贺文秀,华长妍

(中海油惠州石化有限公司,广东 惠州 516083)

近些年随着大型石化项目陆续在中国建成，与之配套的大型自动化立体仓库应用而生，立体仓库的智能化技术水平也在不断地提高，可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化；提高空间利用率，具有先进的物理系统，提高了企业的生产管理水平，同时对其安全运行中火灾预防的时效性提出了更高的要求。因此，对于火灾探测器的合理设计和准确选型直接决定了整个立体仓库的火灾自动报警系统的设置水平，从而对后期仓库的生产运营过程中可能发生的火灾隐患及火灾事故进行监控，对避免火灾的发生和初期灭火起着重要的作用。

1 高架立体仓库概况

某项目新建智能立体仓库是由2套空桶堆垛机、3套重桶堆垛机、6台环形穿梭车、10套进出库平台、5套托盘、3套移动捆扎机和设备之间的连接辊道组成的综合智能控制的大型高架立体库。库房占地为100 m×43 m×24 m，货架的外形尺寸为72 m×20 m×19 m。

2 火灾报警系统设计理念

考虑到立体仓库的空间大，辅助设备的安装运行空间复杂，货架之间的空间狭小等因素，对火灾自动报警系统设计提出比较高的要求，需要确保仓库在生产过程中应用状况的良好性，实时监控仓库处于安全应用状态，提升该报警系统的潜在应用价值。在设计时需考虑如下几个方面：

1)火灾报警系统中的物资和人员安全保障。

2)火灾预防的有效性。

3)火灾报警设备的投资费用和维护费用。

3 火灾报警系统探测器的选型分析

3.1 传统点式感温探测器

传统点式感温探测器，通常有感温光纤和感温电缆，该类型的探测器灵敏度高，对烟气能够即时的探测报警。

3.1.1 感温电缆

感温电缆又称缆式线型感温火灾探测器或热电偶型测温电缆，利用热电效应原理，通过K型热电偶作为测量元件，能够连续产生与其长度所及范围内的最高温度点相对应的毫伏信号。与普通热电偶不同之处在于它的热接点不固定，而是始终与测温线缆上的最高温度点相对应。当线缆上任何一点的温度高于其他部分的温度时，该处热电偶导线之间的绝缘电阻降低，从而出现临时热接点，其作用与普通热电偶的热接点相同；当线缆上另外一点的温度高于T1点时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻会变的更低，从而出现新的“临时”热接点，“临时”热接点产生的信号通过智能监控模块处理，可以得出该点的温度、位置、受热区域大小等信息。智能监控模块以继电器输出形式将火灾信号传输至火灾报警控制器。感温电缆测温示意如图1所示。

图1 感温电缆测温示意

3.1.2 感温光纤

感温光纤又称为光纤感温火灾探测器，按照工作原理又可分为光纤光栅感温火灾探测器和分布式光纤感温火灾探测器。光纤光栅感温火灾探测器以光纤连接的多点光栅为温度检测单元，其工作原理是利用光纤光栅布拉格(Bragg)波长效应，将光纤光栅传感器作为感应器件，实现沿线温度的准分布式测量；分布式光纤感温火灾探测器以整根光纤为温度检测单元，探测器基于拉曼散射(Raman)效应及光时域反射(OTDR)技术实现光纤沿线温度的分布式测量，单通道最长可以测量10 km，系统主要由主机及感温光纤组成，主机通过继电器输出模块或通信协议将火灾报警信号传输至火灾报警控制器。

3.1.3 传统点式感温探测器技术对比分析

传统点式感温探测器技术对比分析见表1所列。

表1 传统点式感温探测器性能对比分析

感温光纤和感温光缆因其特点不同，均可在石油化工行业中的特殊工艺设备、储罐、电力电缆、变压器、管道等表面温度监测中应用。如果要应用在大型立体库中，存在以下缺陷：

1)传统的点式感温探测器只能探测一定高度内出现大量可见烟雾阶段的火情，当火灾发生后， 随着空气的流动和稀释， 烟气的浮力与重力达到平衡， 烟气不再上升。高大空间中的烟气可能升不到顶棚便开始缓慢下沉，同时随着热气流的不断上升， 会在高大空间上空形成一定厚度的热空气层， 从而阻止火灾烟气上升至高大空间的顶棚， 出现热障现象。此时烟雾分层，无法到达顶棚上安装的点式感烟探测器。

2)探测器需要在货架内安装，大部分都是沿着货架边缘或者是喷淋管道敷设安装，探测器的数量多，施工配线不方便，维护拆卸更换成本高。

3)传统的点式感温探测器需要火焰的亮度/烟雾浓度/温度等参数达到一定阈值才能产生报警信号，因此报警存在一定的延迟。

鉴于以上分析， 传统的点式感温探测器已不适用于大型高架立体仓库。

3.2 管路吸气式感烟探测器

1)工作原理。管路吸气式感烟探测器是通过高效吸气泵不断地往采样管网中采集空气样气并通过二级过滤器，第一级去除空气中的灰尘和杂物，过滤后的采样空气进入激光探测器腔体进行探测；第二级过滤后的洁净空气能够保证探测器光学表面洁净无污染，确保探测器的校准稳定无误，减少误报。采样空气经过过滤器进入校准的探测腔，处于激光的照射下，如果空气中存在烟雾，探测腔中的激光会发生散射并立即被高灵敏度的接受系统所识别，该信号被处理后通过发光图条、报警阈值指示器或图形等方式显示出来，探测器再通过继电器信号传输给火灾报警控制盘。

