某高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)

劉偉亮

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

某高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)

劉偉亮

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

本文對比常用隧道火災(zāi)自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)的工作原理、性能及優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合某高速公路隧道群的工程實(shí)際，選擇相應(yīng)的隧道火災(zāi)自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)。

隧道火災(zāi)；自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案

火災(zāi)自動(dòng)檢測報(bào)警系統(tǒng)主要是通過火災(zāi)探測器對物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)變化進(jìn)行檢測，從而能夠盡早發(fā)現(xiàn)火情、減少火災(zāi)損失，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。本文主要根據(jù)某高速公路隧道的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)光纖分布式測溫系統(tǒng)（以下簡稱DTS系統(tǒng)）和雙波長火焰探測系統(tǒng)方案進(jìn)行對比分析。

1 DTS系統(tǒng)

1.1 工作原理

光纖用作溫度探測器的主要依據(jù)是光纖的光時(shí)域反射（OTDR）原理以及光纖的背向拉曼散射(Raman Scatforing)溫度效應(yīng)。DTS根據(jù)OTDR原理進(jìn)行分布式溫度探測和跟蹤。系統(tǒng)向光纖發(fā)射一束脈沖光，通過測量發(fā)入射光和反射光之間的時(shí)間差，可以得出發(fā)射散射光的位置和入射端的距離。

反射光中有一種稱作Raman散射光，其含有兩種成份光，一種光與溫度無關(guān)，而另一種光的強(qiáng)度則隨溫度變化，根據(jù)實(shí)測兩種成份光之比便可計(jì)算出溫度值。光纖測溫方式，直接測量的是Raman反射光中兩種成分之比，與絕對值無關(guān)，因此即使光纖隨時(shí)間老化，沿程光損失增加，仍可消除光損失的影響，從而可一直保證測溫精度。

1.2 系統(tǒng)基本構(gòu)成的主要部分

1）DTS主機(jī)；

2）探測光纖及光纖接線盒；

3）火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)。

1.3 DTS系統(tǒng)功能

1）溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控

以圖形或者溫度數(shù)字筐的形式實(shí)時(shí)顯示隧道內(nèi)環(huán)境溫度，可根據(jù)用戶要求按任意長度、不同或相同報(bào)警溫度劃分防火分區(qū)，發(fā)生報(bào)警時(shí)可自動(dòng)彈開軟件界面。

2）準(zhǔn)確性

DTS溫度分辨率達(dá)到±1 ℃，溫度精度±2 ℃。根據(jù)由用戶設(shè)定的每個(gè)防火分區(qū)的平均溫度值、最高溫度值、溫升速率報(bào)警，并且每次報(bào)警都有預(yù)報(bào)警，在預(yù)報(bào)警后可以由人工手動(dòng)確認(rèn)報(bào)警。系統(tǒng)也可以自動(dòng)在預(yù)報(bào)警后3S再次核實(shí)溫度而自動(dòng)報(bào)警。

3）先進(jìn)性

通過采用不同的外護(hù)套材料，DTS系統(tǒng)可適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)現(xiàn)場操作人員可根據(jù)實(shí)時(shí)溫度曲線的變化，以及文本記錄溫度表的溫度值來評估火災(zāi)現(xiàn)場情況，并判斷火災(zāi)蔓延的趨勢，為現(xiàn)場人員及時(shí)拯救、滅火以及隧道的相關(guān)控制操作提供依據(jù)和數(shù)據(jù)。

4）安全性

具備安全記錄功能，可儲(chǔ)存1年以內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，供隨時(shí)查詢歷史工作狀態(tài)；可通過調(diào)制解調(diào)器由專門工程師提供最低限度的系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷；如果光纖受損，DTS系統(tǒng)可以即時(shí)定位受損點(diǎn)；探測光纖本身安全，采用光信號，不會(huì)與動(dòng)力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。

2 雙波長火焰探測系統(tǒng)

