红紫外复合火焰探测器在甲类酒库智能消防系统中的应用

王明宇

（中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京 100043）

1 工程概况

本工程为贵州茅台酒股份有限公司“十三五”中华片区茅台酒技改工程及其配套设施项目——中华片区酒库项目，主体结构形式均为多层框架结构，合理使用年限50 年，耐火等级二级，抗震设防烈度为6 度。生产的火灾危险性类别为甲类。按规范要求为甲类液体库房，属于爆炸性危险场所。

2 酒库火灾危险源特点

2.1 特点

（1）白酒的主要成分是乙醇，在常温下呈液态，无色透明，易挥发，易燃烧爆炸。成分为CH3CH2OH（C2H6O 或C2H5OH）或EtOH，折射率1.36～1.39，pH 值3.5～4.5，闪点23.9～28 ℃，爆炸浓度极限3.3%～19%，最大爆炸压力7.5 kg/cm2。

（2）酒库内空气湿度较高，易形成封闭的火灾环境；内堆放的酒坛多而密，易导致火势迅速蔓延；存储的酒液易燃易爆，一旦着火，火势剧烈，难以扑灭；酒库内温度较高，易发生自燃现象。

2.2 常见的火灾危险源

（1）电气设备故障或不当使用，例如损坏或老化的电线电缆、电器设备过载、短路等均会引起火灾。

（2）静电：静电种类包括，静电电荷积累、人体摩擦产生的静电，静电放电引起的火花，在干燥的环境下，人体与地面、物体的摩擦会带电，当接触到导体或静电敏感设备时，可能会引发放电，进而引起火灾。通风不良、湿度不足或地面绝缘等情况下，容易造成静电电荷的积累，并造成静电火花放电，从而引发火灾。

（3）酒坛的自燃，由于酒桶内部有微生物作用所释放的热量难以散发出去，导致酒坛自燃。

3 红紫外复合火焰探测器运行原理、机制和优缺点

3.1 运行原理

（1）波段火焰探测器是一种利用光谱学原理检测火焰的传感器，其检测原理基于火焰在不同波长范围内具有独特的辐射特性。它可以通过分析火焰产生的红外、紫外和可见光等波段的能量输出来判断是否存在火情。

由图1 可见燃烧产生的电磁波主要有红外波段的热辐射、可见光波段的光辐射、紫外波段辐射。

图1 光谱分布图

（2）红紫外复合火焰探测器依靠检测燃烧所产生的光辐射来区别火焰是乙醇燃烧还是其他物质的燃烧。在燃烧中，不同种类的化合物会产生不同的光谱特征，这些光谱特征可以通过火焰探测器进行检测。

（3）红紫外复合火焰探测器使用的波长范围通常是2～20 µm，即2 000～20 000 nm。在这个波长范围内，各种化学物质发射的光谱特性是不同的，可以通过检测这些特定波长范围内的辐射来确定存在的化学物质，详见图1。

3.2 运行机制

（1）在乙醇燃烧的初始阶段，由于燃烧产生的温度比较低，产生紫色的光谱。当乙醇燃烧到一定程度时，由于产生了更高的温度和更强的光谱，会产生橙色的光谱。乙醇燃烧时，其中蓝色光的强度最大，占据了整个光谱中的重要比例。在红外光谱区域，乙醇燃烧的峰值位置处于4.0 µm 附近乙醇燃烧释放的光强度通常比其他类型的火源要高，可以达到数千毫瓦/平方厘米以上的水平，具有较大的探测优势。

（2）木材、蜡烛的光谱曲线在3.3～4.1 µm 区间内都近似一条水平直线，无明显特征。而乙醇在3.4µm 呈现出较强的发射峰，但是还有两个独特的辐射波段。一个是在3.8 µm 附近单独存在较强的发射峰，另一个是在4.3 µm 附近时由于吸收强度不及其他几种可燃物而出现的峰值辐射波段。这是区别于其他火焰光谱的主要特征波段。因此将3.8 µm 和4.3 µm作为乙醇火焰探测红外传感器的中心波段，详见图2。

图2 四波段检测波长散点图

（3）UV 用来接收火焰产生瞬间释放出的大量紫外信号，启动检测。

（4）IR 4.3µm 主要判定波长。乙醇（C2H6O）燃烧后的主要产物二氧化碳（CO2），CO2共振。

（5）IR 3.8µm 用来排除外来光源（如日光灯）及高温热源（加热器）的干扰。

（6）IR 5.0µm 则用来排除现场低温物体（如人体）红外辐射带来的干扰。

3.3 优缺点

（1）高灵敏度：灵敏度比其他类型的火焰探测器更高。

（2）能够检测多种类型的火焰：由于波段火焰探测器可以检测不同波段的辐射特性，因此可以检测多种类型的火焰，包括明火和难以观察的低温火焰。

（3）可靠性高：波段火焰探测器具有误报率低、抗干扰能力强等特点，能够提高系统的可靠性。具有自我诊断功能，全面的自我诊断功能和故障报警输出。

（4）响应速度快：波段火焰探测器的响应速度通常比其他类型的火焰探测器更快，可以迅速发现火情，防止火灾事故进一步扩大。

（5）安装便捷：支持继电器，电流环和485 等多种通讯方式，部分的不同品牌探测器可兼容使用。

（6）缺点：价格较高，红紫外复合火焰探测器相对其他类型的火焰探测器价格较高。受不明光源容易产生误报，例如：金属反光、太阳光直射，电器的高功率热源。还需要定期清理，光学镀膜容易被灰尘污染，报故障信号。

