船用光電感煙探測器安裝距離

張曉蕾

2019年，某船舶在港口國檢查時被指出艙室內(nèi)某型點型光電感煙探測器安裝間距11.5m超出FSS Code《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》探測器安裝距離要求0.5m問題。那么，探測器當(dāng)下安裝距離是否能夠保證其火災(zāi)報警特性呢？本文通過研究探測器工作原理，結(jié)合當(dāng)前探測器通用標(biāo)準(zhǔn)和靈敏度性能參數(shù)，試做推斷。

點型光電感煙探測器工作原理

點型光電感煙探測器是利用火災(zāi)煙霧對光產(chǎn)生吸收和散射作用來探測火災(zāi)的一種裝置，主要由發(fā)光元件和受光元件兩部分組成，如圖1所示。

正常由發(fā)光元件發(fā)出的光通過透鏡射到光敏元件上。發(fā)生火災(zāi)時，煙霧進入光電室，發(fā)光元件發(fā)出的光線被煙粒子散射，使得處于一定夾角位置的收光元件(光敏元件)的阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流。此光電流的大小與散射光強弱有關(guān)，并且由煙粒子的濃度和粒徑大小及著色與否來決定。當(dāng)煙粒子濃度達到一定值時，散射光的能量就足以產(chǎn)生一定大小的激勵用光電流，可以用于激勵遮光暗室外部的信號處理電路發(fā)出火災(zāi)報警信號。探測器安裝距離變大如何影響探測器的報警功能

探測器安裝間距變大，必然會在一定程度上降低進入探測器的煙霧濃度。進入到探測器的煙霧濃度降低，散射光就會變?nèi)酰罟怆娏饕矔冃?，如果探測器不夠靈敏，極有可能無法觸發(fā)火災(zāi)報警。因此探測器的靈敏度能否滿足當(dāng)下安裝距離的要求是問題的癥結(jié)所在。

感煙探測器的靈敏度

從定義上講，靈敏度是探測器對單位有效輸入量的敏感程度。靈敏度作為探測器的基本屬性，與時間無關(guān)，具有時不變性，但通常是入射粒子能量的函數(shù)。

影響光電感煙探測器靈敏度的因素有：光電接收器輸出信號，光源輻射功率和波長，煙霧粒子的濃度、粒徑，散射角、散射體積以及光敏元件受光面積。一旦選定了光學(xué)器件和確定光迷宮結(jié)構(gòu)，報警信號強度只與煙霧粒子濃度和粒徑有關(guān)。

火災(zāi)探測器的靈敏度可以通過試驗進行驗證，以檢驗其在模擬真實火災(zāi)環(huán)境下的響應(yīng)性能。目前，世界上公認(rèn)的感煙探測器靈敏度試驗標(biāo)準(zhǔn)，具有代表性的主要有歐洲的EN54-7、美國的UL268、日本的消防法,中國的GB4715（基本等同于EN54）。

圖1 點型光電感煙探測器原理

表1 EN54-9中感煙探測器靈敏度試驗內(nèi)容

表2 靈敏度等級

圖2 靈敏度等級劃分圖

FSS Code對于火災(zāi)報警探測器的相關(guān)要求源于EN54，該探測器由國內(nèi)生產(chǎn)廠家制造，滿足GB4715的要求。本文整理了EN54和GB4715中光電感煙探測器靈敏度試驗要求。

EN54-9：1984（2005年 納 入EN54-7）中對光電感煙探測器的靈敏度試驗要求如表1所示，對4只感煙探測器，依次按TF1-TF6的6種試驗火進行點火。試驗期間應(yīng)隨時測量△T,m,y等火災(zāi)參數(shù)。要求每只探測器在每一種試驗火結(jié)束前均應(yīng)發(fā)出火災(zāi)報警信號。根據(jù)4只探測器在6種試驗火中的表現(xiàn)，確定其靈敏度等級A、B、C和N (不動作)，靈敏度等級劃分見表2和圖2。除TF1和TF6試驗火之外，在其他4種模擬試驗火中探測器靈敏度等級必須在C級范圍內(nèi)，滿足該要求的探測器才可視為靈敏度測試通過。GB4715-2005《點型感煙探測器》中靈敏度測試方法與EN54中完全一致。

