分布智能图像火灾探测器在储油罐的应用研究

陈超声，王明勇，吕喆明，甘琼

（中国石油西部管道公司， 乌鲁木齐 830013）

0 引言

近几年来，各大企业非常重视安全问题，但是油罐火灾仍然不少，油罐失火的主观原因往往是有关人员的思想不重视，责任心不强，违反操作规程等；客观原因方面通过对国内炼油厂油罐火灾统计的结果表明：明火引起占64%，静电引起占 12%，油温达到自燃点引起占8%，雷击引起占12%，其它原因占4%。由于这一类油罐的储量往往比较大，火灾损失和控制的难度很大，因此所有的自动系统响应都应该在 3 min内反应，而实际情况是系统往往达不到，主要问题在于：

1）灵敏度差。以往采用的火焰探测器，响应距离有限，对于 5 万m3油罐（罐体直径60m，液位高度17.86m）和10 万m3罐（罐体直径80m，液位高度20.2m），探测距离达到 60m和 100m，根据火焰探测器的平方律关系，距离每增加 1 倍，响应的火灾规模必须增加 4 倍[1]，而对于标准火（0.1m2汽油火），一般国产火焰探测器一级灵敏度响应距离为 25m，进口产品最远距离为45m，这意味着要比较大的火才能触发报警。

2）火情确认时间长，可视化程度差。目前，除了罐顶的火灾报警系统外，会在周边设置工业电视系统。一旦发现报警，一般需要通过摄像机转动去查看火灾，或者需要人员就近进行确认，用时过长。

1 研究目的

火焰探测器作为一种重要的火灾探测器已经在许多工业场所得到使用，当然随着技术的不断发展，除了特别的应用场所还会使用紫外、单波段红外或IR/UV和IR/IR复合火焰探测器外，大部分工业场所都在改用三波段红外火焰探测器。

紫外火焰探测器是基于紫外传感器对300nm以下紫外线的响应进行火焰分析的，不能用于室外，因为太阳光所含的紫外线或闪电、人工光源等很容易引起误报警；单波段红外火焰探测器主要应用4.4um的火焰响应波段，也基本无法使用，很容易因为环境光、人工光源、闪电等引发误报警，而且探测距离太短，一般为25m以内；IR/UV和IR/IR复合探测器主要使用了260nm响应紫外传感器[2]，4.4um响应红外传感器和3.8um参比波段传感器，通过分析传感器的参数变化以确定是否报警，虽然在误报率方面有所提高，但仍然会因为人工光源等而误报警，另外探测距离太短，一般为30m以内。三波段火焰探测器则主要是用了一个4.4um火焰波段和两个参比波段（3.8um和5um或其他近红外等）较大地提高了探测距离[3]，具有一定的防误报能力。然而，三波段火焰探测器受环境因素影响较大，维护使用并不方便，存在一些共性问题。

1）探测器受环境的影响较大，例如雨、雪天气，探测器窗口结露，探测器窗口被油污灰尘覆盖等，这些因素可能是致命的，造成三波段红外火焰探测器不报警或者报警迟缓。

2）探测器的探测性能与探测距离呈平方率关系（距离平方反比），即火灾的位置距离探测器每增加一倍，探测能力衰减4倍[4]。

3）探测器受遮挡时，基本丧失探测能力。

通过近20年的发展，图像型火灾探测器已经完全成熟，尤其是在2007年美国NFPA72将该种探测器纳入规范规定后，该种探测器在全球许多地方得到了较大量的应用[5]。美国DHF英特威视公司的AlarmEye系列分布智能图像型火灾探测器是目前全球国际认证（UL, FM, ATEX, CE,FCC）和中国认证(CCC, 防爆认证等)最全面的图像火灾探测器。AlarmEye探测器采用NIR和彩色/黑白复合图像探测，可同时进行烟雾、火焰的探测，具有探测距离远（探测能力与距离成线性反比，优于三波段火焰探测器），耐环境性能好等特点。

当然，分布智能图像火灾探测器除了进行火灾探测外，还有很重要的一些特性是传统探测方法不能达到的，例如火灾的即时确认功能，可增加智能监控功能而形成三合一系统等，对整个被保护对象的安全防护能力大大提高。

2 对比应考虑的关键问题

探测器的使用主要需要考虑两个大方面的问题：第一，报警性能，需要符合被保护对象的特点；第二，探测器的环境适应能力，尤其是室外应用的系统。鉴于此，本次对比测试主要进行两个大的方面的功能测试：

1）报警性能。鉴于是在油罐上使用，而有关的火灾危险主要出现的密封圈周边，因此性能测试主要考虑针对30000m3、50000 m3及100000 m3油罐的尺寸进行，需要在46m~60m范围进行标准火的测试对比。

2）环境适应能力。室外使用主要面临的环境影响在于：第一，自然气候的影响，即雨、雪、结露等的影响；第二，灰尘、油污的覆盖遮挡影响。按照要求，探测器应能承受一定程度的环境影响，而不应出现失效的问题。

3 对比试验及试验方法

3.1 试验场地

试验选择消防大队的场地进行，具体尺寸见图1。

图1 试验场所平面图Fig.1 Test plan

3.2 报警性能对比测试

标准火盘：30cm×40cm（0.12m2,可用2个盘并行,即0.24m2），燃料采用汽油。

对比测试的探测器全部安装于消防演习塔楼上，安装高度8m~12m。试验布置如图2所示。

图2 火焰报警测试布置图Fig.2 Fire alarm testing layout

试验一：60m距离标准火测试，50000m3罐模拟，标准火。

试验二：46m距离标准火测试，30000m3罐模拟，标准火。

试验三：如果火焰探测器不能针对以上距离进行探测报警，那么逐级减小火焰的距离直到火焰探测器报警。这一距离确认为火焰响应的基本距离，用于之后环境性能测试。

以上试验中，先让两类探测器稳定运行1min以上，火盘前方采用1.5m高和1.5m宽的木板遮挡，点火后待火焰稳定，之后移开遮挡木板，开始计时。到报警时，即为响应时间。

