煙葉露天堆場火災安全監(jiān)控探索

何永華

摘 要 本文對煙葉露天堆場火災監(jiān)控進行探討，運用圖像型探測和紅外光譜掃描遠程測溫技術建立火災監(jiān)控系統(tǒng)，解決其火災極早期偵測的核心問題，實現煙葉露天堆場防火措施的有機補充，以提高火災應急效率和防火安全管控水平。

關鍵詞 煙葉堆場；早期火災；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）05-0015-01

1 煙葉露天堆場的火災危險性及特點

1.1 煙葉堆垛極易發(fā)生陰燃

煙葉堆垛不可避免溫度上升問題，煙葉發(fā)熱主要是煙堆內的煙葉自身和微生物進行呼吸而產生熱量積聚的結果，而微生物的呼吸是煙葉發(fā)熱的主要原因。煙葉成熟后，在每克煙葉上附生的細菌可達5 400～13 000個。煙葉在存放過程中，當煙葉含水量達到15%以上，空氣相對溫度超過75%以上，溫度超過15℃以上的情況下，微生物繁殖極快，細菌只要20min～30min分裂一次，霉菌也只要3～5天即繁殖一代。由于這些微生物進行呼吸而產生熱量積聚，使煙葉溫度不斷升高、碳化、陰燃。煙葉從發(fā)熱到自燃一般都要經過發(fā)熱、高溫、自燃3個階段。

升溫階段：當煙堆溫度升到35℃～40℃時，由于微生物代謝產生的熱能逐漸積蓄，溫度將持續(xù)上升產生高溫。

自燃：微生物在高溫下分解煙葉有機物時，產生低燃點的碳氫化合物，只要有充足的氧氣，煙葉中的有機化合物還將繼續(xù)分解，碳化產生新的熱流繼續(xù)升溫，最后導致煙葉自燃。

1.2 外部原因造成的火災

除堆垛自發(fā)熱造成的火災外，對于室外堆場，存在很多外部因素的火災可能。如人為破壞、雷電等惡劣天氣造成火災。多數情況下，外部因素造成的火災危害性更大，來勢更猛，撲救更困難。根據美國的統(tǒng)計，對于倉儲類的火災，其中17%是人為縱火所致，9%是電氣和照明系統(tǒng)故障所致。

1.3 堆場面積大，火災易于擴展、撲救困難、損失大

煙垛的火災呈現典型的固體深位火災特征，集聚溫度高，加上火災產生的熱量輻射、擴撒等很容易導致鄰近的煙垛的火災，而且煙葉燃燒的煙氣對人傷害大，對于大面積的堆場來講，消防人員的救援難度大，撲救困難。如果不能實現火災的極早期偵測，防患于未燃，對于上萬噸的煙葉而言，損失較大。

2 煙葉露天堆場火災安全監(jiān)控的應對措施

2.1 解決煙葉露天堆場火災極早期偵測的核心問題

煙葉按堆垛在存放，堆垛的內部微生物產生的熱量會不斷積聚，達一定程度，極可能產生陰燃。且堆場面積大，對于常規(guī)的探測手段根本無法應對。因此新型系統(tǒng)應能針對垛內局部監(jiān)控和外部大范圍的區(qū)域進行監(jiān)控。

煙垛發(fā)生陰燃主要的物理表現：過熱、產生煙霧、產生表面陰燃火點。因此，新型系統(tǒng)應能針對陰燃火災的3個階段分別進行監(jiān)控。

2.2 極早期火災偵測的方法

針對煙葉露天堆場的火災特征，要實現極早期火災偵測，可采用如下方法：

1）針對每一個堆垛，采用2～6只無線分布式溫度傳感器進行內部溫度的監(jiān)測。由于自發(fā)熱和陰燃首先發(fā)生于內部，目前基于圖像、熱像等方法均不能起到直接的探測作用，另外，早期發(fā)熱或陰燃階段即便引起表面溫度的變化，由于堆場面積大，距離遠，熱成像系統(tǒng)也很難捕捉到這些溫度變化。

2）針對極早期陰燃，采用全視場的紅外光譜掃描進程測溫系統(tǒng)。該類系統(tǒng)采用點掃描模式，在水平360°，垂直80°～90°的范圍內進行逐點掃描，光學放大倍數達上萬倍，空間分辨率是熱像系統(tǒng)的10倍以上。

