公路隧道火灾探测器选型试验研究

●白晓辉，梁彦隽

(1．山西省消防总队，山西 太原 030001;2．阳泉市消防支队，山西阳泉 045000)

公路隧道环境密闭性强，逃生和救援条件差，早期报警、及时扑灭和人员的安全疏散是隧道消防设计应解决的重要问题，其中快速准确地发现火情是灭火救援和有效疏散逃生的重要前提。因此，科学、合理地选取隧道火灾探测器就显得尤为重要。目前，市场上常见的隧道火灾探测器主要有感温型和感光型两种。为了更好地指导公路隧道的设计单位、建设单位科学合理地选用火灾探测器，笔者组织山西五盂高速的建设、设计、施工、设备生产厂家及当地公安消防部门的相关人员开展了隧道实体点火试验，并对试验结果进行分析研究。

1 试验基本情况

山西五盂高速公路有特长隧道2条、长隧道3条，为了实际考证感温与感光两种火灾探测器在隧道中对火灾的探测效果，选取在建的五盂高速公路下细腰隧道作为火灾探测点火试验的实体隧道，对以感温为原理的光纤光栅探测器和以感光为原理的红外火焰探测器进行点火试验。

1．1 试验目的

通过在隧道实体中进行点火模拟试验，主要从探测速度和探测精度两个方面比较两种火灾探测器的探测效果，为公路隧道工程火灾自动报警系统选型提供参考依据。

1．2 产品选型

本次试验选取了经国家消防电子产品质量监督检验中心检测合格的3种产品，分别是:上海光栅信息技术有限公司生产的FBG1550线型光纤光栅感温火灾探测器(以下简称FBG1550探测器)，上海能美西科姆消防设备有限公司生产的RDCZ002-D点型红外火焰探测器(以下简称RDCZ002-D探测器)，通用电气(上海)有限公司生产的GS9208型双波长红外火焰探测器(以下简称GS9208探测器)。

1．3 试验条件

试验条件为:(1)隧道试验段净高7．5 m，净宽11 m，试验段起点桩号设为K0+000，洞内终点桩号设为K0+300。试验在自然通风情况下进行，经现场检测，试验时大气温度为17℃左右，洞内2 m高处风速为1．4 m·s-1。(2)3种火灾探测器安装在同一段隧道内，其中:FBG1550探测器安装在隧道右洞试验段顶部，距离顶部30cm，每10 m有1个光栅感温点，安装总长度为250 m;RDCZ002-D探测器安装在隧道行车方向右侧壁，距离地面2．3 m，每50 m安装1个，探测器照射前后方向各25 m，共安装综合盘5只;GS9208探测器安装在隧道行车方向右侧壁，距离地面2．3 m，每50 m安装1个，探测器沿行车方向照射，共安装综合盘5只。上述3种产品分别连接各自的火灾报警控制器，该控制器能实时记录报警时间和位置，每次试验3种探测器均同时进行测试。(3)试验火盆尺寸0．7 m×0．7 m。分4种情形进行模拟:一是固定火;二是火焰探测器的镜头受污染条件下对固定火的探测;三是移动火;四是烟火。其中前3种情形采用火盆内点汽油火的方法;烟火采用火盆内点柴油火并加压湿木柴的方法。(4)试验前将电子计时器和3个探测器报警主机统一时间。计时器随火盆车记录每次点火时间;洞口报警主机记录每次主机报警时间，同时记录报警位置。报警时间精确到秒，根据国家标准，火灾探测器报警时间超过60 s属报警无效。

1．4 火源及污染模拟

根据隧道运营中可能存在的各种情况，共设计4组试验:明火、污染、移动火盆和烟火。(1)明火是公路隧道内大多数火灾的表现形式，对明火的响应情况很大程度上能够说明火灾报警系统的实际使用效果。本研究在行车道、隧道中心线、超车道共安排了6次明火试验。(2)考虑到公路隧道火灾主要为移动车辆燃烧的情况，本研究在隧道行车道、隧道中心线、隧道超车道共安排了3次移动火盆试验，火盆移动速度为1 m·s-1。(3)公路隧道内环境差，且山西境内运煤车辆较多，污染比较严重。由于感温型探测器以温度的变化为报警依据，且不易遮挡无法量化，本研究未对感温型探测器做污染试验，只针对双波长感光型探测器，采用单层医用纱布遮盖火焰探测器视窗的形式，在行车道、隧道中心线、超车道共安排了3次试验。(4)考虑到有的火灾会伴随着浓烟，因此，安排了3次烟火试验。

