核電站用離子感煙火災(zāi)探測(cè)器設(shè)計(jì)

郝建智

【摘 要】貫徹落實(shí)安全第一的方針是核電站運(yùn)行管理所必須的；為了預(yù)防核事故的發(fā)生，限制可能產(chǎn)生的危害，必須采取充分的措施保證質(zhì)量，保障核電站的正常運(yùn)行。核電廠(chǎng)保障核安全的重要一項(xiàng)就是消防安全， 通過(guò)分析核電發(fā)展史可以看出， 核電廠(chǎng)火災(zāi)與核事故在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，尤其是在較為嚴(yán)重事故條件下。因而火災(zāi)被當(dāng)作重要的外部和內(nèi)部共模事故來(lái)考慮。美國(guó)有關(guān)部門(mén)的火災(zāi)概率安全分析（PSA分析 ）表明：火災(zāi)對(duì)核電廠(chǎng)總的堆芯損壞頻率的作用可能高達(dá)55%，而總火災(zāi)頻率（平均）達(dá)0.28 次/堆年，比核事故的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故頻率高得多。財(cái)產(chǎn)損失方面，國(guó)際核電保險(xiǎn)集團(tuán)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：若按保險(xiǎn)索賠計(jì)算，火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失占到核電廠(chǎng)總財(cái)產(chǎn)損失的80%-90%。核電消防安全中最核心的部分，為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)的最基礎(chǔ)部分為火災(zāi)探測(cè)器，核電站廣泛使用的離子火災(zāi)感煙探測(cè)器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行可靠尤為重要。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)報(bào)警；離子感煙

核電站是集廠(chǎng)房、倉(cāng)庫(kù)、行政辦公樓、保安樓、多條電纜隧道等組成的大型工業(yè)建筑群?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)一般包括以下幾部分系統(tǒng)設(shè)備：火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)控制協(xié)調(diào)、CRT火警圖形顯示系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)顯示系統(tǒng)、極早期報(bào)警系統(tǒng)。

火災(zāi)探測(cè)器為該系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的部件，是一種監(jiān)視火災(zāi)產(chǎn)生的某些物理，化學(xué)現(xiàn)象并自動(dòng)給出火災(zāi)信號(hào)的傳感器件?；馂?zāi)探測(cè)器是系統(tǒng)的“感覺(jué)器官”，它的作用是監(jiān)視環(huán)境中有沒(méi)有火災(zāi)的發(fā)生。一旦有了火情，就將火災(zāi)的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光強(qiáng)等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并立即動(dòng)作，向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)。對(duì)于易燃易爆場(chǎng)合，火災(zāi)探測(cè)器主要探測(cè)其周?chē)臻g的氣體濃度，在濃度達(dá)到爆炸下限以前報(bào)警。在個(gè)別場(chǎng)合下，火災(zāi)探測(cè)器也可探測(cè)壓力和聲波。根據(jù)火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)火災(zāi)參數(shù)的不同，可以劃分為感溫、感煙。感光、氣體和復(fù)合式等幾大類(lèi)。

感煙火災(zāi)探測(cè)器：這是一種響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體或液體微粒的火災(zāi)探測(cè)器。由于它能探測(cè)物質(zhì)燃燒初期所產(chǎn)生的氣溶膠或煙霧粒子濃度，因此，有的國(guó)家稱(chēng)感煙火災(zāi)探測(cè)器為“早期發(fā)現(xiàn)”探測(cè)器。氣溶膠或煙霧粒子可以改變光強(qiáng)，減小電離室的離子電流以及改變空氣電容器的解電常數(shù)半導(dǎo)體的某些性質(zhì)。由此，感煙火災(zāi)探測(cè)器又可分為離子型、光電型、電容式和半導(dǎo)體型等幾種。其中光電感煙火災(zāi)探測(cè)器，按其動(dòng)作原理的不同，還可以分為減光型（應(yīng)用煙霧粒子對(duì)光路遮擋原理——和散光型（應(yīng)用煙霧粒子對(duì)光散射原理）兩種。