2.1 工作原理

雙波長火焰探測器根據(jù)火焰光按周期變化具有特有頻率的特點(diǎn)，通過過濾器檢測火焰特有頻率(1Hz～ 15Hz)作為探測信號。探測器內(nèi)有2個(gè)檢測部件，分別用于火焰輻射探測和環(huán)境光、自然光產(chǎn)生的輻射監(jiān)視。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰檢測部件的信號幅值大于監(jiān)視部件的便會(huì)報(bào)警，但是當(dāng)監(jiān)視部件上的信號較強(qiáng)時(shí)，說明存在外部干擾輻射，此時(shí)不報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)組成

1）火災(zāi)綜合盤（包含雙波長火焰探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、電話插孔、信號轉(zhuǎn)換器等；

2）消防主機(jī)；

3）避雷器；

4）屏蔽雙絞線和控制電纜；

5）火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)。

2.3 系統(tǒng)功能

1）準(zhǔn)確性

由于是捕捉輻射光，所以能夠不受氣流的影響，報(bào)知準(zhǔn)確的火災(zāi)位置。

2）高靈敏度

具有水平180°，垂直120°廣泛的監(jiān)視視野和半徑40m的探測距離，具有極高的靈敏度，能夠及早發(fā)現(xiàn)40m遠(yuǎn)0.5m2的汽油火災(zāi)。

3）安全性

不會(huì)因隧道內(nèi)的鈉蒸汽等、熒光燈和其他車輛燈光而動(dòng)作，因?yàn)椴捎妹芊饨Y(jié)構(gòu)，對隧道內(nèi)的滲水、廢氣、瓦斯有出色的耐久性。

3 兩種方案應(yīng)用

3.1 采用DTS系統(tǒng)

某高速公路隧道均為單洞三車道的隧道，考慮到一般探測光纖的檢測范圍，采用在單洞隧道內(nèi)敷設(shè)2 根探測光纜的形式。為了每根探測光纜能更好的覆蓋隧道的各個(gè)地方，將第1根探測光纜敷設(shè)在第一和第二行車道相接部分對應(yīng)的隧道頂部，第2根探測光纜敷設(shè)在第三車道的中線位置對應(yīng)的隧道頂部。

以A隧道（左洞2455m，右洞2445m）為例，采用1 臺(tái)DTS200-240（4km，4 通道）光纖火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制主機(jī)對此隧道的火情進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測。采用1 臺(tái)EST3 火災(zāi)報(bào)警控制器，通過2 路總線帶手動(dòng)報(bào)警按鈕對隧道左右洞進(jìn)行手動(dòng)監(jiān)測。將DTS光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)和EST3 火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)放置在隧道口的變電站里。報(bào)警區(qū)間長度按100m區(qū)間定位。

探測光纜安裝如下：

通道1、通道2：探測光纜的一端連接在DTS 光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)上的1＃和2＃光纖接口上，另一端分別沿電纜溝進(jìn)入左線隧道的頂部直線敷設(shè)至此線隧道的末端。見圖1。

通道3、通道4：探測光纜的一端連接在DTS 光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)上的3＃和4＃光纖接口上，另一端分別沿電纜溝進(jìn)入右線隧道的頂部直線敷設(shè)至此線隧道的末端。

手動(dòng)按鈕按照間隔50m一個(gè)，分別安裝于隧道的側(cè)壁上。

圖1 DTS系統(tǒng)設(shè)備安裝示意圖

3.2 采用雙波長火焰探測系統(tǒng)

同樣也以A隧道為例，采用1臺(tái)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器主機(jī)對此隧道的火情進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測，報(bào)警信號經(jīng)過避雷器傳送到報(bào)警主機(jī)。將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器主機(jī)和避雷器放置在隧道口的變電站里。

