CC BY
14
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
УДК 614.842.611
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МОДУЛЕЙ ПОРОШКОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ “ТУНГУС”
Подробно рассмотрены проблемы создания и массового изготовления всех составных частей высоконадежных устройств порошкового пожаротушения. Приведены методические приемы прогноза рабочиххарактеристики их корректировок в ходе технологического процесса. Предложена методика ускоренных климатических испытаний комплектующих. Рассмотрены основные точки и приемы контроля качества изготовления изделий на всехстади-яхтехнологического процесса. Показано, что высокая эксплуатационная надежность модулей порошкового пожаротушения “Тунгус” и удобство их применения обусловлены использованием в их составе высоконадежных газогенерирующих устройств, соблюдением установленного порядка проведения опытно-конструкторских и технологических работ, а также тем, что все стадии научно-технических разработок и производство всех комплектующих осуществляются в едином производственном процессе, объединенном общим руководством и территориально.
Ключевыеслова: газогенерирующие источники, огнетушащий порошок, модули порошкового пожаротушения.
Модули порошкового пожаротушения (МПП) совмещают в себе функции хранения и подачи огнетушащего порошка при воздействии исполнительного импульса на пусковой элемент [1]. В последнее время МПП получают все более широкое распространение.
Модули “Тунгус” — это устройства, обладающие исключительно высокой вероятностью безотказной работы и не требующие проведения каких-либо регламентных работ в течение всего назначенного срока службы — до 10 лет. Применительно к модулям с массой заряда огнетушащего порошка до 22 кг эти качества позволяют размещать их в любых, даже труднодоступных точках защищаемых помещений. Тем самым открываются широкие возможности противопожарной защиты объектов самых различных конфигураций.
Высокая эксплуатационная надежность МПП обеспечивается тем, что избыточное давление в объеме модуля, необходимое для выброса порошка, создается газогенерирующими устройствами, запускаемыми в момент подачи команды на срабатывание модулей. Собственно, сама возможность массового производства высокоэффективных и удобных в эксплуатации МПП появилась после того, как
были созданы и освоены в серийном производстве дешевые и безопасные в обращении газогенерирующие источники с электрозапуском.
В настоящее время накоплен богатый опыт разработки, массового производства и применения модулей порошкового пожаротушения, в составе которых используются газогенерирующие элементы. Он показывает, что высокие потребительские качества МПП производства ЗАО “Источник плюс” достигаются благодаря отработанному порядку опытно-конструкторских разработок и подготовки массового производства, объединенных системой сквозной организации единого производственного процесса, охватывающего и разработку, и массовое изготовление всех составных частей этих устройств. Сюда входят:
• разработка состава и отработка методов производственного и приемочного контроля газогенерирующих устройств;
• разработка состава и освоение технологии изготовления огнетушащего порошка, все компоненты которого имеют отечественную производственную базу;
• отработка конструкции МПП в целом и организация производства корпусных деталей;
• организация сборки модулей, включающей установку газогенерирующих источников, заполнение корпусов огнетушащим порошком, настройку узла формирования газопорошковой струи на паспортное давление срабатывания, установку оптических узлов автономного запуска (для самосрабатывающих модификаций МПП). Газогенерирующие источники представляют собой устройства, включающие заряд твердого газогенерирующего материала, способного к само-поддерживающейся реакции химического разложения с выделением газообразных продуктов, которая возбуждается импульсным тепловым воздействием электропускового элемента. Заряд газогенерирующего материала в рассматриваемых конструкциях состоит из одной или нескольких цилиндрических шашек выбранного унифицированного для массового производства диаметра. Вместе с электропус-ковым элементом, усиленным небольшой (0,45 г) навеской дымного пороха, они размещаются в жестяном или стальном корпусе с герметичным выводом проводов электропускового элемента.
С целью безусловного обеспечения высоких эксплуатационных показателей МПП в целом при разработке и массовом изготовлении источников газа реализуется следующая схема проведения работ, необходимость соблюдения которой диктуется многолетним опытом.
