极早期空气分析火灾预警在海上电气设备间应用

刘云飞

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

引言

随着近年来经济和社会的高速发展，我国的电力能源也在飞速发展，火灾报警系统已有广泛的应用，电气设备间属于高能密集型场所，海上平台的环境更为复杂。传统烟感探测器功能在可见烟阶段，自动触发火灾报警信号。一般电气设备间中，安装烟感探测器位于房间顶部，对于处在相对密封环境内盘柜的电气设备来说，报警时间线会被拉长，甚至在剧烈燃烧阶段才能被烟感火灾探测器检测到，此时遭受的损失是巨大的。

极早期火灾预警系统，可以针对火灾发生的第一阶段进行火灾预警，主动采样功能可以及时有效的对电气设备进行及早发现，及早预警。

1 极早期火灾探测的工作原理

当材料过热时，会有比可见光波长更小的粒子自然产生，并且其数量远高于在正常的环境下所存在的微粒子数。Cirrus Pro IFD探测器利用Wilson Cloud Chamber(云雾室；粒子计数方式)技术来探测于火灾极早期及其它各火灾阶段产生的次微米粒子数量。空气样本经由离心式风扇传送到探测器，其中一部分被送入一个增湿器中。在接近 100%相对湿度的环境下，空气样本被导入云雾室。因为样本被降温及迅速的真空膨胀，导致水气凝结在微米粒子的表面上，而形成＂云雾＂。因此，这些由于物质在过热状况下所产生的大量粒子，被包覆成数量庞大的小水滴，而形成云雾，这些小水滴会被云雾室的测量系统探测。云雾的密度会用以相等比例的粒子数量来表现。探测的结果是一个连续的讯号，而相对应为微粒子的浓度，此讯号用来提供 4个顺序阶段的警报(即 预警、火灾 1、火灾 2、火灾 3)。[1][2]

Cirrus Pro IFD 探测器有自我侦错管理系统，会持续的监视整个探测器系统是否正常的运作。有任何问题会立即有面板灯号(Fault；故障)、蜂鸣器及失误继电器发出警告。Cirrus Pro IFD探测器将失误资料、背景粒子浓度及事件资料存贮在本机存贮器中，这些数据可以用Cirrus Pro窗口软件来存取及输出。远程编程显示器可以提供设定选项及显示全部的数据，远程编程显示器可以安装在探测器上或装在远程区域(如保护区外或监控室)，利用网络可监控到32个探测器或远程编程显示器。

2 极早期火灾预警系统组成

极早期火灾预警系统分为两部分：采集装置、控制箱。

2.1 采集装置

图1 Cirrus Pro IFD 云雾室

类别 基本参数装置最大容量 四管四区（四条管道分别可以检测四个不同区域）。保护区域最大值 20000平方英尺（1858.06平方公尺）每个采样孔最大覆盖范围 9.144m×9.144m最多采样孔或采样点数 100最少采样孔或采样点数： 2/每采样管路探测区数 程控范围可达四区警报门坎 四阶/每区最大可容许采样系统DT（传送时间） 1区系统 120秒 2区系统90秒 3区系统 75秒 4区系统60秒最小可容许采样系统DT（传送时间） 6秒（多区系统）控制 按钮式指示灯号 预警，火灾1，火灾2，火灾3的LED灯号电源及故障LED灯号电力需求 21-27V dc 机器必须使用符合UL1481所列的电源供应器接点等级1A at 30V dc 4警报继电器/每区（干接点）故障继电器（干接点）输出信息程控重置（Reset）、关闭（Disable）、增益（Gain）、隔离（Lsolate）、外部故障（External Fault）、主要电源故障（Mains Fail）、电池故障（Battery Fault）输入信息 有声警报，RS232 系列计算机接口资料保存 200个事件记录‘Event Log’，历史微粒子曲线图水需求 蒸馏水，当周围湿度低（＜50% R.H）或周围湿度高（＞30℃）的环境，水的使用量会提高机器运作温度 环境温度 0-37℃相对湿度 0-95% (周围无凝结)Gain设定（灵敏度） 1-10(1=最小值，5=中间值，10=最高)

空气采样系统：设备厂家会提供每一个系统的取样管路图。此图会显示取样管的尺寸，与到每个取样点的大约长度。

Gain 设定： 1-10(1=最小值，5=中间值，10=最高)

(灵敏度) 备注：如果 Fire 3 设定 Gain 1，Fire 3 警报门坎不应超过 25%

图2 采样器组成图

2.2 控制箱

控制箱主要功能为，数据处理、数据转发、报警显示、报警处理等功能。

2.3 系统安装

1）在电气设备间系统安装，真空泵必须在电源连接前安装好。真空泵安装在机器的左下方，其透明的空气管路连接至云雾室，电源线连接至电路板（母板）上。水瓶顶端有一个可转开的连接器。

