一种智能的船舶CO2灭火器

秦雨晴 游泳涛 李贵强 陈婷婷

（重庆交通大学航运与船舶工程学院，重庆 400074）

船上的配电箱相对来说比较密封，一旦起火，首先不易于发现，只能等到火势蔓延开来才能发现，其次，外部的消防设备很难进入配电箱内部灭火，这就造成了内部电路的损坏以及整个船舶配电系统的崩溃，损失巨大。由于电气火灾很可能引发爆炸的危险，因此在灭火的同时给人员生命带来了威胁，不利于人命财产的保护。

目前，国内外船舶上的主要灭火手段是人工操作，在火灾发生或事先进行报警，然后通过对船舶的操纵，使船舶位于整个着火部位的下风舷，在进行具体的灭火行动。这种灭火方法一般是在火灾发生后进行的操作，不仅容易造成人员的伤亡，对于整个船舶的损失也是巨大的，更无法保护失火设备，使其继续工作，因此很容易造成整个船舶的失控。

1 设备组成

整套装置旨在有火灾形成迹象的瞬间进行灭火，能够最大程度上减少财产及人命的损失，其中主要包含以下几部分：组合传感器、PLC中央控制系统、监控报警系统、喷管系统、小型二氧化碳瓶。

1.1 组合传感器

通过温度传感器和烟雾传感器，利用图像采集技术将检测到的火灾信号转换为数据并发送至中央处理器，通过中央处理器的综合分析与判断，判断是否有火灾的发生迹象。同时启动监控设备，对起火位置进行实时监控并发送图像数据信息至驾驶台。

（1） 温度传感器：通过在装置内部安装小型的温度传感器，在设备温度升高到某一定值时，该传感器接收到信号，并将此信号送到PLC控制系统，进行进一步的火情判断。

我们在此装置中所采用的温度传感器为非接触式传感器，这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速 （瞬变） 对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。其优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1 800 ℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700 ℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。

（2） 烟雾传感器：采用烟雾传感器的作用是防止误报警，即防止设备在正常工作时所产生的电火花而干扰整个系统的判断。

采用离子式烟雾传感器，NIS-07烟雾传感器有一个电离室，离子室所用人造放射元素—镅241 （Am241），强度约微居里左右，正常状态下处于电场的平衡状态，当有烟尘进入电离室，电离产生的正、负离子，干扰了带电粒子的正常运动，在电场的作用下各自向正负电极移动，破坏了内外电离室之间的平衡，电流，电压就会有所改变。离子烟雾传感器是一种通过烟敏电阻的电离室引起的电压工作的传感器。其使用离子式烟雾传感，是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器。离子烟雾传感器现常被运用于各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。

（3） 组合使用两个传感器：在温度和烟雾传感器都同时检测到信号后，装置方可判明火灾隐情的发生，在此情况下，这两个传感器缺一不可。

1.2 PLC中央控制系统

在中央处理器接收到信号时，PLC控制系统启动，对火情进行智能的评估，通过程序算法确定释放二氧化碳的量及时间，并将信号发送到计算机终端，计算机通过模块化的编程指令控制灭火装置。

该控制系统主要负责对火灾的判断，计算需要喷放二氧化碳气体的数量，控制喷头的喷放时间、喷放量，以及控制其他模块的工作等。其工作流程图如图1所示。

图1 PLC工作原理图

1.3 监控报警系统

在探测系统检测到火灾险情后，启动声光报警设备，在声光警报持续60 s内无人员手动操作后警报关闭，电源关闭，自动灭火系统启动；有人员或是相关值班人员手动启动灭火程序。

此系统分为监控和报警两个过程。

监控主要是由温度传感器完成的，对周围环境的温度进行实时的监控，同时PLC将信号发送至输出终端 （电脑显示器），方便人员对设备的检修以及对火灾情形的判断。

我们采用专用的电气火灾防爆报警器，安装在设备附近以及驾驶台，方便人员进行操作。在发出声光报警后，一方面可由人员进行关闭，另一方面在发出声光报警60 s后，如无人员操作，报警结束，灭火控制系统启动，整个设备进行自动灭火操作。

1.4 喷管系统

为适应机器内部空间小的限制条件，我们将喷管做成小型的迷你喷头，可安装在机器内部极易起火的部位，其管路及连接到外部的二氧化碳瓶，在中央控制系统和PLC的调配下控制二氧化碳排放量，针对起火部位进行点对点的灭火，因此不会造成机器大规模的损坏以及引起人员不适。喷管在PLC和液压系统等共同控制下，温度传感器和烟雾传感器检测下，控制电磁阀开合，实现定时、定量的喷射二氧化碳气体。

1.5 小型二氧化碳瓶

由于装置内部空间有限以及为了安全起见，我们将喷头用一根细管道连接到装置外面的二氧化碳瓶，管道上安装由中央控制器控制的电磁阀，以便于随时提供定量的二氧化碳。

2 工作流程

整套设备工作的流程如图2所示。

图2 智能灭火器工作流程图

3 系统优势

3.1 传统二氧化碳灭火器的缺点

在传统的电器灭火时，首先电器内部的起火并不易于及时发现，等到火灾发生时，先由灭火人员将电源切断，然后使用固定的灭火设备灭火，这种方法延时较长，容易造成人员伤亡，还导致机器严重损坏以致报废，因此既浪费又有安全隐患。其次即使不使用干粉灭火剂以延长设备的使用寿命，而使用常规的二氧化碳灭火器，也存在一定的局限性，如人员必须佩戴自给式呼吸器，不便于救人，且一次性喷射较多二氧化碳气体，造成了资源上的浪费。

3.2 本装置的优势

（1） 快速。

由于喷头安装在设备的内部，在火灾将要发生的瞬间可以进行点对点的灭火，其速度快的特性更好地保护了机器，更能节约二氧化碳的使用量，对人员也不会造成伤害。

（2） 准确。

由于温度传感器和烟雾传感器同时检测到信号后才能进一步判断火灾隐情，因此排除了设备由于正常工作 （如电火花） 所带来的温度骤升的现象，有利于灭火的准确性。

其次，由于喷放二氧化碳气体的喷头位于设备内部，因此对火灾的扑灭也是比较准确的，可以进行点对点的操作。

（3） 自动。

本装置最大的特点就是可以自动灭火，通过温度传感器和烟雾传感器，传送信号到PLC控制系统，当达到预定安全值，控制报警器报警，同时切断电源并传送信号到甲板部，控制系统控制具体某个高压金属软管喷放二氧化碳的时间、浓度。同时启动监控设备，对起火位置进行实时监控并发送图像数据信息至驾驶台。

采用模块化集成控制原理，实现监控系统和控制系统的同步。这种性能充分结合了物联网的优势，符合当代科技进步的要求，具有很好的应用前景。

（4） 绿色。

使用二氧化碳作为灭火剂，不会对环境造成污染，且存在价格低廉、获取、制备容易等优点。

4 结语

通过在电器内部极易起火的几个部位安装小型的二氧化碳喷头，装置外部配备小型二氧化碳气瓶，将气瓶与喷头用一根管道连接，并设置一个自动监控灭火的软件，将计算机技术与监控技术相结合，检测到火灾征兆时自动切断电源，控制二氧化碳喷射的时间、方向以及浓度。

我们的智能灭火装置集快速、准确、自动等功能为一体，并且具有小型、安全等优势。弥补了传统二氧化碳灭火装置占用面积大、可得性差、灭火效率低、需要人工操作等缺点，避免了灭火过程中对机器设备造成的二次伤害，能够满足海上灭火的及时性、准确性等需求，符合当代船舶自动化的要求。