范玉楊，崔正清，王愛軍

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)的應(yīng)用分析

范玉楊，崔正清，王愛軍

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

介紹了極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)的技術(shù)原理，通過(guò)對(duì)技術(shù)性能進(jìn)行分析，總結(jié)了極早期火災(zāi)煙霧控測(cè)的適用范圍，并列舉了一個(gè)海上平臺(tái)成功的應(yīng)用案例。

極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)；技術(shù)原理；性能分析；適用范圍

0 引言

在海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)上聚集著各種易燃易爆的物質(zhì)，生產(chǎn)過(guò)程中為了保障生產(chǎn)順利進(jìn)行和人員的安全，操作人員通常希望對(duì)危險(xiǎn)的異常狀態(tài)進(jìn)行盡早發(fā)現(xiàn)并極早排除。平臺(tái)上的火災(zāi)即為危險(xiǎn)狀態(tài)的其中一種，特別是平臺(tái)上機(jī)柜集中、設(shè)備發(fā)熱量較大的無(wú)人值守的房間，比如變壓器間、MCC間、開關(guān)間、中控等等。這些房間均是機(jī)柜眾多、線纜密布，發(fā)生火災(zāi)多數(shù)為電氣設(shè)備短路、過(guò)載等故障引起的?；馂?zāi)特點(diǎn)通常為無(wú)明火的陰燃并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。使用傳統(tǒng)的點(diǎn)式煙探測(cè)器或者與火焰探測(cè)器配合的方式只能在已經(jīng)積聚一定量的煙霧或是已經(jīng)出現(xiàn)明火才能給予警報(bào)。并且對(duì)于持續(xù)工作的如柴油電機(jī)等設(shè)備，干擾煙霧造成的誤報(bào)警也是平臺(tái)正常工作的一大困擾[1-2]。

本文研究的極早期煙霧檢測(cè)技術(shù)能比傳統(tǒng)的方式提前4h～5h捕捉到危險(xiǎn)信息的存在[3-4]，從而以給操作人員提供充足的時(shí)間進(jìn)行問(wèn)題判斷以及采取相應(yīng)對(duì)策。對(duì)于平臺(tái)這種安全級(jí)別高，逃生困難的場(chǎng)所，早期準(zhǔn)確的報(bào)警極為必要。

1 技術(shù)原理

極早期火災(zāi)煙霧檢測(cè)技術(shù)，是通過(guò)主動(dòng)吸入的方式將設(shè)備剛剛發(fā)熱后產(chǎn)生的煙霧粒子捕捉到進(jìn)行檢測(cè)并產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。圖1為極早期火災(zāi)煙霧檢測(cè)組成圖。

探測(cè)器通過(guò)高效吸氣泵不斷地往采樣管網(wǎng)中采集空氣樣品，采樣空氣將通過(guò)二級(jí)過(guò)濾器，第一級(jí)去除了空氣中的灰塵和雜物，過(guò)濾后的采樣空氣進(jìn)入激光探測(cè)腔進(jìn)行探測(cè)。第二級(jí)精細(xì)過(guò)濾后的潔凈空氣能保證探測(cè)器的光學(xué)表面潔凈無(wú)污染，確保探測(cè)器的校準(zhǔn)穩(wěn)定無(wú)誤，壽命長(zhǎng)久。

圖1 極早期火災(zāi)煙霧檢測(cè)組成圖

采樣空氣經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入處于激光照射下的校準(zhǔn)探測(cè)腔。若空氣中存在煙霧，探測(cè)腔中的激光會(huì)發(fā)生散射，并立即被高靈敏度的接收系統(tǒng)所識(shí)別，該信號(hào)被處理后通過(guò)發(fā)光圖條、報(bào)警閾值指示器和/或圖形等方式顯示出來(lái)。探測(cè)器可將該信息通過(guò)繼電器或高級(jí)接口(HLI)傳輸給火災(zāi)報(bào)警控制盤、軟件管理系統(tǒng)或建筑物管理系統(tǒng)。

