極早期空氣分析火災預警在海上電氣設(shè)備間應用

劉云飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

引言

隨著近年來經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，我國的電力能源也在飛速發(fā)展，火災報警系統(tǒng)已有廣泛的應用，電氣設(shè)備間屬于高能密集型場所，海上平臺的環(huán)境更為復雜。傳統(tǒng)煙感探測器功能在可見煙階段，自動觸發(fā)火災報警信號。一般電氣設(shè)備間中，安裝煙感探測器位于房間頂部，對于處在相對密封環(huán)境內(nèi)盤柜的電氣設(shè)備來說，報警時間線會被拉長，甚至在劇烈燃燒階段才能被煙感火災探測器檢測到，此時遭受的損失是巨大的。

極早期火災預警系統(tǒng)，可以針對火災發(fā)生的第一階段進行火災預警，主動采樣功能可以及時有效的對電氣設(shè)備進行及早發(fā)現(xiàn)，及早預警。

1 極早期火災探測的工作原理

當材料過熱時，會有比可見光波長更小的粒子自然產(chǎn)生，并且其數(shù)量遠高于在正常的環(huán)境下所存在的微粒子數(shù)。Cirrus Pro IFD探測器利用Wilson Cloud Chamber(云霧室；粒子計數(shù)方式)技術(shù)來探測于火災極早期及其它各火災階段產(chǎn)生的次微米粒子數(shù)量?？諝鈽颖窘?jīng)由離心式風扇傳送到探測器，其中一部分被送入一個增濕器中。在接近 100%相對濕度的環(huán)境下，空氣樣本被導入云霧室。因為樣本被降溫及迅速的真空膨脹，導致水氣凝結(jié)在微米粒子的表面上，而形成＂云霧＂。因此，這些由于物質(zhì)在過熱狀況下所產(chǎn)生的大量粒子，被包覆成數(shù)量龐大的小水滴，而形成云霧，這些小水滴會被云霧室的測量系統(tǒng)探測。云霧的密度會用以相等比例的粒子數(shù)量來表現(xiàn)。探測的結(jié)果是一個連續(xù)的訊號，而相對應為微粒子的濃度，此訊號用來提供 4個順序階段的警報(即 預警、火災 1、火災 2、火災 3)。[1][2]

Cirrus Pro IFD 探測器有自我偵錯管理系統(tǒng)，會持續(xù)的監(jiān)視整個探測器系統(tǒng)是否正常的運作。有任何問題會立即有面板燈號(Fault；故障)、蜂鳴器及失誤繼電器發(fā)出警告。Cirrus Pro IFD探測器將失誤資料、背景粒子濃度及事件資料存貯在本機存貯器中，這些數(shù)據(jù)可以用Cirrus Pro窗口軟件來存取及輸出。遠程編程顯示器可以提供設(shè)定選項及顯示全部的數(shù)據(jù)，遠程編程顯示器可以安裝在探測器上或裝在遠程區(qū)域(如保護區(qū)外或監(jiān)控室)，利用網(wǎng)絡(luò)可監(jiān)控到32個探測器或遠程編程顯示器。

