陳超聲，王明勇，呂喆明，甘瓊

（中國石油西部管道公司， 烏魯木齊 830013）

0 引言

近幾年來，各大企業(yè)非常重視安全問題，但是油罐火災仍然不少，油罐失火的主觀原因往往是有關人員的思想不重視，責任心不強，違反操作規(guī)程等；客觀原因方面通過對國內(nèi)煉油廠油罐火災統(tǒng)計的結(jié)果表明：明火引起占64%，靜電引起占 12%，油溫達到自燃點引起占8%，雷擊引起占12%，其它原因占4%。由于這一類油罐的儲量往往比較大，火災損失和控制的難度很大，因此所有的自動系統(tǒng)響應都應該在 3 min內(nèi)反應，而實際情況是系統(tǒng)往往達不到，主要問題在于：

1）靈敏度差。以往采用的火焰探測器，響應距離有限，對于 5 萬m3油罐（罐體直徑60m，液位高度17.86m）和10 萬m3罐（罐體直徑80m，液位高度20.2m），探測距離達到 60m和 100m，根據(jù)火焰探測器的平方律關系，距離每增加 1 倍，響應的火災規(guī)模必須增加 4 倍[1]，而對于標準火（0.1m2汽油火），一般國產(chǎn)火焰探測器一級靈敏度響應距離為 25m，進口產(chǎn)品最遠距離為45m，這意味著要比較大的火才能觸發(fā)報警。

2）火情確認時間長，可視化程度差。目前，除了罐頂?shù)幕馂膱缶到y(tǒng)外，會在周邊設置工業(yè)電視系統(tǒng)。一旦發(fā)現(xiàn)報警，一般需要通過攝像機轉(zhuǎn)動去查看火災，或者需要人員就近進行確認，用時過長。

1 研究目的

火焰探測器作為一種重要的火災探測器已經(jīng)在許多工業(yè)場所得到使用，當然隨著技術的不斷發(fā)展，除了特別的應用場所還會使用紫外、單波段紅外或IR/UV和IR/IR復合火焰探測器外，大部分工業(yè)場所都在改用三波段紅外火焰探測器。

紫外火焰探測器是基于紫外傳感器對300nm以下紫外線的響應進行火焰分析的，不能用于室外，因為太陽光所含的紫外線或閃電、人工光源等很容易引起誤報警；單波段紅外火焰探測器主要應用4.4um的火焰響應波段，也基本無法使用，很容易因為環(huán)境光、人工光源、閃電等引發(fā)誤報警，而且探測距離太短，一般為25m以內(nèi)；IR/UV和IR/IR復合探測器主要使用了260nm響應紫外傳感器[2]，4.4um響應紅外傳感器和3.8um參比波段傳感器，通過分析傳感器的參數(shù)變化以確定是否報警，雖然在誤報率方面有所提高，但仍然會因為人工光源等而誤報警，另外探測距離太短，一般為30m以內(nèi)。三波段火焰探測器則主要是用了一個4.4um火焰波段和兩個參比波段（3.8um和5um或其他近紅外等）較大地提高了探測距離[3]，具有一定的防誤報能力。然而，三波段火焰探測器受環(huán)境因素影響較大，維護使用并不方便，存在一些共性問題。

1）探測器受環(huán)境的影響較大，例如雨、雪天氣，探測器窗口結(jié)露，探測器窗口被油污灰塵覆蓋等，這些因素可能是致命的，造成三波段紅外火焰探測器不報警或者報警遲緩。

2）探測器的探測性能與探測距離呈平方率關系（距離平方反比），即火災的位置距離探測器每增加一倍，探測能力衰減4倍[4]。

3）探測器受遮擋時，基本喪失探測能力。

通過近20年的發(fā)展，圖像型火災探測器已經(jīng)完全成熟，尤其是在2007年美國NFPA72將該種探測器納入規(guī)范規(guī)定后，該種探測器在全球許多地方得到了較大量的應用[5]。美國DHF英特威視公司的AlarmEye系列分布智能圖像型火災探測器是目前全球國際認證（UL, FM, ATEX, CE,FCC）和中國認證(CCC, 防爆認證等)最全面的圖像火災探測器。AlarmEye探測器采用NIR和彩色/黑白復合圖像探測，可同時進行煙霧、火焰的探測，具有探測距離遠（探測能力與距離成線性反比，優(yōu)于三波段火焰探測器），耐環(huán)境性能好等特點。