图3 控制箱外观图

图4 安装示意图

2）示例安装在各变频柜上，采集各柜体的空气分析，可监控各采样管对应一管路柜体的安全性，为变频柜的生产安全提供保障。

图5 变频柜极早期空气采样火灾预警系统安装示意图

2.4 IFD云雾室型探测器的特点[2]

Cirrus Pro IFD探测器能够在极早期阶段的不可见热释粒子作为判定，探测在极早期阶段之空气中会充满数量极高的不可见次微粒子，此粒子不因气流因素而导致消失或稀释，故IFD云雾室型探测器更加可靠，所获得的预警时间更提早，且不因烟雾易受气流而稀释，到时无法在适当的时候探测，当然也不会因为受灰尘等非燃烧粒子而产生误报。

相对传统点式感烟感温探测器，虽然在海洋石油平台电气设备间应用广泛，但此种灵敏度低，等达到一定温度浓度才会报警，报警时间晚，无法满足早发现。另一种传统红外对摄探测系统的运行原理，是当其所属发射器与接收器之间的红外线呗烟雾遮挡时，接收器所接收到的光强度会发生改变，报警器以其系统以普通摄像机观察可见烟和明火的产生加上利用红外摄像机观测燃烧所产生的高热作为报警依据，来判断火灾的发生。所以系统在火灾发生的早期，由于既没有可见烟，明火，也没有大量的热量产生的阶段，不能过提供可靠的报警，从而错过消灭火灾隐患的最佳机会，IFD云雾室型探测器能够主动采样有灵敏度高，误报率低，安装调试灵活的特点。[3]

3 软件界面及功能

通过IFD系统软件的支持，可视化的显示界面更能清晰的监测各个采样管的粒子等级；对于个采样管进行编辑命名方便查询，实时绘制图形更直观简洁；事件日志功能方便记录汇总为以后安全提供依据，

3.1 软件功能及可视化界面介绍

1）所有的火灾侦测器都有一个小控制盘，上面有 6 个 LED 的指示灯号及按钮。

图6 火灾侦测器控制盘

指示灯号可自动分级可分成四个警报系统等级，先期警报及火灾一、二、三 期，这些等级的设定点可以在 PC 上的委托选项中的灵敏性设定单元中测试。电源指示灯亮表示电源正常，当远程电源故障时电源指示灯会闪烁，电源指示灯不亮表示设有电源提供此单元。

控制按钮中沉默按钮表示释放动作的警报继电器，且使内建蜂鸣器静音；重设按钮表示实行沉默按钮的功能，且清除任何目前的火灾情况。

2）当启动时，面板显示器会显示网络上单元的数量。在菜单中选择按钮即可选择想查看的侦测器单元，即可显示目前采样管的粒子等级。

3）当打开主菜单：

图7 工程师主选择清单

显示可接受的选项，用”下”按钮移动至需要的选项按“选择”来移动选单上的选项,在此选单时按”离开”会回复到粒子等级显示须要重新输入密码以回到此主选单。

一般规则：按上及下按钮可在选单可接受的各选项中移动，选择按钮可改变反白选项的值移到下一个选单；接受按钮表示储存改变于侦测器单元中有些改变在完全执行前须先重设、离开按钮表示离开目前的选单，注意有些改变仍然保持在此显示器中，直到按了接受按钮后才会将改变送到侦测器单元中，按钮持续的被按住可以短时间后会自动重复其功能。

4）实时图形：可显示约五分钟的目前粒子及警报等级的实时图形，如果有多个采样管也可用按钮来观查其它的采样管。

5）单元/管路、命名：显示器接受各单元的命名，用上、下及编辑以选择要被编辑的命名。

用左、右及离开按录来选择单元，要改变一个字符，用按钮依次序来转动符号及字母。编辑完成后，按离开回到单元/管路命名的显示屏 当所有的命名都更正完成按接受将命名送到各单元中。如果接受按钮没有被按过按离开以离开此选单且保持命名不变。

6）事件日志及历史曲线[1]

事件日志储存单元中最后的上百个事件，最后的事件最先显示，按下一个以显示先前的事件，按两者皆是改变只显示火灾事件。能够纪录设备运行状况并存储，不受断电影响，对火灾的各个阶段完整纪录，描绘火灾生命周期的极早期阶段，烟释放阶段、火焰释放阶段、和热释放阶段的全部发展曲线。

4 结语

极早期空气分析火灾预警的成功研发及应用为海上电气设备间的安全生产提供了支持与保障，主动采样方式更灵敏更具时效性，全面可靠得维护电气设备安全。目前该类系统已经应用不仅限于海洋石油平台，石油石化行业，陆地发电站等多个行业，主动采样功能可以及时有效的对电气设备进行及早发现，及早预警，有效的降低了火灾风险。