化工高大厂房、仓库及罐区火灾探测器的选择及应用

赵瑞萍　张夏禹

航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司　兰州　730050

化工高大厂房、仓库及罐区火灾探测器的选择及应用

赵瑞萍*张夏禹

航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司兰州730050

摘要火焰探测器是火灾自动报警系统的组成部分，但在化工高大厂房、仓库及罐区应用存在漏报误报现象。本文简介几种特殊火焰探测器的原理及性能。同时根据工程实例，对火焰探测器在化工高大厂房中的选型、安装进行了简要说明，以供探讨。

关键词火焰探测器化工高大厂房仓库及罐区

化工项目中生产厂房、仓库及罐区大多为高大厂房和露天建构筑物。这些建构物内生产过程大多属于高温、高压、连续生产，生产和贮存的原料、成品、半成品大都属于危险物质，这些物质本身具有易燃易爆和挥发性，易造成火灾或爆炸，一旦发生火灾危险，其损失往往也是很大的。选择适用于环境特征，对火灾信号进行快速响应和准确识别的火灾探测器能有效预防火灾的发生，是在火灾初期进行预警预报的一项重要措施。

1化工高大厂房、仓库及罐区火灾探测器的应用依据及背景

根据不同场所可按照《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013第5.1.1条第2、3款、第5.2.1条、第5.2.7条、第12.2.2条、第12.2.4条要求进行选择探测器。

依据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013中的各条款及目前国内对各种火灾探测器的应用，感温感烟型火灾探测器大多用于民用建筑，并不适用于化工装置的场合和环境特征。火焰探测器是化工装置中首选火灾探测器，但是由于在现场存在许多并非火焰的红外光和紫外光辐射源,这些随机出现的辐射能干扰火焰探测探头的正常工作,以致使探测器产生误报警,甚至真有火焰出现时,探测器反而不报警了。因此, 以往设计中在高大厂房(例如压缩厂房、机修车间、包装车间等)、罐区、露天装置区均不装设探测器。这无疑是化工装置火灾自动报警系统中的一个盲点。如何要求火焰探测器能够根据它所探测到的信号,做出正确的分析判断,区分究竟是“火焰”还是“干扰”,做到既不漏报警,也不误报警。

2探测器的选型

根据火焰的光特性，火焰探测器有三种：对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外火焰探测器(IR)；对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外火焰探测器(UV)；同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外线的紫外/红外混合火焰探测器(UV/IR)。

在火灾探测分析中，火灾的能量辐射是一个重要因素，这些能量的30%-40%在不同频谱范围内以电磁辐射形式消耗。

红外线火焰探测器(IR)是基于检测火焰的高温以及由火焰引起的大量的高温气体都能辐射出各种频带的红外线的原理来探测火焰的。它不仅能探测到火焰发出的红外射线，还能探测到与火焰相同波长的红外射线，比如烤炉、灯、卤素灯、太阳辐射等，易产生误报。所以红外线火焰探测器只适用于特定环境的高封闭场所。

紫外线火焰探测器(UV)是由于其波长较短，会被空中的空气、烟雾、灰尘、煤气和各种有机材料所吸收，在可燃物质燃烧或爆炸刚点燃的瞬间，会以极快的速度(3～4ms)辐射出较强能量的紫外线。某些随机事件的UV辐射源如闪电、焊弧、闪电、火炬都能引起紫外线火焰探测器(UV)的误报。

紫外/红外混合火焰探测器(UV/IR)两个传感器的输出信号采用“与门”的逻辑关系，在某些特定情况下，当红外辐射源(如太阳光)与紫外辐射源(焊接)同时存在时，还是可能引起误报警。

