紅紫外復合火焰探測器在甲類酒庫智能消防系統中的應用

王明宇

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100043）

1 工程概況

本工程為貴州茅臺酒股份有限公司“十三五”中華片區茅臺酒技改工程及其配套設施項目——中華片區酒庫項目，主體結構形式均為多層框架結構，合理使用年限50 年，耐火等級二級，抗震設防烈度為6 度。生產的火災危險性類別為甲類。按規范要求為甲類液體庫房，屬于爆炸性危險場所。

2 酒庫火災危險源特點

2.1 特點

（1）白酒的主要成分是乙醇，在常溫下呈液態，無色透明，易揮發，易燃燒爆炸。成分為CH3CH2OH（C2H6O 或C2H5OH）或EtOH，折射率1.36～1.39，pH 值3.5～4.5，閃點23.9～28 ℃，爆炸濃度極限3.3%～19%，最大爆炸壓力7.5 kg/cm2。

（2）酒庫內空氣濕度較高，易形成封閉的火災環境；內堆放的酒壇多而密，易導致火勢迅速蔓延；存儲的酒液易燃易爆，一旦著火，火勢劇烈，難以撲滅；酒庫內溫度較高，易發生自燃現象。

2.2 常見的火災危險源

（1）電氣設備故障或不當使用，例如損壞或老化的電線電纜、電器設備過載、短路等均會引起火災。

（2）靜電：靜電種類包括，靜電電荷積累、人體摩擦產生的靜電，靜電放電引起的火花，在干燥的環境下，人體與地面、物體的摩擦會帶電，當接觸到導體或靜電敏感設備時，可能會引發放電，進而引起火災。通風不良、濕度不足或地面絕緣等情況下，容易造成靜電電荷的積累，并造成靜電火花放電，從而引發火災。

（3）酒壇的自燃，由于酒桶內部有微生物作用所釋放的熱量難以散發出去，導致酒壇自燃。

3 紅紫外復合火焰探測器運行原理、機制和優缺點

3.1 運行原理

（1）波段火焰探測器是一種利用光譜學原理檢測火焰的傳感器，其檢測原理基于火焰在不同波長范圍內具有獨特的輻射特性。它可以通過分析火焰產生的紅外、紫外和可見光等波段的能量輸出來判斷是否存在火情。

由圖1 可見燃燒產生的電磁波主要有紅外波段的熱輻射、可見光波段的光輻射、紫外波段輻射。

圖1 光譜分布圖

（2）紅紫外復合火焰探測器依靠檢測燃燒所產生的光輻射來區別火焰是乙醇燃燒還是其他物質的燃燒。在燃燒中，不同種類的化合物會產生不同的光譜特征，這些光譜特征可以通過火焰探測器進行檢測。

（3）紅紫外復合火焰探測器使用的波長范圍通常是2～20 μm，即2 000～20 000 nm。在這個波長范圍內，各種化學物質發射的光譜特性是不同的，可以通過檢測這些特定波長范圍內的輻射來確定存在的化學物質，詳見圖1。

3.2 運行機制

（1）在乙醇燃燒的初始階段，由于燃燒產生的溫度比較低，產生紫色的光譜。當乙醇燃燒到一定程度時，由于產生了更高的溫度和更強的光譜，會產生橙色的光譜。乙醇燃燒時，其中藍色光的強度最大，占據了整個光譜中的重要比例。在紅外光譜區域，乙醇燃燒的峰值位置處于4.0 μm 附近乙醇燃燒釋放的光強度通常比其他類型的火源要高，可以達到數千毫瓦/平方厘米以上的水平，具有較大的探測優勢。

（2）木材、蠟燭的光譜曲線在3.3～4.1 μm 區間內都近似一條水平直線，無明顯特征。而乙醇在3.4μm 呈現出較強的發射峰，但是還有兩個獨特的輻射波段。一個是在3.8 μm 附近單獨存在較強的發射峰，另一個是在4.3 μm 附近時由于吸收強度不及其他幾種可燃物而出現的峰值輻射波段。這是區別于其他火焰光譜的主要特征波段。因此將3.8 μm 和4.3 μm作為乙醇火焰探測紅外傳感器的中心波段，詳見圖2。

圖2 四波段檢測波長散點圖

（3）UV 用來接收火焰產生瞬間釋放出的大量紫外信號，啟動檢測。

（4）IR 4.3μm 主要判定波長。乙醇（C2H6O）燃燒后的主要產物二氧化碳（CO2），CO2共振。

（5）IR 3.8μm 用來排除外來光源（如日光燈）及高溫熱源（加熱器）的干擾。

（6）IR 5.0μm 則用來排除現場低溫物體（如人體）紅外輻射帶來的干擾。

3.3 優缺點

（1）高靈敏度：靈敏度比其他類型的火焰探測器更高。

（2）能夠檢測多種類型的火焰：由于波段火焰探測器可以檢測不同波段的輻射特性，因此可以檢測多種類型的火焰，包括明火和難以觀察的低溫火焰。

（3）可靠性高：波段火焰探測器具有誤報率低、抗干擾能力強等特點，能夠提高系統的可靠性。具有自我診斷功能，全面的自我診斷功能和故障報警輸出。

（4）響應速度快：波段火焰探測器的響應速度通常比其他類型的火焰探測器更快，可以迅速發現火情，防止火災事故進一步擴大。

（5）安裝便捷：支持繼電器，電流環和485 等多種通訊方式，部分的不同品牌探測器可兼容使用。

（6）缺點：價格較高，紅紫外復合火焰探測器相對其他類型的火焰探測器價格較高。受不明光源容易產生誤報，例如：金屬反光、太陽光直射，電器的高功率熱源。還需要定期清理，光學鍍膜容易被灰塵污染，報故障信號。

