危险化学品的危害和其检测第五章.docx
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危险化学品的危害和其检测第五章
第五章火灾自动报警系统
第一节火灾自动报警系统概述
一、危险化学品场所设置火灾自动报警系统的意义
危险品场所消防工作防范于未然非常重要的,但是及时发现火情有效灭火和处理也是很必要的,火灾自动报警系统就是为此目的而设置的。
一般可燃化学品发生火灾,蔓延速度非常之快,在极短的时间内由小变大,易被发现,火灾报警似忽意义不大。
但是也有例外,对于无人值班的可燃化学品场所;长距离分散生产或使用可燃化学品的场所;有自燃特性的危险品场所;以及其他无人看管易发生火灾的场所等,都有必要设置火灾自动报警系统。
实践证明,火灾自动报警系统是消防工作的重要工具。
二、火灾自动报警系统的组成
基本的火灾自动报警系统的组成如图5-1所示:
火灾报警控
制器
火灾报警装置
火灾探测器
消防联动装置
手动报警按钮
电源
图5-1火灾自动报警单元系统
一个单元火灾自动报警系统,可以设置多点火灾探测器和手动报警按钮,为系统的输入端。
火灾探测器自动监测火情,并输送火情信号到火灾报警控制器,手动报警按钮用于手动触发报警。
火灾报警控制器接收火灾探测器(或手动按钮)的信号后,给出指令,使火灾报警装置发出声光报警,同时指示出火灾报警的地址。
消防联动装置包括自动灭火设备,电话网络,广播网络和联锁控制设备等的接口装置,根据现场情况而设定。
火灾自动报警单元系统可单独设置,也可以由几个单元系统与中心控制器联网,构成中心火灾自动报警系统。
三、火灾自动报警系统设计的基本要求
1、火灾自动报警系统的设计,必须遵循国家消防法规,针对保护对象的特点,做到安全适用、技术先进、经济合理。
火灾自动报警系统的设计严格执行国家标准GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》。
2、火灾自动报警系统要与可燃危险品场所的消防作战方案密切结合,根据其要求和相关规范的规定,进行设计。
3、消防联动装置启动消防和联锁控制设备,要求有手动和自动两种功能,并可任意设定。
在自动状态下,火灾报警时,联动装置的启动应有一定的延时时间,以使操作人员判断,避免火警误报。
4、火灾自动报警系统的部件,要选择符合国家质量要求的产品。
5、报警区域内每个防火分区至少设置一个手动火灾报警按钮,且从一个防火分区里的任何位置至最近一个手动报警按钮的距离不应大于30m,并应设置在明显和便于操作的位置。
手动报警按钮距地面1.3~1.5m。
6、火灾探测器的选型和安装地点,要考虑现场可能着火点的位置和火灾特点,有利于快速报警,如果在室外安装,还要考虑风向,不要因为刮风影响报警。
第二节火灾探测器
一、概述
火灾探测器是火灾自动报警系统的基础部件,它的性能决定了系统的优劣,而系统的其他部分,虽然也很重要,但都是一般电子设备,属于配套设备,这里不做介绍。
根据不同的火灾燃烧现象研制的火灾探测器,有以下五类:
(1)感烟火灾探测器,包括了离子感烟探测器和光电感烟探测器;
(2)感温火灾探测器,包括定温和差温式探测器;
(3)气体火灾探测器,根据燃烧产生气体的不同,而有不同的探测器;
(4)感光火灾探测器,包括红外线式探测器和紫外线式探测器。
(5)复合式火灾探测器,例如感烟、感温和气体三合一式探测器,在国外已有产品。
从物质燃烧的基本概念出发,选择合适的火灾探测器来探测火灾的发生,是一个非常重要的课题。
因为任何一种探测器都不是万能的,而有一定的环境适应性,也就是有一定的使用局限性。
要想有效地发挥各种火灾探测器的作用,就要掌握各种火灾探测器的探测原理,以及它的适用场所,才能真正发挥其作用。
在火灾自动报警系统中,对于火灾探测器的选择,应考虑火灾初期物质的着火性和可燃性,因为这两个因素将决定火灾的初期情况。
通过实验和火灾案例的分析,火灾一般是在一个有限区域里开始蔓延,它要受许多因素的影响:
如可燃物的类别,可燃物的着火性,可燃物的分布,火灾荷载,着火区域条件,新鲜空气的供给和形成的温度等。
二、感烟火灾探测器
1、离子感烟式火灾探测器
感烟式火灾探测器是目前世界上应用较普遍、数量较多的探测器。
据了解,感烟式火灾探测器可以探测70%以上的火灾。
而感烟探测器目前应较广泛的又属离子感烟式火灾探测器。
因此,我们首先介绍离子感烟式火灾探测器的原理。
离子感烟式火灾探测器利用了放射性同位素放出的α射线的电离作用。
放射性同位素在火灾探测方面的应用,是原子能和平利用的一个重要方面,它也是近几十年才发展起来的一项新技术。
α射线是一种带正电的粒子流,也就是氦原子核流,带两个单位正电量;穿透能力很小,一张纸便可以将它挡住,但电离能力很大,在穿过空气时能使空气变为导电体。
(1)基本原理:
离子感烟火灾探测器利用两片放射性物质镅(241Am)α源构成两个电离室(检测电离室和补偿电离室)及场效应晶体管(FET)等电子元器件组成电子线路,把物质初期燃烧所产生的烟雾信号转换成直流电压信号,通过导线传输给报警控制器,发出声光报警信号。
电离电流是怎样形成的呢?