2 性能分析

2.1 功能簡(jiǎn)介

1）管路吸氣式高靈敏型空氣采樣（吸氣）式煙霧探測(cè)報(bào)警器。對(duì)每根采樣進(jìn)氣管路的氣流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能；

2）絕對(duì)煙霧值的激光探測(cè)。激光作為探測(cè)光源，且激光探測(cè)腔具有自清潔能力；

3）極寬的靈敏度范圍；

4）可編程報(bào)警閾值。能提供探測(cè)區(qū)實(shí)時(shí)煙霧濃度數(shù)值的能力，并在煙霧濃度達(dá)到預(yù)先設(shè)置的報(bào)警級(jí)別時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。報(bào)警級(jí)別可設(shè)置4級(jí)，報(bào)警靈敏度的設(shè)置范圍可調(diào)；

5）探測(cè)器可對(duì)每根采樣進(jìn)氣管路的氣流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，并可在氣流值到達(dá)預(yù)先設(shè)置的報(bào)警級(jí)別時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的氣流報(bào)警。報(bào)警級(jí)別多于4級(jí)；

6）二級(jí)空氣過(guò)濾器。有內(nèi)置式過(guò)濾器，過(guò)濾器的使用壽命能夠受到實(shí)時(shí)監(jiān)視；

7）即時(shí)識(shí)別顯示器；

8）即時(shí)故障探測(cè)具有故障自診斷功能，能對(duì)采樣管路、傳輸線路和探測(cè)器等整個(gè)系統(tǒng)部件進(jìn)行全面的故障巡檢，并能及時(shí)給出故障報(bào)警信息,以保持系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性；

9）超聲波氣流傳感；

10）獨(dú)立事件記錄功能，記錄的事件類型包括煙霧及故障報(bào)警、控制操作記錄及現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度值變化信息等，每臺(tái)探測(cè)器可存儲(chǔ)的事件數(shù)多于10000條；

11）具有環(huán)境參照探測(cè)功能，從而避免由于環(huán)境因素變化而導(dǎo)致的誤報(bào)警；

12）具有火警優(yōu)先功能，當(dāng)系統(tǒng)中故障信息與火警信息同時(shí)出現(xiàn)或故障信息先于火警信息出現(xiàn)時(shí)，火警報(bào)警應(yīng)優(yōu)先于故障報(bào)警。待火警信息消失后，故障報(bào)警應(yīng)能重新出現(xiàn)，直至故障被消除。

2.2 探測(cè)器技術(shù)指標(biāo)

供電電壓：(24±6)V DC不間斷電源UPS或系統(tǒng)配套的DC 24V電源模塊。

電流消耗：200 mA～300mA(報(bào)警狀態(tài)可增加)。

環(huán)境溫度：探測(cè)器環(huán)境工作溫度0℃～39℃。

相對(duì)濕度：10%～95 %(無(wú)凝露)。

靈敏度可調(diào)范圍：0.005%～20%遮光率/m。

煙霧分辨率：0.00075OBS/m。

顆粒分辨率：0.003μm～20μm。

煙霧報(bào)警級(jí)別：四級(jí)報(bào)警——可根據(jù)保護(hù)區(qū)環(huán)境狀況進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置四級(jí)報(bào)警閾值。

氣流報(bào)警級(jí)別：四級(jí)報(bào)警——可根據(jù)相應(yīng)采樣管路的氣流狀況進(jìn)行設(shè)置四級(jí)報(bào)警閾值。

繼電器信號(hào)輸出：至少3個(gè)無(wú)源式繼電器輸出，觸電容量為24VDC，2A。

事件記錄：每臺(tái)探測(cè)器可自動(dòng)記錄 10000 條以上事件，包括時(shí)間、性質(zhì)和操作等。

2.3 采樣管路技術(shù)指標(biāo)

