卷烟厂火灾报警系统设计

高晓明, 万旻开

(中国海诚工程科技股份有限公司, 上海 200031)

卷烟厂火灾报警系统设计

高晓明, 万旻开

(中国海诚工程科技股份有限公司, 上海 200031)

结合GB 50116—2013、GB 25506—2010等国家规范，结合沈阳卷烟厂、南京卷烟厂、贵定卷烟厂项目实例,分析了火灾自动报警系统。指出探测器选择除了要针对介质，还要适应建筑环境和生产环境;消防联动设备在本区域内不需做手动控制，配合消防控制中心的图形显示装置或网络控制器以实现全网监控。

卷烟厂; 火灾自动报警系统; 消防联动控制; 手动直接控制

0 引 言

目前,卷烟厂的自动化程度越来越高,各种昂贵设备、仪器的使用也越来越多,再加上产品高价值的特性及特殊的产生环境,使得卷烟厂对火灾报警系统越来越重视。

本文结合GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB 25506—2010《消防控制室通用技术要求》等国家相关规范,分析了沈阳卷烟厂、南京卷烟厂、贵定卷烟厂的火灾自动报警系统。

1 探测器选型

1.1 联合工房制丝车间探测器选型

制丝车间环境潮湿,有微量粉尘,建筑高度约为16 m,8 m处设有钢格栅(镂空型),因此采用感烟型探测器。

有行业专家出于可靠性的考虑,倾向于采用点式光电感烟探测器,安装在钢格栅下部,需另配置挡烟板。该方案不易施工且影响美观。近年来,线型探测器和特种探测器的性能已逐步提高,完全可以用大空间探测器取代传统点式探测器。

目前,卷烟厂制丝车间普遍采用的是红外对射感烟探测器和空气采样探测器。

红外对射感烟探测器的工作原理是减少红外发光器发射到收光器的光束光量来判定火灾,报警灵敏度一般为30%～50%减光率,灵敏度偏低。

空气采样探测器的原理是由气泵主动吸气,经激光分析判断是否出现烟雾颗粒。从用户使用情况来看,该类探测器在制丝车间的使用情况并不理想,粉尘和水汽极易堵塞采样管。根据用户反馈,新装的空气采样探测器2～3个月反吹一次,一年后平均半月就需要反吹一次。

因此,卷烟厂的制丝车间多采用红外对射探测器(钢格栅下、屋面下各布置一层,以减少热屏障造成的影响)或空气采样和红外对射探测器的组合(钢格栅下采用红外对射探测器来解决热屏障问题,屋面下粉尘密度较低而采用空气采样探测器)。

在红外对射感烟探测器的基础上,又开发出光截面感烟探测器和双鉴式成像感烟探测器。

光截面感烟探测器在红外线感应的基础上增加了光谱分析。红外线感应和光谱分析组成“与”逻辑关系,探测器只能输出一级报警信号,非多级报警。

光截面感烟探测器大大降低了误报率,但后台控制器较多,与火灾报警主机协同工作较困难,需配置多台防火并行处理器和视频切换器,其接收器除了连接信号线、电源线,还要连接视频电缆。如贵定卷烟厂烟叶醇化库项目,平均一栋仓库设有100个接收器,每个接收器连接1根视频电缆,则8栋仓库就有800根视频电缆需要送至消控中心的视频切换器,即便对原方案进行了优化(在每栋仓库增设光端机汇集视频信号,外线部分精简为8路光缆),但在消控中心的光端机接收端后仍有大量线缆接头。

双鉴式成像感烟探测器使用LED双波长烟雾探测技术,通过对比红外光、紫外光信号,排除灰尘颗粒或固态杂物的干扰。GB 50116—2013第5.3.2条强调,因震动产生位移的场所不宜使用线性光束感烟探测器,但双鉴式成感探测器的CMOS成像技术扩大了探头的对准范围,能有效克服震动、位移带来的影响,抗干扰能力优于红外对射探测器,可接入报警总线,预计在烟草行业会有很好的应用前景。

