淺談紅外反射式感煙探測器在大型立體倉庫中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

賀文秀,華長妍

(中海油惠州石化有限公司,廣東 惠州 516083)

近些年隨著大型石化項(xiàng)目陸續(xù)在中國建成，與之配套的大型自動化立體倉庫應(yīng)用而生，立體倉庫的智能化技術(shù)水平也在不斷地提高，可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化、存取自動化、操作簡便化；提高空間利用率，具有先進(jìn)的物理系統(tǒng)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，同時(shí)對其安全運(yùn)行中火災(zāi)預(yù)防的時(shí)效性提出了更高的要求。因此，對于火災(zāi)探測器的合理設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確選型直接決定了整個(gè)立體倉庫的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置水平，從而對后期倉庫的生產(chǎn)運(yùn)營過程中可能發(fā)生的火災(zāi)隱患及火災(zāi)事故進(jìn)行監(jiān)控，對避免火災(zāi)的發(fā)生和初期滅火起著重要的作用。

1 高架立體倉庫概況

某項(xiàng)目新建智能立體倉庫是由2套空桶堆垛機(jī)、3套重桶堆垛機(jī)、6臺環(huán)形穿梭車、10套進(jìn)出庫平臺、5套托盤、3套移動捆扎機(jī)和設(shè)備之間的連接輥道組成的綜合智能控制的大型高架立體庫。庫房占地為100 m×43 m×24 m，貨架的外形尺寸為72 m×20 m×19 m。

2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

考慮到立體倉庫的空間大，輔助設(shè)備的安裝運(yùn)行空間復(fù)雜，貨架之間的空間狹小等因素，對火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出比較高的要求，需要確保倉庫在生產(chǎn)過程中應(yīng)用狀況的良好性，實(shí)時(shí)監(jiān)控倉庫處于安全應(yīng)用狀態(tài)，提升該報(bào)警系統(tǒng)的潛在應(yīng)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮如下幾個(gè)方面：

1)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的物資和人員安全保障。

2)火災(zāi)預(yù)防的有效性。

3)火災(zāi)報(bào)警設(shè)備的投資費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。

3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)探測器的選型分析

3.1 傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測器

傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測器，通常有感溫光纖和感溫電纜，該類型的探測器靈敏度高，對煙氣能夠即時(shí)的探測報(bào)警。

3.1.1 感溫電纜

感溫電纜又稱纜式線型感溫火災(zāi)探測器或熱電偶型測溫電纜，利用熱電效應(yīng)原理，通過K型熱電偶作為測量元件，能夠連續(xù)產(chǎn)生與其長度所及范圍內(nèi)的最高溫度點(diǎn)相對應(yīng)的毫伏信號。與普通熱電偶不同之處在于它的熱接點(diǎn)不固定，而是始終與測溫線纜上的最高溫度點(diǎn)相對應(yīng)。當(dāng)線纜上任何一點(diǎn)的溫度高于其他部分的溫度時(shí)，該處熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻降低，從而出現(xiàn)臨時(shí)熱接點(diǎn)，其作用與普通熱電偶的熱接點(diǎn)相同；當(dāng)線纜上另外一點(diǎn)的溫度高于T1點(diǎn)時(shí)，該處的熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻會變的更低，從而出現(xiàn)新的“臨時(shí)”熱接點(diǎn)，“臨時(shí)”熱接點(diǎn)產(chǎn)生的信號通過智能監(jiān)控模塊處理，可以得出該點(diǎn)的溫度、位置、受熱區(qū)域大小等信息。智能監(jiān)控模塊以繼電器輸出形式將火災(zāi)信號傳輸至火災(zāi)報(bào)警控制器。感溫電纜測溫示意如圖1所示。

圖1 感溫電纜測溫示意

3.1.2 感溫光纖

感溫光纖又稱為光纖感溫火災(zāi)探測器，按照工作原理又可分為光纖光柵感溫火災(zāi)探測器和分布式光纖感溫火災(zāi)探測器。光纖光柵感溫火災(zāi)探測器以光纖連接的多點(diǎn)光柵為溫度檢測單元，其工作原理是利用光纖光柵布拉格(Bragg)波長效應(yīng)，將光纖光柵傳感器作為感應(yīng)器件，實(shí)現(xiàn)沿線溫度的準(zhǔn)分布式測量；分布式光纖感溫火災(zāi)探測器以整根光纖為溫度檢測單元，探測器基于拉曼散射(Raman)效應(yīng)及光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖沿線溫度的分布式測量，單通道最長可以測量10 km，系統(tǒng)主要由主機(jī)及感溫光纖組成，主機(jī)通過繼電器輸出模塊或通信協(xié)議將火災(zāi)報(bào)警信號傳輸至火災(zāi)報(bào)警控制器。

