極早期火災煙霧探測的應用分析

范玉楊，崔正清，王愛軍

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

極早期火災煙霧探測的應用分析

范玉楊，崔正清，王愛軍

● （海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

介紹了極早期火災煙霧探測的技術原理，通過對技術性能進行分析，總結了極早期火災煙霧控測的適用范圍，并列舉了一個海上平臺成功的應用案例。

極早期火災煙霧探測；技術原理；性能分析；適用范圍

0 引言

在海洋石油生產平臺上聚集著各種易燃易爆的物質，生產過程中為了保障生產順利進行和人員的安全，操作人員通常希望對危險的異常狀態進行盡早發現并極早排除。平臺上的火災即為危險狀態的其中一種，特別是平臺上機柜集中、設備發熱量較大的無人值守的房間，比如變壓器間、MCC間、開關間、中控等等。這些房間均是機柜眾多、線纜密布，發生火災多數為電氣設備短路、過載等故障引起的。火災特點通常為無明火的陰燃并且持續時間長。使用傳統的點式煙探測器或者與火焰探測器配合的方式只能在已經積聚一定量的煙霧或是已經出現明火才能給予警報。并且對于持續工作的如柴油電機等設備，干擾煙霧造成的誤報警也是平臺正常工作的一大困擾[1-2]。

本文研究的極早期煙霧檢測技術能比傳統的方式提前4h～5h捕捉到危險信息的存在[3-4]，從而以給操作人員提供充足的時間進行問題判斷以及采取相應對策。對于平臺這種安全級別高，逃生困難的場所，早期準確的報警極為必要。

1 技術原理

極早期火災煙霧檢測技術，是通過主動吸入的方式將設備剛剛發熱后產生的煙霧粒子捕捉到進行檢測并產生警報信號。圖1為極早期火災煙霧檢測組成圖。

探測器通過高效吸氣泵不斷地往采樣管網中采集空氣樣品，采樣空氣將通過二級過濾器，第一級去除了空氣中的灰塵和雜物，過濾后的采樣空氣進入激光探測腔進行探測。第二級精細過濾后的潔凈空氣能保證探測器的光學表面潔凈無污染，確保探測器的校準穩定無誤，壽命長久。

圖1 極早期火災煙霧檢測組成圖

采樣空氣經過濾器進入處于激光照射下的校準探測腔。若空氣中存在煙霧，探測腔中的激光會發生散射，并立即被高靈敏度的接收系統所識別，該信號被處理后通過發光圖條、報警閾值指示器和/或圖形等方式顯示出來。探測器可將該信息通過繼電器或高級接口(HLI)傳輸給火災報警控制盤、軟件管理系統或建筑物管理系統。

2 性能分析

2.1 功能簡介

1）管路吸氣式高靈敏型空氣采樣（吸氣）式煙霧探測報警器。對每根采樣進氣管路的氣流狀態進行實時監測的功能；

2）絕對煙霧值的激光探測。激光作為探測光源，且激光探測腔具有自清潔能力；

3）極寬的靈敏度范圍；

4）可編程報警閾值。能提供探測區實時煙霧濃度數值的能力，并在煙霧濃度達到預先設置的報警級別時，發出相應的報警。報警級別可設置4級，報警靈敏度的設置范圍可調；

5）探測器可對每根采樣進氣管路的氣流狀態進行實時監測的功能，并可在氣流值到達預先設置的報警級別時，發出相應的氣流報警。報警級別多于4級；

6）二級空氣過濾器。有內置式過濾器，過濾器的使用壽命能夠受到實時監視；

7）即時識別顯示器；

8）即時故障探測具有故障自診斷功能，能對采樣管路、傳輸線路和探測器等整個系統部件進行全面的故障巡檢，并能及時給出故障報警信息,以保持系統運行的高可靠性；

9）超聲波氣流傳感；

10）獨立事件記錄功能，記錄的事件類型包括煙霧及故障報警、控制操作記錄及現場煙霧濃度值變化信息等，每臺探測器可存儲的事件數多于10000條；

11）具有環境參照探測功能，從而避免由于環境因素變化而導致的誤報警；

12）具有火警優先功能，當系統中故障信息與火警信息同時出現或故障信息先于火警信息出現時，火警報警應優先于故障報警。待火警信息消失后，故障報警應能重新出現，直至故障被消除。

2.2 探測器技術指標

供電電壓：(24±6)V DC不間斷電源UPS或系統配套的DC 24V電源模塊。

電流消耗：200 mA～300mA(報警狀態可增加)。

環境溫度：探測器環境工作溫度0℃～39℃。

相對濕度：10%～95 %(無凝露)。

靈敏度可調范圍：0.005%～20%遮光率/m。

煙霧分辨率：0.00075OBS/m。

顆粒分辨率：0.003μm～20μm。

煙霧報警級別：四級報警——可根據保護區環境狀況進行自動或手動設置四級報警閾值。

氣流報警級別：四級報警——可根據相應采樣管路的氣流狀況進行設置四級報警閾值。

繼電器信號輸出：至少3個無源式繼電器輸出，觸電容量為24VDC，2A。

事件記錄：每臺探測器可自動記錄 10000 條以上事件，包括時間、性質和操作等。

2.3 采樣管路技術指標

采樣管外徑為 25mm，內徑為 15mm～21mm，管壁厚為2mm。

采樣管應采用低煙、無鹵、阻燃型管道。

采樣管路應加裝吹洗閥門組件及外置式過濾裝置。

3 平臺上適用范圍

3.1 電纜豎井

垂直方向上傳統的點式煙探是不允許安裝的，并且豎井空氣流速快，不適合安裝點式煙探測器。可采用極早期火災煙霧探測沿電纜方向放置，選擇適合的位置開孔，以實現對電纜井的檢測。生活樓作為生產操作人員居住的地方，人員密度相對較大，如果發生火災，會對工作人員造成一定的傷害。生活樓的電儀電纜井通常處于密封狀態。