如图5-2所示,P1和P2是一相对的电极。
在电极之间放有放射源241Am,由于它持续不断地放射出α射线,α粒子以高速运动,撞击空气分子,从而使极板间空气分子电离为正离子和负离子(电子),这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性,实现这个过程的装置我们称它为电离电室。
如果在极板间P1和P2加上一个电压E,极板间原来作杂乱无章运动的正负离子,此时在电场的作用下,正负离子作有规则的运动。
正离子向负极运动,负离子向正极运动,从而形成了电离电流I3。
施加的电压E愈高,则电离电流I3愈大。
当电流增加到一定值时,外加电压再增高,电离电流也不会增加,此电流称为饱和电流I3,如图5-3所示。
图5-2电离电流形成示意图图5-3电离电流和电压的关系
电离室又可分为双极性和单极性两种。
整个电离室全部被射线所照射,电离室内的空气都被电离,我们把这种电离室称为双极性电离室。
所谓单极性电离室,是指电离室局部被α射线所照射,使一部分形成电离区,而未被α射线所照射的部分则为非电离区。
这样在同一个电离室内分为两个性质不同区域。
如图5-4所示。
我们把这个非电离区称为主探测区。
一般离子感烟探测器的电离室均设计成单极性的,因为发生火灾烟雾进入电离室后,单极性电离室要比双极性的电离电流变化大,也就是说可以得到较大的电压变化量,从而可以提高离子感烟探测器的灵敏度。
在实际的离子感烟探测器设计中,是将两个单极性电离室串联起来,一个用为检测电离室(也叫外电离室),结构上做成烟雾容易进入的型式;另一个作为补偿电离室(也叫内电离室),做成烟粒子很难进入的结构型式。
电离室采用这种串联的方式,主要是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对电离电流的影响,提高离子感烟探测器的环境适应能力和稳定性。
如图5-5所示。
图5-4单极性电离室示意图图5-5检测电离室和补偿电离室示意图
当有火灾发生时,烟雾粒子进入检测电离室后,
被电离的部分正离子和负离子吸附到烟雾离子上去。
因此离子在电场中运动速度比原来降低,而且在运
动过程中正离子和负离子互相中和的几率增加。
这
样就使到达电极的有效离子数更少了;另一方面,
由于烟粒子的作用,射线被阻挡,电离能力降低了
很多,电离室内产生的正负离子数就少。
这些微观
的变化反映在宏观上,就是由于烟雾粒子进检测电图5-6检测电离室和补偿
离室后,电离电流减少,相当于检测电离室的空气电离室电压一电流特性曲线
等效阻抗增加,因而引起施加在两个电离室两端分
压比的变化。
这从图5-6检测电离室和补偿电离室的电压一电流变化特性曲线可以清楚地看出,电压、电流的变化与燃烧生成物的关系。
从图5-6曲线看出,在正常情况下,探测器两端的外加电压V0等于补偿电压V1与检测室电压V2之和,即V0=V1+V2。
当有火灾发生时,烟雾进入检测室后,电离电流从正常的I1减少到I1ˊ也就是相当于检测室的阻抗增加,此时,检测室两端的电压从V2增加到V2ˊ,ΔV=V2ˊ—V2。
由于检测室与补偿室分压比的变化,即检测室的电压增加了一个ΔV,当该增量增加到一定值时,开关控制电路动作,发出报警信号。
并通过导线将此报警信号传给报警控制器,实现了火灾报警的目的。
(2)原理方框图:
离子感烟探测器的原理方框图如图5-7。
它由检测电离室和补偿电离室、信号放大回路、开关转换回路、火灾模拟检查回路、故障自动监测回路、确认灯回路等组成。
