям. Согласно НПБ 88-01, п. 12.5 "Максимальные тепловые извещатели не рекомендуется применять в помещениях:
- с низкими температурами (ниже 0?С);
- с хранением материальных и культурных ценностей (за исключением случаев, когда применение других извещателей невозможно или нецелесообразно)".
Кроме того, согласно НПБ 76-98, п. 17.6 "ПИ должны содержать встроенный оптический индикатор красного цвета, включающийся в режиме передачи тревожного извещения".
Таким образом, при формировании современной системы пожарной сигнализации необходимо применять дымовые оптико-электронные и радиоизотопные извещатели, а также тепловые максимально-дифференциальные извещатели, тем более, если шлейфы полностью или частично эксплуатируются во взрывоопасной среде.
Компания "Систем Сенсор" серьезно занимается этой темой и имеет большой опыт разработки и производства искробезопасных пожарных извещателей. В ноябре 2002 года российское подразделение компании получило "Свидетельство о взрывозащищенности ЦСВЭ № 2002.С338" на пожарные извещатели (маркировка 1ExibIIВT4 Х):
- дымовой радиоизотопный 1151 EIS;
- дымовой адресно-аналоговый оптико-электронный 2251 EIS;
- тепловой максимально-дифференциальный 5451 EIS;
- ручные типа WR2001/SR I.S., WR7/2001 I.S., WRZ2/4001/C, WR4001 I.S.
Радиоизотопный извещатель 1151 EIS имеет определенные преимущества, например, слабую зависимость чувствительности от "цвета" дыма и от запыления ионизационной камеры. Ток потребления в дежурном режиме 40 мкА. Извещатель содержит изотоп америций-241, с активностью мнее 18,5 кБк, уровень излучения которого не увеличивает естественный фон и не фиксируется бытовыми дозиметрами. Кроме того, Госатомнадзор России проведя экспертизу в Федеральном радиологическом центре НИИ радиационной гигиены Минздрава России полностью освободил используемые источники от радиационного учета и контроля, а также от лицензий на работу с ними.
ТАБЛИЦА 3
| № |
Название изделия |
Конструктивные и функциональные особенности |
Характеристики |
| 1 |
Пожарный взрывозащищенный тепловой максимально-дифференциальный извещатель 5451ЕIS
Назначение: обнаружение возгораний во взрывоопасных зонах (маркировка 1ExibIIВT4 Х) |
- Раннее обнаружение возгорания, при практически нулевой вероятности ложной тревоги
- Малое потребление тока в дежурном режиме
- Полное сохранение работоспособности извещателя при несоблюдении полярности подключения
- Два индикационных светодиода с углом обзора 360°
- Выход для выносного индикатора
- Защита извещателя от несанкционированного извлечения из базы
|
- Температура срабатывания 58°C
- Скорость срабатывания 8°C/мин и более
- Напряжение питания 15 - 28 В
- Ток потребления в дежурном режиме 40 мкА
- Допустимый ток в режиме ПОЖАР 100 мА
- Диапазон рабочих температур от 0°C до +50°C
- Помехоустойчивость 2 степень жесткости
- Сейсмоустойчивость до 8 баллов
- Высота с базой В401 60 мм
- Диаметр 102 мм
- Вес 82 гр.
|
| 2 |
Пожарный взрывозащищенный дымовой радиоизотопный извещатель 1151ЕIS
Назначение: обнаружение возгораний во взрывоопасных зонах (маркировка 1ExibIIВT4 Х) |
- раннее обнаружение возгорания, при практически нулевой вероятности ложной тревоги
- минимальное потребление тока в дежурном режиме
- отсутствие влияния запыления дымовой камеры на чувствительность извещателя
- отсутствие зависимости чувствительности извещателя от "цвета" дыма
- полное сохранение работоспособности извещателя при несоблюдении полярности подключения
- два индикационных светодиода с углом обзора 360°
- выход для выносного индикатора
- защита извещателя от несанкционированного извлечения из базы
|
- напряжение питания 15 - 28 В
- ток потребления в дежурном режиме менее 30 мкА
- допустимый ток в режиме ПОЖАР 100 мА
- диапазон рабочих температур от 0°C до +50°C
- Помехоустойчивость 2 степень жесткости
- Сейсмоустойчивость до 8 баллов
- высота с базой В401 43 мм
- диаметр 102 мм
- вес с базой В401 110 гр.
|
| 3 |
Пожарный взрывозащищенный ручной извещатель WR2001 IS
Назначение: формирование сигнала ПОЖАР во взрывоопасных зонах (маркировка 1ExibIIВT4 Х) |
- простота и удобство в установке и эксплуатации
- травмобезопасность
- функция тестирования для проверки работоспособности
- нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые контакты
- исключена возможность несанкционированного отключения режима ПОЖАР
- высокая надежность
- широкий диапазон рабочих температур
|
- допустимый ток в режиме ПОЖАР 500 мА
- диапазон рабочих температур от -30°C до +70°C
- размеры 87 х 87 х 52 мм
- вес 180 гр.
|
| 4 |
Пожарный взрывозащищенный ручной извещатель WRZ2/4001IS
Назначение: формирование сигнала ПОЖАР во взрывоопасных зонах (маркировка 1ExibIIВT4 Х) |
- водо-газонепроницаемое исполнение
- простота и удобство в установке и эксплуатации
- исключена возможность несанкционированного отключения режима ПОЖАР
- нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые контакты
- клемма для "земляной" шины
- высокая надежность
- широкий диапазон рабочих температур
|
- допустимый ток в режиме ПОЖАР 5 А
- диапазон рабочих температур от -30°C до +70°C
- влажность до 100% с образованием конденсата
- IP67
- размеры 131х125х63
- вес 430 гр.
|
Интеллектуальный дымовой оптико-электронный извещатель 2251 EIS подключается к адресно-аналоговым приемно-контрольным приборам, поддерживающим 200 протокол SYSTEM SENSOR, например, обеспечивается контроль работоспособности извещателя с формированием сигнала неисправности, компенсация изменения чувствительности при запылении дымовой камеры, высокая защита от электромагнитных помех.
Тепловой извещатель 5451 EIS имеет чувствительность дифференциального канала 8°C/мин, порог максимального канала +58°C, номинальный ток потребления в дежурном режиме 40 мкА, два светодиода красного цвета индицируют режим работы с углом обзора 360°.
Данные извещатели являются эффективными и высоконадежными устройствами, обеспечивающими раннее обнаружение возгорания во взрывоопасной зоне, и не допускают ложных срабатываний. Имеется успешный многолетний опыт применения данных пожарных извещателей в составе систем пожарной сигнализации ESMI, Honeywell, Labor Strauss, Notifier, FCI на взрывоопасных объектах как в нашей стране, так и за рубежом.
Выбор высоконадежных взрывобезопасных пожарных извещателей, обеспечивающих раннее предупреждение о возгорании, является главной задачей при проектировании систем пожарной безопасности на объектах с взрывоопасными средами. Применение оптико-электронных, радиоизотопных и тепловых максимально-дифференциальных пожарных извещателей с искробезопасными цепями во взрывоопасных зонах обеспечивает значительное повышение эффективности систем пожарной сигнализации и безопасности эксплуатации объектов.
Поступила в редакцию 25.12.02
|