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)煙霧探測的技術(shù)原理，通過對技術(shù)性能進(jìn)行分析，總結(jié)了極早期火災(zāi)煙霧控測的適用范圍，并列舉了一個海上平臺成功的應(yīng)用案例。

極早期火災(zāi)煙霧探測；技術(shù)原理；性能分析；適用范圍

0 引言

在海洋石油生產(chǎn)平臺上聚集著各種易燃易爆的物質(zhì)，生產(chǎn)過程中為了保障生產(chǎn)順利進(jìn)行和人員的安全，操作人員通常希望對危險的異常狀態(tài)進(jìn)行盡早發(fā)現(xiàn)并極早排除。平臺上的火災(zāi)即為危險狀態(tài)的其中一種，特別是平臺上機(jī)柜集中、設(shè)備發(fā)熱量較大的無人值守的房間，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、過載等故障引起的?；馂?zāi)特點(diǎn)通常為無明火的陰燃并且持續(xù)時間長。使用傳統(tǒng)的點(diǎn)式煙探測器或者與火焰探測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。并且對于持續(xù)工作的如柴油電機(jī)等設(shè)備，干擾煙霧造成的誤報警也是平臺正常工作的一大困擾[1-2]。

本文研究的極早期煙霧檢測技術(shù)能比傳統(tǒng)的方式提前4h～5h捕捉到危險信息的存在[3-4]，從而以給操作人員提供充足的時間進(jìn)行問題判斷以及采取相應(yīng)對策。對于平臺這種安全級別高，逃生困難的場所，早期準(zhǔn)確的報警極為必要。

1 技術(shù)原理

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

探測器通過高效吸氣泵不斷地往采樣管網(wǎng)中采集空氣樣品，采樣空氣將通過二級過濾器，第一級去除了空氣中的灰塵和雜物，過濾后的采樣空氣進(jìn)入激光探測腔進(jìn)行探測。第二級精細(xì)過濾后的潔凈空氣能保證探測器的光學(xué)表面潔凈無污染，確保探測器的校準(zhǔn)穩(wěn)定無誤，壽命長久。

圖1 極早期火災(zāi)煙霧檢測組成圖

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

2 性能分析

2.1 功能簡介

1）管路吸氣式高靈敏型空氣采樣（吸氣）式煙霧探測報警器。對每根采樣進(jìn)氣管路的氣流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的功能；

2）絕對煙霧值的激光探測。激光作為探測光源，且激光探測腔具有自清潔能力；

3）極寬的靈敏度范圍；

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

5）探測器可對每根采樣進(jìn)氣管路的氣流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的功能，并可在氣流值到達(dá)預(yù)先設(shè)置的報警級別時，發(fā)出相應(yīng)的氣流報警。報警級別多于4級；

6）二級空氣過濾器。有內(nèi)置式過濾器，過濾器的使用壽命能夠受到實(shí)時監(jiān)視；

7）即時識別顯示器；

8）即時故障探測具有故障自診斷功能，能對采樣管路、傳輸線路和探測器等整個系統(tǒng)部件進(jìn)行全面的故障巡檢，并能及時給出故障報警信息,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警、控制操作記錄及現(xiàn)場煙霧濃度值變化信息等，每臺探測器可存儲的事件數(shù)多于10000條；

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

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出現(xiàn)或故障信息先于火警信息出現(xiàn)時，火警報警應(yīng)優(yōu)先于故障報警。待火警信息消失后，故障報警應(yīng)能重新出現(xiàn)，直至故障被消除。

2.2 探測器技術(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(報警狀態(tài)可增加)。

環(huán)境溫度：探測器環(huán)境工作溫度0℃～39℃。

相對濕度：10%～95 %(無凝露)。

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。

煙霧報警級別：四級報警——可根據(jù)保護(hù)區(qū)環(huán)境狀況進(jìn)行自動或手動設(shè)置四級報警閾值。

氣流報警級別：四級報警——可根據(jù)相應(yīng)采樣管路的氣流狀況進(jìn)行設(shè)置四級報警閾值。

繼電器信號輸出：至少3個無源式繼電器輸出，觸電容量為24VDC，2A。

事件記錄：每臺探測器可自動記錄 10000 條以上事件，包括時間、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濾裝置。

3 平臺上適用范圍

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)式煙探測器?？刹捎脴O早期火災(zāi)煙霧探測沿電纜方向放置，選擇適合的位置開孔，以實(shí)現(xiàn)對電纜井的檢測。生活樓作為生產(chǎn)操作人員居住的地方，人員密度相對較大，如果發(fā)生火災(zāi)，會對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

