CC BY
23Способы борьбы с выходом угарного газа в бытовом газоиспользующем оборудовании
Шеногин Михаил Викторович,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазо-снабжение, вентиляция и гидравлика», Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, [email protected]
Приведены свойства угарного газ, описаны симптомы отравления им человека. Проанализировано опасное воздействие угарного газа на жизнь и здоровье людей в зависимости от его концентрации во вдыхаемом воздухе и времени вдыхания. Представлена статистика несчастных случаев, связанных с отравлением людей угарным газом в Российской Федерации. Перечислены наиболее распространенные случаи проникновения угарного газа в жилые помещения, подробно проанализированы их причины. Рассмотрены традиционные конструкции датчиков тяги, применяемые в отечественном и импортном бытовом газоиспользующем оборудовании, описаны принципы их работы, отмечены основные недостатки. Предложено новое устройство детекции угарного газа, применение которого сможет повысить безопасность использования бытового газового оборудования. Приведена схема нового устройства детекции угарного газа, описаны требования нему.
Ключевые слова: угарный газ, горение газа, бытовое газо-использующее оборудование, термостат, пневмореле, контроль загазованности, датчик тяги.
Угарный газ (монооксид углерода, химическая формула СО) - незаметный серийный убийца наших сограждан, хорошо замаскировавшийся за цифрами статистики смертей россиян.
Угарный газ - крайне ядовит. Естественный уровень угарного газа в атмосфере - 0,01...0,9 мг/м3. Допустимое содержание угарного газа в воздухе производственных зданий должно быть, не более: 20 мг/м3 в течение рабочей смены; 50
33
мг/м в течение часа; 100 мг/м в течение получаса. Максимальная разовая доза угарного газа в городском воздухе составляет не более 5 мг/м3, а предельно допустимая среднесуточная концентрация - 3 мг/м3.
При дыхании угарный газ поступает в кровь человека, где «отнимает» молекулы гемоглобина у кислорода, что приводит к кислородному голоданию клеток, спазмам сосудов, головной боли, потере сознания и (при длительном вдыхании) - к смерти. Особую опасность угарному газу придают такие его свойства как отсутствие запаха и цвета, а также слабая поглощаемость фильтрами традиционных противогазов.
Выделяются следующие причины отравлений угарным газом: отравления выхлопными газами автомобилей, бытовые отравления (от неисправного газоиспользующего оборудования) и отравления при пожарах.
Симптомы человека при отравлении пропорциональны концентрации угарного газа во вдыхаемом воздухе и времени нахождения человека в отравленной атмосфере. При концентрации угарного газа 0,02.0,03% и времени вдыхания 4.6 часов, у человека возникнет головная боль, головокружение, тошнота и будет нарушена координация движений. При более высокой концентрации, например 0,1.0,2% у человека через 1.2 часа наступает кома, остановка дыхания и, возможно, смерть. «Мгновенно-смертельной» признана концентрация угарного газа во вдыхаемом воздухе составляющая 0,4%.
Статистика, публикуемая МЧС, свидетельствует, что от отравления угарным газом каждый год погибает около 2,5 тысяч россиян. Большая часть (87 %) смертей от угарного газа происходит во сне.
О
55 >
£
55 П П 1
и
у
а
г
*
а о
Причина появления угарного газа в жилых помещениях - неправильно организованное сгорание газа в горелках бытового газоисполь-зующего оборудования. Если при сгорании природного газа (метана, СН4) выдерживается соотношение «газ-воздух» более или равное 1:10, то в результате горения образуются только нетоксичные, безопасные для здоровья человека продукты сгорания - углекислый газ (СО2) и вода (Н2О), образования угарного газа (СО) не происходит.
Если горение природного газа происходит с нехваткой кислорода (соотношение «газ-воздух» менее 1:10), то молекул кислорода «не хватает» для образования углекислого газа (СО2) и в продуктах сгорания появляется угарный газ (СО). Визуально горение с недостатком кислорода проявляется в виде изменения цвета пламени с сине-фиолетового до красного с черными прожилками. Однако, большинство газовых приборов сконструировано так, что пользователь не может контролировать цвет пламени.
