Архитектура и алгоритмы системы углекислотного пожаротушения для гражданского флота

Системы углекислотного пожаротушения остаются одним из эффективных технических решений для тушения пожаров в замкнутых производственных помещениях, трюмах и машинных отделениях. Их конструктивные и функциональные особенности – способ хранения огнетушащего агента, схема распределения, алгоритмы инициации и блокировок – напрямую влияют на надёжность тушения и безопасность персонала.

Правильный выбор способа хранения СО₂ и проектирование системы его распределения критичны для объектов с несколькими охраняемыми помещениями и требованием «plug‑and‑play» – минимальной сложности эксплуатации при высокой надёжности. Неправильные проектные решения ведут к усложнению монтажа и обслуживания, увеличению эксплуатационных рисков и снижению безопасности персонала (вследствие токсичности CO₂).

Рассматриваемая задача включает следующие взаимосвязанные проблемы:

• выбор способа хранения CO₂: единый большой резервуар со сжиженным CO₂ (криогенный/сжиженный под давлением) или множество стандартных баллонов;
• обеспечение точного и дублируемого весового контроля дозируемого агента для разных типов помещений (контейнеры, вагоны‑хопперы и пр.);
• проектирование системы распределения с централизованным/локальным управлением, с дистанционной и ручной активацией;
• обеспечение безопасной эксплуатации при утечках и при срабатывании системы (блокировки вентиляции, эвакуация, энергоснабжение);
• минимизация объёма управляющей арматуры и упрощение пусковой логики без потери надёжности [1].

Варианты хранения CO₂:

1. Большой резервуар (сжиженный CO₂): преимущества – компактность и меньшая площадь хранения; недостатки – необходимость активного охлаждения или выдерживания высокого давления, более сложная конструкция резервуара, наличие вспомогательных систем (охлаждение, контроль уровня и давления), усложнённая сертификация и обслуживание. Для «plug‑and‑play» таких систем это даёт дополнительную техническую нагрузку и повышенные требования к квалификации персонала.
2. Набор стандартных цилиндров/баллонов: преимущества – модульность, простота замены/дозаправки, возможность постепенного расширения ёмкости, простая стандартизированная арматура; недостатки – требуется большая площадь хранения, организация коллектора/дистрибьютора, надёжная вентиляция помещения и регулярный осмотр узкопрофильными специалистами.

С учётом требований к простоте эксплуатации и модульности, вариант с множеством стандартных баллонов представляется более предпочтительным при реализации решения «plug‑and‑play».

Система распределения и управления. Баллоны объединяются в группы, каждая группа снабжена распределительным коллектором и управляющими шкафами. В управляющем шкафу реализованы два уровня клапанов: зонный клапан и триггерный клапан, открывающий баллоны группы. Такая схема обеспечивает поэтапную активацию: сначала выбирается зона, затем инициируется выпуск CO₂. Для дистанционного управления используется пневматическая линия управления: сжатый газ (вспомогательные баллоны с воздухом, азотом или CO₂) служит для приведения в действие пилотных механизмов. Пневмолиния позволяет безопасно передавать управляющие сигналы и уменьшает зависимость от электропитания в момент активации. Дублирование: каждый дистанционный орган управления имеет ручной привод. Для крупных систем применяются пилот‑баллоны: подрыв пилот‑баллона активирует всю группу, что уменьшает объём управляющих баллонов и повышает надёжность [2].

Интеграция с объектовой автоматикой и блокировки. Перед подачей CO₂ требуется выполнение последовательных требований безопасности: перекрытие приточно‑вытяжной вентиляции защищаемой зоны, остановка вентиляторов и насосов (если тушение в машинном отделении или моторном отсеке), закрытие быстродействующих запорных заслонок и включение тревожной сигнализации. Система детекции пожара (газоанализаторы, детекторы дыма/температуры) передаёт сигнал на шкаф управления. Логика активации должна предусматривать ручное подтверждение и автоматические алгоритмы с фильтрацией ложных срабатываний. Требуется наличие interlock‑задач: запрет активации при нахождении персонала в зоне (интерактивная сигнализация, принудительная эвакуация), контроль состояния дверей/люков, последовательное подтверждение закрытия вентиляции и изоляции систем до открытия баллонов [3, с. 94-96].