感煙探測器安裝距離要求

EN54-14《Fire detection and alarm systems-part14:Guidelines for planning, design，installation,commissioning, use and maintenance》中點型感煙探測器安裝距離要求如表3所示，天花板高度h<11m時，探測器最大中心距為15m。

GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》作為設(shè)計人員確定火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中探測器安裝數(shù)量與布局的主要依據(jù)，在特定的實驗條件下，通過4種典型試驗火試驗提供的數(shù)據(jù)，參照國外規(guī)范制定了表5中感煙探測器的保護面積和保護半徑。凡符合GB4715:2005標(biāo)準(zhǔn)的感煙探測器，其保護面積和保護半徑同樣符合表4規(guī)定。

探測器安裝間距，應(yīng)根據(jù)探測器的保護國積A和保護半徑R確定，且不超過圖E探測器安裝間距的極限曲線。其中D5、4D7-D11(含D9)曲線適宜于保護面積A=60m2、80m2、100m2、120m2，保護半徑R=5.8m、6.7m、7.2m、8.0m、9.0m和9.9m感煙探測器。

表3 點型感煙探測器保護半徑和天花板高度限制

表4 GB50116-2013中感煙探測器的保護面積和保護半徑

圖E 探測器安裝間距的極限曲線

表5 靈敏度型式試驗結(jié)果

可行性分析

該船點型光電感煙探測器靈敏度測試作為型式試驗項目在初次認(rèn)可時已按照EN54-7（GB4715-2005）的相關(guān)要求進行試驗，并確認(rèn)該型號探測器靈敏度等級為C級，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，型式試驗結(jié)果如表5。

通過研究點型光電感煙探測器工作原理、靈敏度測試標(biāo)準(zhǔn)，EN54-14和GB50116中探測器安裝距離要求，分析安裝距離對感煙探測器火災(zāi)報警的影響，從以下幾點給出本次事件中探測器安裝距離有效的可行性理論依據(jù)。

（1）該型感煙探測器按照GB4715標(biāo)準(zhǔn)（等同EN54-7）生產(chǎn)，滿足GB4715標(biāo)準(zhǔn)的感煙探測器即符合GB50116中探測器中心距（其中最小值11.6m大于11.5m）；

（2）該型感煙探測器按照EN54-7標(biāo)準(zhǔn)進行型式試驗，適用EN54-14中探測器最大安裝中心距15m；

（3）根據(jù)艙室火災(zāi)探測器的安裝數(shù)量，利用探測器安裝距離a、b與保護面積A和最大中心距（2R）的關(guān)系a*b=A和a2+b2=R2，結(jié)合探測器安裝距離極限曲線，也可以優(yōu)化探測器的安裝位置，保證每個探測器的保護作用發(fā)揮充分。

由以上分析可知，該船光電感煙探測器的靈敏度滿足要求，且安裝距離在極限曲線（圖E）范圍內(nèi)，符合EN54和GB50116的安裝距離要求，不影響探測器的火災(zāi)報警功能。

如上，在無法獲取直接試驗數(shù)據(jù)的情況下，從探測器工作原理角度分析安裝間距變大如何影響探測器火災(zāi)報警功能，找到放寬安裝距離的切入點。研究了EN54和GB4715中探測器靈敏度試驗方法及等級要求、國際和國內(nèi)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)中探測器安裝要求，結(jié)合實際產(chǎn)品型式試驗靈敏度測試結(jié)果，通過橫向?qū)Ρ鹊姆绞?，找出放寬安裝距離的切入點，整理出放寬船用光電感煙探測器安裝距離可能的理論依據(jù)。同時也為船舶消防設(shè)備的優(yōu)化布置提供了新的視角和思路。