Тем не менее, даже если горение происходит с недостатком кислорода, при герметичности газового оборудования, дымоотвода, дымохода и наличии тяги и сигнализатора загазованности трагедий не происходит, т.к. все дымовые газы, включая выделившийся угарный газ, удаляются через дымоход в атмосферу.
Рассмотрим подробнее причины, приводящие к появлению угарного газа в жилых помещениях. Это, как правило, сочетание горения газа с недостатком кислорода (связанного с отсутствием или недостаточной производительностью приточной вентиляции) с каким-то из следующих обстоятельств:
- негерметичностью камеры сгорания газоис-пользующего оборудования (причины - заводские дефекты, естественный износ);
- негерметичностью дымоотвода (причины -неправильный монтаж, трещины, прогары);
- негерметичностью дымохода (причины -трещины в кирпиче, выкрашивание швов кирпичной кладки, разрушение кирпича и т.п.);
- отсутствием тяги, либо наличием обратной тяги в дымоходе (причины -ошибки при проектировании дымохода либо его неисправность).
Очевидно, что, отравление угарным газом тесно связано с разнообразными проблемами дымоходов и систем вентиляции. В этой связи хотелось бы отметить, во-первых, несовершенство принятой в РФ системы контроля за дымо-отводящими и вентиляционными каналами жилых помещений, а во-вторых негативную роль пластиковых окон в нарушении воздухообмена помещений.
Большинство современных жилых домов в России имеют естественную приточно-вытяжную вентиляцию. Вытяжка обычно органи-
зована из «грязных» помещений (туалетов, ванных комнат и кухонь) через вертикальные каналы в стенах (высота которых обеспечивает необходимую тягу), а приток - через неплотности ограждений, в первую очередь окон. Однако, современные пластиковые окна имеют существенно меньшую степень воздухопроницания, чем деревянные, поэтому воздуха в жилые помещения поступает намного меньше. Уменьшение объема приточного воздуха приводит к уменьшению объема вытяжного воздуха, т.е. - к горению с недостатком кислорода и ухудшению тяги. Кардинально не решают проблему устройства проветривания - жители могут ими не пользоваться. На наш взгляд, было бы правильным одновременно с пластиковыми окнами устанавливать приточные клапаны, хотя бы в помещениях с газоиспользующим оборудованием.
Последний «рубеж обороны» в борьбе с угарным газом за человеческие жизни - датчик тяги. Конечно, существуют еще сигнализаторы загазованности по угарному газу, однако их установка в помещениях с газоиспользующим оборудованием стала обязательной сравнительно недавно [1, 2] и только для новых жилых домов. На практике жители стараются избегать установки этих систем, считая их дорогими и бесполезными.
Главная функция датчика тяги - управление работой запорного клапана, подающего газ к горелкам газоиспользующего оборудования. Подача газа должна автоматически прекращаться при нарушении тяги.
Принцип действия и конструкция устройств контроля тяги зависит от типа камеры сгорания газопотребляющего оборудования. Устройство контроля тяги конструктивно размещают в дымоходе, как правило, перпендикулярно направлению потока дымовых газов.
В теплогенераторах с открытой камерой сгорания (забирающих воздух для горения из помещения в котором установлены) в качестве датчика тяги традиционно используется термостат, устанавливаемый в поток дымовых газов. Термостат - устройство механического действия, использующее принцип линейного расширения металла при нагревании. Термостат представляет собой биметаллическую пластину, которая расширяясь от воздействия температуры (более 75 оС) деформируется и размыкает контакты электрической цепи, управляющей срабатыванием запорного клапана, перекрывающего подачу газа. Таким образом, при ухудшении тяги в дымоходе, уменьшается скорость дымовых газов, возрастает их температура, происходит перегрев термостата и отключение подачи газа.