2 極早期火災預警系統(tǒng)組成

極早期火災預警系統(tǒng)分為兩部分：采集裝置、控制箱。

2.1 采集裝置

圖1 Cirrus Pro IFD 云霧室

類別 基本參數(shù)裝置最大容量 四管四區(qū)（四條管道分別可以檢測四個不同區(qū)域）。保護區(qū)域最大值 20000平方英尺（1858.06平方公尺）每個采樣孔最大覆蓋范圍 9.144m×9.144m最多采樣孔或采樣點數(shù) 100最少采樣孔或采樣點數(shù)： 2/每采樣管路探測區(qū)數(shù) 程控范圍可達四區(qū)警報門坎 四階/每區(qū)最大可容許采樣系統(tǒng)DT（傳送時間） 1區(qū)系統(tǒng) 120秒 2區(qū)系統(tǒng)90秒 3區(qū)系統(tǒng) 75秒 4區(qū)系統(tǒng)60秒最小可容許采樣系統(tǒng)DT（傳送時間） 6秒（多區(qū)系統(tǒng)）控制 按鈕式指示燈號 預警，火災1，火災2，火災3的LED燈號電源及故障LED燈號電力需求 21-27V dc 機器必須使用符合UL1481所列的電源供應器接點等級1A at 30V dc 4警報繼電器/每區(qū)（干接點）故障繼電器（干接點）輸出信息程控重置（Reset）、關(guān)閉（Disable）、增益（Gain）、隔離（Lsolate）、外部故障（External Fault）、主要電源故障（Mains Fail）、電池故障（Battery Fault）輸入信息 有聲警報，RS232 系列計算機接口資料保存 200個事件記錄‘Event Log’，歷史微粒子曲線圖水需求 蒸餾水，當周圍濕度低（＜50% R.H）或周圍濕度高（＞30℃）的環(huán)境，水的使用量會提高機器運作溫度 環(huán)境溫度 0-37℃相對濕度 0-95% (周圍無凝結(jié))Gain設(shè)定（靈敏度） 1-10(1=最小值，5=中間值，10=最高)

空氣采樣系統(tǒng)：設(shè)備廠家會提供每一個系統(tǒng)的取樣管路圖。此圖會顯示取樣管的尺寸，與到每個取樣點的大約長度。

Gain 設(shè)定： 1-10(1=最小值，5=中間值，10=最高)

(靈敏度) 備注：如果 Fire 3 設(shè)定 Gain 1，F(xiàn)ire 3 警報門坎不應超過 25%

圖2 采樣器組成圖

2.2 控制箱

控制箱主要功能為，數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、報警顯示、報警處理等功能。

2.3 系統(tǒng)安裝

1）在電氣設(shè)備間系統(tǒng)安裝，真空泵必須在電源連接前安裝好。真空泵安裝在機器的左下方，其透明的空氣管路連接至云霧室，電源線連接至電路板（母板）上。水瓶頂端有一個可轉(zhuǎn)開的連接器。

圖3 控制箱外觀圖

圖4 安裝示意圖

2）示例安裝在各變頻柜上，采集各柜體的空氣分析，可監(jiān)控各采樣管對應一管路柜體的安全性，為變頻柜的生產(chǎn)安全提供保障。

圖5 變頻柜極早期空氣采樣火災預警系統(tǒng)安裝示意圖

2.4 IFD云霧室型探測器的特點[2]

Cirrus Pro IFD探測器能夠在極早期階段的不可見熱釋粒子作為判定，探測在極早期階段之空氣中會充滿數(shù)量極高的不可見次微粒子，此粒子不因氣流因素而導致消失或稀釋，故IFD云霧室型探測器更加可靠，所獲得的預警時間更提早，且不因煙霧易受氣流而稀釋，到時無法在適當?shù)臅r候探測，當然也不會因為受灰塵等非燃燒粒子而產(chǎn)生誤報。

相對傳統(tǒng)點式感煙感溫探測器，雖然在海洋石油平臺電氣設(shè)備間應用廣泛，但此種靈敏度低，等達到一定溫度濃度才會報警，報警時間晚，無法滿足早發(fā)現(xiàn)。另一種傳統(tǒng)紅外對攝探測系統(tǒng)的運行原理，是當其所屬發(fā)射器與接收器之間的紅外線唄煙霧遮擋時，接收器所接收到的光強度會發(fā)生改變，報警器以其系統(tǒng)以普通攝像機觀察可見煙和明火的產(chǎn)生加上利用紅外攝像機觀測燃燒所產(chǎn)生的高熱作為報警依據(jù)，來判斷火災的發(fā)生。所以系統(tǒng)在火災發(fā)生的早期，由于既沒有可見煙，明火，也沒有大量的熱量產(chǎn)生的階段，不能過提供可靠的報警，從而錯過消滅火災隱患的最佳機會，IFD云霧室型探測器能夠主動采樣有靈敏度高，誤報率低，安裝調(diào)試靈活的特點。[3]

