典型大空间火灾探测器选型

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

船舶的大空间场所与其他场所相比，涉及的系统和设备更加复杂，火灾危险源更多，如固体可燃物火灾、液体燃料火灾、电气火灾等，均可能在典型大空间中发生，一旦发生火灾，造成的危害性极大。根据国外的事故统计，典型大空间火灾在大型船舶火灾中占有较大比例，且造成的经济和军事损失重大。根据消防系统“早期探测、快速灭火”的要求，火灾探测系统对抑制初期火灾并控制火灾蔓延可以发挥关键作用[1-2]。

在火灾探测系统中，火灾探测器是一个关键元件，火灾探测器的选择将直接影响火灾探测的效果与灵敏度。任何一种火灾探测器都有一定的环境适应性，要有效发挥火灾探测器的作用，必须掌握其特点并结合实际环境合理选用，才能早期发现火警，及时采取灭火措施，减少火灾损失。由于船舶典型大空间内可能存在较多的设备，且可能存在易挥发的燃料气体以及其他可燃物，环境条件尤其特殊，因此，对火灾探测器的选择也尤为困难[3-4]。针对船舶典型大空间火灾的特点，介绍典型大空间内火灾探测器的种类，探讨典型大空间内火灾探测器的选型。

1 舱室火灾探测技术现状

在民用领域，随着科学技术发展以及对火灾探测要求的不断提高，早期的火灾探测手段从技术性能、使用经济性等方面逐渐暴露出短板，促使火灾探测手段随之不断发展。近年来，对射/反射式红外光束感烟探测技术、吸气式感烟探测技术、火灾图像探测技术、线型光纤感温探测技术等，得到研究并已应用于相关领域，例如：英国apollo公司的反射式红外光束感烟探测器，最大探测距离可达50 m；澳大利亚xtralis公司和瑞士securiton公司的吸气式感烟探测器覆盖空间大，探测灵敏度高；美国DHF-intellvision图像型火灾探测器，为大空间仓库火灾的探测提供较好选择；英国Sensa公司、德国APSENSING公司、德国Lios公司的线型光纤感温探测器，单个探测器探测距离可达数千米[5-6]。

民用火灾探测技术，多以高大空间、大型仓库等为应用背景，以探测距离远、覆盖面积大、反应速度快等技术特性为目标进行研究和设计，新型火灾探测技术在保证火灾探测经济性的同时，进一步突出并提升火灾的早期发现和预防能力。

2 典型大空间火灾的特点分析

典型大空间火灾不同于其他火灾，由于典型大空间面积大、层高较高、存放可燃物、燃油、相关设备布置密集、环境条件差，所以典型大空间火灾具有爆炸性、大面积流淌性、立体性、火势发展快等特点，同时由于典型大空间早期火灾具有难以及时探测和发现的特点，一旦发生火灾，灭火难度非常大，损失难以估量，后果相当严重。

从火灾类型来看，典型大空间主要有油面火、溢流火、物体障碍火、燃油蒸气火、电气火等多种火灾类型。从火灾危险源来看，典型大空间火灾主要来源于燃油以及其他滑油等。一旦燃油泄漏并被点燃而不能及时探测到火情，火势会快速蔓延至相邻区域。因此，对燃油火的探测成为典型大空间火灾控制的关键。

3 探测要求

根据上述典型大空间火灾特点分析，典型大空间火灾探测器选型要求如下。

1)响应速度快，能早期探测。由于典型大空间火灾发展速度快，在火灾早期探测到火灾才能有效启动措施并进行有效灭火。

2)可靠性高，具有虚警免疫能力。虚警带来的伤害有两种：①可能会启动灭火措施并对大空间内设备造成损害以及人员的人身安全造成伤害；②对船员的心理造成严重影响和负担。

3)全覆盖立体探测，避免盲点。典型大空间危险源较多且分布广泛，由于障碍物的遮挡等因素，导致探测死角。

4 探测器选型

火灾过程中会产生大量烟雾，并发出大量的红外和紫外电磁辐射，体现为发光和发热。根据典型大空间火灾的具体状况，其电磁辐射包含IR、UV和可见光部分。目前，火灾探测技术主要包括：感温探测、火焰探测、感烟探测。

4.1 感温探测器选型

由于燃烧过程中会发出大量的热量，通过辐射和传导等方式，随着烟气在空间内进行蔓延，使得空间的温度上升。通过感知火灾温度即可实现火灾探测。该方法的局限性是探测距离近，反应速度慢，在空间大、高度高的典型大空间内，当火势发展到足够激发其报警门限时才能给出报警信号，显然不适合，因而典型大空间火灾探测方法和探测器的选择主要集中在火焰探测、感烟探测以及视频探测等方面。

4.2 火焰探测器选型

在火灾探测距离和探测速度方面，火焰探测器具有非常明显的优点，原因是电磁辐射距离远、速度快(光速)，且不受风环境的影响，因此，火焰探测器成为典型大空间火灾探测系统的理想选择。火焰探测技术包括：单波段红外火焰探测技术、紫外火焰探测技术、红外/紫外火焰探测技术、双波段红外火焰探测技术、双波段紫外火焰探测技术以及三波段红外火焰探测技术等。

1)单波段红外火焰探测技术的缺点较为明显，太阳光、照明以及具有一定温度的物体都能对探测结果产生干扰，复杂环境下误报率较高。

2)紫外火焰探测器探测距离较近，不适合典型大空间环境。

3)双波段红外/紫外火焰探测器，虽然在性能上优于单红外和单紫外，但依然受紫外/红外光源影响以及浓烟、蒸汽等影响，不太适用典型大空间环境下使用。

4)三波段红外探测器在保证探测距离的前提下，兼顾了报警准确率，是现阶段性能最好的火焰探测器，且该型探测器在船舶消防系统中得到了大量应用。

4.3 感烟探测器选型

感烟探测器主要有：点型感烟探测器、光线型感烟探测器和吸气式感烟探测器等。对燃油来说，火灾烟气产物主要是炭颗粒等，在理论上多种类型的感烟探测器都能够探测到该类型的烟气，但是要确保对火灾发生初期烟雾进行及时可靠探测，将面临的主要困难：烟雾在扩散过程中被气流稀释，很难达到传统探测器的报警阈值。

1)点型感烟探测器，属于被动式探测。受到典型大空间层高、气流等影响下，导致烟雾在上升过程中被稀释、冷却，难以达到探测器的报警阈值而无法报警或延迟报警，因此，典型大空间感烟探测器不宜采用点型感烟探测器。

2)光线型感烟探测器，在高大空间使用效果要好于点型感烟探测器，其需要一个发射器和接收器(或反光器)，光路上不能有遮挡，在典型大空间复杂环境下布置难度大，且探测灵敏度比点型感温探测器要低。因此光线型探测器也不是典型大空间火灾探测的理想设备。

3)吸气式感烟探测器，采用主动吸气方式，缩短了烟雾到达探测器的时间。该类型探测器对于因环境风速影响导致的副作用相对较小，其灵敏度范围较宽。因此，感烟探测器更适合选用吸气式感烟探测器。

5 结论

针对典型大空间空间大、层高高、环境条件差等因素以及典型大空间火灾具有爆炸性、大面积流淌性、立体性、火势发展快速性等多种火灾特点，结合典型大空间火灾探测早期探测、虚警免疫的要求，典型大空间采用火焰探测、感烟探测更为适宜。另外，辅助采用视频监视等手段，可对早期发现典型大空间火警，及时采取灭火措施，减少火灾损失起到重要的作用。