В теплогенераторах с закрытой камерой сгорания (забирающих воздух для горения с улицы) в
качестве датчика тяги используется пневмореле. Пневмореле - это устройство, предназначенное для контроля за работой вентилятора и, следовательно, за удалением дымовых газов в дымоход. Чувствительным элементом пневмореле является подпружиненная мембрана, воспринимающая давление удаляемых продуктов сгорания. При отклонении давления от заранее установленной величины, давление дымовых газов воздействует на чувствительную мембрану, что вызывает срабатывание микропереключателя реле, который подает управляющий сигнал запорному клапану о прекращение подачи газа на горелку.
Обе описанные конструкции датчиков тяги, дешевы и надежны, однако нередко выходят из строя. Последствия отказов датчиков тяги - гибель людей - неприемлемы в ХХ1 веке. Для существенного повышения безопасности бытовых газовых котлов и водонагревателей и сохранения человеческих жизней, во Владимирском государственном университете проводится научно-исследовательская работа по созданию универсального устройства детекции угарного газа.
Перечислим некоторые требования к разрабатываемому устройству:
- надежность работы в условиях высоких температур и высокой влажности;
- возможность использования современных, надежных, серийно выпускаемых промышленностью датчиков;
- наличие системы самодиагностики с индикатором, сообщающим о состоянии устройства;
- питание от стандартного компактного источника питания;
- миниатюрность и герметичность, позволяющие разместить устройство в корпусе газо-использующего оборудования;
- опционная возможность использования разрабатываемым устройством штатных систем газоиспользующего оборудования (датчиков, запорного клапана, источника питания, дисплея).
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема устройства детекции угарного газа 1 ^ - датчики температуры разного действия; р -датчик давления; датчик на угарный газ, БУ - блок управления; ЭК - электромагнитный клапан
Планируется, что разрабатываемое устройство будет использовать одновременно все доступные прямые и косвенные способы определения утечки угарного газа (повышение температуры в дымоотводе, понижение давления в камере сгорания, прямое измерение концентрации угарного газа внутри газоиспользующего оборудования), что позволит существенно повысить безопасность при использовании газа в быту. Устройство будет снабжено системой самодиагностики, блокирующей подачу газа в случае неисправности.
При достижении миниатюрности и универсальности конструкции разрабатываемого устройства появится возможность устанавливать его в серийно выпускаемое бытовое газовое оборудование взамен традиционных датчиков тяги, что, значительно повысит безопасность людей при эксплуатации бытового газового оборудования.
Литература
1. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений [Электронный ресурс]: Федеральный закон № 384-ФЗ от 30.12.2009 г. (ред. от 02.07.2013 г.). - Доступ из справочно-правовой системы «Консультант Плюс».
2. Технический регламент о безопасности сетей газораспределения и газопотребления (утв. постановлением Правительства РФ № 870 от 29.10.2010 г.) / Собрание законодательства РФ. - № 45 от 08.11.2010 г. - Ст. 5853. - ISSN 1560-0580.
3. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности [Электронный ресурс]: Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008 г. (ред. от 03.07.2016 г.). - Доступ из справочно-правовой системы «Консультант Плюс».
4. Правила противопожарного режима в Российской Федерации [Электронный ресурс]: Постановление Правительства РФ № 390 от 25.04.2012 г. (ред. от 06.04.2016 г., с изм. от 17.10.2016 г.). - Доступ из справочно-правовой системы «Консультант Плюс».
5. ГОСТ 31856-2012. Водонагреватели газовые мгновенного действия с атмосферными горелками для производства горячей воды коммунально-бытового назначения. Общие технические требования и методы испытаний / Росстан-дарт. - М.: Стандартинформ, 2013. - 115 с. -Без ISBN.
6. СП 62.13330.2011*. Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002 / Минрегион России. - М.: ДЕ-АН, 2012. - 128 с. - ISBN 978-5-93630-879-6.
