模拟量空气管式线型感温火灾探测技术

摘 要: 论述了模拟量空气管式线型感温火灾探测技术的基本探测原理和关键技术, 并对探测器的构成及工程应用做一简单介绍。

关键词: 模拟量; 空气管式; 线型感温火灾探测

    1 前 言

    近几年来,我国大空间建筑及地下建筑火灾时有发生, 由于地下及大空间建筑的特殊性, 普通的火灾探测报警系统无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息,不能适应这种恶劣环境, 因此难以满足早期探测并预报此类建筑火灾的要求。线型感温火灾探测报警系统以其独特的感温探测方式和优异的环境性能, 成为诸如公路隧道、地铁站道、采矿巷道、地下大型停车场等地下建筑和大型公共场所、集贸市场、货物仓库、储油罐等大空间建筑理想的火灾探测报警手段, 也是近年来火灾探测报警技术研究的热点。

    2 探测原理

    所谓理想气体是指密度不太大、压力不太高(与大气压相比) 和温度不太低(与室温相比) 的一般气体, 遵守玻意尔定律、盖·吕萨克定律和查理定律。一定质量m的理想气体状态方程为:

    PV=mRT/M (1)

    式中: P ——气体绝对压力,N/m2;

    V ——气体体积,m3;

    m ——气体质量, kg;

    M ——摩尔气体质量, kg;

    R ——普适气体常数,Nm/(kg·K) ;

    T ——热力学温度, K。

    当气体体积为一定值时, 由理想气体状态方程可得: P/T = 常量。由此可知一定质量的理想气体在体积为一定值时, 其压力与温度成正比。

    使空气管式线型感温火灾探测器的探测管路(敷设在现场) 密封一定质量的气体, 该气体的体积可近似认为不随温度的变化而变化。当探测管路或其周围的环境温度发生变化时, 探测管路内的气体压强发生变化, 经过压力传感器检测出气体压强的变化量可以推导出探测管路周围温度的变化量。

    根据气体连续流原理, 在有效的探测管路长度(既满足工程应用又有利于压力传感器进行压力检测) 范围内, 可保证探测管路首端和尾端压强检测的有效性。

    3 探测器构成及主要关键技术

    3. 1 探测器的工作原理

    探测器由探测管路和微处理装置两部分组成, 其构成如图1 所示。

    探测器的工作原理是: 密封的传感气路所处环境温度的变化导致传感气路内的空气压力发生变化, 由压力传感器检测后输出变化的电平信号, 经过滤波电路滤除噪声,AD 转换电路把模拟量信息数字化后, 送入单片机(或微处理器) 进行数据运算、分析和判断, 单片机(或微处理器) 经过一定的算法处理, 输出温度传感器状态信息至输出控制电路, 实现火灾报警。更改灵敏度的设置可调整不同的火警灵敏度等级。单片机(或微处理器) 定时(时间间隔可选择) 开启故障检测电路,控制检测气泵, 对传感气路施加一定的气压, 通过检测传感气路气压的变化来判断传感气路是否有泄露、挤压现象发生, 实现探测器故障自动显示和自动报警。
  3. 2 主要关键技术

    (1) 微压传感技术。利用微压传感技术确保探测器及时、准确发现火灾, 实现早期报警。

    (2) 环境温度补偿技术。探测器采用环境温度补偿技术, 可以保证探测器稳定地工作在探测器有效工作温度范围内, 避免探测器因环境温度变化出现误报警, 又可以确保探测器内的传感器始终工作在线性区内, 有足够的动态范围实现火灾探测。

    (3) 气路故障自动检测技术。自动检测探测管路堵塞、泄漏故障, 实现探测器故障自动显示、自动报警。

    4 探测器的特点及主要技术指标

    (1) 探测器的突出特点是敏感元件以气体媒介传递过热或火灾信号, 不需要施加电压(类似于光纤感温探测器通过光信号传输一样) , 是最高等级的本质安全型探测器, 不接收电磁干扰信号, 其可靠性、稳定性是常规探测器无法比拟的;

    (2) 线性差定温探测, 对快速及缓慢发生的过热及火灾都能及时报警;

    (3) 自动检测探测管路堵塞、泄漏故障, 维护方便;

    (4) 探测器工作电压为18V～36V;

    (5) 探测器静态监视电流小于30mA;

    (6) 火警电流小于40mA , 故障电流小于20mA;

    (7) 微处理装置内电路提供开关量火警、故障输出信息、0～20mA 电流及标准RS485 输出, 探测管允许工作温度范围为-40℃～+150℃, 微处理装置允许工作温度范围为- 20℃～+60℃;

    (8) 探测管工作相对湿度可达100%,微处理装置最大长期工作相对湿度为90%～ 92%,短期可达100%;

    (9) 探测管的使用长度为20m～100m;

    (10) 微处理装置环境防护等级为IP65。

    5 应用说明

    5. 1 主要应用范围

    模拟量空气管式线型感温火灾探测器主要应用于公路、铁路和地铁隧道, 多层地下和半开敞车库、船上运输甲板, 站台、候机室, 汽车及机车库, 易燃气体、液体仓库, 钻井平台, 油漆车间, 油罐、防爆区域、化工厂。

    5. 2 保护区域探测管的设置

    (1) 公路隧道内的应用。对于1、2 或3车道拱形或圆形隧道, 探测管总是布置在隧道中部(横向允许偏差0.5m),不允许探测管侧面安装(一般情况下),探测管长100m。

    对于1、2或3车道平顶隧道, 探测管适合布置在隧道中部(横向允许偏差0.5m) , 探测管侧面安装允许距离为: 2 车道,a最小0.5m; 3车道,a最小1.0m , 见图2所示, 探测管最长100m。

    对于多于3车道平顶隧道, 最少安装2 个探测管,探测管最大安装距离a=10.0 m , b=5.0m , 见图3所示, 探测管最长100m。

    (2) 车库和类似区域。探测管最长80m,允许螺旋敷设,探测管与探测管最大允许距离a=7.2m , 探测管与边墙最大允许距离b=3.6m,见图4所示。

    5. 3 探测管的安装要求

    (1) 探测管敷设应以两侧观察视线不受影响为原则;

    (2) 探测管敷设不能仅靠铜管的下方或上方,应考虑0.5m的最小维修距离;

    (3) 隧道内探测管一般敷设在隧道中央为原则;

    (4) 探测管用塑料固定支架(在高温环境下使用金属固定支架) 直接敷设在天花板上, 隧道内如果电缆托架不超过0.5m宽, 也可敷设在托架下方;

    (5) 在隧道入口处, 探测管终端必须与隧道入口保持25m的距离;

    (6) 固定支架间距为0.8m;

    (7) 每个微处理装置只允许接1 根探测管, 探测管可通过硬塑料管或直接连接到微处理装置上。其连接方式有两种: 一是由隧道中央到边墙的横向部分采用铜管探测管, 通过连接器将铜探测管连接到塑料管上,将塑料管穿保护套管敷设接至微处理装置; 二是由隧道中央探测管到边墙的横向部分采用连接器转换为硬塑料管穿保护套管明敷或天花