3.1.3 傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測器技術(shù)對比分析

傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測器技術(shù)對比分析見表1所列。

表1 傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測器性能對比分析

感溫光纖和感溫光纜因其特點(diǎn)不同，均可在石油化工行業(yè)中的特殊工藝設(shè)備、儲罐、電力電纜、變壓器、管道等表面溫度監(jiān)測中應(yīng)用。如果要應(yīng)用在大型立體庫中，存在以下缺陷：

1)傳統(tǒng)的點(diǎn)式感溫探測器只能探測一定高度內(nèi)出現(xiàn)大量可見煙霧階段的火情，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后， 隨著空氣的流動和稀釋， 煙氣的浮力與重力達(dá)到平衡， 煙氣不再上升。高大空間中的煙氣可能升不到頂棚便開始緩慢下沉，同時(shí)隨著熱氣流的不斷上升， 會在高大空間上空形成一定厚度的熱空氣層， 從而阻止火災(zāi)煙氣上升至高大空間的頂棚， 出現(xiàn)熱障現(xiàn)象。此時(shí)煙霧分層，無法到達(dá)頂棚上安裝的點(diǎn)式感煙探測器。

2)探測器需要在貨架內(nèi)安裝，大部分都是沿著貨架邊緣或者是噴淋管道敷設(shè)安裝，探測器的數(shù)量多，施工配線不方便，維護(hù)拆卸更換成本高。

3)傳統(tǒng)的點(diǎn)式感溫探測器需要火焰的亮度/煙霧濃度/溫度等參數(shù)達(dá)到一定閾值才能產(chǎn)生報(bào)警信號，因此報(bào)警存在一定的延遲。

鑒于以上分析， 傳統(tǒng)的點(diǎn)式感溫探測器已不適用于大型高架立體倉庫。

3.2 管路吸氣式感煙探測器

1)工作原理。管路吸氣式感煙探測器是通過高效吸氣泵不斷地往采樣管網(wǎng)中采集空氣樣氣并通過二級過濾器，第一級去除空氣中的灰塵和雜物，過濾后的采樣空氣進(jìn)入激光探測器腔體進(jìn)行探測；第二級過濾后的潔凈空氣能夠保證探測器光學(xué)表面潔凈無污染，確保探測器的校準(zhǔn)穩(wěn)定無誤，減少誤報(bào)。采樣空氣經(jīng)過過濾器進(jìn)入校準(zhǔn)的探測腔，處于激光的照射下，如果空氣中存在煙霧，探測腔中的激光會發(fā)生散射并立即被高靈敏度的接受系統(tǒng)所識別，該信號被處理后通過發(fā)光圖條、報(bào)警閾值指示器或圖形等方式顯示出來，探測器再通過繼電器信號傳輸給火災(zāi)報(bào)警控制盤。

2)特點(diǎn)。該類探測器的特點(diǎn)是對火災(zāi)初期能準(zhǔn)確定位，快速響應(yīng)，對極低和極高的煙霧濃度都可提供可靠的測量，在單一環(huán)境和小面積區(qū)域應(yīng)用性價(jià)比較高，一般應(yīng)用在250m2以下的小型空間，如機(jī)房、辦公室、機(jī)柜間等地方；大型高架立體倉庫中需要在各層貨架上布置采樣管，管線布置復(fù)雜，拆卸維護(hù)成本較高，另外該型號的探測器對環(huán)境場所要求比較苛刻，需要較為清潔的空間環(huán)境，否則，采樣管和探測主機(jī)容易受到污染，影響使用壽命且容易誤報(bào)。

3.3 紅外感煙探測器

紅外感煙探測器分為對射式和反射式，利用光學(xué)衰減原理實(shí)現(xiàn)探測功能，即利用煙霧粒子吸收或者散射紅外線光束的原理監(jiān)測火災(zāi)。