4 組成及試驗檢測項目

4.1 紅紫外復合火焰探測器的主要組成部分，詳見表1

表1 探測器的主要組成部分及功能

4.2 型式試驗檢驗

（1）光源穩定性：光源強度、角度、距離等參數需要按照標準要求進行設置，以確保測試結果的有效性。

（2）靈敏度：在不同距離和角度下，制造火源對探測器進行點火，觀察探測器的反應時間、觸發條件和誤報率等參數，并進行記錄分析。

（3）干擾抗性：在模擬實際使用場景的情況下，對探測器進行電磁輻射、機械震動、煙霧干擾等干擾測試，觀察探測器的干擾抗性和誤報率等指標，并進行數據統計和分析。

（4）可靠性：長時間運行測試是評估探測器可靠性的重要手段。將探測器安裝在特定場所，長時間運行，觀察其故障率、穩定性等性能指標，并進行數據分析。

5 安裝技術要求

5.1 布局考慮

（1）探測器的靈敏度不僅與火勢的大小有關，還和探測距離成反比。這是由于探測器主要是利用傳感器將監測到的火焰輻射信號轉換為電信號，并將信號輸入工業計算芯片里與系統原設定的閾值進行比較、運算和分析處理來綜合判別火災信號的。但是實際上隨著監測距離的逐步增大，監測到的輻射信號也會逐步衰減，而且當探測距離增大到一定程度時，火焰探測器會因為監測到的信號沒有達到閾值而無法進行準確快速的判別。

（2）茅臺酒庫每層設三個防火分區，每棟酒庫共15 個防火分區，每個防火分區約為20.4 m×19.9 m 的不等邊區域，對角距離在26～28 m 之間，面積為384 m2，分區內還均勻分布著四根框架柱。根據現場實際，火焰探測器的水平檢測角度為0～45°（如圖3），水平檢測距離為31～35 m；垂直檢測角度為0～60°，垂直檢檢測距離為25～35 m。為保證火焰探測器的準確性和無死角，現場分別在四個角落靈活部署的四個火焰探測器（如圖4），確保檢測半徑，實現全角度、全方位共同監控，實時監測。

圖3 視野示意圖

圖4 空間布位示意圖

5.2 安裝原則

在安裝火焰探測器時，需要選擇合適的角度和高度，以避免探測盲區和障礙物的遮擋。為避免間接入射和反射，同時預防外部污染物附著在鏡面上對靈敏度造成影響，應將火焰探測器的鏡頭正對探測區域，并將探頭向下一定角度。對于高度較高的被保護物體，通常探測器要高過保護目標，并將其安裝在該區域內最高目標高度的兩倍，以確保每個探測器在有效監測范圍內能夠監測到全部的火焰信號，從而降低成本。

6 施工注意事項和質量控制要點

電纜布線：電纜的布線應符合電氣安全標準，避免與強電線路穿插、交叉，同時要保證布線整齊美觀。質量控制要點包括布線位置是否合理、固定是否牢固、電纜長度是否合適等。安裝位置：紅紫外復合火焰探測器的安裝位置應考慮到最佳監測范圍和最佳靈敏度等因素，并符合消防規范要求。控制要點包括安裝高度、安裝間距、安裝角度。接線連接：接線連接應符合電氣安全標準，保證連接牢固，信號可靠。質量控制要點包括接線端子是否緊固、接線規范是否統一等。試驗檢查：在安裝完成后，應進行試驗檢查，包括工作電壓、傳感器響應時間、火災檢測測試，聯動試運行等。

7 未來技術的展望

火焰探測器作為消防設備的基礎和關鍵組成部分之一，近年來隨著科技的迅速發展，不斷涌現出各種新型火焰探測器，如紅外線、紫外線、熱成像和復合式等，大大提高了火災檢測的靈敏度和準確性。智能化、網絡化等技術的應用也使得火焰探測器更加方便快捷地接入消防系統，并與其他智能消防設備進行聯動。未來，火焰探測器將繼續向著更加精準、可靠、智能化的方向發展，例如人工智能、機器學習等技術的應用，將有效提高火災檢測的準確性和智能化程度，為消防安全提供更加有效的保障。

8 結語

在甲類酒庫智能消防系統建設中，火焰探測器分項工程是至關重要的一環。文章研究了紅紫外復合火焰探測器在甲類酒庫智能消防系統中的應用，具有快速、準確識別多種火焰源、虛警率和漏警率低的優點。未來可以進一步發揮紅紫外復合火焰探測器的作用，提高甲類酒庫消防安全等級，并通過技術不斷進步，為更多場所提供更加高效可靠的消防保障。