Нормативной документацией определено максимально допустимое время от подачи пускового сигнала до начала выброса порошка. Поэтому газогенерирующий заряд должен иметь вполне определенные линейную скорость разложения* и удельную газопроизводительность, чтобы необходимое для срабатывания давление в объеме МПП достигалось за заданное время. Оба эти показателя обеспечиваются выбором компонентного состава газогенерирующего материала с учетом отечественной производственной базы. Он осуществляется, как правило, на основании результатов предварительных расчетов термодинамических характеристик продуктов сгорания и экспериментальной стендовой отработки. При этом в качестве интегральной характеристики работоспособности заряда принимается время срабатывания, под котором понимается время достижения заданного давления в объеме стендовой установки.
В настоящее время в массовом производстве находятся газогенерирующие материалы с линейной скоростью разложения от 1,5 до 2,7 мм/с (при давлении 1 МПа), которая растет с повышением дав-
* Под линейной скоростью разложения следует понимать скорость перемещения фронта химического разложения вглубь тела заряда после импульсного теплового воздействия на его поверхность.
ления в степени 0,29. Удельная газопроизводитель-ность доведена до уровня 0,55 м3/кг (при давлении
0,098 МПа, температуре 273 Кис учетом конденсации воды) [2, 3].
Как показывает анализ, результаты которого подтверждаются имеющимся опытом [4], для каждого конкретного соотношения, связывающего свободные объемы МПП и стендовой установки, температуры рабочего газа в них и геометрию зарядов, может быть подобрано такое давление в объеме стендовой установки, время достижения которого при испытании образца источника газа близко к времени достижения давления начала выброса порошка из объема МПП. Методический учет указанного обстоятельства обеспечивает необходимую достоверность оценки пригодности для запуска в производство каждой вновь изготовленной партии газогенерирующего материала.
Одним из непременных условий передачи газогенерирующего материала в серийное производство является построение экспериментальных зависимостей отклонений времени срабатывания (или скорости горения) от отклонений содержания компонентов смеси от номинальных значений. Оно осуществляется на этапе отработки рецептуры газогенерирующего материала. Результаты этих проработок используются в серийном производстве, когда возникает необходимость корректировки состава массы, и заводятся в технологическую документацию в виде допустимых границ изменения ее компонентного состава.
Другим немаловажным условием перехода к серийному производству являются проверка и подтверждение сохранения работоспособности изделий в течение всего назначенного срока службы в реальных условиях эксплуатации. С этой целью заряды газогенерирующего материала подвергаются ускоренным климатическим испытаниям. Они проводятся по режимам, которые определяются и назначаются для каждого вновь разработанного состава в соответствии с установившейся практикой отработки газогенерирующих зарядов. При этом прогноз характера изменения рабочих характеристик газогенерирующего заряда осуществляется на основании результатов его испытаний после длительного (в течение десятков часов) термостатиро-вания при нескольких значениях повышенных температур термостата. Для изделий, применяющихся в модулях ЗАО “Источник плюс”, — это температуры от 100 до 130 °С. Как правило, численное значение основной рабочей характеристики (времени срабатывания или линейной скорости разложения) линейно зависит от времени термостатирования, а скорость ее изменения Аи/& является функцией температуры, знание параметров которой и позво-
ляет достаточно обоснованно назначить срок службы изделия в заданных температурных условиях эксплуатации, в течение которого не требуется проведения никаких регламентных работ. Для большинства составов удается подтвердить справедливость соотношения [5]:
(Ш _£ / т
~Г~ ~ е >
где и — параметр, определяющий работоспособность заряда (например, скорость горения);
I — время;
Е— параметр, определяющий скорость медленных физико-химических процессов при хранении материала в условиях эксплуатации, находится по результатам испытаний образцов после выдержки при повышенных температурах;
Т — температура.