采樣管外徑為 25mm，內(nèi)徑為 15mm～21mm，管壁厚為2mm。

采樣管應(yīng)采用低煙、無(wú)鹵、阻燃型管道。

采樣管路應(yīng)加裝吹洗閥門組件及外置式過(guò)濾裝置。

3 平臺(tái)上適用范圍

3.1 電纜豎井

垂直方向上傳統(tǒng)的點(diǎn)式煙探是不允許安裝的，并且豎井空氣流速快，不適合安裝點(diǎn)式煙探測(cè)器?？刹捎脴O早期火災(zāi)煙霧探測(cè)沿電纜方向放置，選擇適合的位置開孔，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜井的檢測(cè)。生活樓作為生產(chǎn)操作人員居住的地方，人員密度相對(duì)較大，如果發(fā)生火災(zāi)，會(huì)對(duì)工作人員造成一定的傷害。生活樓的電儀電纜井通常處于密封狀態(tài)。

3.2 機(jī)柜房間

對(duì)于機(jī)柜眾多的房間（變壓器、開關(guān)間、中控、報(bào)房、MCC、配電間）傳統(tǒng)的煙探只能布置在天花板上檢測(cè)。而當(dāng)機(jī)柜內(nèi)部元器件過(guò)熱造成損壞的時(shí)候，探測(cè)器不能在第一時(shí)間檢測(cè)到。而極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)可以將采樣管布置到機(jī)柜的內(nèi)部或頂部，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)有任何火災(zāi)異常的時(shí)候，均可在第一時(shí)間被極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)檢測(cè)到。并且這些器件（如一個(gè)電阻）或電纜過(guò)熱產(chǎn)生的煙霧也是極小的，傳統(tǒng)的點(diǎn)式探測(cè)器完全無(wú)法檢測(cè)到。并且這些機(jī)柜眾多的房間都配有大型空調(diào)，據(jù)試驗(yàn)研究以及模型模擬，在空調(diào)運(yùn)行的過(guò)程中，設(shè)備產(chǎn)生的煙霧將隨著空調(diào)風(fēng)的流向在室內(nèi)循環(huán)，不會(huì)接觸到天花板位置，最終到達(dá)空調(diào)回風(fēng)。這樣，房間內(nèi)安裝的點(diǎn)式煙探就失去了檢測(cè)的作用。而極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)既可布置在機(jī)柜位置，也可布置在天花板位置，因而在空調(diào)吹風(fēng)、空氣流速較大的情況下仍能檢測(cè)到煙霧的存在，及時(shí)報(bào)警。

3.3 天花板上地板下

在生活樓走廊或其它房間的天棚上總會(huì)密布電纜，這些電纜互相覆蓋層疊，聚集熱量，而傳統(tǒng)的煙探并不能有效的檢測(cè)到電纜的過(guò)熱危險(xiǎn)信息，同時(shí)，如果傳統(tǒng)煙探測(cè)器安裝在天花板上或地板下，每次維護(hù)都要拆裝這兩個(gè)位置，不僅維護(hù)不便，還可能會(huì)對(duì)其它的設(shè)備安裝造成損壞。采用極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)就可解決該問(wèn)題，跟隨電纜布置極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)管路，同一臺(tái)機(jī)器放在房間中可同時(shí)檢測(cè)房間內(nèi)部以及天花板上和地板下，只需按照設(shè)計(jì)要求將管路分成三根或按需分配。維護(hù)的時(shí)候也不需要再拆卸天花板，只需要在探測(cè)器主機(jī)安裝的位置進(jìn)行維護(hù)就可以。

3.4 電池間

電池間既需要檢測(cè)煙熱，又需要檢測(cè)氫氣，極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)具有氣體檢測(cè)組件，將煙霧和可燃?xì)獾臋z測(cè)很好的結(jié)合在了一起，將探測(cè)器主機(jī)安裝在人員易操作的位置，將煙霧和可燃?xì)怏w通過(guò)極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)的管道析出進(jìn)行檢測(cè)，人員不必再進(jìn)入電池間爬到很高的位置進(jìn)行設(shè)備的校驗(yàn)或故障排除，并且極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)均采用防爆設(shè)計(jì)。

3.5 廚房?jī)?chǔ)物間倉(cāng)庫(kù)