當然，分布智能圖像火災探測器除了進行火災探測外，還有很重要的一些特性是傳統(tǒng)探測方法不能達到的，例如火災的即時確認功能，可增加智能監(jiān)控功能而形成三合一系統(tǒng)等，對整個被保護對象的安全防護能力大大提高。

2 對比應考慮的關鍵問題

探測器的使用主要需要考慮兩個大方面的問題：第一，報警性能，需要符合被保護對象的特點；第二，探測器的環(huán)境適應能力，尤其是室外應用的系統(tǒng)。鑒于此，本次對比測試主要進行兩個大的方面的功能測試：

1）報警性能。鑒于是在油罐上使用，而有關的火災危險主要出現(xiàn)的密封圈周邊，因此性能測試主要考慮針對30000m3、50000 m3及100000 m3油罐的尺寸進行，需要在46m~60m范圍進行標準火的測試對比。

2）環(huán)境適應能力。室外使用主要面臨的環(huán)境影響在于：第一，自然氣候的影響，即雨、雪、結(jié)露等的影響；第二，灰塵、油污的覆蓋遮擋影響。按照要求，探測器應能承受一定程度的環(huán)境影響，而不應出現(xiàn)失效的問題。

3 對比試驗及試驗方法

3.1 試驗場地

試驗選擇消防大隊的場地進行，具體尺寸見圖1。

圖1 試驗場所平面圖Fig.1 Test plan

3.2 報警性能對比測試

標準火盤：30cm×40cm（0.12m2,可用2個盤并行,即0.24m2），燃料采用汽油。

對比測試的探測器全部安裝于消防演習塔樓上，安裝高度8m~12m。試驗布置如圖2所示。

圖2 火焰報警測試布置圖Fig.2 Fire alarm testing layout

試驗一：60m距離標準火測試，50000m3罐模擬，標準火。

試驗二：46m距離標準火測試，30000m3罐模擬，標準火。

試驗三：如果火焰探測器不能針對以上距離進行探測報警，那么逐級減小火焰的距離直到火焰探測器報警。這一距離確認為火焰響應的基本距離，用于之后環(huán)境性能測試。

以上試驗中，先讓兩類探測器穩(wěn)定運行1min以上，火盤前方采用1.5m高和1.5m寬的木板遮擋，點火后待火焰穩(wěn)定，之后移開遮擋木板，開始計時。到報警時，即為響應時間。

3.3 環(huán)境模擬對比測試

標準火設于火焰探測器的基本探測距離，試驗方法同以上3.2的內(nèi)容。

試驗四：模擬窗口前水膜或結(jié)露影響，將50%透過率的減光玻璃置于探測器窗口前，如圖3所示，按3.2的程序點火，測試響應時間。

試驗五：模擬油污灰塵遮擋，將磨砂塑料袋置于探測器窗口前，如圖3所示，按3.2的程序點火，測試響應時間。

圖3 油污、灰塵、水露干擾模擬測試圖Fig.3 Oil, dust and water dew interference simulation test chart

試驗六：模擬雨、雪環(huán)境，在探測器前方0.5m內(nèi)，置2kW電爐和水鍋，如圖4所示，燒開，待水蒸汽上升遮蔽窗口后，進行火災試驗，記錄響應時間。

圖4 雨、雪干擾模擬測試圖Fig.4 Rain and snow interfere w ith analog test charts

3.4 試驗機具準備

測試所用的主要設備見表1所示。

表1 測試用主要設備Table 1 Test equipment

3.5 試驗現(xiàn)場布置

兩類、3個探測器安裝于消防訓練塔上，每一套探測器后端連接一個聲光報警器，一旦探測器報警，相應的聲光報警器啟動，即可記錄響應時間。具體布置如圖5。

圖5 圖像型火焰探測器布置圖Fig.5 Image flame detector layout

3.6 試驗結(jié)果

分布智能圖像型火災探測器與鄯善站使用的三波段火焰測探測器試結(jié)果見表2。

表2 分布智能圖像型火災探測器與鄯善站使用的三波段火焰測探測器試結(jié)果Table 2 Smart image fire detectors and Shanshan station uses the three-band flame detector test results

