危废料坑火灾自动报警工程设计

王 冲

(中国海诚工程科技股份有限公司，上海 200031)

工业化产生的危险废物越来越多，相应的危险废物处置工程也不断发展，焚烧是其中一个重要手段。危险废物焚烧处置工程中涉及的危险废物种类繁杂，在生产、储存等环节中易产生火灾危险，一旦引起爆炸将产生严重后果。危废料坑作为焚烧废物的储存坑，是火灾危险的重灾区，在火灾自动报警系统的工程设计中应尤其重视。

1 危废料坑的特点

危险废物焚烧处置工程包括了固体废物和液体废物，液体废物会根据热值由储罐卸料泵送至回转窑及二燃室，而固体废物在进入回转窑焚烧前，需经破碎后储存在危废料坑等待投料。

破碎后的危险废物根据工艺要求一般需在危废料坑中储存1～3天,除去一部分水分,进行配伍安排等。以某化工园区的危险废物焚烧处置工程为例，其危废料坑位于焚烧车间中，从-3 m标高至车间顶部27 m标高，长56 m，宽9 m，其内储存种类繁杂的危险废物，特性不一，是火灾及爆炸危险事故的重灾区，坑内危险主要在于：

(1)危险废物中存在易燃物，容易自燃引发火灾；

(2)危险废物相互产生化学反应产生大量热量引发火灾；

(3)危险废物在腐烂发酵的过程中产生可燃、有毒气体，引发爆炸；

(4)危废料坑纵向高度大，人员不易观察内部异常情况。

根据危废料坑的特点，该工程消防设计在坑内设置了固定式消防水泡，采用闭式自动喷水-泡沫联用系统，即以泡沫为灭火剂的自动消防炮灭火系统。同时设有火灾自动报警系统，配合消防泡灭火系统进行火灾的探测及灭火。

另外，由于危废料坑内的危险废物储存时可能会产生氨气、硫化氢等可燃、有毒气体，应设置可燃气体探测报警系统作为火灾自动报警系统的子系统。危废料坑为特殊的大空间场所，其探测器应做合理的选型。

2 探测器选型

危废料坑中由于可燃气体的存在，可能形成爆炸危险环境，其内部设备应选择对应的防爆产品。根据表1所示坑内气体特点，所选择的设备防爆等级至少不应低于ExdIIBT3Gb，以防止发生爆炸危险[1]。

表1 危废料坑内气体危险特性表

危废料坑里的探测器主要包括了火灾探测器及可燃气体探测器，探测器的选型应根据危废料坑的特点及布置选择。

2.1 火灾探测器

危废料坑的高度达到了30 m，普通的点型火灾感烟探测器已不适用，对于这种大空间的场所，一般火灾探测选用两种不同类型的探测器，以保证其安全性及可靠性[2]。目前适合类似大空间场所的火灾探测器主要有几下几种：

2.1.1 图像型火焰探测器

图像型火焰探测器可根据火焰的形状、光学特性、变化趋势等进行主动的可视化报警，也可采用双波段火灾探测技术，CCD分红外/彩色，可将采集到的红外/彩色视频信号传送给控制主机，使火灾探测和视频监控得到有机结合，特别适用于危废料坑这种既需探测火灾同时又需要视频监控的场所。

图像型火焰探测器的最大探测距离一般有30/60/80/100 m等几种，根据该项目危废料坑56 m的长度，选择80 m的型号用于俯视探测。

2.1.2 光截面感烟探测器

光截面感烟探测器属于图像型火灾探测器，可对探测空间实现曲面式覆盖保护，无需准直光路。光截面感烟探测器为对射型，分为接收器及发射器，其中一个接收器可配合多个发射器，能分辨发射光源和干扰光源。光截面感烟探测器保护面积大、响应时间短,可对光截面中相邻的光束进行分析,克服单束光线因偶然因素造成的误报。

该类探测器最大光路长度有30/60/100 m等几种，根据该项目危废料坑56 m的长度，选择最大光路60 m长的型号。

2.1.3 红外线型光束感烟火灾探测器

红外线型光束感烟火灾探测器利用烟雾粒子的散射及吸收导致入射光衰减的特点，根据接收器得到的入射光信号降低幅度来确定环境中的烟雾浓度。

与光截面感烟探测器不同的是，红外线型光束的传播为直线性，其接收器和发射器成对配置，保护范围为一个具有一定水平和垂直展开角的空间，对于无遮挡的大空间场所比较适用。

此种探测器减光率一般为30%，不能安装在阳光直射场所；发射端与接收端之间须无遮挡，否则6 s后会引起故障报警，12 s会触发火警误报；发射端与接收端需垂直安装，对准光路，运行过程中需定期校验。

根据火灾自动报警系统设计规范，红外线型光束感烟火灾探测器的距地高度不宜超过20 m，主要是太高的空间会导致烟气到达的时间较长，相应的报警会延迟，不利于及早的发现火情。另外，用在危废料坑中，若因行车抓吊的遮挡，可能产生误报。