對于機(jī)柜眾多的房間（變壓器、開關(guān)間、中控、報房、MCC、配電間）傳統(tǒng)的煙探只能布置在天花板上檢測。而當(dāng)機(jī)柜內(nèi)部元器件過熱造成損壞的時候，探測器不能在第一時間檢測到。而極早期火災(zāi)煙霧探測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)異常的時候，均可在第一時間被極早期火災(zāi)煙霧探測檢測到。并且這些器件（如一個電阻）或電纜過熱產(chǎn)生的煙霧也是極小的，傳統(tǒng)的點(diǎn)式探測器完全無法檢測到。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的作用。而極早期火災(zāi)煙霧探測既可布置在機(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到煙霧的存在，及時報警。

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到電纜的過熱危險信息，同時，如果傳統(tǒng)煙探測器安裝在天花板上或地板下，每次維護(hù)都要拆裝這兩個位置，不僅維護(hù)不便，還可能會對其它的設(shè)備安裝造成損壞。采用極早期火災(zāi)煙霧探測就可解決該問題，跟隨電纜布置極早期火災(zāi)煙霧探測管路，同一臺機(jī)器放在房間中可同時檢測房間內(nèi)部以及天花板上和地板下，只需按照設(shè)計要求將管路分成三根或按需分配。維護(hù)的時候也不需要再拆卸天花板，只需要在探測器主機(jī)安裝的位置進(jìn)行維護(hù)就可以。

3.4 電池間

電池間既需要檢測煙熱，又需要檢測氫氣，極早期火災(zāi)煙霧探測具有氣體檢測組件，將煙霧和可燃?xì)獾臋z測很好的結(jié)合在了一起，將探測器主機(jī)安裝在人員易操作的位置，將煙霧和可燃?xì)怏w通過極早期火災(zāi)煙霧探測的管道析出進(jìn)行檢測，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)煙霧探測均采用防爆設(shè)計。

3.5 廚房儲物間倉庫

廚房的鹽霧、油污和水汽環(huán)境不適用傳統(tǒng)煙探探測器，因?yàn)橛蜔煒O易觸發(fā)報警。極早期火災(zāi)煙霧探測采用主動吸氣式的工作方式，將廚房的環(huán)境氣體吸入后先進(jìn)行過濾，這樣就免除了水汽對設(shè)備的影響，并且極早期火災(zāi)煙霧探測可根據(jù)工作時間設(shè)定不同的靈敏度，在做飯時自動將靈敏度調(diào)低，此時廚房是有人值守的，也不用擔(dān)心火災(zāi)的問題，這樣就免除了誤報警的問題。倉庫、儲物間物品放置混雜，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)煙霧探測就可很好解決這些問題。

4 控制方案

極早期火災(zāi)煙霧探測有4級警報，針對不同的煙霧濃度可自行設(shè)定，前兩級可以作為警報使用，出現(xiàn)問題的時候提示操作人員對現(xiàn)場的問題先進(jìn)行觀察，確定是否有真正的火警，后兩級報警可根據(jù)需要關(guān)聯(lián)到聲光報警或者滅火設(shè)備，實(shí)現(xiàn)及時的滅火輸出。配置幾個級別的報警與相關(guān)動作的對應(yīng)關(guān)系可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，這樣有充足的時間確定報警的存在，就省去了誤報警造成的平臺關(guān)斷停產(chǎn)的損失。

吸氣式空氣采樣極早期火災(zāi)煙霧探測器可在火災(zāi)早期向中控發(fā)出報警信號，為了防止誤報的問題，此時不做隔離電動作，需要人員去現(xiàn)場確認(rèn)。

多個極早期火災(zāi)煙霧探測系統(tǒng)可通過 Modbus RTU RS485連接成一個網(wǎng)絡(luò)，通過一條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)時監(jiān)測每一臺設(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)計工程中，使用線型感溫火災(zāi)探測器和吸氣式空氣采樣極早期火災(zāi)煙霧探測器結(jié)合的方案對生活樓的電纜井進(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)煙霧探測器進(jìn)行早期火災(zāi)的報警探測，應(yīng)用線型感溫火災(zāi)探測器做報警確認(rèn)，這樣兩種探測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)出報警信號，避免因發(fā)現(xiàn)火災(zāi)不及時而造成更大的損失，能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。

經(jīng)過研究、分析和實(shí)際應(yīng)用情況，本探測方案在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)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]DBJ/CT516-2005,空氣采樣煙霧探測報警系統(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)探測及火災(zāi)探測器的選擇[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報警系統(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。