2)特点。该类探测器的特点是对火灾初期能准确定位，快速响应，对极低和极高的烟雾浓度都可提供可靠的测量，在单一环境和小面积区域应用性价比较高，一般应用在250m2以下的小型空间，如机房、办公室、机柜间等地方；大型高架立体仓库中需要在各层货架上布置采样管，管线布置复杂，拆卸维护成本较高，另外该型号的探测器对环境场所要求比较苛刻，需要较为清洁的空间环境，否则，采样管和探测主机容易受到污染，影响使用寿命且容易误报。

3.3 红外感烟探测器

红外感烟探测器分为对射式和反射式，利用光学衰减原理实现探测功能，即利用烟雾粒子吸收或者散射红外线光束的原理监测火灾。

3.3.1 对射式红外感烟探测器

对射式红外感烟探测器是将发射器和接收器分装于相对两处，发射器发射的红外光束经过保护空间，到达对面的接收器。在正常情况下，发射器发出的红外光束顺利地被接收器所接受；当有火灾发生时，物质燃烧产生的烟雾扩散到光束区域，对红外光束起到吸收和散射作用，使接收器接收到的红外光强度减弱；当达到报警阈值的设定值时，接收器发出火灾报警信号。但是以往的使用经验证明，该类探测器存在无法有效识别外界环境光和自身红外光的缺陷，另外该类型的红外光束感烟探测器对于保护长度超过100 m以上的超大空间，由于受到红外光强度的衰减原因，存在感烟灵敏度下降或者出现不报警的缺陷，目前该类型的探测器已经淘汰。

3.3.2 反射式红外感烟探测器

反射式红外感烟探测器的发射器和接收器采取一体化结构，探测器由发射管和接收管组成，是在对射式基础上进行了技术改良，在探测器对面位置设置特制的反射镜片(三棱镜)，使照射在镜面上的光束能够平行反射到接收器，接收管将收到的红外信号转换成电信号，供微处理器分析处理。

该项目采用了FDL241-9-CN线型光束红外反射式感烟探测器，该探测器综合考虑了天气、环境、光照、灯光、扬尘等因素的影响，在探测器内部设置了16位高算法CPU，对上述可能存在的干扰源进行分析和对测量值予以持续的数字补偿，从而维持探测器整个工作周期内恒定的灵敏度，探测器受到污染时将会在控制器上予以报警告知，解决了对射式因长距离光强度衰减而灵敏度下降的技术缺陷，易于安装维护，具有抗外部光源的干扰性能，有利于降低火灾报警系统的设计成本，且能解决点式感烟探测器在高度限制上的不足问题。

3.4 高清图像型火灾探测器

高清图像型火灾探测器主要利用计算机软件识别视频图像的火焰、烟雾，根据探测区域火焰的形状、光学特性以及变化趋势等进行主动的可视化报警，可对火灾进行综合性判断，但是该类型探测器在高架仓库中因遮挡问题而无法应用。

通过以上分析对比，根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中的规定，高度大于12 m的空间场所应选用光束感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器或者图像型火灾探测器，结合高架立体仓库实际高度和条件，该项目采用了线型光束反射式红外感烟探测器作为高架立体仓库火灾报警探测器，探测信号进入全厂火灾报警系统与仓库喷淋系统进行联动。立体仓库东西向长度为105 m，南北向长度为40 m，高24 m，共布置了5组探测器，每组布置3层，每层的探测器的高度为7 m，探测器安装在西边库房的墙壁上，长距离反射器安装在东边墙壁上，光束沿着货架中的孔隙，巧妙地避开货架内自动堆垛机、机械手臂、货物、托盘的遮挡。

4 设计和安装时应注意的事项

通过该项目大型立体仓库中对反射式红外感烟探测器的成功应用，在项目设计中选用该种探测器时需要注意以下事项：

1)该种探测器在实际使用中，为了保证其探测功能能够有效的使用，在进行前期的货架结构、货物摆放、堆垛机、穿梭车的设计时，需要提前预留反射探测器的光束通过的空间，而且该空间不允许任何物体在运行时被遮挡。

2)在确定选用该种探测器时，需要确保仓库中无日光照射或者强红外光辐射源场所、没有大量粉尘、不属于水雾或者可能产生蒸汽油雾等场所。

5 结束语

大型高架立体仓库由于其内部的结构复杂、空间大的特殊性，尤其是储存的一些化工产品，若发生火灾会产生无法预计的后果，因此，在进行火灾自动报警系统设计时，应结合高架立体仓库具体情况，选择合适的火灾探测器，能在最短的时间内及时准确地报警，有助于降低立体仓库的应用风险。