大型泵站火災(zāi)自動報警技術(shù)探討

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230601）

為確保泵站工程的安全運行，《水利水電設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定“大中型水力發(fā)電廠、泵站、水閘及其通航設(shè)施等水利工程，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)”。在實際工作中，必須要結(jié)合大型泵站的具體環(huán)境特點，選擇合適的火災(zāi)報警裝置及火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

1 大型泵站的環(huán)境特點

（1）自然環(huán)境較為惡劣。大型軸流泵站的水泵層、流道層、聯(lián)軸層、主變壓器室、開關(guān)柜室等場所，基本包括了高溫、高濕、粉塵、油污、高速氣流、高電磁輻射等幾乎所有的惡劣環(huán)境條件。

（2）高大空間與窄小空間并存。泵站的主廠房電機層高度通常達(dá)到十幾米，屬于高大空間，而電纜夾層、電纜廊道、電纜溝、電纜橋架、機柜等又屬于窄小空間。尤其是設(shè)備機柜，柜內(nèi)電氣設(shè)備及線纜較多，火災(zāi)危險性較大，又不利于常規(guī)探測器的安裝，往往處于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的盲區(qū)。

（3）人員稀少、人員疏散壓力小。近些年隨著泵站自動化水平的提高，泵站所需的運行維護人員也越來越少，除了日常的巡檢以外，現(xiàn)場已基本不需要運行管理人員。

（4）機電設(shè)備造價昂貴，一座大型泵站的總投資約幾億至十幾億元，其中機電設(shè)備造價約占總投資的五分之一到三分之一，越是設(shè)計先進(jìn)的泵站，機電設(shè)備所占比例越高。

2 火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的過程

第一階段：不可見煙階段，此階段空氣中產(chǎn)生直徑較小的煙霧氣溶膠，空氣中能聞到糊味，但未產(chǎn)生可見煙。

第二階段：陰燃可見煙階段，此階段產(chǎn)生大量可見煙，但未見明火。

第三階段：明火階段，產(chǎn)生大量光輻射和熱輻射。

第四階段：高溫階段，持續(xù)的熱輻射導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生點周邊溫度急劇升高。

3 常用火災(zāi)報警探測器及其特點

3.1 感煙探測器

（1）動作原理

光電感煙探測器以及紅外光束感煙探測器的動作原理是根據(jù)煙粒子對光線的吸收和散射作用探測空氣中煙霧的濃度及變化率。離子型感煙探測器的動作原理是探測煙霧粒子對離子正常運動的干擾。其中光電感煙探測器最為常見，應(yīng)用范圍最廣。

（2）分類

主要包括光電感煙探測器和離子感煙探測器以及紅外光束感煙探測器。

（3）優(yōu)點

①報警時間相對較早，在燃燒過程的第二階段發(fā)出報警；②結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠；③造價較低，適應(yīng)性廣。

（4）缺點

①由于探測過程是被動的，探測時間除了取決于探測器本身的探測性能外，還取決于煙氣擴散至煙室（離子型感煙探測器為電離室）的過程的快慢；②由于煙氣濃度在擴散過程中會被稀釋，所以光電和離子感煙探測器不適用于高大空間；③離子感煙探測器和紅外光束感煙探測器易受油霧、粉塵蒸汽等干擾，紅外光束感煙探測器不適用于振動較大的場所。

3.2 感溫探測器

（1）動作原理

感溫探測器的動作原理是感知被保護區(qū)域溫度的絕對值和變化值是否超過閾值，從而發(fā)出報警信號。

（2）分類

按動作原理分為定溫式、差溫式以及差定溫式，按感溫部件形式分為點型感溫探測器、纜式感溫探測器、分布式光纖式感溫探測器、空氣管式感溫探測器等。

（3）優(yōu)點

①安裝方便；②造價低廉；③動作可靠。

（4）缺點

報警時間較遲，感溫探測器報警信號在第三、第四階段之間發(fā)出。

3.3 火焰探測器

（1）動作原理

火焰探測器是探測火焰燃燒所產(chǎn)生的光輻射能量（火焰光照度）和火焰的閃爍頻率，發(fā)出報警信號。能從周圍環(huán)境中存在的自然光和人工光中鑒別出發(fā)生火災(zāi)時的輻射光束。