С учетом полученных результатов обоснована пригодность используемого в модулях ЗАО “Источник плюс” газогенерирующего материала БАВ-15А для обеспечения назначенного срока службы (до 10 лет) при температуре до 90 °С.
Непременным элементом отработки источника газа является экспериментальное подтверждение безотказности его срабатывания, которое предусматривает проведение испытаний на нижней границе температурного диапазона эксплуатации при уменьшенной навеске воспламенителя. Согласно имеющимся результатам вероятность безотказного срабатывания источника газа составляет 0,994.
При массовом производстве изделий обязательным условием обеспечения высокой надежности их работы является постоянно действующий контроль их основных показателей.
Поскольку после запуска источника газа электрическим импульсом процесс газификации заряда протекает независимо от любых внешних воздействий, кроме температуры изделия и давления, то он должен обеспечивать заданный темп нарастания давления в объеме МПП независимо от характеристик конкретных партий сырья, идущих на его изготовление, и условий переработки массы газогенерирующего материала. Это достигается контролем времени срабатывания (см. выше) газогенерирующих зарядов, изготовленных из массы каждой конкретной смеси (250 кг) путем испытаний формулярных образцов. При несоответствии контролируемых показателей требованиям технических условий состав смеси корректируется. При этом учитываются вышеупомянутые зависимости времени срабатывания от состава смеси.
Партия источников газа комплектуется из изделий, изготовленных из нескольких смесей, каждая из которых допущена в производство по результа-
там испытаний формулярных образцов. Каждая партия источников газа предъявляется и принимается ОТК независимой организации (в данном случае — ФГУП “ФНПЦ “Алтай”). При предъявлении партии проводятся контрольно-выборочные испытания на образцах, отобранных из предъявляемой партии, и обязательно учитываются результаты испытаний формулярных образцов от всех смесей, пошедших на ее комплектацию. Принятая ОТК партия изделий снабжается паспортом и передается на комплектацию МПП.
На производстве остается технологический паспорт на каждую партию, в котором зафиксированы все операции по изготовлению изделий, начиная с входного контроля сырья и комплектующих, и имевшие место отклонения от технологического регламента. Он хранится на производстве в течение всего назначенного срока эксплуатации источников газа. При необходимости этот документ позволяет восстановить все особенности, имевшие место при изготовлении любой партии изделий.
Как говорилось выше, ЗАО “Источник плюс” имеет свой производственный участок изготовления огнетушащего порошка ИСТО-1 собственной рецептуры. Его состав разработан, безусловно, с учетом имеющегося отечественного и зарубежного опыта и реального состояния отечественной производственной базы компонентов [6]. В качестве огнетушащей основы в ИСТО-1 используются известные продукты — высокодисперсный аммофос и сульфат аммония. Гидрофобизирующая добавка представляет собой аморфную двуокись кремния (“белую сажу”) с удельной поверхностью 100120 м2/кг, частицы которой покрываются олиго-метилгидридсилоксаном с последующей полимеризацией при температуре 175 °С. Последняя операция специфична только для технологического процесса на производстве огнетушащего порошка ЗАО “Источник плюс”. Согласно результатам лабораторных испытаний данная операция оказывает значимое положительное влияние на гидрофоб-ность получаемого продукта и поэтому является одним из элементов, обеспечивающих его высокую эксплуатационную надежность.
Гарантийный срок хранения огнетушащего порошка составляет 10 лет для диапазона температур эксплуатации от -50 до +50 °С. С целью расширения температурного диапазона применения проведена специальная работа, в ходе которой определена зависимость давления паров над поверхностью порошка от температуры при изменении последней до 105 °С. Эта зависимость позволяет оценить физико-химическое состояние огнетушащего порошка в различных температурных условиях. Полученные результаты подтвердили применимость ИСТО-1
в составе модулей порошкового пожаротушения при температурах до 90 °С.