信号放大回路是在检测电离室进入烟雾以后,电压信号达到规定值以上时开始动作,通过同输入阻抗的MOS型场效应晶体管(PET)作为阻抗耦合后进行放大。
开关转换回路是用经过放大后的信号触发正反馈开关电路,将火灾信号传输给报警控制器。
正反馈开关电路一经触发导通,就能自保持,起到记忆的作用。
为了防止探测器至报警器间发生电路断线,或者探测器安装接触不良,探测器被取走等问题发生,故障自动监测回路能及时发出故障报警信号,以便及时检查维修。
图5-7离子感烟探测器方框原理图
离子感烟探测器的电路,是由许多电子元件组成的,电子元器件的损坏,将会导致探测器误报警或者不报警,为了及时检查电子元器件是否损坏,可以通过火灾模拟检查回路加入火灾模拟信号,即可及时发现问题,进行维护保养,提高探测器的可靠性。
2、光电式感烟探测器
(1)基本原理:
目前世界各国生产的典型光电感烟火灾探测器多为散射方式。
此种探测器的检测室内装有发光元件和受光元件。
在正常情况下,受光元件是接受不到发光元件发出的光的,因此不产生电光电流。
在火灾发生时,当烟雾进入探测器的检测室时,由烟粒子的作用,使发光元件发射的光产生漫射,这种漫射光被受光元件所接受,使受光元件阻抗发生变化,产生光电流。
从而实现了将烟信号转成电信号的功能,探测器发出报警信号。
其工作原理如图5-8所示。
图5-8散射光式光电感烟图5-9受光件阻抗
探测器原理示意图随烟浓度变化曲线
作为发光元件,目前大多数采用大电流发光效率的红外发光二极管;受光元件大多数采用半导体硅光电池。
受光元件的阻抗是随烟雾的增加而下降的。
变化曲线如图5-9所示。
烟浓度以减光率表示,单位是%/m,即每米内光减少的百分数。
(2)原理方框图:
光电感烟式火灾探测器的方框原理如图5-10所示。
它是由发光元件、受光元件和遮光体组成的检测室、检测电路、振荡电路、信号放大电路、抗干扰电路、记忆电路、与门开关电路、确认电路、扩展电路、输出(入)电路和稳压电路等组成。
图5-10光电感烟式火灾探测器方框原理图
光电感烟探测器是利用一套光学系统作为传感器的。
而光学器件是有一定寿命的,为了延长光学器件的寿命,特别是发光元件的寿命,一般不采用直流方案,而采用交流方案,即使发光元件发光时间缩短,间歇时间增长,同时又不影响探测器工作,振荡电路就是为此而设置的。
发光元件串接于振荡电路中,当电路起振时,发光元件发出周期性的脉冲光束。
一般脉冲宽度在100ms左右,脉冲幅度可根据需要进行调整;而脉冲间隔时间一般在5s左右,这样就可使发光元件的有效工作时间大大增加。
信号放大电路是在检测室进烟以后,发光元件发出的平行光束发生散射,使受光元件接受到光,阻抗降低,光电流增加,信号经放大后送出。
抗干扰电路是为了保证受光元件长期、稳定、可靠地工作,不受其他光(非火灾信号)的干扰。
放大器作为一个独立单元,全部装在一个屏蔽盒内,避免了各种干扰因素的干扰,提高了探测器的可靠性。
当探测器发出火灾报警信号以后,要求此信号能长期保持,即使是烟雾浓度降低或消失,火警信号也不能自动消失,记忆电路就起这种作用。
当火灾发生的时间、地点确认以后,认为火警信号不必存在时,可由人工复原,将火警信号消除。
记忆电路对火灾探测器是一个重要电路单元,是不能忽视的,规范上也有明确要求。
为了提高探测器的可靠性,更有效探测火灾,减少误报警,设置与门电路是非常
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