一種智能的船舶CO2滅火器

秦雨晴 游泳濤 李貴強 陳婷婷

（重慶交通大學航運與船舶工程學院，重慶 400074）

船上的配電箱相對來說比較密封，一旦起火，首先不易于發(fā)現(xiàn)，只能等到火勢蔓延開來才能發(fā)現(xiàn)，其次，外部的消防設備很難進入配電箱內部滅火，這就造成了內部電路的損壞以及整個船舶配電系統(tǒng)的崩潰，損失巨大。由于電氣火災很可能引發(fā)爆炸的危險，因此在滅火的同時給人員生命帶來了威脅，不利于人命財產的保護。

目前，國內外船舶上的主要滅火手段是人工操作，在火災發(fā)生或事先進行報警，然后通過對船舶的操縱，使船舶位于整個著火部位的下風舷，在進行具體的滅火行動。這種滅火方法一般是在火災發(fā)生后進行的操作，不僅容易造成人員的傷亡，對于整個船舶的損失也是巨大的，更無法保護失火設備，使其繼續(xù)工作，因此很容易造成整個船舶的失控。

1 設備組成

整套裝置旨在有火災形成跡象的瞬間進行滅火，能夠最大程度上減少財產及人命的損失，其中主要包含以下幾部分：組合傳感器、PLC中央控制系統(tǒng)、監(jiān)控報警系統(tǒng)、噴管系統(tǒng)、小型二氧化碳瓶。

1.1 組合傳感器

通過溫度傳感器和煙霧傳感器，利用圖像采集技術將檢測到的火災信號轉換為數(shù)據(jù)并發(fā)送至中央處理器，通過中央處理器的綜合分析與判斷，判斷是否有火災的發(fā)生跡象。同時啟動監(jiān)控設備，對起火位置進行實時監(jiān)控并發(fā)送圖像數(shù)據(jù)信息至駕駛臺。

（1） 溫度傳感器：通過在裝置內部安裝小型的溫度傳感器，在設備溫度升高到某一定值時，該傳感器接收到信號，并將此信號送到PLC控制系統(tǒng)，進行進一步的火情判斷。

我們在此裝置中所采用的溫度傳感器為非接觸式傳感器，這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速 （瞬變） 對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。其優(yōu)點是測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1 800 ℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展，700 ℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。

（2） 煙霧傳感器：采用煙霧傳感器的作用是防止誤報警，即防止設備在正常工作時所產生的電火花而干擾整個系統(tǒng)的判斷。

采用離子式煙霧傳感器，NIS-07煙霧傳感器有一個電離室，離子室所用人造放射元素—镅241 （Am241），強度約微居里左右，正常狀態(tài)下處于電場的平衡狀態(tài)，當有煙塵進入電離室，電離產生的正、負離子，干擾了帶電粒子的正常運動，在電場的作用下各自向正負電極移動，破壞了內外電離室之間的平衡，電流，電壓就會有所改變。離子煙霧傳感器是一種通過煙敏電阻的電離室引起的電壓工作的傳感器。其使用離子式煙霧傳感，是一種技術先進、工作穩(wěn)定可靠的傳感器。離子煙霧傳感器現(xiàn)常被運用于各消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災報警器。工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災報警器。

（3） 組合使用兩個傳感器：在溫度和煙霧傳感器都同時檢測到信號后，裝置方可判明火災隱情的發(fā)生，在此情況下，這兩個傳感器缺一不可。

1.2 PLC中央控制系統(tǒng)

在中央處理器接收到信號時，PLC控制系統(tǒng)啟動，對火情進行智能的評估，通過程序算法確定釋放二氧化碳的量及時間，并將信號發(fā)送到計算機終端，計算機通過模塊化的編程指令控制滅火裝置。

該控制系統(tǒng)主要負責對火災的判斷，計算需要噴放二氧化碳氣體的數(shù)量，控制噴頭的噴放時間、噴放量，以及控制其他模塊的工作等。其工作流程圖如圖1所示。

圖1 PLC工作原理圖

1.3 監(jiān)控報警系統(tǒng)

在探測系統(tǒng)檢測到火災險情后，啟動聲光報警設備，在聲光警報持續(xù)60 s內無人員手動操作后警報關閉，電源關閉，自動滅火系統(tǒng)啟動；有人員或是相關值班人員手動啟動滅火程序。

此系統(tǒng)分為監(jiān)控和報警兩個過程。

監(jiān)控主要是由溫度傳感器完成的，對周圍環(huán)境的溫度進行實時的監(jiān)控，同時PLC將信號發(fā)送至輸出終端 （電腦顯示器），方便人員對設備的檢修以及對火災情形的判斷。