Система производственного контроля при изготовлении ИСТО-1 предусматривает входной контроль сырья, на основании которого назначаются режимы его переработки, лабораторный контроль степени гидрофобности каждой мешки белой сажи по методике [7], а также контроль каждой смеси огнетушащего порошка массой 1,0—1,2 т на соответствие требованиям нормативной документации [8] и содержание фракции, меньшей 50 мкм, которое должно быть не менее 45 мас. % [9]. Каждая партия огнетушащего порошка, поставляемая на сборку МПП или сторонним потребителям, комплектуется из смесей, соответствующих требованиям действующих технических условий. Тем самым обеспечиваются высокие показатели качества продукта, идущего на комплектацию модулей.
Все МПП “Тунгус” — импульсного действия. С самого начала разработок изделий было ясно, что пожаротушащая эффективность тем выше, чем больше рабочее давление, т.е. давление среза герметизирующей мембраны. В то же время нежелательно, чтобы его уровень делал эти устройства подконтрольными органам Ростехнадзора. При этом суммарная газопроизводительность источника должна быть достаточной, чтобы обеспечить необходимый уровень давления в объеме МПП и на нижней границе температурного диапазона эксплуатации. Поэтому при разработке и экспериментальной отработке конструкции МПП выбор рабочих параметров источника газа и геометрических характеристик узла выброса огнетушащего порошка (сопла) сопровождается регистрацией давления в объеме модуля от момента запуска источника газа до момента выравнивания его с окружающим в конце выброса порошка. При проведении специальных испытаний с заглушенным отверстием для выброса порошка определяется максимально достигаемое давление в объеме МПП. Его величина характеризует фактическое значение газопроизводительнос-ти источника в составе модулей. Для подтверждения работоспособности изделий эти испытания проводятся на нижней границе температурного диапазона эксплуатации. При этом максимальное давление в корпусе модуля всегда с запасом превышает давление вскрытия мембраны. Система регистрации работает с частотой опроса 1 кГц, а объем ее памяти позволяет при испытаниях МПП достаточно подробно отслеживать характер изменения давления как во время заполнения корпуса при срабатывании источника газа, так и в процессе выброса порошка, точно определять фактическое давление и время вскрытия мембраны и тем самым получать объективную количественную оценку быст-
родействия и времени действия МПП. Киносъемка процесса срабатывания МПП в свободном пространстве (вне границ взаимодействия со стенами и полом стенда) с частотой 25 кадр/с показывает, что из-за малого времени действия газопорошковая смесь движется, как правило, в виде газопорошкового облака конечной длины. Синхронизация покадровой регистрации процесса формирования газопорошкового облака при обработке и анализе результатов испытаний в указанных условиях с регистрацией давления в его объеме дает возможность предварительной оценки плотности и времени воздействия газопорошкового облака на очаг загорания или другое место возникновения аварийной ситуации.
Отработка каждой модификации МПП предусматривает обязательное прямое определение параметров защищаемого пространства по площади и объему путем неоднократных огневых испытаний. Эта информация позволяет обоснованно подойти к назначению паспортных характеристик МПП по пожаротушащей эффективности.
Система контроля процесса изготовления корпусных деталей и (при необходимости) калибровки комплектующих, кроме контроля геометрии, включает 100 %-ный контроль герметичности сварных соединений, обязательные гидравлические испытания каждой партии корпусов испытательным и предельным давлениями и контроль материала, толщины и давления вскрытия герметизирующих мембран на каждой конкретной партии узлов формирования газопорошковой струи. Тем самым обеспечиваются небольшие разбросы давления вскрытия для модулей “Тунгус”, которые с запасом удовлетворяют требованиям норм [1].
Технологический процесс сборки МПП предусматривает полуавтоматическое заполнение корпусов огнетушащим порошком с использованием ва-куумирования заполняемого объема до остаточного давления не более 0,07 МПа с выборочным контролем массы заряда порошка в течение всей смены.
На каждую партию изготовленных модулей заполняется технологический паспорт, в котором технологической службой фиксируются все операции по сборке и контролю и имевшие место отклонения от технологического регламента. Технологический паспорт остается на участке сборки и хранится в течение всего назначенного срока эксплуатации модуля.
