大型泵站火灾自动报警技术探讨

2020-01-20

治淮 2020年6期

（中水淮河规划设计研究有限公司合肥 230601）

为确保泵站工程的安全运行，《水利水电设计防火规范》规定“大中型水力发电厂、泵站、水闸及其通航设施等水利工程，应设置火灾自动报警系统”。在实际工作中，必须要结合大型泵站的具体环境特点，选择合适的火灾报警装置及火灾自动报警系统。

1 大型泵站的环境特点

（1）自然环境较为恶劣。大型轴流泵站的水泵层、流道层、联轴层、主变压器室、开关柜室等场所，基本包括了高温、高湿、粉尘、油污、高速气流、高电磁辐射等几乎所有的恶劣环境条件。

（2）高大空间与窄小空间并存。泵站的主厂房电机层高度通常达到十几米，属于高大空间，而电缆夹层、电缆廊道、电缆沟、电缆桥架、机柜等又属于窄小空间。尤其是设备机柜，柜内电气设备及线缆较多，火灾危险性较大，又不利于常规探测器的安装，往往处于火灾自动报警系统的盲区。

（3）人员稀少、人员疏散压力小。近些年随着泵站自动化水平的提高，泵站所需的运行维护人员也越来越少，除了日常的巡检以外，现场已基本不需要运行管理人员。

（4）机电设备造价昂贵，一座大型泵站的总投资约几亿至十几亿元，其中机电设备造价约占总投资的五分之一到三分之一，越是设计先进的泵站，机电设备所占比例越高。

2 火灾发生、发展的过程

第一阶段：不可见烟阶段，此阶段空气中产生直径较小的烟雾气溶胶，空气中能闻到糊味，但未产生可见烟。

第二阶段：阴燃可见烟阶段，此阶段产生大量可见烟，但未见明火。

第三阶段：明火阶段，产生大量光辐射和热辐射。

第四阶段：高温阶段，持续的热辐射导致火灾发生点周边温度急剧升高。

3 常用火灾报警探测器及其特点

3.1 感烟探测器

（1）动作原理

光电感烟探测器以及红外光束感烟探测器的动作原理是根据烟粒子对光线的吸收和散射作用探测空气中烟雾的浓度及变化率。离子型感烟探测器的动作原理是探测烟雾粒子对离子正常运动的干扰。其中光电感烟探测器最为常见，应用范围最广。

（2）分类

主要包括光电感烟探测器和离子感烟探测器以及红外光束感烟探测器。

（3）优点

①报警时间相对较早，在燃烧过程的第二阶段发出报警；②结构简单、动作可靠；③造价较低，适应性广。

（4）缺点

①由于探测过程是被动的，探测时间除了取决于探测器本身的探测性能外，还取决于烟气扩散至烟室（离子型感烟探测器为电离室）的过程的快慢；②由于烟气浓度在扩散过程中会被稀释，所以光电和离子感烟探测器不适用于高大空间；③离子感烟探测器和红外光束感烟探测器易受油雾、粉尘蒸汽等干扰，红外光束感烟探测器不适用于振动较大的场所。

3.2 感温探测器

（1）动作原理

感温探测器的动作原理是感知被保护区域温度的绝对值和变化值是否超过阈值，从而发出报警信号。

（2）分类

按动作原理分为定温式、差温式以及差定温式，按感温部件形式分为点型感温探测器、缆式感温探测器、分布式光纤式感温探测器、空气管式感温探测器等。

（3）优点

①安装方便；②造价低廉；③动作可靠。

（4）缺点

报警时间较迟，感温探测器报警信号在第三、第四阶段之间发出。

3.3 火焰探测器

（1）动作原理

火焰探测器是探测火焰燃烧所产生的光辐射能量（火焰光照度）和火焰的闪烁频率，发出报警信号。能从周围环境中存在的自然光和人工光中鉴别出发生火灾时的辐射光束。

（2）优点

①响应速度快；②探测距离远；③环境适应性好。

（3）缺点

①价格高；②报警时间较迟，在第三阶段。

3.4 图像型火灾探测器

（1）动作原理

图像型火灾探测器是基于视频分析和数字处理技术的探测器，避免了传统探测器受红外线紫外线温度等环境因素影响的缺点，可用于室内外大空间、高温、高危等场所。

（2）优点

①探测距离远，特别适合室外、隧道、室内高大空间使用；②探测灵敏度高、响应速度快；③报警时间较早，在第二阶段和第三阶段之间。

（3）缺点

①系统造价较高；②易受油雾、粉尘、蒸汽等干扰。

3.5 气体采样分析探测器

（1）动作原理

气体采样分析探测器的动作原理是从被保护区域主动抽取气体样本进行分析，将空气样本送入激光腔，在激光腔内利用激光照射空气样本中烟气含量是否设定的报警阈值，从而发出报警信号。

