化工高大廠房、倉庫及罐區火災探測器的選擇及應用

趙瑞萍　張夏禹

航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司　蘭州　730050

化工高大廠房、倉庫及罐區火災探測器的選擇及應用

趙瑞萍*張夏禹

航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司蘭州730050

摘要火焰探測器是火災自動報警系統的組成部分，但在化工高大廠房、倉庫及罐區應用存在漏報誤報現象。本文簡介幾種特殊火焰探測器的原理及性能。同時根據工程實例，對火焰探測器在化工高大廠房中的選型、安裝進行了簡要說明，以供探討。

關鍵詞火焰探測器化工高大廠房倉庫及罐區

化工項目中生產廠房、倉庫及罐區大多為高大廠房和露天建構筑物。這些建構物內生產過程大多屬于高溫、高壓、連續生產，生產和貯存的原料、成品、半成品大都屬于危險物質，這些物質本身具有易燃易爆和揮發性，易造成火災或爆炸，一旦發生火災危險，其損失往往也是很大的。選擇適用于環境特征，對火災信號進行快速響應和準確識別的火災探測器能有效預防火災的發生，是在火災初期進行預警預報的一項重要措施。

1化工高大廠房、倉庫及罐區火災探測器的應用依據及背景

根據不同場所可按照《火災自動報警系統設計規范》GB50116-2013第5.1.1條第2、3款、第5.2.1條、第5.2.7條、第12.2.2條、第12.2.4條要求進行選擇探測器。

依據《火災自動報警系統設計規范》GB50116-2013中的各條款及目前國內對各種火災探測器的應用，感溫感煙型火災探測器大多用于民用建筑，并不適用于化工裝置的場合和環境特征。火焰探測器是化工裝置中首選火災探測器，但是由于在現場存在許多并非火焰的紅外光和紫外光輻射源,這些隨機出現的輻射能干擾火焰探測探頭的正常工作,以致使探測器產生誤報警,甚至真有火焰出現時,探測器反而不報警了。因此, 以往設計中在高大廠房(例如壓縮廠房、機修車間、包裝車間等)、罐區、露天裝置區均不裝設探測器。這無疑是化工裝置火災自動報警系統中的一個盲點。如何要求火焰探測器能夠根據它所探測到的信號,做出正確的分析判斷,區分究竟是“火焰”還是“干擾”,做到既不漏報警,也不誤報警。

2探測器的選型

根據火焰的光特性，火焰探測器有三種：對火焰中波長較長的紅外光輻射敏感的紅外火焰探測器(IR)；對火焰中波長較短的紫外光輻射敏感的紫外火焰探測器(UV)；同時探測火焰中波長較短的紫外線和波長較長的紅外線的紫外/紅外混合火焰探測器(UV/IR)。

在火災探測分析中，火災的能量輻射是一個重要因素，這些能量的30%-40%在不同頻譜范圍內以電磁輻射形式消耗。

紅外線火焰探測器(IR)是基于檢測火焰的高溫以及由火焰引起的大量的高溫氣體都能輻射出各種頻帶的紅外線的原理來探測火焰的。它不僅能探測到火焰發出的紅外射線，還能探測到與火焰相同波長的紅外射線，比如烤爐、燈、鹵素燈、太陽輻射等，易產生誤報。所以紅外線火焰探測器只適用于特定環境的高封閉場所。

紫外線火焰探測器(UV)是由于其波長較短，會被空中的空氣、煙霧、灰塵、煤氣和各種有機材料所吸收，在可燃物質燃燒或爆炸剛點燃的瞬間，會以極快的速度(3～4ms)輻射出較強能量的紫外線。某些隨機事件的UV輻射源如閃電、焊弧、閃電、火炬都能引起紫外線火焰探測器(UV)的誤報。

紫外/紅外混合火焰探測器(UV/IR)兩個傳感器的輸出信號采用“與門”的邏輯關系，在某些特定情況下，當紅外輻射源(如太陽光)與紫外輻射源(焊接)同時存在時，還是可能引起誤報警。