鉴于该项目危废料坑的特点，未选择红外线型光束感烟火灾探测器。

2.1.4 红外热成像探测器

通过验证分析，泵效偏差值和沉没率偏差值可以反映井下管柱工况的好坏，泵深实现率可以反映抽油井排液强度，抽油机负载率可以反映设备负载。

红外热成像探测器根据物体表面温度成像探测，将不可见的红外能量转变为可见的热图像，可发现火灾初期的过热、阴燃等异常情况。应用在危废料坑中可对不同区域的焚烧废物温度进行监测，在高温等异常时可提前报警，及时联动行车抓吊处理过热区域，剪除火灾隐患。红外热成像探测不受白天黑夜的影响，即使在危废料坑内有尘、雾等恶劣工况仍能对探测区域正常监控。考虑到投资方的成本限制，该项目未设置红外热成像探测器。

2.2 可燃气体探测器

危废料坑一般情况下设置除臭装置去除其中的有毒有害气体，为应对停机检修等关闭除臭装置的特殊情况，设置可燃气体探测报警系统作为火灾自动报警系统的子系统，在探测到超标气体时报警并强制打开事故风机[3]。

2.2.1 氨气及硫化氢探测器

危废料坑中可能产生的氨气和硫化氢这两种气体既是可燃气体又是有毒气体，在探测器选型时应按照对应的有毒气体探测器选择。

为避免爆炸危险，应将可燃气体的大气浓度维持在爆炸下限以下；对于有毒气体，应将其气体浓度维持在对人体产生危害的水平以下。

氨气及硫化氢在危废坑内的探测一般选择扩散方式，即选择点型气体探测器，其传感器可选用电化学或半导体型原理，该项目选用了电化学原理的气体探测器，利用电化学反应产生与气体浓度成比例关系的电流。

电化学原理的气体探测器灵敏度高，输出线性，便于操作。

3 探测器布置

3.1 图像型火焰探测器布置

在该项目长方形危废料坑的四个角落位置各布置一个图像型火焰探测器，现场调试俯视角度，以对整个危废料坑实现无死角的全覆盖监控。在安装高度的选择上，由于危废料坑内主要监测的是底部坑内以及抓吊至投料口的情况，探测器的安装高度可在投料口的上方，便于监控。

3.2 光截面感烟探测器布置

该项目危废料坑从坑低至顶棚约30 m高，设置三层光截面感烟探测器，如图1所示。考虑坑内烟气在上流过程中产生的分层，分别在6.4 m层、12 m层、26 m层设置，每层设有2个光截面感烟接收器及12个光截面感烟发射器。

图1 光截面感烟探测器布置图

图1中R表示光截面感烟接收器，L表示光截面感烟发射器，1个接收器分别对应6个发射器，同一面墙的发射器之间及发射器与接收器之间间隔8.5 m，发射器或接收器离侧墙的距离为2.5 m。

实际布置时，6.4 m层与26 m层的光截面感烟探测器按照图1布置，12 m层的光截面感烟探测器整体由侧墙往内挪了1 m，与6.4层及26层的光截面感烟探测器形成交错布置，更好的保障探测的可靠性。

3.3 红外热成像探测器布置

红外热成像探测器的布置与图像型火焰探测器类似，可实现对危废料坑的全覆盖。其数量也可根据成像范围进行选择。此种方式技术先进，可实现早期报警，但由于投资成本等原因，在目前危废料坑的实际应用中相对较少，该项目最终也未选用。

3.4 可燃气体探测器布置

气体探测传感器应布置在气体流动可能形成的最高密度区域，包括气体容易聚集的地方，如角落等。根据规范，硫化氢的比重大于空气，其探测器的安装高度应距地坪0.3～0.6 m，位置应靠近泄漏点[4]。而在危废料坑内安装时，由于坑底被焚烧废物所覆盖，无法在接近底部位置安装，一般选择在危废料坑的进料口附近侧墙安装，高度在生产运行时废物堆积最高高度上方约0.5 m处，以保证气体探测的可行性以及安装维护的便利性。

同时在危废料坑四个角落不会被焚烧废物覆盖的标高处设置硫化氢探测器，以防气体在角落积聚，形成爆炸危险。

氨气的比重小于空气，其探测器的安装高度应高出释放源0.5～2 m。在危废料坑内安装时一般选择在生产运行时废物堆积最高高度上方约1.5 m处，并在危废料坑顶部加设一层氨气探测器，以防氨气受坑内气流扰动在顶部积聚，形成爆炸危险。

因此，危废料坑内可使用图像型火焰探测器配合光截面感烟探测器的方法实现火灾探测，并将信号传输至消防控制室的报警主机内；投资允许的情况下也可采用红外热成像探测器，实现早期的火灾预警及报警探测。

采用电化学原理的氨气及硫化氢气体探测器进行探测，信号输送至消防控制室的可燃气体报警控制器中，并与火警控制主机通讯连接。

4 结论

危废料坑由于其本身建筑特点以及来料危废的复杂性，存在很大的火灾及爆炸危险。在进行危废料坑的火灾自动报警设计时，需考虑各种因素及可能发生的情况，在保证火灾可靠探测的前提下，兼顾生产的监控需求，形成有效的探测系统。对于先进可靠的新技术，应积极引进融合，将技术的发展与安全生产紧密结合，更好保障生命和财产的安全。