极早期火灾烟雾探测的应用分析

范玉杨，崔正清，王爱军

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

极早期火灾烟雾探测的应用分析

范玉杨，崔正清，王爱军

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

介绍了极早期火灾烟雾探测的技术原理，通过对技术性能进行分析，总结了极早期火灾烟雾控测的适用范围，并列举了一个海上平台成功的应用案例。

极早期火灾烟雾探测；技术原理；性能分析；适用范围

0 引言

在海洋石油生产平台上聚集着各种易燃易爆的物质，生产过程中为了保障生产顺利进行和人员的安全，操作人员通常希望对危险的异常状态进行尽早发现并极早排除。平台上的火灾即为危险状态的其中一种，特别是平台上机柜集中、设备发热量较大的无人值守的房间，比如变压器间、MCC间、开关间、中控等等。这些房间均是机柜众多、线缆密布，发生火灾多数为电气设备短路、过载等故障引起的。火灾特点通常为无明火的阴燃并且持续时间长。使用传统的点式烟探测器或者与火焰探测器配合的方式只能在已经积聚一定量的烟雾或是已经出现明火才能给予警报。并且对于持续工作的如柴油电机等设备，干扰烟雾造成的误报警也是平台正常工作的一大困扰[1-2]。

本文研究的极早期烟雾检测技术能比传统的方式提前4h～5h捕捉到危险信息的存在[3-4]，从而以给操作人员提供充足的时间进行问题判断以及采取相应对策。对于平台这种安全级别高，逃生困难的场所，早期准确的报警极为必要。

1 技术原理

极早期火灾烟雾检测技术，是通过主动吸入的方式将设备刚刚发热后产生的烟雾粒子捕捉到进行检测并产生警报信号。图1为极早期火灾烟雾检测组成图。

探测器通过高效吸气泵不断地往采样管网中采集空气样品，采样空气将通过二级过滤器，第一级去除了空气中的灰尘和杂物，过滤后的采样空气进入激光探测腔进行探测。第二级精细过滤后的洁净空气能保证探测器的光学表面洁净无污染，确保探测器的校准稳定无误，寿命长久。

图1 极早期火灾烟雾检测组成图

采样空气经过滤器进入处于激光照射下的校准探测腔。若空气中存在烟雾，探测腔中的激光会发生散射，并立即被高灵敏度的接收系统所识别，该信号被处理后通过发光图条、报警阈值指示器和/或图形等方式显示出来。探测器可将该信息通过继电器或高级接口(HLI)传输给火灾报警控制盘、软件管理系统或建筑物管理系统。

2 性能分析

2.1 功能简介

1）管路吸气式高灵敏型空气采样（吸气）式烟雾探测报警器。对每根采样进气管路的气流状态进行实时监测的功能；

2）绝对烟雾值的激光探测。激光作为探测光源，且激光探测腔具有自清洁能力；

3）极宽的灵敏度范围；

4）可编程报警阈值。能提供探测区实时烟雾浓度数值的能力，并在烟雾浓度达到预先设置的报警级别时，发出相应的报警。报警级别可设置4级，报警灵敏度的设置范围可调；

5）探测器可对每根采样进气管路的气流状态进行实时监测的功能，并可在气流值到达预先设置的报警级别时，发出相应的气流报警。报警级别多于4级；

6）二级空气过滤器。有内置式过滤器，过滤器的使用寿命能够受到实时监视；

7）即时识别显示器；

8）即时故障探测具有故障自诊断功能，能对采样管路、传输线路和探测器等整个系统部件进行全面的故障巡检，并能及时给出故障报警信息,以保持系统运行的高可靠性；

9）超声波气流传感；

10）独立事件记录功能，记录的事件类型包括烟雾及故障报警、控制操作记录及现场烟雾浓度值变化信息等，每台探测器可存储的事件数多于10000条；

11）具有环境参照探测功能，从而避免由于环境因素变化而导致的误报警；

12）具有火警优先功能，当系统中故障信息与火警信息同时出现或故障信息先于火警信息出现时，火警报警应优先于故障报警。待火警信息消失后，故障报警应能重新出现，直至故障被消除。

2.2 探测器技术指标

供电电压：(24±6)V DC不间断电源UPS或系统配套的DC 24V电源模块。

电流消耗：200 mA～300mA(报警状态可增加)。

环境温度：探测器环境工作温度0℃～39℃。

相对湿度：10%～95 %(无凝露)。

灵敏度可调范围：0.005%～20%遮光率/m。

烟雾分辨率：0.00075OBS/m。

颗粒分辨率：0.003μm～20μm。

烟雾报警级别：四级报警——可根据保护区环境状况进行自动或手动设置四级报警阈值。

气流报警级别：四级报警——可根据相应采样管路的气流状况进行设置四级报警阈值。

继电器信号输出：至少3个无源式继电器输出，触电容量为24VDC，2A。

事件记录：每台探测器可自动记录 10000 条以上事件，包括时间、性质和操作等。

2.3 采样管路技术指标

采样管外径为 25mm，内径为 15mm～21mm，管壁厚为2mm。

采样管应采用低烟、无卤、阻燃型管道。

采样管路应加装吹洗阀门组件及外置式过滤装置。

3 平台上适用范围

3.1 电缆竖井

垂直方向上传统的点式烟探是不允许安装的，并且竖井空气流速快，不适合安装点式烟探测器。可采用极早期火灾烟雾探测沿电缆方向放置，选择适合的位置开孔，以实现对电缆井的检测。生活楼作为生产操作人员居住的地方，人员密度相对较大，如果发生火灾，会对工作人员造成一定的伤害。生活楼的电仪电缆井通常处于密封状态。