1.2 除尘间探测器选型

除尘间属于爆炸性粉尘环境22区,受除尘设备影响,室内净高一般在8 m以上,普通的感温、感烟和红外对射探测器都不适合。GB 50116—2013第5.4.2条明确,空气采样探测器(必须有过滤网和管路自清洗功能)可以使用于灰尘较大的场所。

除尘间的粉尘含油脂(油脂来自添加于烟丝的香精香料),相比制丝车间,粉尘更易堵住空气采样管。可采用防爆型点式感烟探测器(价格低),即使经常更换也不会增加太多成本,GB 50116—2013虽然表示不宜使用,但在这种特殊环境下可选用。

云雾室极早期报警探测器通过遮光技术统计特定直径的粒子数量,从而分析火情,降低误报风险,但由于业主反映其灵敏度过高,造价高昂,在烟草行业未得到推广。

1.3 烟叶醇化库探测器选型

烟叶醇化库内因使用杀虫剂(磷化铝)会导致有色金属被严重腐蚀,因此烟草存储仓库的报警、灭火、照明等系统应有针对性地选用密封电气设备,所有电线电缆必须敷设在密封线管中。

火灾探测器主要选用红外对射、光截面、空气采样三种形式。贵定卷烟厂醇化库分别使用红外对射和光截面两种探测器,处理方法是在红外对射探测器外加装透明罩;光截面探测器本身具备防腐外壳,可直接安装。沈阳卷烟厂选用空气采样探测器,处理方法是将探测器主机安装在库房外(库房外部并非室外,而在北方严寒气候下主机易受冻发生故障,因此需加装保温箱),在主机进口加装过滤吸收装置。

1.4 存在可燃或有毒有害气体的场所

卷烟厂项目中有一些存在可燃或有毒有害气体的场所,需要特别注意。

(1) 存在可燃气体的场所,包括叉车充电间、酒精间、香精香料库、锅炉房等。叉车在充电过程中,电池会释放少量氢气。酒精间和香精香料库主要可燃物为酒精,除设置可燃气体探测器外,火焰探测器会有较好的效果。锅炉房属于丁类厂房,是否需要设置火灾探测器一直存有争议。考察多个烟草企业的锅炉房后,发现都没有设置火灾探测器,但锅炉房一般又附设有燃气计量间或油泵间、燃油间,或与其他动力站房合建，或单台锅炉蒸发量不小于10 t/h。依据GB 50041—2008《锅炉房设计规范》第17.0.5条，应补设火灾探测器。仅少数独立锅炉房经当地消防部门认可后仅设置可燃气体探测器，不必再设置其他普通类型的探测器。

(2) 存在有毒有害气体的场所,包括污水处理站、烟叶醇化库等。污水处理站的处理间和消毒间会释放微量硫化氢(H2S)和二氧化硫(SO2)。烟叶醇化仓库采用的磷化铝杀虫剂遇水会产生磷化氢气体(PH3)。以上有毒气体的检测并不属于火灾报警的范畴,但火灾报警系统与人身安全密切相关,且可燃气体探测系统与有毒有害气体探测系统本质上属同一系统。

GB 50116—1998和GB 50116—2006《建筑设计防火规范》都没有明确可燃气体探测系统的结构形式。GB 50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》虽然提出系统宜独立设置，但因规范适用范围不同而受到过质疑。GB 50116—2013继承了GB 50493—2009的思路，并简化了探测器的安装要求(位置、高度)。

综上,选择探测器除了要针对介质来设置,还要适应建筑环境和生产环境。设置火灾报警探测器仅是企业的一项安全防灾措施。设计人员要尽可能做到探测器无缺漏且使用可靠,在有限的条件下使火灾探测装置发挥最大效用。