（2）优点

①报警时间早，是目前唯一能在第一阶段就发出警报的探测器；②主动吸气，灵敏度高；③抗干扰能力强；③安装灵活，适用于各种空间。

（3）缺点

①造价较为昂贵；②采样管保养维护工作量大，尤其在粉尘较大的内陆地区，设备运行一段时间后，采样管上的空气采样孔会被污物堵塞，影响采集效果。

4 适应于大型泵站的火灾报警系统

4.1 适应各种恶劣环境的火灾报警装置

由于大型泵站的自然环境综合了高温、高湿、粉尘、油污、强电磁辐射等各种恶劣条件，大型泵站的火灾自动报警装置需要适应泵站内的各种恶劣环境，在各种恶劣工况下能够稳定运行，并把故障率和误报率控制在规范允许的范围内。

4.2 以保护设备为主要目的火灾预警系统

（1）保护设备安全成为首要考量因素

现行的大部分消防规范的宗旨是保护人身财产安全，保护人身安全是第一位的。因此各种消防规范中火灾报警装置、消防灭火设备的选择和设置均以保障人员安全疏散作为最重要的前提条件。

与大部分工业与民用建筑不同，大多数大型泵站均按“无人值班（少人值守）”模式进行设计，随着泵站自动化水平的提高，泵站所需的运行管理人员越来越少，而泵站的机电设备却越来越昂贵。火灾引起泵站功能丧失造成的政治影响以及机电设备的损毁造成的经济损失已成为首要考量因素，因此，设置火灾自动报警系统的主要目的已经由保障人员安全转变为保护机电设备的安全。

（2）由火灾报警向火灾预警发展

现有的以探测可见烟、光、热等为报警手段的报警设备大都是在火灾发展的第二阶段以后才发出警报，此时火灾已经对机电设备造成了不可逆的损毁，无法起到预警效果。如果要达到火灾报警保护机电设备的效果，就必须在火灾发展的第一阶段以前就要发出火灾警报，把它定义为“火灾预警系统”。

4.3 几种具有部分火灾预警功能的火灾警报装置

（1）空气采样分析探测器

空气采样分析探测器能够在火灾发生第一阶段就发出警报，报警时间早、适用范围广、抗干扰能力强，是比较理想的适合泵站特点的火灾预警装置。但它的缺点是不适用于灰尘较大的内陆地区。在运行一段时间后，扫描仪内灰尘的堆积会影响设备正常运行，还会堵塞采样孔。目前已有厂家研制出带自清洁功能的扫描仪，但采样孔的堵塞还是个难题。因此，当务之急是研制一种自带清洁功能的空气采样分析探测系统的采样孔。

（2）缆式感温探测器和光纤分布式感温探测器

缆式感温探测器和光纤分布式感温探测器由于直接缠绕在电缆和机电设备上，能直接监测设备的异常温升，因此也具备部分预警功能。

（3）具备测温功能的热成像摄像机

热成像摄像机具备将热成像温度信号数字化的功能，相对于缆式感温探测器和光纤分布感温探测器，热成像摄像机反应速度更快、信号反馈更为及时。

以上几种火灾警报装置均具有部分火灾预警功能，但它们只是具有单一功能的设备，还不能构成完整的火灾预警系统。

5 智慧化的火灾预警解决方案

2017 年底公安部消防局发布《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》，按照《消防信息化“十三五”总体规划》要求，综合运用物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术，加快推进“智慧消防”建设，全面促进信息化与消防业务工作的深度融合。

5.1 物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术下的火灾预警系统

比如缆式感温探测器和光纤分布式感温探测器，能够向系统提供设备运行的温度信号。如果仅仅以温度信号作为依据，很难做出准确的判断。但如果把温度信号与现场的视频信号、油温油压、回路的电流电压信号、气溶胶浓度等综合在一起，然后与后台大数据进行分析比对，就可以准确地判断设备运行的状态，从而在设备故障刚刚处于萌芽状态、火灾尚未发生时就能发出预警信号。