3.3.1 對射式紅外感煙探測器

對射式紅外感煙探測器是將發(fā)射器和接收器分裝于相對兩處，發(fā)射器發(fā)射的紅外光束經(jīng)過保護(hù)空間，到達(dá)對面的接收器。在正常情況下，發(fā)射器發(fā)出的紅外光束順利地被接收器所接受；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙霧擴(kuò)散到光束區(qū)域，對紅外光束起到吸收和散射作用，使接收器接收到的紅外光強(qiáng)度減弱；當(dāng)達(dá)到報(bào)警閾值的設(shè)定值時(shí)，接收器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號。但是以往的使用經(jīng)驗(yàn)證明，該類探測器存在無法有效識別外界環(huán)境光和自身紅外光的缺陷，另外該類型的紅外光束感煙探測器對于保護(hù)長度超過100 m以上的超大空間，由于受到紅外光強(qiáng)度的衰減原因，存在感煙靈敏度下降或者出現(xiàn)不報(bào)警的缺陷，目前該類型的探測器已經(jīng)淘汰。

3.3.2 反射式紅外感煙探測器

反射式紅外感煙探測器的發(fā)射器和接收器采取一體化結(jié)構(gòu)，探測器由發(fā)射管和接收管組成，是在對射式基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改良，在探測器對面位置設(shè)置特制的反射鏡片(三棱鏡)，使照射在鏡面上的光束能夠平行反射到接收器，接收管將收到的紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號，供微處理器分析處理。

該項(xiàng)目采用了FDL241-9-CN線型光束紅外反射式感煙探測器，該探測器綜合考慮了天氣、環(huán)境、光照、燈光、揚(yáng)塵等因素的影響，在探測器內(nèi)部設(shè)置了16位高算法CPU，對上述可能存在的干擾源進(jìn)行分析和對測量值予以持續(xù)的數(shù)字補(bǔ)償，從而維持探測器整個(gè)工作周期內(nèi)恒定的靈敏度，探測器受到污染時(shí)將會在控制器上予以報(bào)警告知，解決了對射式因長距離光強(qiáng)度衰減而靈敏度下降的技術(shù)缺陷，易于安裝維護(hù)，具有抗外部光源的干擾性能，有利于降低火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，且能解決點(diǎn)式感煙探測器在高度限制上的不足問題。

3.4 高清圖像型火災(zāi)探測器

高清圖像型火災(zāi)探測器主要利用計(jì)算機(jī)軟件識別視頻圖像的火焰、煙霧，根據(jù)探測區(qū)域火焰的形狀、光學(xué)特性以及變化趨勢等進(jìn)行主動的可視化報(bào)警，可對火災(zāi)進(jìn)行綜合性判斷，但是該類型探測器在高架倉庫中因遮擋問題而無法應(yīng)用。

通過以上分析對比，根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，高度大于12 m的空間場所應(yīng)選用光束感煙火災(zāi)探測器、吸氣式感煙火災(zāi)探測器或者圖像型火災(zāi)探測器，結(jié)合高架立體倉庫實(shí)際高度和條件，該項(xiàng)目采用了線型光束反射式紅外感煙探測器作為高架立體倉庫火災(zāi)報(bào)警探測器，探測信號進(jìn)入全廠火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與倉庫噴淋系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。立體倉庫東西向長度為105 m，南北向長度為40 m，高24 m，共布置了5組探測器，每組布置3層，每層的探測器的高度為7 m，探測器安裝在西邊庫房的墻壁上，長距離反射器安裝在東邊墻壁上，光束沿著貨架中的孔隙，巧妙地避開貨架內(nèi)自動堆垛機(jī)、機(jī)械手臂、貨物、托盤的遮擋。

4 設(shè)計(jì)和安裝時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

通過該項(xiàng)目大型立體倉庫中對反射式紅外感煙探測器的成功應(yīng)用，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中選用該種探測器時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：

1)該種探測器在實(shí)際使用中，為了保證其探測功能能夠有效的使用，在進(jìn)行前期的貨架結(jié)構(gòu)、貨物擺放、堆垛機(jī)、穿梭車的設(shè)計(jì)時(shí)，需要提前預(yù)留反射探測器的光束通過的空間，而且該空間不允許任何物體在運(yùn)行時(shí)被遮擋。

2)在確定選用該種探測器時(shí)，需要確保倉庫中無日光照射或者強(qiáng)紅外光輻射源場所、沒有大量粉塵、不屬于水霧或者可能產(chǎn)生蒸汽油霧等場所。

5 結(jié)束語

大型高架立體倉庫由于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間大的特殊性，尤其是儲存的一些化工產(chǎn)品，若發(fā)生火災(zāi)會產(chǎn)生無法預(yù)計(jì)的后果，因此，在進(jìn)行火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合高架立體倉庫具體情況，選擇合適的火災(zāi)探測器，能在最短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警，有助于降低立體倉庫的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。