Новые технологии и системы раннего обнаружения пожара на основе волоконно-оптических тепловых линейных пожарных извещателей

New technologies and systems of early fire detection based on fiber-optic thermal linear fire detectors

Аннотация: Рассмотрены новые технологии и принципы измерения температуры с использованием волоконно-оптической кабеля. Приводятся примеры отечественных тепловых линейных пожарных извещателей, указаны их преимущества и область применения.

Ключевые слова: контроль температурыпожарный извещательволоконно-оптический кабель

Автор:Колесникова Елена Геннадьевна | Соловьев Евгений Евгеньевич | Федоров Андрей Владимирович | Алешков Александр Михайлович | Кузьмин Дмитрий Юрьевич |

Извещатели пламени и газовые извещатели относятся к пожарным извещателям, обнаруживающим пожар на ранней стадии развития. Тепловые пожарные извещатели считаются техническими пожарными извещателями с повышенной инерционностью, что подтверждается техническими требованиями ГОСТ Р 53325-2012 [1,2].

Лазерные технологии

Без сомнения, современные технологии расширяют функциона льные  возможности а да пте ра  лине йного те плового изве ща те ля. На илучшие  ре зульта ты были получе ны при использова нии ла зе рного оптиче ского ре фле ктоме тра  и волоконно-оптиче ского ка бе ля. Когда  оптиче ское  волокно на гре ва е тся, е го структура  изме няе тся, и соотве тстве нно изме няе тся полоса  а нтистоксова  комбина ционного ра ссе яния в отра же нном сигна ле . Это позволяе т контролирова ть те мпе ра туру в любой точке  оптоволоконного ка бе ля на  все й длине : до 10 км для одного ка на ла , до 8 км для двух ка на лов и до 6 км для 4 ка на лов. Ка бе льные  уча стки ка ждого ка на ла  можно ра зде лить на  256 зон, и в ка ждой из них можно за програ ммирова ть любую ра бочую те мпе ра туру, от кла сса  до A 1 до G и H, ма ксима льно-диффе ре нциа льные  - от кла сса  A 1R до кла сса  GR и HR. Изме рите льный прибор може т контролирова ть те мпе ра туру окружа юще й сре ды во все м диа па зоне  от - 273 до +1200 °C и е го пре де ла х только че ре з тип оболочки из оптиче ского волокна  [1,4].

Сработка каждой зоны происходит по 5 критериям, как на повышение температуры, так и на ее снижение. Например, можно запрограммировать два температурных порога (+5 - +10 ° C), чтобы информировать о падении температуры в помещении насосной станции водяного или пенного пожаротушения. Начало, конец и длина каждой зоны определяются индивидуально. Кроме того, один и тот же участок оптического волокна может проходить через разные зоны. При необходимости можно выбрать участки кабеля, которые вообще не контролируются и т. д.

В Соединенных Штатах в середине 1990-х годов был предложен и введен в эксплуатацию волоконно-оптический кабель.

В Российской Федерации в конце 1990-х годов в институте «Гипроуглеавтоматизация» был разработан волоконно-оптический тепловой линейный пожарный извещатель: «Комплекс для раннего обнаружения возгораний на конвейерных лентах (комплекс ОПК)», который успешно прошел эксплуатационные испытания. [3].

Компания ООО «Этра-спецавтоматика» разработала и производит с 2012 годаИзвещатель ИП-132-1-Р «Елань» [4].

Компания ООО «КабельЭлектроСвязь» разработала в 2015 году Извещатель ИП-132-1-Р «Горизонт» [5].

Принцип работы извещателей

В оптоволоконный кабель вводится лазерный импульс, этот импульс, который распространяется по оптоволокну, взаимодействует с его молекулами и распределяется на две спектральные составляющие. Отношение амплитуд этих спектральных составляющих пропорционально температуре. Таким образом, измеряя амплитуды спектральных составляющих по всей длине оптоволоконного кабеля, можно измерить температурный профиль. Общая длина оптоволоконного кабеля может составлять до 8 километров («Елань») или 15 километров («Горизонт»).