4 组成及试验检测项目

4.1 红紫外复合火焰探测器的主要组成部分，详见表1

表1 探测器的主要组成部分及功能

4.2 型式试验检验

（1）光源稳定性：光源强度、角度、距离等参数需要按照标准要求进行设置，以确保测试结果的有效性。

（2）灵敏度：在不同距离和角度下，制造火源对探测器进行点火，观察探测器的反应时间、触发条件和误报率等参数，并进行记录分析。

（3）干扰抗性：在模拟实际使用场景的情况下，对探测器进行电磁辐射、机械震动、烟雾干扰等干扰测试，观察探测器的干扰抗性和误报率等指标，并进行数据统计和分析。

（4）可靠性：长时间运行测试是评估探测器可靠性的重要手段。将探测器安装在特定场所，长时间运行，观察其故障率、稳定性等性能指标，并进行数据分析。

5 安装技术要求

5.1 布局考虑

（1）探测器的灵敏度不仅与火势的大小有关，还和探测距离成反比。这是由于探测器主要是利用传感器将监测到的火焰辐射信号转换为电信号，并将信号输入工业计算芯片里与系统原设定的阈值进行比较、运算和分析处理来综合判别火灾信号的。但是实际上随着监测距离的逐步增大，监测到的辐射信号也会逐步衰减，而且当探测距离增大到一定程度时，火焰探测器会因为监测到的信号没有达到阈值而无法进行准确快速的判别。

（2）茅台酒库每层设三个防火分区，每栋酒库共15 个防火分区，每个防火分区约为20.4 m×19.9 m 的不等边区域，对角距离在26～28 m 之间，面积为384 m2，分区内还均匀分布着四根框架柱。根据现场实际，火焰探测器的水平检测角度为0～45°（如图3），水平检测距离为31～35 m；垂直检测角度为0～60°，垂直检检测距离为25～35 m。为保证火焰探测器的准确性和无死角，现场分别在四个角落灵活部署的四个火焰探测器（如图4），确保检测半径，实现全角度、全方位共同监控，实时监测。

图3 视野示意图

图4 空间布位示意图

5.2 安装原则

在安装火焰探测器时，需要选择合适的角度和高度，以避免探测盲区和障碍物的遮挡。为避免间接入射和反射，同时预防外部污染物附着在镜面上对灵敏度造成影响，应将火焰探测器的镜头正对探测区域，并将探头向下一定角度。对于高度较高的被保护物体，通常探测器要高过保护目标，并将其安装在该区域内最高目标高度的两倍，以确保每个探测器在有效监测范围内能够监测到全部的火焰信号，从而降低成本。

6 施工注意事项和质量控制要点

电缆布线：电缆的布线应符合电气安全标准，避免与强电线路穿插、交叉，同时要保证布线整齐美观。质量控制要点包括布线位置是否合理、固定是否牢固、电缆长度是否合适等。安装位置：红紫外复合火焰探测器的安装位置应考虑到最佳监测范围和最佳灵敏度等因素，并符合消防规范要求。控制要点包括安装高度、安装间距、安装角度。接线连接：接线连接应符合电气安全标准，保证连接牢固，信号可靠。质量控制要点包括接线端子是否紧固、接线规范是否统一等。试验检查：在安装完成后，应进行试验检查，包括工作电压、传感器响应时间、火灾检测测试，联动试运行等。

7 未来技术的展望

火焰探测器作为消防设备的基础和关键组成部分之一，近年来随着科技的迅速发展，不断涌现出各种新型火焰探测器，如红外线、紫外线、热成像和复合式等，大大提高了火灾检测的灵敏度和准确性。智能化、网络化等技术的应用也使得火焰探测器更加方便快捷地接入消防系统，并与其他智能消防设备进行联动。未来，火焰探测器将继续向着更加精准、可靠、智能化的方向发展，例如人工智能、机器学习等技术的应用，将有效提高火灾检测的准确性和智能化程度，为消防安全提供更加有效的保障。

8 结语

在甲类酒库智能消防系统建设中，火焰探测器分项工程是至关重要的一环。文章研究了红紫外复合火焰探测器在甲类酒库智能消防系统中的应用，具有快速、准确识别多种火焰源、虚警率和漏警率低的优点。未来可以进一步发挥红紫外复合火焰探测器的作用，提高甲类酒库消防安全等级，并通过技术不断进步，为更多场所提供更加高效可靠的消防保障。