近年來出現在另外幾種形式的火焰探測器，如：IR2火焰探測器、IR3火焰探測器和UV/IR2復合火焰探測器。IR2火焰探測器是對4.3μm-4.5μm頻段火災主特性進行分析，同時感受兩個通道的輻射信息，并基于閃爍分析、超出某個閾值的輻射強度、兩個傳感器信號之間的比率這些參數處理輸入信號，這種火焰探測器減少了誤報警，但由于使用4.3μm傳感器進行火災識別，在長距離火災探測中容易受到大氣吸收的影響，所以IR2火焰探測器適合應用于室內和室外短距離探測。IR3火焰探測器通過分析火焰輻射特性：火焰輻射中最多的是燃燒物生成的熱CO2和H2O分子，從另一個角度看，火焰可以被看成在CO2發射頻帶很強而背景發射頻帶比較弱的紫外交變發射源。IR3火焰探測器選擇三個頻譜段：CO2頻譜發射頻段之內，CO2頻譜發射頻段之外，越過背景寬頻帶。三個(或多個)傳感器之間的數學關系，探測IR輻射的特定波長，區分火災和IR干擾源，對于每一個IR源是標準的，每個IR源有自已的IR頻譜特征，在三個源上面可以得到不同的信號比率，可以做到幾乎無誤報。同時由于火災陰燃的情況下盡管看不到火焰，但是會產生大量的CO2，IR3火焰探測器還可以探測陰燃階段的火災。UV/IR2復合火焰探測器結合了紫外火焰探測器(UV)和IR2火焰探測器的獨特的火焰分析技術，在沒有顯著減少靈敏度的前提下減少了火焰探測的誤報警，對誤報因素有特別高的抗干擾能力。

綜上所述，具有高靈敏度，對誤報警有很好的免疫力，保護范圍大的IR3和UV/IR2火焰探測器更適用于化工高大廠房、倉庫及罐區。

當然，化工高大廠房、倉庫及罐區大多為易燃易爆場所，根據其環境特征，選擇適于其防爆等級和防護等級的產品也是必須要考慮的要素之一。

3探測器的應用

以某化工廠壓縮廠房火焰探測器的設置為例，探討探測器的應用。

3.1工程概況

某化工廠內氨壓縮廠房長36.4m，寬22.5m，高21.8m，共兩層，一層層高9.5m，二層層高12.3m，有頂無墻。廠房內布置有壓縮機、潤滑油站、汽輪機、凝結水泵及其它工藝設備。屬2區爆炸危險場所，其一層平面布置見圖1。

圖1　壓縮廠房火焰探測器平面布置

3.2火焰探測器的選型

該廠房屬高大廠房，其內易燃易爆物質為NH3、CO和H2，燃燒產物多為CO2和H2O，綜合分析火焰探測器的敏感度、探測范圍、探測距離和響應時間，選擇IR3三波段火焰防爆探測器。

3.3火焰探測器的安裝

火焰探測器一般安裝在保護區內最高目標高度兩倍的地方，探測范圍應涵蓋所有目標和需要保護的地區，而且要方便定期維護。

在探測的有效探測范圍內應避免障礙物的阻擋， 包括玻璃等透明材料和其他隔離物。

應保證保區內可能發生的火災直接入射探測器，盡量避免間接入射和反射。

探測器安裝時一般向下傾斜30°～45°，能同時探測下方和前方，還可以降低鏡面受到污染的可能。

為避免探測死角，一般在探測器對面的角落安裝另一臺探測器，同時也能在其中一臺探測器出現故障時提供備用。

根據該廠房的工藝、管道、起重機、燈具布置，綜合分析各方位的特征，確定火焰探測器安裝方式為壁掛式，高度為8m，其布點見圖1。

3.4火災自動報警系統

在進行火焰探測器選型和采購時盡量選擇與全廠火災自動報警系統同一廠家的設備，以避免出

現不兼容的情況。如選擇不同廠家的設備，需在每個探測器上安裝單輸入/單輸出模塊后再接入火災自動報警系統，模塊安裝位置根據現場情況確定。

4結語

化工高大廠房、倉庫及罐區多屬于火災或爆炸環境場所，傳統的感溫探測器因采用熱電信號傳感器，周圍環境直接影響感溫探測器，誤報率高。根據火焰的光特性，選擇適合環境的火焰探測器，做到不漏報、不誤報，在火苗剛剛燃起或陰燃階段，火焰探測器就能探測到，為快速采取滅火措施提供可能，且可最大限度避免和減少火災的發生。

參考文獻

1GB50058-2014,爆炸危險環境電力裝置設計規范[S].

2GB50160-2008,石油化工企業設計防火規范[S].

3GB50116-2013,火災自動報警系統設計規范[S].

(收稿日期2016-03-28)

*趙瑞萍：工程師。2001畢業于蘭州工業高等專科學校。從事電氣電信設計工作。聯系電話：13919306949，Email:zhao-rp@163.com。