我們采用專用的電氣火災防爆報警器，安裝在設備附近以及駕駛臺，方便人員進行操作。在發(fā)出聲光報警后，一方面可由人員進行關閉，另一方面在發(fā)出聲光報警60 s后，如無人員操作，報警結束，滅火控制系統(tǒng)啟動，整個設備進行自動滅火操作。

1.4 噴管系統(tǒng)

為適應機器內部空間小的限制條件，我們將噴管做成小型的迷你噴頭，可安裝在機器內部極易起火的部位，其管路及連接到外部的二氧化碳瓶，在中央控制系統(tǒng)和PLC的調配下控制二氧化碳排放量，針對起火部位進行點對點的滅火，因此不會造成機器大規(guī)模的損壞以及引起人員不適。噴管在PLC和液壓系統(tǒng)等共同控制下，溫度傳感器和煙霧傳感器檢測下，控制電磁閥開合，實現(xiàn)定時、定量的噴射二氧化碳氣體。

1.5 小型二氧化碳瓶

由于裝置內部空間有限以及為了安全起見，我們將噴頭用一根細管道連接到裝置外面的二氧化碳瓶，管道上安裝由中央控制器控制的電磁閥，以便于隨時提供定量的二氧化碳。

2 工作流程

整套設備工作的流程如圖2所示。

圖2 智能滅火器工作流程圖

3 系統(tǒng)優(yōu)勢

3.1 傳統(tǒng)二氧化碳滅火器的缺點

在傳統(tǒng)的電器滅火時，首先電器內部的起火并不易于及時發(fā)現(xiàn)，等到火災發(fā)生時，先由滅火人員將電源切斷，然后使用固定的滅火設備滅火，這種方法延時較長，容易造成人員傷亡，還導致機器嚴重損壞以致報廢，因此既浪費又有安全隱患。其次即使不使用干粉滅火劑以延長設備的使用壽命，而使用常規(guī)的二氧化碳滅火器，也存在一定的局限性，如人員必須佩戴自給式呼吸器，不便于救人，且一次性噴射較多二氧化碳氣體，造成了資源上的浪費。

3.2 本裝置的優(yōu)勢

（1） 快速。

由于噴頭安裝在設備的內部，在火災將要發(fā)生的瞬間可以進行點對點的滅火，其速度快的特性更好地保護了機器，更能節(jié)約二氧化碳的使用量，對人員也不會造成傷害。

（2） 準確。

由于溫度傳感器和煙霧傳感器同時檢測到信號后才能進一步判斷火災隱情，因此排除了設備由于正常工作 （如電火花） 所帶來的溫度驟升的現(xiàn)象，有利于滅火的準確性。

其次，由于噴放二氧化碳氣體的噴頭位于設備內部，因此對火災的撲滅也是比較準確的，可以進行點對點的操作。

（3） 自動。

本裝置最大的特點就是可以自動滅火，通過溫度傳感器和煙霧傳感器，傳送信號到PLC控制系統(tǒng)，當達到預定安全值，控制報警器報警，同時切斷電源并傳送信號到甲板部，控制系統(tǒng)控制具體某個高壓金屬軟管噴放二氧化碳的時間、濃度。同時啟動監(jiān)控設備，對起火位置進行實時監(jiān)控并發(fā)送圖像數(shù)據(jù)信息至駕駛臺。

采用模塊化集成控制原理，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的同步。這種性能充分結合了物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，符合當代科技進步的要求，具有很好的應用前景。

（4） 綠色。

使用二氧化碳作為滅火劑，不會對環(huán)境造成污染，且存在價格低廉、獲取、制備容易等優(yōu)點。

4 結語

通過在電器內部極易起火的幾個部位安裝小型的二氧化碳噴頭，裝置外部配備小型二氧化碳氣瓶，將氣瓶與噴頭用一根管道連接，并設置一個自動監(jiān)控滅火的軟件，將計算機技術與監(jiān)控技術相結合，檢測到火災征兆時自動切斷電源，控制二氧化碳噴射的時間、方向以及濃度。

我們的智能滅火裝置集快速、準確、自動等功能為一體，并且具有小型、安全等優(yōu)勢。彌補了傳統(tǒng)二氧化碳滅火裝置占用面積大、可得性差、滅火效率低、需要人工操作等缺點，避免了滅火過程中對機器設備造成的二次傷害，能夠滿足海上滅火的及時性、準確性等需求，符合當代船舶自動化的要求。