Эксплуатация модулей газового пожаротушения. Проблемы контроля утечек

Одна из ключевых эксплуатационных задач модулей газового пожаротушения — своевременно обнаружить утечку огнетушащего вещества. Для этого применяют прямой контроль массы и косвенные методы: измерение давления и уровня жидкой фазы.

Что именно требуется контролировать

Газовое огнетушащее вещество хранится в модуле в сжатом или сжиженном состоянии. В процессе эксплуатации необходимо контролировать состояние модуля по давлению пропеллента — газа-вытеснителя — и по массе огнетушащего вещества. Для этого применяются манометры, весовые устройства или измерители уровня.

Методы контроля условно делятся на две группы:

• прямые — определяют массу при помощи взвешивающего устройства;
• косвенные — делают вывод о количестве вещества по давлению или уровню.

Выбор метода зависит от физического состояния огнетушащего вещества и характера его поведения при изменении температуры.

Это принципиально для эксплуатации: показание прибора нельзя оценивать отдельно от температуры модуля. Одно и то же давление при разных температурных условиях может соответствовать разному состоянию заряда. Поэтому для сжатых газов необходима графическая или табличная зависимость давления от температуры во всём эксплуатационном диапазоне.

Сжатые и сжиженные газы ведут себя по-разному

К сжиженным веществам статья относит хладоны, элегаз и двуокись углерода. Азот, аргон и их смеси хранятся в сжатом состоянии. Для сжатого газа контроль утечки по манометру сравнительно прост: требуется учитывать зависимость давления от температуры. При неизменной температуре процентное уменьшение давления соответствует процентной потере массы сжатого газа.

Для сжиженных газов зависимость существенно сложнее. Давление определяется не только количеством вещества, но и температурой, состоянием жидкой и газовой фаз, коэффициентом загрузки модуля. При определённых условиях жидкая фаза заполняет весь объём сосуда, а характер зависимости давления от температуры резко меняется.

Почему манометр не всегда показывает потерю вещества

Давление удобно измерять, но для сжиженного вещества оно не является универсальным показателем массы. Утечка может происходить как со стороны газовой, так и со стороны жидкой фазы. Одинаковая потеря массы при этом по-разному отражается на показании манометра.

В качестве характерного примера приводится потеря 5% хладона через жидкую фазу: по давлению она практически не определяется. Если же хладон выходит вместе с газовой фазой, изменение давления становится заметнее. Во время эксплуатации заранее неизвестно, через какую фазу происходит утечка, поэтому одного манометра недостаточно для достоверного контроля массы.

Ограничения измерения уровня

Уровнемер оценивает положение границы между жидкой и газовой фазами. Но такая граница существует не во всех эксплуатационных состояниях. Например, в модуле вместимостью 100 литров с хладоном 125 при определённой загрузке и температуре свыше 35 °C жидкая фаза может заполнить весь объём. В этом случае измерение уровня теряет физический смысл.

Метод также неудобен, когда уровень жидкости находится в сферической части сосуда: небольшое изменение высоты не соответствует простому и одинаковому изменению объёма. Поэтому уровнемер может быть полезен лишь в ограниченной области состояний, которую необходимо подтверждать расчётом и документацией конкретного модуля.

Рабочее давление и коэффициент загрузки

Двуокись углерода, элегаз и хладон 23 обладают достаточно высоким давлением собственных паров и, как правило, не требуют отдельного газа-вытеснителя. Для их хранения рассматриваются модули с рабочим давлением не менее 15,0 МПа.

Хладоны 125 и 227еа имеют более низкое давление собственных паров, поэтому модули дополнительно наддувают газом-вытеснителем. Для рассматриваемых условий используются модули с рабочим давлением 4,0 и 6,0 МПа. При верхней эксплуатационной температуре до 50 °C предельные коэффициенты загрузки составляют 0,9 кг/л для хладона 125 и 1,15 кг/л для хладона 227еа. Эти исторические расчётные значения не заменяют документацию конкретного оборудования.

Для этих хладонов применялись и модули с рабочим давлением 15,0 МПа. Однако само повышение допустимого давления сосуда не делает косвенный контроль массы универсальным. Ограничения связаны с фазовым состоянием вещества и способом утечки, а не только с прочностью или диапазоном показаний оборудования.

Для отдельных сжиженных веществ существует заметная область температур, в которой объём жидкой фазы становится равным объёму модуля. В этой области к давлению насыщенных паров добавляется давление теплового расширения жидкости, и привычная интерпретация показаний манометра становится ещё сложнее.

Практический вывод

Прямое взвешивание является универсальным способом контроля массы как для однокомпонентных огнетушащих веществ — двуокиси углерода, элегаза и хладона 23, — так и для систем с хладонами 125 и 227еа и газом-вытеснителем. Манометр и уровнемер способны давать полезную дополнительную информацию, но их применимость ограничена температурой, загрузкой, фазовым состоянием и местом утечки.

Примечание. Перечень веществ и числовые параметры относятся к историческому этапу развития оборудования и нормативной базы. При эксплуатации модулей следует руководствоваться действующими требованиями, паспортом, руководством изготовителя и предусмотренной для конкретного изделия методикой контроля утечки.