2 试验结果

2．1 明火

明火条件下共点火6次，3种探测器均报警6次，FBG1550探测器和RDCZ002-D探测器系统平均报警时间相同，GS9208探测器系统平均报警速度快于前两者约2 s左右。FBG1550探测器报警位置全部正确，RDCZ002-D探测器和GS9208探测器报警位置各错误1次，且后者存在1次误报。具体试验结果见表1。

表1 明火试验结果

2．2 污染

污染条件下共点火3次，两种感光型探测器均报警3次(污染试验时，FBG1550探测器未关闭，相当于做了3次明火试验，其试验数据归入明火类型)。RDCZ002-D探测器由于探测器被遮挡后引起自身故障报警导致试验过程中未报警，报警位置全部错误，相邻位置未模拟污染的火灾探测器报警，其平均报警时间为16．3 s;GS9208探测器的平均报警时间为11．3 s，报警速度相对较快，报警位置全部准确。具体试验结果见表2。

表2 污染试验结果

2．3 移动火盆

移动火盆条件下共点火3次，3种探测器均报警3次。FBG1550探测器和RDCZ002-D探测器系统平均报警时间相同，报警位置全部准确。GS9208探测器系统平均报警速度快于前两者，但对火源位置的探测均发生偏离，报警位置不准确。具体试验结果见表3。

表3 移动火盆试验结果

2．4 烟火

烟火条件下共点火3次，FBG1550探测器系统平均报警时间最长，GS9208探测器系统平均报警时间最短。FBG1550探测器和RDCZ002-D探测器报警位置全部正确，GS9208探测器漏报1次。具体试验结果见表4。

表4 烟火试验结果

3 试验结论及讨论

通过试验可得出如下结论:(1)差定温感温型和感光型火灾报警系统对0．5 m2的各种油盆火均能在60 s内及时报警。(2)4种模拟情形下，FBG1550探测器系统平均报警时间为17．32 s，RDCZ002-D探测器系统平均报警时间为17．02 s，GS9208探测器系统平均报警时间为13．8 s。(3)在本试验条件下，感温型火灾报警系统对火源位置报警基本准确，感光型火灾报警系统个别存在报警位置偏差。(4)采用单层纱布进行污染试验的报警时间与明火试验的报警时间相比，无明显差距，污染试验对感光型探测器报警时间无明显影响。

由于试验场地及设备等局限，本次试验研究存在如下缺陷和不足:(1)本次试验未做火灾初期的小火焰模拟探测。但在试验时出现了如下情况:当点着点火棒、正准备去点火盆的时候，火焰探测器已经报警，导致试验一度无法按方案进行，后来找到一块约1 m2的大木板，把点着的点火棒隐蔽在该木板后，使该小火焰不被火焰探测器提前探到，才使试验继续进行。这种情形实际上体现了火焰探测器对初期火灾探测的优越性。(2)火源运动速度慢。本次试验的隧道刚刚挖通，尚未铺路面，受试验条件的制约，试验模拟火源的运动速度为1 m·s-1，不能真正模拟车辆正常的行驶速度。(3)通风条件为自然通风。本次模拟试验的风速为1．4 m·s-1，与风机开启的一般工况有差距。(4)烟火模拟不很成功。本次模拟试验发烟量小、发烟时间短，没有真正实现原计划模拟的阴燃火灾。

4 公路隧道火灾探测器的选用

从报警效率方面考虑，一是在对0．5 m2油盘火(火灾的发展蔓延阶段)的探测方面，从平均报警时间来看，虽然火焰探测器较快于感温探测器，但参加试验的3种火灾探测器无明显的差距，感温火灾探测器的快速报警应该是受益于其差温探测报警功能。二是两种火焰探测器均有对镜头受污程度的自动检测功能，当光透量低于设定值时会向控制中心发出故障报警、请求养护。三是GS9208探测器还具有对环境数据的自动检测功能。开机后或每次复位，其火灾探测器均需要约40 s的时间，对工作环境的光学数据自动检测并储存，当出现异常时，会与正常的环境数据进行比较，这是该产品技术上有别于其他产品的一个特点。

从投资和维护方面考虑，一是感温火灾探测器在总投资方面较火焰探测器低，有人认为感温火灾探测器会低10%～30%。二是感温火灾探测器养护周期长，但安装在隧道的穹顶，一旦进行养护即需要封路;火焰探测器养护周期短，但安装高度低(低于2．5 m)，平时即可随时养护。

根据试验结果及综合分析，笔者认为，火焰探测器在山西省公路特长隧道和长隧道中更为适用。