隧道內(nèi)綜合盤安裝于隧道右側(cè)壁，每隔50m安裝一個(gè)，所有綜合盤經(jīng)避雷器連接至隧道消防主機(jī)，主信號線采用2*4mm屏蔽雙絞線，電源線采用2*2.5mm屏蔽雙絞線，安裝示意圖詳見圖2。

圖2 雙波長火焰探測系統(tǒng)設(shè)備安裝示意圖

3.3 性能比較

DTS系統(tǒng)和雙波長火焰探測系統(tǒng)的性能比較如下表所示：

火災(zāi)自動(dòng)檢測系統(tǒng) DTS系統(tǒng) 雙波長火焰探測系統(tǒng)探測器類型 線型感溫探測器 點(diǎn)型火焰探測器安裝位置 沿隧道敷設(shè)于隧道頂部中間 間隔50m安裝于隧道一側(cè)探測反應(yīng)時(shí)間時(shí)間較長：由于隧道內(nèi)風(fēng)速大；強(qiáng)風(fēng)將豎直向上擴(kuò)散熱流方向變傾斜，延長探測器反應(yīng)時(shí)間；環(huán)境溫度較低時(shí)，火災(zāi)已發(fā)展到一定規(guī)模，但隧道頂部溫度仍較低。時(shí)間短：探測器依靠火焰光譜和頻率報(bào)警，通過探測器中的部件，可有效避免環(huán)境對這兩個(gè)參數(shù)的干擾實(shí)時(shí)性火災(zāi)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位、火勢蔓延方向、現(xiàn)場的溫度分布火災(zāi)的確切位置

監(jiān)測范圍3車道隧道需兩通道，單通道最大檢測范圍30km，適用于特長隧道風(fēng)速小于12m/s的工況下，探測器受光窗污損率（光學(xué)減光率）0%時(shí)，探測半徑40 m；探測器受光窗污損率（光學(xué)減光率）50%時(shí)，探測半徑30m，可監(jiān)視3車道或4車道隧道；適用于大斷面隧道和自然風(fēng)速較高的隧道漏報(bào)率 較低較高：探測器安裝在一側(cè)墻壁，存在盲區(qū)；隧道中有物體遮住火焰或陰燃誤報(bào)率較高：隨著季節(jié)的變化隧道內(nèi)的溫度不同，系統(tǒng)靈敏度和報(bào)警閥值難以調(diào)節(jié)；受風(fēng)速影響，火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)溫度很高，但到達(dá)頂部時(shí)溫度低了很多較低：雷電天氣偶爾引起誤報(bào)可采用避雷器避免防火分區(qū)的劃分較簡單：可以通過上層控制管理軟件任意設(shè)置防火分區(qū)，不同防火分區(qū)采用不同的報(bào)警方式，還以針對不同的外聯(lián)系統(tǒng)設(shè)置的不同的防火分區(qū)方式。較復(fù)雜：該探測器為點(diǎn)式探測器，不易進(jìn)行靈活的防火分區(qū)劃分不能很好的配合其他隧道系統(tǒng)融合使用維護(hù)感溫光纖需安裝在隧道頂部，施工維護(hù)較困難，維護(hù)頻率低；每隔三年更換激光發(fā)光源置于隧道側(cè)壁方便清洗與維護(hù)

4 結(jié)論

隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)必須做到安全、可靠，并具有高靈敏度和極低的誤報(bào)率。雙波長火焰探測系統(tǒng)報(bào)警時(shí)間短，靈敏度極高，某高速公路隧道為單向三車道隧道，且地處山區(qū)、自然風(fēng)較大，因此采用雙波長火焰探測系統(tǒng)；至于DTS系統(tǒng)，其造價(jià)略高于雙波長火焰探測系統(tǒng)，且誤報(bào)率較高，隧道內(nèi)溫度四季變化，系統(tǒng)靈敏度和報(bào)警閥值難以調(diào)節(jié)，維護(hù)較困難，故未采用此系統(tǒng)。

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1674-6708（2011）53-0188-02