Безопасность и особенности эксплуатации. CO₂ – бесцветный, без запаха и высокотоксичный газ: кратковременное повышение концентрации ведёт к потере сознания и смерти. Поэтому обязательны: непрерывная вентиляция помещения хранения баллонов, система газового контроля в зонах эвакуации и в трюмах, голосовая/световая сигнализация и средства эвакуации. Электроснабжение: при срабатывании автоматических процедур может происходить частичное обесточивание защищаемого пространства. Необходимо предусмотреть аварийное освещение, приоритетный запуск аварийного дизель‑генератора и требования к работоспособности управляющей автоматики без внешнего питания (электропитание шкафов от АКБ). Требования к обслуживанию: регулярные проверки давления и состояния баллонов, тестирование пневмолиний, проверка герметичности коллектора, периодическая проверка газоанализаторов и визуальные/инструментальные осмотры клапанной арматуры [4].

Решение проблемы: предложенная инженерная схема (рис.) и алгоритм работы:

1. Выбор хранения – использовать модульные группы стандартных цилиндров CO₂, размещённых в отдельном вентилируемом помещении. Каждая группа рассчитана по объёму на конкретную зону (контейнеры, вагоны, машинное отделение). Группы комплектуются манометрами, предохранительными устройствами и быстрым коллектором.
2. Управляющая архитектура – централизованное и локальное управление: два уровня операторских постов – центральный пост пожарной охраны и локальный пост у защищаемой зоны. Управление реализуется пневмоэлектрогидравлически: дистанционные пневмоприводы + электрические сигналы на контроль и индикацию. Шкаф управления для каждой группы содержит: зонный клапан, триггерный клапан (инициация баллонов группы), систему контроля давления и блоки interlock, линейные индикаторы и ручные приводы для аварийной активации. Пилотная логика: при необходимости уменьшения объёма управляющей арматуры вводится pilot bottle – единичный малый баллон, инициирующий группу.
3. Алгоритм активации. Оператор выбирает зону на центральном или локальном посту. Система проверяет условия interlock: закрыты ли приточные/вытяжные клапаны, остановлены ли вентиляторы/насосы, нет ли персонала, подтверждена ли герметичность дверей/люков. После положительной проверки открывается зонный клапан дистрибьютора. Оператор инициирует триггерное открытие баллонов. При срабатывании пилот‑баллона активируется группа баллонов и происходит подача CO₂ по трубопроводу к распылителям. Система фиксирует факт подачи (датчики давления/потока) и составляет протокол инцидента (время, открытые клапаны, расход).
4. Меры безопасности и детекции. Введение обязательной газоаналитики в трюмах/машинных отделениях: забор воздуха и анализ на повышение CO₂; перед подачей CO₂ – принудительное отключение воздухозабора из трюма. Аварийное освещение и отсрочка: предусмотреть последовательность, при которой после открытия шкафа и срабатывания первичных действий равно ~30 с. происходит переход к полноформатной подаче, учитывая запуск аварийного генератора. Дублирование ручных приводов и локальных рычагов для возможности ручного вмешательства при отказе.
5. Эксплуатация, обслуживание и соответствие нормативам. Регулярные тесты: имитация срабатывания (без выброса CO₂), проверка пневмолиний и целостности коллектора, поверка манометров и газоанализаторов. Инструкции и обучение персонала: чёткие процедуры эвакуации, контроль доступа к помещению с баллонами, графики технических осмотров. Соответствие стандартам: проект и монтаж должны выполняться в соответствии с действующими нормами и стандартами по углекислотному пожаротушению и по промышленной безопасности (национальные и международные стандарты, нормативы судостроения и эксплуатации оборудования) [5, с. 5-7; 6, с. 11-14].

Рис. Схема модульной системы пожаротушения CO₂

Предложенная модульная архитектура хранения CO₂ (группы стандартных баллонов), с централизованным и локальным управлением, пневматическим триггером и ручным дублированием, обеспечивает оптимальный баланс между простотой эксплуатации, надёжностью и безопасностью. Ключевые преимущества – модульность и возможность поэтапного расширения, упрощённое техническое обслуживание, а также относительно низкие требования к квалификации при эксплуатации по сравнению с крупными криогенными резервуарами. Обязательными элементами реализации являются детектирование пожара и концентрации CO₂, чёткая логика interlock‑ов, аварийное электроснабжение и регламентное обслуживание.