分布智能圖像型火災探測器與國產(chǎn)三波段火焰測探測器試結(jié)果見表3。

表3 分布智能圖像型火災探測器與國產(chǎn)三波段火焰測探測器試結(jié)果Table 3 Distribution of intelligent image fire detectors w ith a homemade three-band flame detector test results

探測距離 環(huán)境測試結(jié)果備注圖像型火災探測器(8mm)三波段火焰探測器（國產(chǎn)）探測范圍內(nèi)正常探測角度大探測角度小探測范圍內(nèi)煙霧可探測煙霧不可探測煙霧

夜間分布智能圖像型火災探測器與國產(chǎn)三波段火焰測探測器試結(jié)果（圖像火災探測器未配備紅外燈，照明依托場地內(nèi)照明）見表4。

表4 夜間分布智能圖像型火災探測器與國產(chǎn)三波段火焰測探測器試結(jié)果Table 4 Night intelligent image fire detectors w ith a homemade three-band flame detector test results

3.7 結(jié)論與建議

根據(jù)對比測試結(jié)果，分布智能圖像型火災（煙霧/火焰）探測器與三波段火焰探測器結(jié)果總結(jié)如下：

3.7.1 三波段火焰探測器特點

1）20m以內(nèi)探測響應時間較圖像型火災探測器略快或持平。

2）探測距離較近，0.12m2標準火的可靠探測距離在30m以內(nèi)。

3）探測器的探測性能與探測距離呈平方律關系（距離平方反比），即火災的位置距離探測器每增加1倍，探測能力衰減4倍。

4）受天氣、環(huán)境影響較大，大大降低探測性能。

5）視角范圍較小，探測區(qū)域面積比圖像火災探測器面積小。

3.7.2 圖像型火災探測器特點

日間32m距離處，分布智能圖像型火災探測器的報警截屏示意圖見圖6。

圖6 日間不同距離下火焰報警截屏圖Fig.6 Different distances during the day fire alarm screen

夜間分布智能圖像型火災探測器的報警截屏及現(xiàn)場環(huán)境圖片如下，在視野范圍內(nèi)存在燈光干擾：

圖7 夜間不同距離下火焰報警截屏圖Fig.7 Different distances at night fire alarms screenshot

1）探測距離較遠，范圍廣，更適用于油罐火災探側(cè)。根據(jù)罐區(qū)直徑大小，可選擇不同大小鏡頭的探測器。

2）報警響應時間為平均為11s～17s以內(nèi)。

3）受天氣、環(huán)境影響較小，基本對探測性能無影響。

4）具有可視化功能，對現(xiàn)場起火點能準確判斷，即時確認。

5）可同時進行煙霧、火焰探測。

6）視角范圍較大，相同探測距離條件下較三波段探測器探測面積更大。

7）夜間在無紅外補光的環(huán)境下，分布智能圖像型火災探測器能有效檢測火焰。

8）在有較強光源干擾的情況下，分布智能圖像型火災探測器能有限識別火焰并進行報警。

通過圖像型火災探測器與三波段火焰探測器進行測試對比，圖像型火災探測器具有可視化監(jiān)控，即時確認，可同時進行煙霧、火焰的探測，探測距離遠（探測能力與距離成線性反比，優(yōu)于三波段火焰探測器），耐環(huán)境性能好等特點，相對于100000m3（直徑80m）和500 00m3（直徑60m）等較大的罐區(qū)用分布智能圖像型火災探測器更有利于油罐的火災探測。

[1]Zhgang Liu，George Hadjisopbocleous，Guofeng Ding and Choonsiong Lim，V IDEOIM AGE FIRE DETECT ION SYSTEM FOR PROTECTION OF AIRCRAFT HANGARS AND LARGE INDUSTR IAL APPLICATIONS，F(xiàn)S-WORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[2]Robert Elliott.VIDEO IMAGE DETECTION REVIEW，F(xiàn)SWORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[3]ANSI/FM 3260，American National Standards Institute，Radiant Energy-Sensing Fire Detectors for Automatic Fire Alarm Signaling，2004 ed.

[4]Gottuk，D., Video Image Detection System Installation Performance Criteria，F(xiàn)ire Protection Research Foundation Report，OCT.2008.

[5]張啟波，袁風麗，付鈺.大型浮頂油罐的危險性分析及安全對策[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2012,6.