С целью контроля стабильности технологического процесса изготовления МПП “Тунгус” в целом ежегодно проводятся огневые испытания их пожаротушащей способности.
Единое техническое и организационное руководство процессом изготовления МПП со сквозным планированием избавляет участки производства от авральных ситуаций и простоев, что также способствует обеспечению высокого качества изделий.
Выводы
В соответствии со своим назначением модули порошкового пожаротушения должны обладать высокой вероятностью безотказной работы в течение всего назначенного срока службы и не требовать проведения регламентных работ. Выполнение этих требований при изготовлении модулей типа “Тунгус” обеспечивается единым производственным про-
цессом на одном предприятии, который охватывает технически взаимно согласованные друг с другом:
• разработку и внедрение высоконадежных газогенерирующих источников;
• собственное производство огнетушащего порошка;
• разработку и внедрение эффективных конструкций модулей с собственным производством металлоконструкций и сборкой изделий. Достаточно высокий уровень качества разработки и производства модулей порошкового пожаротушения “Тунгус” поддерживается благодаря привлечению для контроля ОТК независимой организации, в данном случае — ОТК ФГУП “ФНПЦ “Алтай”.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. НПБ 67-98. Установки порошкового пожаротушения автоматические. Модули. Общие технические требования. Методы испытаний : утв. ГУГПС МВД России 29.01.1998, МЧС России 18.06.2003 : введ. 01.03.1998. — М. : ГУГПС МВД России, 1998. — 19 с.
2. Пат. 2174972 Российская Федерация, 7 С 060 5/06 С2. Газогенерирующий состав / Груздев А. Г., Никитин Д. Н. [и др.] ; заявитель и патентообладатель ООО “Источник”. — № 2000101221/12 ; заявл. 12.01.2000 ; опубл. 20.10.2001, Бюл. № 29.
3. Неверов, К. А. Результаты разработки газогенерирующего состава с повышенной газопро-изводительностью для автоматических устройств порошкового пожаротушения / К. А. Неверов, В. Н. Осипков, Г. Ю. Шейтельман // Высокоэнергетические материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение : тез. IV Международной конференции “НЕМэ-2008” 3-5 сент. 2008 г., Белокуриха (Алт. край). — С. 139-141.
4. Осипков, В. Н. Создание новых пиротехнических источников холодного газа, совершенствование процессов, аппаратов и технологии их производства : дис.... канд. техн. наук : 05.17.08 / В. Н. Осипков. — Бийск (Алт. край), 2004. — 165 с.
5. Трутнева, Л. И. Оценка и прогнозирование стабильности композиционных охлаждающих материалов : дис.... канд. техн. наук: 05.17.06/Л. И. Трутнева. — Бийск (Алт. край), 2005. — 115с.
6. Пат. 2194555 Российская Федерация, 7 А 620 1/00. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения / Кондратюк С. А., Никитин Д. Н. [и др.]; заявитель и патентообладатель ООО “Источник”. — № 2001119504/12 ; заявл. 13.07.2001 ; опубл. 20.12.2002, Бюл. № 35.
7. ТУ 6-18-185-79. Аэросил марки АМ-1. Технические условия. — Введ. 1979-10-01. — М. : Госкомстандартов СССР, 1979. — 13 с.
8. НПБ 170-98*. Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний : утв. ГУГПС МВД России 30.06.1998 : введ. 01.10.1998. — М. : ГУГПС МВД России, 1998. — 26 с.
9. ТУ 2149-0001-54572789-00. Порошок огнетушащий ИСТО-1. Технические условия. — Введ. 2001-01-30. — Бийск : ООО “Источник”, 2001. — 21 с.
Материал поступил в редакцию 09.06.09. © Груздев А. Г., Неверов К. А., Осипков В. Н., Шейтельман Г. Ю., 2009 г. (e-mail: [email protected]).