近年来出现在另外几种形式的火焰探测器，如：IR2火焰探测器、IR3火焰探测器和UV/IR2复合火焰探测器。IR2火焰探测器是对4.3μm-4.5μm频段火灾主特性进行分析，同时感受两个通道的辐射信息，并基于闪烁分析、超出某个阈值的辐射强度、两个传感器信号之间的比率这些参数处理输入信号，这种火焰探测器减少了误报警，但由于使用4.3μm传感器进行火灾识别，在长距离火灾探测中容易受到大气吸收的影响，所以IR2火焰探测器适合应用于室内和室外短距离探测。IR3火焰探测器通过分析火焰辐射特性：火焰辐射中最多的是燃烧物生成的热CO2和H2O分子，从另一个角度看，火焰可以被看成在CO2发射频带很强而背景发射频带比较弱的紫外交变发射源。IR3火焰探测器选择三个频谱段：CO2频谱发射频段之内，CO2频谱发射频段之外，越过背景宽频带。三个(或多个)传感器之间的数学关系，探测IR辐射的特定波长，区分火灾和IR干扰源，对于每一个IR源是标准的，每个IR源有自已的IR频谱特征，在三个源上面可以得到不同的信号比率，可以做到几乎无误报。同时由于火灾阴燃的情况下尽管看不到火焰，但是会产生大量的CO2，IR3火焰探测器还可以探测阴燃阶段的火灾。UV/IR2复合火焰探测器结合了紫外火焰探测器(UV)和IR2火焰探测器的独特的火焰分析技术，在没有显著减少灵敏度的前提下减少了火焰探测的误报警，对误报因素有特别高的抗干扰能力。

综上所述，具有高灵敏度，对误报警有很好的免疫力，保护范围大的IR3和UV/IR2火焰探测器更适用于化工高大厂房、仓库及罐区。

当然，化工高大厂房、仓库及罐区大多为易燃易爆场所，根据其环境特征，选择适于其防爆等级和防护等级的产品也是必须要考虑的要素之一。

3探测器的应用

以某化工厂压缩厂房火焰探测器的设置为例，探讨探测器的应用。

3.1工程概况

某化工厂内氨压缩厂房长36.4m，宽22.5m，高21.8m，共两层，一层层高9.5m，二层层高12.3m，有顶无墙。厂房内布置有压缩机、润滑油站、汽轮机、凝结水泵及其它工艺设备。属2区爆炸危险场所，其一层平面布置见图1。

图1　压缩厂房火焰探测器平面布置

3.2火焰探测器的选型

该厂房属高大厂房，其内易燃易爆物质为NH3、CO和H2，燃烧产物多为CO2和H2O，综合分析火焰探测器的敏感度、探测范围、探测距离和响应时间，选择IR3三波段火焰防爆探测器。

3.3火焰探测器的安装

火焰探测器一般安装在保护区内最高目标高度两倍的地方，探测范围应涵盖所有目标和需要保护的地区，而且要方便定期维护。

在探测的有效探测范围内应避免障碍物的阻挡， 包括玻璃等透明材料和其他隔离物。

应保证保区内可能发生的火灾直接入射探测器，尽量避免间接入射和反射。

探测器安装时一般向下倾斜30°～45°，能同时探测下方和前方，还可以降低镜面受到污染的可能。

为避免探测死角，一般在探测器对面的角落安装另一台探测器，同时也能在其中一台探测器出现故障时提供备用。

根据该厂房的工艺、管道、起重机、灯具布置，综合分析各方位的特征，确定火焰探测器安装方式为壁挂式，高度为8m，其布点见图1。

3.4火灾自动报警系统

在进行火焰探测器选型和采购时尽量选择与全厂火灾自动报警系统同一厂家的设备，以避免出

现不兼容的情况。如选择不同厂家的设备，需在每个探测器上安装单输入/单输出模块后再接入火灾自动报警系统，模块安装位置根据现场情况确定。

4结语

化工高大厂房、仓库及罐区多属于火灾或爆炸环境场所，传统的感温探测器因采用热电信号传感器，周围环境直接影响感温探测器，误报率高。根据火焰的光特性，选择适合环境的火焰探测器，做到不漏报、不误报，在火苗刚刚燃起或阴燃阶段，火焰探测器就能探测到，为快速采取灭火措施提供可能，且可最大限度避免和减少火灾的发生。

参考文献

1GB50058-2014,爆炸危险环境电力装置设计规范[S].

2GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S].

3GB50116-2013,火灾自动报警系统设计规范[S].

(收稿日期2016-03-28)

*赵瑞萍：工程师。2001毕业于兰州工业高等专科学校。从事电气电信设计工作。联系电话：13919306949，Email:zhao-rp@163.com。