В оптоволоконном кабеле используется лазер малой мощности до 20 мВт (класс 1M), он безвреден для человеческого глаза и безопасен в случае обрыва оптоволоконного кабеля в опасной зоне. Этот линейный тепловой извещатель может быть установлен во взрывоопасных зонах, включая зону 0, без дополнительной взрывозащиты. С другой стороны, использование лазера малой мощности гарантирует стабильную работу извещателя в течение нескольких десятилетий.

Интеграция пожарных извещателей в АСУ технологическим процессом и АСУ противопожарной защитой

Современный волоконно-оптический тепловой линейный пожарный извещатель легко подключается к любому приемно-контрольному прибору благодаря программируемым 43 реле "Пожар" и 1 реле "Неисправность"; могут быть использованы внешние блоки с 256 реле на канал для расширения. Его можно легко интегрировать в SCADA с помощью протоколов Modbus по RS-232, RS-422, RS-485 и TCP / IP. Подключение к компьютеру осуществляется через USB и LAN.

Преимущества оптоволоконных извещателей

Волоконно-оптический кабель, который при прокладке и изгибе вокруг препятствия проходит по всей длине защищаемого объекта и покрывает максимальную площадь или длину защищаемого объекта. Сигналы по оптоволоконному кабелю достигают блока обработки (приемно-контрольный прибор), где сигналы, принятые фильтром, определяют расстояние до точки перегрева, из которой возникает сигнал, и анализируется цифровое значение температуры. На этом процессоре он принимает решение о наличии или отсутствии возгорания. Блок обработки контролирует температуру по всей длине сенсорного элемента (оптоволоконного кабеля), при этом зоны контроля этого сенсорного элемента обычно распределяются по длине от 4 до 20 метров. Сигнал «пожар» генерируется, когда он поднимается до заданного уровня по длине зоны контроля. Блок обработки одновременно может определять все зоны, в которых произошёл пожар.

Нужно отметить, что электромагнитные помехи не влияют на волоконно-оптические извещатели, не проводят электричество и не создают локальных помех. в местах возникновения электромагнитных помех или в местах с большой горючей нагрузкой.

Рекомендации по применению

Волоконно-оптические тепловые пожарные извещатели обнаруживают возгорание на ранней стадии пожара в линейно протяженных объектах, в объектах или областях с тяжелыми условиями эксплуатации, высокими или низкими температурами и агрессивной химической средой. высокая влажность, высокая концентрация пыли, высокое загрязнение и т. д. Примером таких предприятий могут служить: нефтегазовые заводы, металлургия и химическая промышленность, деревообрабатывающие, цементные и угольные заводы, энергетические и кабельные заводы, автомобильные и железнодорожные туннели При зигзагообразной прокладке их можно использовать для защиты крупных объектов. Конструкция линейного теплового извещателя защищает оборудование, регулируя температуру при прямом контакте с объектом. Это защищает различные конструкции, такие как резервуары для хранения нефти, трансформаторы высокого напряжения, кабельные тоннели и трассы и др.

Вывод: Применение волоконно-оптических тепловых пожарных извещателей в составе автоматизированных систем управления противопожарной защитой позволяет эффективно обнаружить перегрев (пиролиз) кабеля в линейно протяженных объектах, а также загорание на ранней стадии возникновения пожара, что значительно повысит уровень пожарной безопасности потенциально опасных объектов.

Литература

1. А.В. Федоров, А.А.-Б. Гаплаев, Н.Г. Топольский, И.В. Самарин Автоматизация контроля и испытаний систем управления противопожарной защитой объектов топливно-энергетического комплекса: Монография. – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019. – 184 с.

2. ГОСТ Р 53325-2012 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний.

3. М.Д. Азбель, Б.А. Анненков, Б.Г. Горшков Раннее обнаружение пожаров на ленточных конвейерах с использованием волоконно-оптического термокабеля // «Уголь».-М,: , 2002 №2.

4. И. Г. Неплохов Уникальные пожарные извещатели// "Системы безопасности"- М:, 2012 № 3.

5. В.И. Фомин Волоконно-оптические тепловые линейные пожарные извещатели: что предлагает российский рынок? // Системы безопасности", №1 - М:, 2018.