超早期火灾探测报警系统的应用分析
摘 要: 介绍了高灵敏度空气采样感烟火灾探测系统的性能、结构特点及工作原理, 并重点讨论了此系统在通信建筑环境中的具体应用。
关键词: 火灾报警; 误报; 感烟探测
1 空气采样感烟探测报警系统简介
1. 1 系统原理
可实现早期火灾报警的空气采样感烟火灾探测系统目前已是一项较为成熟的技术, 其工作原理是利用光散射技术对空气中的烟粒子进行探测。由于探测器中抽气泵的作用, 在管网中形成了一个稳定的气流, 通过管道网络上的抽样孔采集空气样本。采集的空气样本经过滤器进入测量室, 在测量室内特定的空间位置安装有激光器及特殊反射镜。采集到的烟离子经过气流传感器穿过反射镜中心孔, 激光发射装置发射出平行的激光光束, 照射到空气样本上。如样本上有烟离子存在, 光束将向前散射, 散射光线经凹面反光镜发射到高灵敏度激光接受器, 所产生的电子信号经过处理计算, 根据测得的散射光信号脉冲数, 测量出空气样本中的烟离子量。测得的信号, 经“人工神经网络”微处理器处理后, 与预先设定的报警阀值比较。如达到某一报警值, 则在显示器上给出相应的报警信号。
1. 2 系统特点
空气采样感烟探测报警系统的特点如下:
(1) 灵敏度高(比传统的高1 000 倍) , 误报率极低, 几乎为零, 可靠性高;
(2) 主动抽取空气样品进行探测, 改变以往被动接受烟雾的形式;
(3) 自学习功能。系统可以根据周围的环境进行学习, 根据所积累的数据设置灵敏度, 以达到在任何环境中都能精确探测的效果;
(4) 自动比较功能。系统可以设置警报的延时输出, 经过一段时间的比较, 可以确信烟雾的稳定变化再发出警报, 从而避免由于环境的异常变化造成的误报;
(5) 采用灰尘识别技术, 用三层滤网装置, 将非烟雾的灰尘等污染物在进气口就滤除掉;
(6) 可调整分级报警功能, 针对不同用户的环境要求实施不同的报警级别;
(7) 配有事件记录的黑匣子, 可自动记录多个火警、故障及机器操作的各种事件, 一旦发生火警或故障便可轻易调出事件发生前的详细记录;
(8) 应用范围广, 安装布网形式多样;
(9) 能够自动检测并显示故障状态, 可以确保从现场不间断采取空气样本;
(10) 用激光散射测量方法精确, 测量范围大, 对任何大小的烟雾粒子均有很好的响应。
2 系统的应用分析
2. 1 此系统的适用场所
具有高灵敏度的空气采样感烟探测报警系统以其优越的性能特点可被应用于肮脏、多尘以及干扰较强的环境中, 如电站、地下矿井、公共交通工具、隧道、博物馆以及通信机房等, 发挥普通探测所不能媲及的作用。下面我们以空气采样感烟探测报警系统在通信机房中的具体应用为例, 加以详细探讨。
2. 2 空气采样型探测器在通讯机房的应用
2. 2. 1 通讯系统的典型火灾
通信机房是信息网络的心脏, 由于通信设备价格昂贵, 一旦发生火灾, 会造成设备瘫痪, 使、公司、银行、商业、工厂及个人的通信联络中断和数据丢失,其损失无法估计。
仅以国内部分地区电信机房火灾为例, 1995 年4月1 日, 广东省汕头市金砂邮电大楼因电线短路而引发的火灾, 烧毁5 万门程控交换机、20 万门全自动传呼交换机和查询台、长途交换机房等, 造成国际、国内通讯中断达40 余小时, 过火及烟熏面积约600 m2;2002 年2 月27 日海口市通信机房发生的火灾, 造成包括、省府等四大班子在内的6 500 个接入网用户通信中断, 52 个中国移动通信基站的通信受阻, 出入局呼叫、数据通信小灵通网络、部分金融系统网络、有线电视网络亦受到不同程度影响。
经调查研究, 通信机房的火灾隐患主要产生于电缆、电线的过电压或过电流。而实践表明普通感烟探测器报警时, 电线、电缆已经烧毁, 即使此时工作人员接到报警, 也无济于事。这就必须得实现早期报警, 要求电缆、电线刚刚出现过热, 发出焦糊味但还没有生成可见烟, 电线、电缆还没有变形时就发出报警, 空气采样火灾探测系统就能满足早期报警的要求。