3）針對陰燃產生的煙霧或者有焰火，采用基于彩色/黑白圖像和近紅外圖像的雙頻圖像火災探測器。系統(tǒng)采用可變視場平臺，按照一定的角度轉動，使系統(tǒng)掃描防護區(qū)域，并對煙霧或有焰火進行偵測。

3 圖像型火災探測器的運用

利用AE900進行火災探測，其探測器依靠一系列算法軟件同時處理防護區(qū)域的彩色/ 黑白或NIR圖像，尋找符合火災的大量特征，針對計算獲得的所有特征數據，系統(tǒng)進行有機融合，進行火災的判斷決策，進而進行數據融合、決策和報警輸出。對于大范圍監(jiān)控場所，由于大焦距的CCD的視場角有限， 需對探測器和云臺整合，形成的系統(tǒng)，即可按照一定的規(guī)律旋轉掃描防護區(qū)域。對于圖像火災探測系統(tǒng)，相對經濟性較好，但系統(tǒng)只能針對煙霧和有焰火進行探測，無焰的炭火不能觸發(fā)報警，但可實現預警功能。

4 紅外光譜掃描遠程測溫監(jiān)控系統(tǒng)的應用

AE6000圖像火災探測器是一種國際領先的光譜掃描極早期火災探測技術，探測系統(tǒng)采用兩自由度水平和垂直轉動，實現大范圍的熱點掃描，所采用的一個光譜波段是火災的特有紅外波段，另一個光譜波段是避免太陽光和人工光源干擾的參比波段，掃描完成即形成不同波段的光譜圖像。其火災探測器一般裝在防護區(qū)域內相對制高點上，在水平360°，5km半徑內逐點逐行進行搜索，可及時發(fā)現明火和暗火。該偵測系統(tǒng)接收的是防護區(qū)域火（明火或暗火）或火災的熱煙氣發(fā)出的紅外輻射，不論白天、夜間24小時都可以工作，發(fā)現目標后自動報警，并及時把火點的坐標用有線或無線傳輸給消防指揮部門，以便及時撲救，避免造成更大火災損失。

5 煙葉露天堆場火災安全監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

1）方案1：基于AE900變視場圖像型火災探測與無線分布測溫系統(tǒng)的解決方案。本方案基于經濟、有效的原則，采用了AE900變視場圖像型火災探測器和無線分布溫度探測器相結合。無線分布溫度探測器放置于堆垛內部，主要用于監(jiān)測堆垛的溫度異常變化；AE900探測器采用定周期掃描的方式，對堆場進行全覆蓋掃描，主要探測煙霧和火焰；當無線分布溫度探測器發(fā)現某一個堆垛溫度異常時，系統(tǒng)自動聯(lián)動AE900探測器直接監(jiān)視溫度異常的堆垛，當一定的周期后未發(fā)現異?；蚓瘓蠼獬?，AE900自動轉入自掃描探測狀態(tài)。該方案無線數據接收裝置，通過無線通信與前端的探測器進行通信連接。

2）方案2：基于AE6000雙光譜掃描遠程測溫、AE900變視場圖像型煙霧探測與無線分布測溫系統(tǒng)的解決方案。在方案一的基礎上提高系統(tǒng)極早期探測能力，增加AE6000雙光譜掃描進程測溫監(jiān)控子系統(tǒng)，通過360°水平和90°垂直逐點掃描和近萬倍光學放大，使得溫度探測器的距離大大增加。當AE6000報警，系統(tǒng)將聯(lián)動AE900轉向發(fā)生異常的部位，進行定點監(jiān)視，當警報解除或超出一定周期后未發(fā)現異常，AE900將轉入自動掃描狀態(tài)。

6 結論

1）煙葉堆垛易于發(fā)生陰燃火，火災危害性較大，撲救困難，而外部因素引起的火災也不容小視，因此煙葉堆場的極早期火災探測意義重大。

2）方案1采用分布無線感溫探測器針對堆垛進行實時溫度監(jiān)測，采用AE900圖像火災探測器針對陰燃煙霧或火災早期火焰進行偵測，可以基本解決火災的探測問題，相對成本較低。

3）方案2則增加采用了雙光譜掃描測溫監(jiān)控子系統(tǒng)，在極早期探測方面更具優(yōu)勢，但相對成本較高。

參考文獻

[1]杜建華，張認成.LVQ神經網絡的紅外光譜火災早期預警算法[D].華僑大學學報：自然版，2011，32（6）：607-610.