離子感煙探測(cè)器在整個(gè)氣溶膠粒子的譜線(xiàn)上具有極寬的靈敏度，對(duì)不可見(jiàn)的陰燃煙有較好的響應(yīng)，這是常見(jiàn)光電感煙探測(cè)器所不可比擬的。對(duì)明火燃燒響應(yīng)與陰燃火響應(yīng)一樣好。在核電站這樣的特殊工廠(chǎng)，我們很難提前預(yù)測(cè)火災(zāi)如何發(fā)展，離子感煙探測(cè)器是比較理想的火災(zāi)探測(cè)器。

根據(jù)核電站的特殊性，及火災(zāi)初期載荷的復(fù)雜性，核島區(qū)域內(nèi)推薦使用離子感煙探測(cè)器。

1 電離室設(shè)計(jì)

離子型感煙探測(cè)器是在一個(gè)電離室中裝有電極和α射線(xiàn)放射源，由α射線(xiàn)引起空氣電離，使電極之間導(dǎo)通。當(dāng)煙粒子進(jìn)入電離室內(nèi)后，使電離電流發(fā)生變化，通過(guò)電子線(xiàn)路檢測(cè)出此變化后報(bào)警。

離子感煙探測(cè)器由一個(gè)放射源（如Am241）、外置的采樣室和內(nèi)置的離子參考樣本室組成，當(dāng)放射源照射空氣中的物質(zhì)時(shí)，一部分物質(zhì)變成帶正電的離子，另一部分物質(zhì)變成帶負(fù)電的離子。帶正電的離子和帶負(fù)電的離子在電場(chǎng)的作用下形成了一個(gè)電場(chǎng)，。當(dāng)煙霧進(jìn)入采樣室后與帶電的離子結(jié)合，帶電離子數(shù)量的減少使電場(chǎng)電壓產(chǎn)生了變化，煙霧越多越濃電壓變化就越大。

該探測(cè)器使用獨(dú)特的單源雙室結(jié)構(gòu)，一個(gè)α放射源供測(cè)量電離室與比對(duì)電離室共同使用，不但節(jié)約放射源的使用，還能大大提高電離室對(duì)環(huán)境響應(yīng)的反應(yīng)速度，減小電離室體積。

2 電路設(shè)計(jì)

采用電離室為傳感器，經(jīng)阻抗變換后輔以火災(zāi)報(bào)警控制器的甄別器及程控制電壓，可有效地消除緩慢干擾的影響，采用自鎖電路和軟件結(jié)合，對(duì)消除瞬時(shí)干擾效果明顯。能診斷出探測(cè)器大多數(shù)元器件自身的故障。在杜絕漏報(bào)和減少誤報(bào)方面取得了進(jìn)展。因此，它將是可靠性極高的火災(zāi)探測(cè)器。

3 核電站環(huán)境對(duì)探測(cè)器的特殊要求

為滿(mǎn)足核電站特殊的工作環(huán)境及大修周期，核電站用離子感煙探測(cè)器必須具備以下性能：

4 離子感煙探測(cè)器響應(yīng)閾值

離子感煙探測(cè)器的響應(yīng)閾值，即用y值（無(wú)量綱）表示的探測(cè)器動(dòng)作時(shí)刻的煙濃度，用離子煙濃度計(jì)測(cè)量。離子煙濃度計(jì)利用抽氣方法連續(xù)地采樣并連續(xù)地測(cè)量煙濃度。離子煙濃度計(jì)是由電離室、電流放大器及抽氣泵組成。通過(guò)抽氣泵使含有煙粒子的空氣擴(kuò)散到電離室內(nèi)的“測(cè)量體積”中?！皽y(cè)量體積”中的空氣被α射線(xiàn)電離。因此，當(dāng)兩電極間加上電壓時(shí)，便產(chǎn)生電離電流，電離電流受煙粒子作用發(fā)生變化。電離電流的相對(duì)變化作為衡量煙濃度的一個(gè)尺度。

5 結(jié)論

該離子感煙火災(zāi)探測(cè)器靈敏度較高，對(duì)各種火災(zāi)的煙粒子均有良好響應(yīng)，配以抗干擾措施，用于復(fù)雜的核電站環(huán)境。單源雙室的電離室配合單片機(jī)控制電路使探測(cè)器穩(wěn)定可靠工作，減少誤報(bào)率，適合核電站復(fù)雜火災(zāi)載荷的環(huán)境使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB4715-2005 點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器.

[2]焦興國(guó).火災(zāi)探測(cè)器原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].群眾出版社.

[責(zé)任編輯：田吉捷]