核電站用離子感煙火災探測器設計

郝建智

【摘 要】貫徹落實安全第一的方針是核電站運行管理所必須的；為了預防核事故的發生，限制可能產生的危害，必須采取充分的措施保證質量，保障核電站的正常運行。核電廠保障核安全的重要一項就是消防安全， 通過分析核電發展史可以看出， 核電廠火災與核事故在一定條件下是可以相互轉化的，尤其是在較為嚴重事故條件下。因而火災被當作重要的外部和內部共模事故來考慮。美國有關部門的火災概率安全分析（PSA分析 ）表明：火災對核電廠總的堆芯損壞頻率的作用可能高達55%，而總火災頻率（平均）達0.28 次/堆年，比核事故的設計基準事故頻率高得多。財產損失方面，國際核電保險集團的統計數據表明：若按保險索賠計算，火災造成的財產損失占到核電廠總財產損失的80%-90%。核電消防安全中最核心的部分，為火災自動報警系統。自動報警系統的系統的最基礎部分為火災探測器，核電站廣泛使用的離子火災感煙探測器對系統穩定運行可靠尤為重要。

【關鍵詞】自動報警；離子感煙

核電站是集廠房、倉庫、行政辦公樓、保安樓、多條電纜隧道等組成的大型工業建筑群。火災自動報警系統及消防聯動控制系統一般包括以下幾部分系統設備：火災探測系統、火災報警控制系統、聯動控制協調、CRT火警圖形顯示系統、火災報警現場顯示系統、極早期報警系統。

火災探測器為該系統最為基礎的部件，是一種監視火災產生的某些物理，化學現象并自動給出火災信號的傳感器件。火災探測器是系統的“感覺器官”，它的作用是監視環境中有沒有火災的發生。一旦有了火情，就將火災的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光強等轉換成電信號，并立即動作，向火災報警控制器發送報警信號。對于易燃易爆場合，火災探測器主要探測其周圍空間的氣體濃度，在濃度達到爆炸下限以前報警。在個別場合下，火災探測器也可探測壓力和聲波。根據火災探測器探測火災參數的不同，可以劃分為感溫、感煙。感光、氣體和復合式等幾大類。

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

離子感煙探測器在整個氣溶膠粒子的譜線上具有極寬的靈敏度，對不可見的陰燃煙有較好的響應，這是常見光電感煙探測器所不可比擬的。對明火燃燒響應與陰燃火響應一樣好。在核電站這樣的特殊工廠，我們很難提前預測火災如何發展，離子感煙探測器是比較理想的火災探測器。

根據核電站的特殊性，及火災初期載荷的復雜性，核島區域內推薦使用離子感煙探測器。

1 電離室設計

離子型感煙探測器是在一個電離室中裝有電極和α射線放射源，由α射線引起空氣電離，使電極之間導通。當煙粒子進入電離室內后，使電離電流發生變化，通過電子線路檢測出此變化后報警。

離子感煙探測器由一個放射源（如Am241）、外置的采樣室和內置的離子參考樣本室組成，當放射源照射空氣中的物質時，一部分物質變成帶正電的離子，另一部分物質變成帶負電的離子。帶正電的離子和帶負電的離子在電場的作用下形成了一個電場，。當煙霧進入采樣室后與帶電的離子結合，帶電離子數量的減少使電場電壓產生了變化，煙霧越多越濃電壓變化就越大。

該探測器使用獨特的單源雙室結構，一個α放射源供測量電離室與比對電離室共同使用，不但節約放射源的使用，還能大大提高電離室對環境響應的反應速度，減小電離室體積。

2 電路設計

采用電離室為傳感器，經阻抗變換后輔以火災報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合，對消除瞬時干擾效果明顯。能診斷出探測器大多數元器件自身的故障。在杜絕漏報和減少誤報方面取得了進展。因此，它將是可靠性極高的火災探測器。

3 核電站環境對探測器的特殊要求

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

4 離子感煙探測器響應閾值

離子感煙探測器的響應閾值，即用y值（無量綱）表示的探測器動作時刻的煙濃度，用離子煙濃度計測量。離子煙濃度計利用抽氣方法連續地采樣并連續地測量煙濃度。離子煙濃度計是由電離室、電流放大器及抽氣泵組成。通過抽氣泵使含有煙粒子的空氣擴散到電離室內的“測量體積”中。“測量體積”中的空氣被α射線電離。因此，當兩電極間加上電壓時，便產生電離電流，電離電流受煙粒子作用發生變化。電離電流的相對變化作為衡量煙濃度的一個尺度。

5 結論

該離子感煙火災探測器靈敏度較高，對各種火災的煙粒子均有良好響應，配以抗干擾措施，用于復雜的核電站環境。單源雙室的電離室配合單片機控制電路使探測器穩定可靠工作，減少誤報率，適合核電站復雜火災載荷的環境使用。

【參考文獻】

[1]GB4715-2005 點型感煙火災探測器.

[2]焦興國.火災探測器原理、設計與應用[M].群眾出版社.

[責任編輯：田吉捷]