3.2 机柜房间

对于机柜众多的房间（变压器、开关间、中控、报房、MCC、配电间）传统的烟探只能布置在天花板上检测。而当机柜内部元器件过热造成损坏的时候，探测器不能在第一时间检测到。而极早期火灾烟雾探测可以将采样管布置到机柜的内部或顶部，当机柜内有任何火灾异常的时候，均可在第一时间被极早期火灾烟雾探测检测到。并且这些器件（如一个电阻）或电缆过热产生的烟雾也是极小的，传统的点式探测器完全无法检测到。并且这些机柜众多的房间都配有大型空调，据试验研究以及模型模拟，在空调运行的过程中，设备产生的烟雾将随着空调风的流向在室内循环，不会接触到天花板位置，最终到达空调回风。这样，房间内安装的点式烟探就失去了检测的作用。而极早期火灾烟雾探测既可布置在机柜位置，也可布置在天花板位置，因而在空调吹风、空气流速较大的情况下仍能检测到烟雾的存在，及时报警。

3.3 天花板上地板下

在生活楼走廊或其它房间的天棚上总会密布电缆，这些电缆互相覆盖层叠，聚集热量，而传统的烟探并不能有效的检测到电缆的过热危险信息，同时，如果传统烟探测器安装在天花板上或地板下，每次维护都要拆装这两个位置，不仅维护不便，还可能会对其它的设备安装造成损坏。采用极早期火灾烟雾探测就可解决该问题，跟随电缆布置极早期火灾烟雾探测管路，同一台机器放在房间中可同时检测房间内部以及天花板上和地板下，只需按照设计要求将管路分成三根或按需分配。维护的时候也不需要再拆卸天花板，只需要在探测器主机安装的位置进行维护就可以。

3.4 电池间

电池间既需要检测烟热，又需要检测氢气，极早期火灾烟雾探测具有气体检测组件，将烟雾和可燃气的检测很好的结合在了一起，将探测器主机安装在人员易操作的位置，将烟雾和可燃气体通过极早期火灾烟雾探测的管道析出进行检测，人员不必再进入电池间爬到很高的位置进行设备的校验或故障排除，并且极早期火灾烟雾探测均采用防爆设计。

3.5 厨房储物间仓库

厨房的盐雾、油污和水汽环境不适用传统烟探探测器，因为油烟极易触发报警。极早期火灾烟雾探测采用主动吸气式的工作方式，将厨房的环境气体吸入后先进行过滤，这样就免除了水汽对设备的影响，并且极早期火灾烟雾探测可根据工作时间设定不同的灵敏度，在做饭时自动将灵敏度调低，此时厨房是有人值守的，也不用担心火灾的问题，这样就免除了误报警的问题。仓库、储物间物品放置混杂，与厨房有相似的环境，并且空调的存在使得空气流通量增大，用极早期火灾烟雾探测就可很好解决这些问题。

4 控制方案

极早期火灾烟雾探测有4级警报，针对不同的烟雾浓度可自行设定，前两级可以作为警报使用，出现问题的时候提示操作人员对现场的问题先进行观察，确定是否有真正的火警，后两级报警可根据需要关联到声光报警或者灭火设备，实现及时的灭火输出。配置几个级别的报警与相关动作的对应关系可根据实际需求进行调整，这样有充足的时间确定报警的存在，就省去了误报警造成的平台关断停产的损失。

吸气式空气采样极早期火灾烟雾探测器可在火灾早期向中控发出报警信号，为了防止误报的问题，此时不做隔离电动作，需要人员去现场确认。

多个极早期火灾烟雾探测系统可通过 Modbus RTU RS485连接成一个网络，通过一条Modbus通信线通讯到火气系统，也可以硬线干接点分别输出。专用的软件可实时监测每一台设备的烟雾浓度值及设置状态。

5 应用实例

PY4-2/5-1项目设计工程中，使用线型感温火灾探测器和吸气式空气采样极早期火灾烟雾探测器结合的方案对生活楼的电缆井进行监控。此种方案应用吸气式空气采样极早期火灾烟雾探测器进行早期火灾的报警探测，应用线型感温火灾探测器做报警确认，这样两种探测手段配套使用能在火灾极早期发现火灾并向中控发出报警信号，避免因发现火灾不及时而造成更大的损失，能达到预期的设计目的。

经过研究、分析和实际应用情况，本探测方案在PY4-2/5-1中得到应用，并取得了业主的一致认可，后期将推广应用于类似工况及重要房间。

[1]GB50116-2008,火灾自动报警系统设计规范[S].

[2]DBJ/CT516-2005,空气采样烟雾探测报警系统技术规程[S].

[3]王晔,涂强.曹承属.数据中心极早期火灾探测及火灾探测器的选择[J].建筑电气,2009(12):3-6.

[4]江显奇.浅谈空气采样极早期烟雾探测报警系统的应用[J].低压电器,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

范玉杨（1981-），女，工程师。主要从事水下系统与产品研究。