Обеспечение пожарной безопасности во взрывоопасных зонах

Рассмотрены принципы построения систем пожарной сигнализации во взрывоопасных средах, т.е. на предприятиях газовой, горнодобывающей, нефтехимической промышленностей.

Нормативная база

Рассмотрим основные нормативные документы, используемые при проектировании и 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 представляет собой аутентичный текст частей международного стандарта МЭК 60079, что говорит о постепенной гармонизации российской и международной нормативных баз 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:

1. ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования (взамен ГОСТ 22782.0-81 и 12.2.020-76);
2. ГОСТ Р 51330.5-99 (МЭК 60079-4-75). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 4. Методы определения температуры самовоспламенения;
3. ГОСТ Р 51330.9-99 (МЭК 60079-10-95). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон;
4. 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;
5. ГОСТ Р 51330.13-99 (МЭК 60079-14-96). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 14. Электрооборудование во взрывоопасных зонах (кроме подземных выработок);
6. ГОСТ Р 51330.16-99 (МЭК 60079-13-82). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 17. Проверка и техническое обслуживание электроустановок во взрывоопасных зонах (кроме подземных выработок);
7. 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);
8. ГОСТ Р 51330.19-99 (МЭК 60079-20-96). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования;
9. 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, не менялись.

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 определенных пропорциях:

1. топливо (легковоспламеняющиеся газы, пары, жидкости, горючая пыль или смесь);
2. окислитель (воздух или кислород);
3. 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 возникновение двух или более независимых неисправностей, каждая с небольшой вероятностью для того, чтобы возможный взрыв произошел.

Для кислородсодержащей атмосферы риск воспламенения взрывоопасной смеси зависит от вероятности одновременного наличия двух условий:

1. образование легковоспламеняющихся или взрывоопасных паров, жидкостей или газов, горючей пыли в атмосфере или скопление огнеопасных или взрывчатых веществ;
2. наличие источника энергии (электрической искры, электрической дуги или температуры, достаточной для воспламенения), способного воспламенить опасную смесь.

Обзор методов защиты

Для уменьшения опасности 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, 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, как поддержание повышенного давления, герметизация и пр.

Предотвращение — метод ограничения электрической и тепловой энергий, 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, указанные в табл. 2.

В соответствии с ГОСТ Р 51330.10-99 (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:

1. пожарные извещатели (ПИ), размещенные во взрывоопасной зоне;
2. приемно-контрольный прибор (ПКП), размещенный во взрывобезопасной зоне;
3. 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.