廚房的鹽霧、油污和水汽環(huán)境不適用傳統(tǒng)煙探探測(cè)器，因?yàn)橛蜔煒O易觸發(fā)報(bào)警。極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)采用主動(dòng)吸氣式的工作方式，將廚房的環(huán)境氣體吸入后先進(jìn)行過(guò)濾，這樣就免除了水汽對(duì)設(shè)備的影響，并且極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)可根據(jù)工作時(shí)間設(shè)定不同的靈敏度，在做飯時(shí)自動(dòng)將靈敏度調(diào)低，此時(shí)廚房是有人值守的，也不用擔(dān)心火災(zāi)的問(wèn)題，這樣就免除了誤報(bào)警的問(wèn)題。倉(cāng)庫(kù)、儲(chǔ)物間物品放置混雜，與廚房有相似的環(huán)境，并且空調(diào)的存在使得空氣流通量增大，用極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)就可很好解決這些問(wèn)題。

4 控制方案

極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)有4級(jí)警報(bào)，針對(duì)不同的煙霧濃度可自行設(shè)定，前兩級(jí)可以作為警報(bào)使用，出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候提示操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題先進(jìn)行觀察，確定是否有真正的火警，后兩級(jí)報(bào)警可根據(jù)需要關(guān)聯(lián)到聲光報(bào)警或者滅火設(shè)備，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的滅火輸出。配置幾個(gè)級(jí)別的報(bào)警與相關(guān)動(dòng)作的對(duì)應(yīng)關(guān)系可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，這樣有充足的時(shí)間確定報(bào)警的存在，就省去了誤報(bào)警造成的平臺(tái)關(guān)斷停產(chǎn)的損失。

吸氣式空氣采樣極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)器可在火災(zāi)早期向中控發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為了防止誤報(bào)的問(wèn)題，此時(shí)不做隔離電動(dòng)作，需要人員去現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

多個(gè)極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)系統(tǒng)可通過(guò) Modbus RTU RS485連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)一條Modbus通信線通訊到火氣系統(tǒng)，也可以硬線干接點(diǎn)分別輸出。專用的軟件可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一臺(tái)設(shè)備的煙霧濃度值及設(shè)置狀態(tài)。

5 應(yīng)用實(shí)例

PY4-2/5-1項(xiàng)目設(shè)計(jì)工程中，使用線型感溫火災(zāi)探測(cè)器和吸氣式空氣采樣極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)器結(jié)合的方案對(duì)生活樓的電纜井進(jìn)行監(jiān)控。此種方案應(yīng)用吸氣式空氣采樣極早期火災(zāi)煙霧探測(cè)器進(jìn)行早期火災(zāi)的報(bào)警探測(cè)，應(yīng)用線型感溫火災(zāi)探測(cè)器做報(bào)警確認(rèn)，這樣兩種探測(cè)手段配套使用能在火災(zāi)極早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并向中控發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免因發(fā)現(xiàn)火災(zāi)不及時(shí)而造成更大的損失，能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

經(jīng)過(guò)研究、分析和實(shí)際應(yīng)用情況，本探測(cè)方案在PY4-2/5-1中得到應(yīng)用，并取得了業(yè)主的一致認(rèn)可，后期將推廣應(yīng)用于類似工況及重要房間。

[1]GB50116-2008,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DBJ/CT516-2005,空氣采樣煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]王曄,涂強(qiáng).曹承屬.數(shù)據(jù)中心極早期火災(zāi)探測(cè)及火災(zāi)探測(cè)器的選擇[J].建筑電氣,2009(12):3-6.

[4]江顯奇.淺談空氣采樣極早期煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用[J].低壓電器,2009(S1):166-169.

Application Analysis on Very Early Smoke Detection System

FAN Yu-yang,CUI Zheng-qing,WANG Ai-jun
(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tanggu 300451,China)

The very early smoke detection technology principle is introduced.Based on the performance analysis,the application of very early smoke detection in offshore platform is summarized.An example for successful case in PY4-2/5-1 oil field is then introduced in this paper.

very early smoke detection;technical principle;performance analysis;application recommendations

TH89

A

范玉楊（1981-），女，工程師。主要從事水下系統(tǒng)與產(chǎn)品研究。