2. 2. 2 通信建筑环境对火灾报警系统的要求
(1) 要适合在有较强的空气流动的环境中, 一般空气更换率在20 次/h～ 40 次/h 或更高;
(2) 火灾报警系统要有很高的灵敏度且要在火情初期提早报警, 避免喷洒灭火剂;
(3) 适合工作在有电磁干扰环境中, 而且不会因灰尘、潮湿产生误报;
(4) 机房设备运行不可中断, 应使报警系统的维护次数降到最低;
(5) 火灾报警系统必须是高可靠性、高稳定性、高灵敏度且便于维护;
(6) 对无人职守或相距分散的机房应具备联网功能, 要做到远距离集中监控, 统一管理, 升级扩容方便。
2. 2. 3 通信建筑环境选用早期火灾报警系统的必要性
机房设备的电线、电缆的塑料绝缘层, 为增加阻燃性, 均加入了卤化物和磷酸盐之类的添加剂。这些添加剂减缓了火势蔓延, 但会产生过量的烟雾。普通感烟探测工作在可见烟阶段, 其灵敏度一般在5%～ 15% 减光率/m 。从实验得知, 其报警时探测区内已是烟雾弥漫。虽然报了警, 但没有足够的时间去处理, 错过将火扑灭在萌芽阶段的良机。即使联动了灭火设备, 这时已造成了财产和人员不同程度的损伤。所以, 普通感烟探测器无法满足此种环境的需要。
2. 2. 4 模拟设计方案
(1) 单独使用早期报警系统。在没有气体灭火系统和其他联动功能要求的通信建筑内单独安装。
该方案主要针对一些比较小型的通信建筑, 面积不大, 通讯设备数量较小, 而且建筑功能比较单一。因为小型基站为无人职守机房, 因此采取联网集中监控的方式实现所有基站的消防远程监控, 以确保各基站的消防安全, 并能随时进行处理。
(2) 早期报警与气体灭火联动。在只有气体灭火系统而没有其他联动要求的通信建筑中, 安装超早期报警系统并通过该系统的感烟探测和该系统的温感探测共同实现联动通信建筑的自动灭火系统。该方案采用两种不同的探测方式, 通过“与”逻辑,执行自动灭火, 提高了灭火控制系统的可靠性。
(3) 早期报警与手动报警开关联动。在只有气体灭火系统而没有其他联动功能要求的通信建筑中安装, 并通过该系统的第四级报警和手动报警开关, 实现联动通信建筑的灭火系统。
该方案采用了手动报警按钮, 和第四级报警信号通过“与”逻辑, 送出控制信号执行灭火, 是一种比较保险的控制方式。该系统比较适合安装在有人职守的比较重要的通信系统中。
(4) 早期报警与消防控制系统联动。空气采样早期烟雾报警系统与联动控制设备配合共同对比较大型的高层或多层通信建筑, 实现火灾早期报警, 自动灭火以及其他各项联动功能要求。系统的第四级报警和普通温感探测器通过“与”逻辑, 将信号送至消防中心, 通过联动控制器分析、判断,发出联动输出信号, 由联动控制器输出相关的执行控制信号。
2. 2. 5 采样管的安装形式
采样管网采用PVC 或ABS 阻燃管, 采样孔就打在阻燃管上, 每个采样孔的保护面积相当于一只点型感烟探测器。管路安装形式多样而且十分灵活。
空气采样探测系统的安装形式可分为三类: 标准采样、毛细管采样和回风采样。
(1) 标准采样。标准采样管网是一种最基本、使用最广泛的采样方法。可应用于吊顶下、地板上、机柜内、机柜上和电缆槽内。具体有以下几种采样形式:
一是天花板下普通采样。传输管可直接安装在天花板下, 吊顶下布管网时, 采样管距吊顶25 mm～ 100mm , 距墙最大4. 5 m , 最大间距9 m; 二是天花板下悬挂式采样。用于空间中有大量流动气体的地方。大量流动气体在空间中形成了的气流层, 这些气流层阻碍了空气的流动, 烟雾存在于某一气流层, 不易到达安装在天花板上的采样点, 因此, 采样管要安装在能穿透气流层的地方; 三是地板下采样。地板下采样的采样管固定在地面或活动地板支柱上, 常用于监视地板下有大量电缆的场合。