3 軟件界面及功能

通過IFD系統(tǒng)軟件的支持，可視化的顯示界面更能清晰的監(jiān)測各個采樣管的粒子等級；對于個采樣管進行編輯命名方便查詢，實時繪制圖形更直觀簡潔；事件日志功能方便記錄匯總為以后安全提供依據(jù)，

3.1 軟件功能及可視化界面介紹

1）所有的火災偵測器都有一個小控制盤，上面有 6 個 LED 的指示燈號及按鈕。

圖6 火災偵測器控制盤

指示燈號可自動分級可分成四個警報系統(tǒng)等級，先期警報及火災一、二、三 期，這些等級的設(shè)定點可以在 PC 上的委托選項中的靈敏性設(shè)定單元中測試。電源指示燈亮表示電源正常，當遠程電源故障時電源指示燈會閃爍，電源指示燈不亮表示設(shè)有電源提供此單元。

控制按鈕中沉默按鈕表示釋放動作的警報繼電器，且使內(nèi)建蜂鳴器靜音；重設(shè)按鈕表示實行沉默按鈕的功能，且清除任何目前的火災情況。

2）當啟動時，面板顯示器會顯示網(wǎng)絡(luò)上單元的數(shù)量。在菜單中選擇按鈕即可選擇想查看的偵測器單元，即可顯示目前采樣管的粒子等級。

3）當打開主菜單：

圖7 工程師主選擇清單

顯示可接受的選項，用”下”按鈕移動至需要的選項按“選擇”來移動選單上的選項,在此選單時按”離開”會回復到粒子等級顯示須要重新輸入密碼以回到此主選單。

一般規(guī)則：按上及下按鈕可在選單可接受的各選項中移動，選擇按鈕可改變反白選項的值移到下一個選單；接受按鈕表示儲存改變于偵測器單元中有些改變在完全執(zhí)行前須先重設(shè)、離開按鈕表示離開目前的選單，注意有些改變?nèi)匀槐３衷诖孙@示器中，直到按了接受按鈕后才會將改變送到偵測器單元中，按鈕持續(xù)的被按住可以短時間后會自動重復其功能。

4）實時圖形：可顯示約五分鐘的目前粒子及警報等級的實時圖形，如果有多個采樣管也可用按鈕來觀查其它的采樣管。

5）單元/管路、命名：顯示器接受各單元的命名，用上、下及編輯以選擇要被編輯的命名。

用左、右及離開按錄來選擇單元，要改變一個字符，用按鈕依次序來轉(zhuǎn)動符號及字母。編輯完成后，按離開回到單元/管路命名的顯示屏 當所有的命名都更正完成按接受將命名送到各單元中。如果接受按鈕沒有被按過按離開以離開此選單且保持命名不變。

6）事件日志及歷史曲線[1]

事件日志儲存單元中最后的上百個事件，最后的事件最先顯示，按下一個以顯示先前的事件，按兩者皆是改變只顯示火災事件。能夠紀錄設(shè)備運行狀況并存儲，不受斷電影響，對火災的各個階段完整紀錄，描繪火災生命周期的極早期階段，煙釋放階段、火焰釋放階段、和熱釋放階段的全部發(fā)展曲線。

4 結(jié)語

極早期空氣分析火災預警的成功研發(fā)及應用為海上電氣設(shè)備間的安全生產(chǎn)提供了支持與保障，主動采樣方式更靈敏更具時效性，全面可靠得維護電氣設(shè)備安全。目前該類系統(tǒng)已經(jīng)應用不僅限于海洋石油平臺，石油石化行業(yè)，陸地發(fā)電站等多個行業(yè)，主動采樣功能可以及時有效的對電氣設(shè)備進行及早發(fā)現(xiàn)，及早預警，有效的降低了火災風險。