（2）優(yōu)點

①響應(yīng)速度快；②探測距離遠(yuǎn)；③環(huán)境適應(yīng)性好。

（3）缺點

①價格高；②報警時間較遲，在第三階段。

3.4 圖像型火災(zāi)探測器

（1）動作原理

圖像型火災(zāi)探測器是基于視頻分析和數(shù)字處理技術(shù)的探測器，避免了傳統(tǒng)探測器受紅外線紫外線溫度等環(huán)境因素影響的缺點，可用于室內(nèi)外大空間、高溫、高危等場所。

（2）優(yōu)點

①探測距離遠(yuǎn)，特別適合室外、隧道、室內(nèi)高大空間使用；②探測靈敏度高、響應(yīng)速度快；③報警時間較早，在第二階段和第三階段之間。

（3）缺點

①系統(tǒng)造價較高；②易受油霧、粉塵、蒸汽等干擾。

3.5 氣體采樣分析探測器

（1）動作原理

氣體采樣分析探測器的動作原理是從被保護區(qū)域主動抽取氣體樣本進(jìn)行分析，將空氣樣本送入激光腔，在激光腔內(nèi)利用激光照射空氣樣本中煙氣含量是否設(shè)定的報警閾值，從而發(fā)出報警信號。

（2）優(yōu)點

①報警時間早，是目前唯一能在第一階段就發(fā)出警報的探測器；②主動吸氣，靈敏度高；③抗干擾能力強；③安裝靈活，適用于各種空間。

（3）缺點

①造價較為昂貴；②采樣管保養(yǎng)維護工作量大，尤其在粉塵較大的內(nèi)陸地區(qū)，設(shè)備運行一段時間后，采樣管上的空氣采樣孔會被污物堵塞，影響采集效果。

4 適應(yīng)于大型泵站的火災(zāi)報警系統(tǒng)

4.1 適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的火災(zāi)報警裝置

由于大型泵站的自然環(huán)境綜合了高溫、高濕、粉塵、油污、強電磁輻射等各種惡劣條件，大型泵站的火災(zāi)自動報警裝置需要適應(yīng)泵站內(nèi)的各種惡劣環(huán)境，在各種惡劣工況下能夠穩(wěn)定運行，并把故障率和誤報率控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

4.2 以保護設(shè)備為主要目的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

（1）保護設(shè)備安全成為首要考量因素

現(xiàn)行的大部分消防規(guī)范的宗旨是保護人身財產(chǎn)安全，保護人身安全是第一位的。因此各種消防規(guī)范中火災(zāi)報警裝置、消防滅火設(shè)備的選擇和設(shè)置均以保障人員安全疏散作為最重要的前提條件。

與大部分工業(yè)與民用建筑不同，大多數(shù)大型泵站均按“無人值班（少人值守）”模式進(jìn)行設(shè)計，隨著泵站自動化水平的提高，泵站所需的運行管理人員越來越少，而泵站的機電設(shè)備卻越來越昂貴。火災(zāi)引起泵站功能喪失造成的政治影響以及機電設(shè)備的損毀造成的經(jīng)濟損失已成為首要考量因素，因此，設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的主要目的已經(jīng)由保障人員安全轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo機電設(shè)備的安全。

（2）由火災(zāi)報警向火災(zāi)預(yù)警發(fā)展

現(xiàn)有的以探測可見煙、光、熱等為報警手段的報警設(shè)備大都是在火災(zāi)發(fā)展的第二階段以后才發(fā)出警報，此時火災(zāi)已經(jīng)對機電設(shè)備造成了不可逆的損毀，無法起到預(yù)警效果。如果要達(dá)到火災(zāi)報警保護機電設(shè)備的效果，就必須在火災(zāi)發(fā)展的第一階段以前就要發(fā)出火災(zāi)警報，把它定義為“火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)”。