3.2 機柜房間

對于機柜眾多的房間（變壓器、開關間、中控、報房、MCC、配電間）傳統的煙探只能布置在天花板上檢測。而當機柜內部元器件過熱造成損壞的時候，探測器不能在第一時間檢測到。而極早期火災煙霧探測可以將采樣管布置到機柜的內部或頂部，當機柜內有任何火災異常的時候，均可在第一時間被極早期火災煙霧探測檢測到。并且這些器件（如一個電阻）或電纜過熱產生的煙霧也是極小的，傳統的點式探測器完全無法檢測到。并且這些機柜眾多的房間都配有大型空調，據試驗研究以及模型模擬，在空調運行的過程中，設備產生的煙霧將隨著空調風的流向在室內循環，不會接觸到天花板位置，最終到達空調回風。這樣，房間內安裝的點式煙探就失去了檢測的作用。而極早期火災煙霧探測既可布置在機柜位置，也可布置在天花板位置，因而在空調吹風、空氣流速較大的情況下仍能檢測到煙霧的存在，及時報警。

3.3 天花板上地板下

在生活樓走廊或其它房間的天棚上總會密布電纜，這些電纜互相覆蓋層疊，聚集熱量，而傳統的煙探并不能有效的檢測到電纜的過熱危險信息，同時，如果傳統煙探測器安裝在天花板上或地板下，每次維護都要拆裝這兩個位置，不僅維護不便，還可能會對其它的設備安裝造成損壞。采用極早期火災煙霧探測就可解決該問題，跟隨電纜布置極早期火災煙霧探測管路，同一臺機器放在房間中可同時檢測房間內部以及天花板上和地板下，只需按照設計要求將管路分成三根或按需分配。維護的時候也不需要再拆卸天花板，只需要在探測器主機安裝的位置進行維護就可以。

3.4 電池間

電池間既需要檢測煙熱，又需要檢測氫氣，極早期火災煙霧探測具有氣體檢測組件，將煙霧和可燃氣的檢測很好的結合在了一起，將探測器主機安裝在人員易操作的位置，將煙霧和可燃氣體通過極早期火災煙霧探測的管道析出進行檢測，人員不必再進入電池間爬到很高的位置進行設備的校驗或故障排除，并且極早期火災煙霧探測均采用防爆設計。

3.5 廚房儲物間倉庫

廚房的鹽霧、油污和水汽環境不適用傳統煙探探測器，因為油煙極易觸發報警。極早期火災煙霧探測采用主動吸氣式的工作方式，將廚房的環境氣體吸入后先進行過濾，這樣就免除了水汽對設備的影響，并且極早期火災煙霧探測可根據工作時間設定不同的靈敏度，在做飯時自動將靈敏度調低，此時廚房是有人值守的，也不用擔心火災的問題，這樣就免除了誤報警的問題。倉庫、儲物間物品放置混雜，與廚房有相似的環境，并且空調的存在使得空氣流通量增大，用極早期火災煙霧探測就可很好解決這些問題。

4 控制方案

極早期火災煙霧探測有4級警報，針對不同的煙霧濃度可自行設定，前兩級可以作為警報使用，出現問題的時候提示操作人員對現場的問題先進行觀察，確定是否有真正的火警，后兩級報警可根據需要關聯到聲光報警或者滅火設備，實現及時的滅火輸出。配置幾個級別的報警與相關動作的對應關系可根據實際需求進行調整，這樣有充足的時間確定報警的存在，就省去了誤報警造成的平臺關斷停產的損失。

吸氣式空氣采樣極早期火災煙霧探測器可在火災早期向中控發出報警信號，為了防止誤報的問題，此時不做隔離電動作，需要人員去現場確認。

多個極早期火災煙霧探測系統可通過 Modbus RTU RS485連接成一個網絡，通過一條Modbus通信線通訊到火氣系統，也可以硬線干接點分別輸出。專用的軟件可實時監測每一臺設備的煙霧濃度值及設置狀態。

5 應用實例

PY4-2/5-1項目設計工程中，使用線型感溫火災探測器和吸氣式空氣采樣極早期火災煙霧探測器結合的方案對生活樓的電纜井進行監控。此種方案應用吸氣式空氣采樣極早期火災煙霧探測器進行早期火災的報警探測，應用線型感溫火災探測器做報警確認，這樣兩種探測手段配套使用能在火災極早期發現火災并向中控發出報警信號，避免因發現火災不及時而造成更大的損失，能達到預期的設計目的。

經過研究、分析和實際應用情況，本探測方案在PY4-2/5-1中得到應用，并取得了業主的一致認可，后期將推廣應用于類似工況及重要房間。

[1]GB50116-2008,火災自動報警系統設計規范[S].

[2]DBJ/CT516-2005,空氣采樣煙霧探測報警系統技術規程[S].

[3]王曄,涂強.曹承屬.數據中心極早期火災探測及火災探測器的選擇[J].建筑電氣,2009(12):3-6.

[4]江顯奇.淺談空氣采樣極早期煙霧探測報警系統的應用[J].低壓電器,2009(S1):166-169.

Application Analysis on Very Early Smoke Detection System

FAN Yu-yang,CUI Zheng-qing,WANG Ai-jun
(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tanggu 300451,China)

The very early smoke detection technology principle is introduced.Based on the performance analysis,the application of very early smoke detection in offshore platform is summarized.An example for successful case in PY4-2/5-1 oil field is then introduced in this paper.

very early smoke detection;technical principle;performance analysis;application recommendations

TH89

A

范玉楊（1981-），女，工程師。主要從事水下系統與產品研究。