3.3 环境模拟对比测试

标准火设于火焰探测器的基本探测距离，试验方法同以上3.2的内容。

试验四：模拟窗口前水膜或结露影响，将50%透过率的减光玻璃置于探测器窗口前，如图3所示，按3.2的程序点火，测试响应时间。

试验五：模拟油污灰尘遮挡，将磨砂塑料袋置于探测器窗口前，如图3所示，按3.2的程序点火，测试响应时间。

图3 油污、灰尘、水露干扰模拟测试图Fig.3 Oil, dust and water dew interference simulation test chart

试验六：模拟雨、雪环境，在探测器前方0.5m内，置2kW电炉和水锅，如图4所示，烧开，待水蒸汽上升遮蔽窗口后，进行火灾试验，记录响应时间。

图4 雨、雪干扰模拟测试图Fig.4 Rain and snow interfere w ith analog test charts

3.4 试验机具准备

测试所用的主要设备见表1所示。

表1 测试用主要设备Table 1 Test equipment

3.5 试验现场布置

两类、3个探测器安装于消防训练塔上，每一套探测器后端连接一个声光报警器，一旦探测器报警，相应的声光报警器启动，即可记录响应时间。具体布置如图5。

图5 图像型火焰探测器布置图Fig.5 Image flame detector layout

3.6 试验结果

分布智能图像型火灾探测器与鄯善站使用的三波段火焰测探测器试结果见表2。

表2 分布智能图像型火灾探测器与鄯善站使用的三波段火焰测探测器试结果Table 2 Smart image fire detectors and Shanshan station uses the three-band flame detector test results

分布智能图像型火灾探测器与国产三波段火焰测探测器试结果见表3。

表3 分布智能图像型火灾探测器与国产三波段火焰测探测器试结果Table 3 Distribution of intelligent image fire detectors w ith a homemade three-band flame detector test results

探测距离 环境测试结果备注图像型火灾探测器(8mm)三波段火焰探测器（国产）探测范围内正常探测角度大探测角度小探测范围内烟雾可探测烟雾不可探测烟雾

夜间分布智能图像型火灾探测器与国产三波段火焰测探测器试结果（图像火灾探测器未配备红外灯，照明依托场地内照明）见表4。

表4 夜间分布智能图像型火灾探测器与国产三波段火焰测探测器试结果Table 4 Night intelligent image fire detectors w ith a homemade three-band flame detector test results

3.7 结论与建议

根据对比测试结果，分布智能图像型火灾（烟雾/火焰）探测器与三波段火焰探测器结果总结如下：

3.7.1 三波段火焰探测器特点

1）20m以内探测响应时间较图像型火灾探测器略快或持平。

2）探测距离较近，0.12m2标准火的可靠探测距离在30m以内。

3）探测器的探测性能与探测距离呈平方律关系（距离平方反比），即火灾的位置距离探测器每增加1倍，探测能力衰减4倍。

4）受天气、环境影响较大，大大降低探测性能。

5）视角范围较小，探测区域面积比图像火灾探测器面积小。

3.7.2 图像型火灾探测器特点

日间32m距离处，分布智能图像型火灾探测器的报警截屏示意图见图6。

图6 日间不同距离下火焰报警截屏图Fig.6 Different distances during the day fire alarm screen

夜间分布智能图像型火灾探测器的报警截屏及现场环境图片如下，在视野范围内存在灯光干扰：

图7 夜间不同距离下火焰报警截屏图Fig.7 Different distances at night fire alarms screenshot

1）探测距离较远，范围广，更适用于油罐火灾探侧。根据罐区直径大小，可选择不同大小镜头的探测器。

2）报警响应时间为平均为11s～17s以内。

3）受天气、环境影响较小，基本对探测性能无影响。

4）具有可视化功能，对现场起火点能准确判断，即时确认。

5）可同时进行烟雾、火焰探测。

6）视角范围较大，相同探测距离条件下较三波段探测器探测面积更大。

7）夜间在无红外补光的环境下，分布智能图像型火灾探测器能有效检测火焰。

8）在有较强光源干扰的情况下，分布智能图像型火灾探测器能有限识别火焰并进行报警。

通过图像型火灾探测器与三波段火焰探测器进行测试对比，图像型火灾探测器具有可视化监控，即时确认，可同时进行烟雾、火焰的探测，探测距离远（探测能力与距离成线性反比，优于三波段火焰探测器），耐环境性能好等特点，相对于100000m3（直径80m）和500 00m3（直径60m）等较大的罐区用分布智能图像型火灾探测器更有利于油罐的火灾探测。

[1]Zhgang Liu，George Hadjisopbocleous，Guofeng Ding and Choonsiong Lim，V IDEOIM AGE FIRE DETECT ION SYSTEM FOR PROTECTION OF AIRCRAFT HANGARS AND LARGE INDUSTR IAL APPLICATIONS，FS-WORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[2]Robert Elliott.VIDEO IMAGE DETECTION REVIEW，FSWORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[3]ANSI/FM 3260，American National Standards Institute，Radiant Energy-Sensing Fire Detectors for Automatic Fire Alarm Signaling，2004 ed.

[4]Gottuk，D., Video Image Detection System Installation Performance Criteria，Fire Protection Research Foundation Report，OCT.2008.

[5]张启波，袁风丽，付钰.大型浮顶油罐的危险性分析及安全对策[J].中国安全生产科学技术，2012,6.