7. СП 31-106-2002. Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов / Госстрой России. - М.: ЦПП, 2002. - 30 с. - Без ISBN.
О В
К*
£
55 т П 1
8. Правила производства трубо-печных работ. - М.: ВДПО, 2006. - 168 с. - Без ISBN.
9. Практическое пособие по проектированию внутридомового и внутриквартирного газового оборудования / НП СРО «ГС.П». - СПб.: НП СРО «ГС.П», 2014. - 24 с. - Без ISBN.
10. Скафтымов, Н.А. Основы газоснабжения: учеб. для вузов / Н.А. Скафтымов. - Минск: ЭКОЛИТ, 2012. - 345 с. - ISBN 978-5-4365-00706. - Без ISBN
Ways of dealing with the release of carbon monoxide in
domestic gas-powered equipment Shenogin M.V.
Vladimir state University named after Alexander Grigorievich and
Nikolai Grigorievich Stoletovs Given the properties of carbon monoxide, describes the symptoms of poisoning of humans. Analyzed the dangerous effects of carbon monoxide on health and life of people depending on its concentration in the inhaled air and the time of inhalation. Shows the statistics of accidents associated with poisoning of people with carbon monoxide in the Russian Federation. The most common cases of penetration of carbon monoxide into living quarters, and analyzed their causes. The traditional design of the thrust sensors used in domestic and imported appliances gas-powered equipment, describes the principles of their work, the basic drawbacks. The proposed new device for the detection of carbon monoxide, which can improve the safe use of household gas equipment. The scheme of the new device for the detection of carbon monoxide, the requirements it.
Key words: carbon monoxide, combustion gas, household gas equipment, thermostat, pneumocele, control of gas concentration, the sensor of traction.
References
1. Technical regulations on the safety of buildings and structures
[Electronic resource]: Federal Law No. 384-FZ of 30.12.2009 (as amended on 02.07.2013). - Access from the consultancy and legal system Consultant Plus.
2. Technical Regulations on the Safety of Gas Distribution Networks and Gas Consumption (approved by Resolution of the Government of the Russian Federation No. 870 of October 29, 2010) / Collection of Legislation of the Russian Federation. - No. 45 of 08.11.2010. - Art. 5853. - ISSN 15600580.
3. Technical regulations on fire safety requirements [Electronic
resource]: Federal Law No. 123-FZ of 22.07.2008 (as amended on 03.07.2016). - Access from the consultancy and legal system Consultant Plus.
4. Rules of the fire-fighting regime in the Russian Federation
[Electronic resource]: Resolution of the Government of the Russian Federation No. 390 of 25.04.2012 (as amended on 06/04/2016, as amended on October 17, 2016). - Access from the consultancy and legal system Consultant Plus.
5. GOST 31856-2012. Instantaneous water heaters with atmospheric burners for the production of domestic hot water. General technical requirements and test methods / Rosstandart. - Moscow: Standartinform, 2013. - 115 p. -Without ISBN.
6. SP 62.13330.2011 *. Gas distribution systems. Updated version of SNiP 42-01-2002 / Ministry of Regional Development of Russia. - Moscow: DEAN, 2012. - 128 pp. -ISBN 978-5-93630-879-6.
7. SP 31-106-2002. Designing and construction of engineering
systems of single-family houses / Gosstroy of Russia. -Moscow: TsPP, 2002. - 30 c. - Without ISBN.
8. Rules for the production of pipe-furnace operations. -Moscow: VDPO, 2006. - 168 p. - Without ISBN.
9. Practical manual on the design of domestic and in-house gas
equipment / NP SRO GSUP. - SPb .: NP SRO GSUP, 2014. - 24 p. - Without ISBN.
10. Skatemyamov, N.A. Fundamentals of gas supply: Textbook. for universities / NA. Skatymov. - Minsk: ECOLIT, 2012. -345 with. - ISBN 978-5-4365-0070-6. - Without ISBN
у
a
s
*
a б