2 消防联动控制

沈阳卷烟厂易地技术改造项目组织过一次安全评审会议,与会专家就设计方提供的《消防设计说明书》指出不足,其中一条就是消防联动控制逻辑关系不明。在查阅本专业的规范、图集以及供电、给排水、暖风专业的与消防相关的规范、图集后,终于完成修改。在修改过程中,仍有一些矛盾和未明确的问题有待解决,如给排水专业图集中预作用喷淋系统的信号源设有感烟、感温两种探测器(曾理解为烟草行业需要二级报警,分两步控制预作用系统,但GB 50084—2001(2005年版)《自动喷水灭火系统设计规范》中没有相应的条文要求)。现在GB 50116—2013对几乎所有类型联动控制都作了详细描述，而图集并不具备等同于规范的法律效力，因此按规范执行即可。对规范未提及的内容，如空调、通风系统中70 ℃自熔断防火阀的监控功能，只能依靠烟草行业以往做法去判断。

消防联动控制需要多个专业设计人员相互配合,除了GB 50116—2013要求之外，在工程的设计过程中尚有以下事项需要注意:

(1) 遗漏消防水池液位计的选型,导致现场施工单位漏做防水预埋件。

(2) 预作用系统排气阀的电源电压等级未做限定,导致采购的排气阀的工作电压与火警系统不匹配。

(3) 遗漏燃气计量间进气阀、燃油间泄油阀的联动控制(动力专业作为主导专业应提资)。

(4) 供电专业控制箱的二次回路的220 V接点需要通过中间继电器与火警系统的控制模块匹配。

(5) 漏设了排烟风机的故障信号反馈接收模块(排烟风机除运行状态反馈,还有故障信号反馈)。

(6) 遗漏了气体灭火结束后排气设备的控制装置(暖风专业作为主导专业应提资)。

(7) 未做手动控制电缆的电压损失校验。

排烟风机的专用直起电缆的计算示例。设电缆长度L=1 000 m,合闸或跳闸线圈正常工作时允许的电压降ΔU= 10%。铜线的电导率γ= 51.91×106S/m(取导线工作温度50 ℃),线圈额定电压Ur= 24 V,流过合闸或跳闸线圈的最大电流Imax=0.15 A(参考OMRON通用继电器LYJ型的数据,线圈的额定电压为24 V,额定电流为69 mA,消耗功率约为1.7 W,阻性负载接点容量为2 200 VA。为计算方便和提高安全性,将消耗功率提升至3.6 W)。电缆芯的截面为

故选用截面为2.5 mm2的控制电缆。

3 消防控制室的设置

消防控制室的设置,往往预先决定了火灾报警系统的架构。

3.1 沈阳卷烟厂的两个消防控制室

卷烟厂大多只设一个安防消防控制中心,下设消防值班室。消防值班室不另配备24 h值班人员。

沈阳卷烟厂项目采用了控制中心报警系统,在2014年设想了一个消防控制中心加一个消防分控室的方案,即在厂区东北角的生产指挥中心设一个消防控制中心,监控全厂;联合工房西侧(相当于整个厂区的偏西部)设一个消防分控室,控制生产、物流区,两个消防控制室均有专人值班。方案思路来自于图集04X501中的分布式联网型火灾报警及消防控制系统示意图,似乎与GB 50116—2013条文吻合,但问题是要想明白手动直接控制盘集中布置在消防控制中心还是分两处布置。

由于缺乏有效沟通,甲方与设计方在系统总体方案上会产生分歧。设计方从平面布局和安全考虑,认为在厂区腹地增设消防分控室更为合理:① 生产区的受控设备就近接入分控室内的手动控制盘,节约电缆;② 就近管理,值班人员可以快速赶到现场。甲方从企业管理和员工编制出发,不同意设两套消防值班班组,即不设分控室。施工单位修改了原方案:消防分控室当消防值班室使用,所有控制电缆由消防控制中心出发,进入消防值班室的手动控制柜后再分散到生产区消防设备。

最终,沈阳市消防局评估后认为原方案可行,两个消防控制室属于平级,不存在主次之分,都必须设24 h专业值班人员(两个消防控制室互相通信),各自控制所辖区域,而对于消防泵房,两个消防控制室都应能直接控制、通话。

评估后,应甲方要求对两个方案做了粗略的投资分析:

(1) 原设计方案。消防值班人员3班制,每班2人,月薪6 000元,火警系统有效使用期15 a,则甲方投资为3×2×6 000×12×15=648万元。

(2) 施工单位方案。增加手动直接起动控制柜3台;生产区共有100个直起控制点,消防分控室至消防控制中心需增加手动控制电缆ZA-KFG-7×4 mm2约为60 km,则甲方投资为1 300万元(施工单位报价)。

因此,甲方选用了原设计方案。

GB 50116—2013第3.4.9、3.4.10条强调消防控制室的设置应符合GB 25506—2010《消防控制室通用技术要求》。本文认为GB 25506—2010第3.4条对两个消防控制室的手动直接控制要求未明确。在沈阳卷烟厂项目中,80%控制点至消防控制中心的线缆在1 km以上,且考虑电压损失,则控制电缆的截面由2.5 mm2加到4 mm2,因此施工单位方案极不经济。两套值班组的设定符合GB 50116—2013第6.1.4条规定,对该项目也更适用。

3.2 贵定卷烟厂醇化库火警方案

贵定卷烟厂醇化库在2013年初完成设计。该项目采用了集中报警系统,在厂区南侧的办公楼设有1个消防控制中心,整个厂区有8栋仓库和1个动力中心,每个单体的消防联动控制点均大于10。消防控制中心距离最近的仓库(按线路路径计)约为400 m。设计时为每栋仓库预留一间火灾报警间,内设1台区域报警控制器,消防设备的手动控制线缆全部引自消防控制中心。

基于GB 50116—2013第6.1.4条,设想以下两个问题:

(1) 每个单体都有需要手动控制的消防联动设备,是否意味着区域机所在的火灾报警间要设值班人员。

(2) 如果不设区域机,直接用信号总线连接,如何在这么远的距离保证通信。

对于问题(1),所有单体安排值班人员显然不现实。重新解读条文“本区域内无需要手动控制的消防联动设备”,可理解为消防联动设备在本区域内不需做手动控制(手动控制已经由消防控制中心完成),再配合消防控制中心的图形显示装置或网络控制器可实现全网监控。该架构即为集中区域或集中报警系统。

对于问题(2),建议总线回路加装中继器。在保证信号稳定的前提下,一条信号总线回路的长度为2 000 m,通过中继器延伸可达3 000 m,则该项目中信号总线在进入建筑物后尚有3 000-(2×400)=2 200 m的余量,再配合就地24 V消防电源箱,因此通信距离方面没有问题。

4 结 语

火灾自动报警系统是卷烟厂电气设计中的重要环节。为更有效地保证卷烟厂的正常生产和经营,需根据卷烟厂的实际情况和国家相关标准规范,设计出稳定性较高且便于维护、对火灾危险进行有效预警、防护的火灾自动报警系统。

[1] GB 50116—2013 火灾自动报警系统设计规范[S].

[2] 04X501 火灾报警及消防控制[G].

[3] GB 25506—2010 消防控制室通用技术要求[S].

[4] GB 16806—2006 消防联动控制系统[S].

[5] GB 15631—2008 特种火灾探测器[S].

[6] GB 4717—2005 火灾报警控制器[S].

[7] GB 50493—2009 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].

[8] GB 50084—2001(2005年版) 自动喷水灭火系统设计规范[S].

Design of Fire Alarm System in Cigarettes Factory

GAOXiaoming,WANMinkai

(China Haisum Engineering Co., Ltd., Shanghai 200031, China)

Combined with national standards GB 50116—2013 and GB 25506—2010,this paper analyzed the automatic fire alarm systems of Shenyang cigarette factory,Nanjing cigarette factory and Guiding cigarette factory. It is pointed out that the detector selection is suitable for the medium and the requirements of construction environment and production environment. The fire linkage equipment does not need the manual control in this area,which cooperates with the graphic display device or network controller of fire control center to realize the entire network monitoring.

cigarette factory; automatic fire alarm system; fire linkage control; manual control

高晓明(1981—),男,工程师,从事烟草、食品行业的电气与仪表设计。

万旻开(1982—),男,工程师,从事烟草、食品行业的电气与仪表设计。

TU 892

B

1674-8417(2015)07-0051-04

2015-04-22