(2) 毛细管采样。毛细管采样具有灵活、隐蔽的特点, 它可以伸入设备内部采样, 可以将采样管和采样点隐蔽起来, 而不影响建筑物内的美观。采样网管中的支管和毛细管可以水平或垂直方向布置在任何地方, 如封闭机柜内、活动地板下或吊顶内, 设备内部过流、过压产生的微量烟雾可以直接探测到。
采样孔一般放在毛细管的末端, 其孔径一般为2 mm , 特殊情况毛细管长度每增加2 m , 其孔径要增加1mm。对于竖直管和下垂管采样, 管最长4m , 采样孔径一般为2 mm。此种毛细管采样主要有以下形式:
一是机柜内采样。为了保护机柜内的各种设备,机柜内采样可以对机柜内的电子元件、电缆等设备因过热而产生的烟雾提供最早的警报。由于这种方式具有高度的区域性, 采样是在机柜内进行。对于封闭在柜中的设备尤为适用; 二是另一种符合美观要求的机柜采样, 将主采样管敷设于地板下, 毛细管穿过地板及设备柜底悬挂于机柜上部进行采样; 三是在天花板下采样时, 可将主采样管置于天花板内, 采样点用毛细管与主采样管连接。
(3) 回风采样。在空气流速较大的通信建筑环境中采样管还可以直接敷设在交换机上方或空调、通风设备的回风口处, 因机房内任何部位产生的烟雾在空调、通风设备的作用下均由回风口返回, 采样管网布置在回风口, 可及时探测到整个机房环境内的烟雾变化。而根据规范规定, 普通感烟探测器却是不允许安装在通风空调的回风口。
回风采样是一种较复杂的防护方法, 它适用于多种机械通风环境、空调环境和室内空调机组。这种采样方法, 可用较小的投入保护较大的面积。在机械通风系统的回风管内采样, 是将探针插入回风管内, 采样点朝向气流方向。而废气管也需插入风管内, 位于探针的下游。根据回风口的宽度, 设置5～ 8 个采样孔。探测器进气管约为风道宽的2/3, 探测器废气排出管约为风道的1/3, 进气管和排气管距离为300 mm , 中间采用间隔为100 mm 的等距采样孔。
另一种是在回风口的栅板前方, 距栅板100 mm～ 200 mm 处设置采样管, 采样点应冲着气流方向。
采样管网安装极其简便, 避免了繁琐的连线、安装调试工作。
3 结束语
对于人工智能型的空气采样系统, 解决了传统探测器许多难以逾越的障碍, 特别是在开敝的高大空间发挥了其作用; 在有空调系统和通风系统的地方发挥着其威力; 甚至在多尘、潮湿的场所也能应付自如。这些特性足以使用户更早地发现火情, 及时地处理火情,把火灾危险性降到最低。
空气采样型超早期智能火灾报警系统是国际上为满足特殊保护对象的超早期火灾探测要求而开发的高科技产品, 将这类产品引入国内, 结合我国消防部门“以防为主, 防患于未然”的宗旨, 必将为我国提供一种既保险又可靠的消防安全监控系统解决方案, 对于保护国家和人民的生命财产起到积极的作用, 产生可观的社会和经济效益, 更有利于消防工作的顺利开展。
参考文献:
[ 1 ] 马伟明, 秦科雁. 极早期火灾智能预警系统的分析研究[J ]. 消防科学与技术, 2000, 19 (3) : 33- 36.
[ 2 ]
COM EAU , Revamp their safety p rocedures and training practices [J ]. N PA JOURNAL , 2002: 75- 77.
[ 3 ]
COM EAU ,B ILL FL YNN. The central artery?tunnel p ro ject [J ].N FPA 502 drives safety of wo rld’s biggest tunnel system N FPAJOURNAL , 2003: 44- 52.
