典型大空間火災探測器選型

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

船舶的大空間場所與其他場所相比，涉及的系統和設備更加復雜，火災危險源更多，如固體可燃物火災、液體燃料火災、電氣火災等，均可能在典型大空間中發生，一旦發生火災，造成的危害性極大。根據國外的事故統計，典型大空間火災在大型船舶火災中占有較大比例，且造成的經濟和軍事損失重大。根據消防系統“早期探測、快速滅火”的要求，火災探測系統對抑制初期火災并控制火災蔓延可以發揮關鍵作用[1-2]。

在火災探測系統中，火災探測器是一個關鍵元件，火災探測器的選擇將直接影響火災探測的效果與靈敏度。任何一種火災探測器都有一定的環境適應性，要有效發揮火災探測器的作用，必須掌握其特點并結合實際環境合理選用，才能早期發現火警，及時采取滅火措施，減少火災損失。由于船舶典型大空間內可能存在較多的設備，且可能存在易揮發的燃料氣體以及其他可燃物，環境條件尤其特殊，因此，對火災探測器的選擇也尤為困難[3-4]。針對船舶典型大空間火災的特點，介紹典型大空間內火災探測器的種類，探討典型大空間內火災探測器的選型。

1 艙室火災探測技術現狀

在民用領域，隨著科學技術發展以及對火災探測要求的不斷提高，早期的火災探測手段從技術性能、使用經濟性等方面逐漸暴露出短板，促使火災探測手段隨之不斷發展。近年來，對射/反射式紅外光束感煙探測技術、吸氣式感煙探測技術、火災圖像探測技術、線型光纖感溫探測技術等，得到研究并已應用于相關領域，例如：英國apollo公司的反射式紅外光束感煙探測器，最大探測距離可達50 m；澳大利亞xtralis公司和瑞士securiton公司的吸氣式感煙探測器覆蓋空間大，探測靈敏度高；美國DHF-intellvision圖像型火災探測器，為大空間倉庫火災的探測提供較好選擇；英國Sensa公司、德國APSENSING公司、德國Lios公司的線型光纖感溫探測器，單個探測器探測距離可達數千米[5-6]。

民用火災探測技術，多以高大空間、大型倉庫等為應用背景，以探測距離遠、覆蓋面積大、反應速度快等技術特性為目標進行研究和設計，新型火災探測技術在保證火災探測經濟性的同時，進一步突出并提升火災的早期發現和預防能力。

2 典型大空間火災的特點分析

典型大空間火災不同于其他火災，由于典型大空間面積大、層高較高、存放可燃物、燃油、相關設備布置密集、環境條件差，所以典型大空間火災具有爆炸性、大面積流淌性、立體性、火勢發展快等特點，同時由于典型大空間早期火災具有難以及時探測和發現的特點，一旦發生火災，滅火難度非常大，損失難以估量，后果相當嚴重。

從火災類型來看，典型大空間主要有油面火、溢流火、物體障礙火、燃油蒸氣火、電氣火等多種火災類型。從火災危險源來看，典型大空間火災主要來源于燃油以及其他滑油等。一旦燃油泄漏并被點燃而不能及時探測到火情，火勢會快速蔓延至相鄰區域。因此，對燃油火的探測成為典型大空間火災控制的關鍵。

3 探測要求

根據上述典型大空間火災特點分析，典型大空間火災探測器選型要求如下。

1)響應速度快，能早期探測。由于典型大空間火災發展速度快，在火災早期探測到火災才能有效啟動措施并進行有效滅火。

2)可靠性高，具有虛警免疫能力。虛警帶來的傷害有兩種：①可能會啟動滅火措施并對大空間內設備造成損害以及人員的人身安全造成傷害；②對船員的心理造成嚴重影響和負擔。

3)全覆蓋立體探測，避免盲點。典型大空間危險源較多且分布廣泛，由于障礙物的遮擋等因素，導致探測死角。

4 探測器選型

火災過程中會產生大量煙霧，并發出大量的紅外和紫外電磁輻射，體現為發光和發熱。根據典型大空間火災的具體狀況，其電磁輻射包含IR、UV和可見光部分。目前，火災探測技術主要包括：感溫探測、火焰探測、感煙探測。

4.1 感溫探測器選型

由于燃燒過程中會發出大量的熱量，通過輻射和傳導等方式，隨著煙氣在空間內進行蔓延，使得空間的溫度上升。通過感知火災溫度即可實現火災探測。該方法的局限性是探測距離近，反應速度慢，在空間大、高度高的典型大空間內，當火勢發展到足夠激發其報警門限時才能給出報警信號，顯然不適合，因而典型大空間火災探測方法和探測器的選擇主要集中在火焰探測、感煙探測以及視頻探測等方面。

4.2 火焰探測器選型

在火災探測距離和探測速度方面，火焰探測器具有非常明顯的優點，原因是電磁輻射距離遠、速度快(光速)，且不受風環境的影響，因此，火焰探測器成為典型大空間火災探測系統的理想選擇。火焰探測技術包括：單波段紅外火焰探測技術、紫外火焰探測技術、紅外/紫外火焰探測技術、雙波段紅外火焰探測技術、雙波段紫外火焰探測技術以及三波段紅外火焰探測技術等。

1)單波段紅外火焰探測技術的缺點較為明顯，太陽光、照明以及具有一定溫度的物體都能對探測結果產生干擾，復雜環境下誤報率較高。

2)紫外火焰探測器探測距離較近，不適合典型大空間環境。

3)雙波段紅外/紫外火焰探測器，雖然在性能上優于單紅外和單紫外，但依然受紫外/紅外光源影響以及濃煙、蒸汽等影響，不太適用典型大空間環境下使用。

4)三波段紅外探測器在保證探測距離的前提下，兼顧了報警準確率，是現階段性能最好的火焰探測器，且該型探測器在船舶消防系統中得到了大量應用。

4.3 感煙探測器選型

感煙探測器主要有：點型感煙探測器、光線型感煙探測器和吸氣式感煙探測器等。對燃油來說，火災煙氣產物主要是炭顆粒等，在理論上多種類型的感煙探測器都能夠探測到該類型的煙氣，但是要確保對火災發生初期煙霧進行及時可靠探測，將面臨的主要困難：煙霧在擴散過程中被氣流稀釋，很難達到傳統探測器的報警閾值。

1)點型感煙探測器，屬于被動式探測。受到典型大空間層高、氣流等影響下，導致煙霧在上升過程中被稀釋、冷卻，難以達到探測器的報警閾值而無法報警或延遲報警，因此，典型大空間感煙探測器不宜采用點型感煙探測器。

2)光線型感煙探測器，在高大空間使用效果要好于點型感煙探測器，其需要一個發射器和接收器(或反光器)，光路上不能有遮擋，在典型大空間復雜環境下布置難度大，且探測靈敏度比點型感溫探測器要低。因此光線型探測器也不是典型大空間火災探測的理想設備。

3)吸氣式感煙探測器，采用主動吸氣方式，縮短了煙霧到達探測器的時間。該類型探測器對于因環境風速影響導致的副作用相對較小，其靈敏度范圍較寬。因此，感煙探測器更適合選用吸氣式感煙探測器。

5 結論

針對典型大空間空間大、層高高、環境條件差等因素以及典型大空間火災具有爆炸性、大面積流淌性、立體性、火勢發展快速性等多種火災特點，結合典型大空間火災探測早期探測、虛警免疫的要求，典型大空間采用火焰探測、感煙探測更為適宜。另外，輔助采用視頻監視等手段，可對早期發現典型大空間火警，及時采取滅火措施，減少火災損失起到重要的作用。