4.3 幾種具有部分火災(zāi)預(yù)警功能的火災(zāi)警報裝置

（1）空氣采樣分析探測器

空氣采樣分析探測器能夠在火災(zāi)發(fā)生第一階段就發(fā)出警報，報警時間早、適用范圍廣、抗干擾能力強，是比較理想的適合泵站特點的火災(zāi)預(yù)警裝置。但它的缺點是不適用于灰塵較大的內(nèi)陸地區(qū)。在運行一段時間后，掃描儀內(nèi)灰塵的堆積會影響設(shè)備正常運行，還會堵塞采樣孔。目前已有廠家研制出帶自清潔功能的掃描儀，但采樣孔的堵塞還是個難題。因此，當(dāng)務(wù)之急是研制一種自帶清潔功能的空氣采樣分析探測系統(tǒng)的采樣孔。

（2）纜式感溫探測器和光纖分布式感溫探測器

纜式感溫探測器和光纖分布式感溫探測器由于直接纏繞在電纜和機電設(shè)備上，能直接監(jiān)測設(shè)備的異常溫升，因此也具備部分預(yù)警功能。

（3）具備測溫功能的熱成像攝像機

熱成像攝像機具備將熱成像溫度信號數(shù)字化的功能，相對于纜式感溫探測器和光纖分布感溫探測器，熱成像攝像機反應(yīng)速度更快、信號反饋更為及時。

以上幾種火災(zāi)警報裝置均具有部分火災(zāi)預(yù)警功能，但它們只是具有單一功能的設(shè)備，還不能構(gòu)成完整的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。

5 智慧化的火災(zāi)預(yù)警解決方案

2017 年底公安部消防局發(fā)布《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，按照《消防信息化“十三五”總體規(guī)劃》要求，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)，全面促進(jìn)信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合。

5.1 物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)下的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

比如纜式感溫探測器和光纖分布式感溫探測器，能夠向系統(tǒng)提供設(shè)備運行的溫度信號。如果僅僅以溫度信號作為依據(jù)，很難做出準(zhǔn)確的判斷。但如果把溫度信號與現(xiàn)場的視頻信號、油溫油壓、回路的電流電壓信號、氣溶膠濃度等綜合在一起，然后與后臺大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，就可以準(zhǔn)確地判斷設(shè)備運行的狀態(tài)，從而在設(shè)備故障剛剛處于萌芽狀態(tài)、火災(zāi)尚未發(fā)生時就能發(fā)出預(yù)警信號。

5.2 具備人腦功能的智慧消防系統(tǒng)

發(fā)展智慧消防系統(tǒng)的首要標(biāo)志是不依賴于人的火災(zāi)判定。雖然火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的自動化程度很高，但有些環(huán)節(jié)還是需要人為干預(yù)。譬如當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，泵站需要停機并采取滅火措施。但由于火災(zāi)報警設(shè)備均有一定的誤報率，為了減少誤報造成的不必要的經(jīng)濟損失和人身傷亡，需要人工確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生后再采取停機和相應(yīng)的滅火措施。

消防系統(tǒng)在綜合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)后，具備了人腦的功能，成為智慧消防系統(tǒng)。智慧消防系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)平臺的支持下，能夠?qū)π蝿葑鞒鰷?zhǔn)確判斷，并及時采取應(yīng)對措施。

6 結(jié)語

隨著我國智慧水利、智慧消防的應(yīng)用和發(fā)展，泵站火災(zāi)報警系統(tǒng)也必然向以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為基礎(chǔ)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)型。作為設(shè)計單位應(yīng)順應(yīng)智慧消防的要求，制定出適合泵站特點的火災(zāi)報警（預(yù)警）方案。作為消防設(shè)備生產(chǎn)制造廠商應(yīng)準(zhǔn)確把握這一發(fā)展趨勢，制造出適合泵站特點的智慧消防產(chǎn)品■