王新亮

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

近年來(lái)，隨著海洋石油平臺(tái)開(kāi)關(guān)盤(pán)柜內(nèi)設(shè)備老齡化程度越來(lái)越嚴(yán)重，電氣設(shè)備火災(zāi)發(fā)生頻率正逐步提升，給海洋石油的正常生產(chǎn)帶來(lái)了較大的安全隱患。由于海洋石油平臺(tái)上設(shè)備受遠(yuǎn)離陸地和安裝維修空間狹小等因素影響，在維護(hù)和改造等方面，較陸地難度更大，成本更高。因此，對(duì)開(kāi)關(guān)盤(pán)柜早期火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控的需求更迫切。

1 電氣火災(zāi)原因分析

電氣火災(zāi)形成原因有以下四類：

漏電火災(zāi)：線路的某一點(diǎn)因潮濕、高溫、碰壓、刮破、摩擦、腐蝕等使線路的絕緣能力下降，發(fā)生漏電。漏電遇到電阻較大位置會(huì)使局部高溫，漏電點(diǎn)產(chǎn)生的漏電火花都有可能引發(fā)火災(zāi)。

短路火災(zāi)：電氣線路中裸導(dǎo)線或線路絕緣破損，相與相之間在某一點(diǎn)觸碰或小于安全距離，引起電流瞬間增大，線路溫度升高，放電產(chǎn)生火花和電弧，產(chǎn)生火災(zāi)。

過(guò)負(fù)荷火災(zāi)：電流超過(guò)線路安全載核量，線路升溫，產(chǎn)生火災(zāi)。

接觸電阻過(guò)大引起的火災(zāi)：線路接頭位置，接觸面形成接觸電阻過(guò)大，發(fā)熱形成高溫，長(zhǎng)時(shí)間高溫易引起線路絕緣層發(fā)生燃燒，產(chǎn)生火災(zāi)。

2 吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

通常我們認(rèn)為火情的發(fā)展一般分為四個(gè)階段：陰燃階段、可見(jiàn)煙階段、可見(jiàn)火光階段和劇烈燃燒階段。傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通常是在可見(jiàn)煙階段才能探測(cè)到煙霧，發(fā)出報(bào)警，此時(shí)火情所造成的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失已不可避免。一般認(rèn)為火災(zāi)監(jiān)測(cè)在陰燃階段，是最好的火災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。如果可以在陰燃階段監(jiān)測(cè)到火災(zāi)，那么可以提前在火災(zāi)發(fā)生的幾個(gè)小時(shí)甚至幾個(gè)月監(jiān)測(cè)火災(zāi)的發(fā)生，從而及時(shí)解決隱患。吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，針對(duì)火情發(fā)展的陰燃階段，可主動(dòng)對(duì)空氣進(jìn)行采樣探測(cè)，使保護(hù)區(qū)內(nèi)空氣樣品被設(shè)備內(nèi)部的吸氣泵吸入采樣管道，送入探測(cè)器進(jìn)行分析，探測(cè)器探測(cè)到煙霧粒子，即發(fā)生報(bào)警。探測(cè)精度可以做到陰燃階段，在火災(zāi)發(fā)生前就可以檢測(cè)發(fā)出報(bào)警，大大降低了火災(zāi)對(duì)海上電氣盤(pán)柜造成的危害[1]。

2.1 吸氣式火災(zāi)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)

吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是一種極早期空氣采樣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，由煙霧探頭、管道、吸氣式火災(zāi)探測(cè)器、專用信號(hào)電纜、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、監(jiān)測(cè)主機(jī)、上位機(jī)組成。

2.1.1 吸氣式火災(zāi)探測(cè)器

吸氣式火災(zāi)探測(cè)器是由探測(cè)器、抽氣泵、真空泵、水箱、云霧室（激光探測(cè)器）組成[2]。

當(dāng)材料過(guò)熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生比可見(jiàn)光波還小的粒子，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常環(huán)境下存在的粒子數(shù)。吸氣式火災(zāi)探測(cè)器通過(guò)抽氣泵對(duì)腔室內(nèi)空氣進(jìn)行取樣送入云霧室中，云霧室通過(guò)真空泵對(duì)其增濕、降壓、降溫，云霧室內(nèi)的煙粒子會(huì)被水粒子包裹，形成大小一致可被激光探測(cè)器檢測(cè)到的水凝粒子。

激光探測(cè)器是由激光發(fā)射器、激光接收器和暗室組成，激光發(fā)射器由光源和透鏡組成。它以紅外發(fā)光二極管作為光源，具有可靠性高，功耗低，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。光源受脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電流控制，用球面式凸透鏡將光源發(fā)出的光線變成平行光束。

光接收器由光敏二極管和透鏡組成，光敏二極管將接收到的光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，光敏二極管通常與紅外發(fā)光二極管發(fā)射光的峰值波長(zhǎng)相適應(yīng)的光敏二極管。透鏡的作用是將被煙粒子散射的光線聚焦后，準(zhǔn)確、集中的被光敏二極管接收，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。

暗室的功能在于既要使煙霧粒子能暢通進(jìn)入，又不能使外部的光線射入，通常制成多孔形狀，內(nèi)壁涂黑。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)煙霧進(jìn)入檢測(cè)暗室，通過(guò)增濕、降壓形成被包裹大小一致的水凝粒子，水凝粒子將光源發(fā)出的光線遮擋，到達(dá)光敏二極管上的光能減弱，其減弱程度與進(jìn)入云霧室內(nèi)的煙霧濃度有關(guān)，當(dāng)煙霧到達(dá)一定濃度時(shí)，光敏二極管接收到的光強(qiáng)度下降到預(yù)定值，經(jīng)比較確認(rèn)后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.1.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換器

協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以將不同規(guī)約之間建立握手關(guān)系，將非標(biāo)ModBus 協(xié)議，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)ModBus RTU 協(xié)議。上位機(jī)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU 協(xié)議，對(duì)所對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作[3]。

2.1.3 監(jiān)測(cè)主機(jī)

監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU 協(xié)議，以485 線與協(xié)議轉(zhuǎn)換器通訊，通過(guò)我們之前在協(xié)議轉(zhuǎn)換器中所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀寫(xiě)操作和數(shù)據(jù)處理，將處理完的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至組態(tài)功能中呈現(xiàn)在顯示屏上。

2.2 吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)原理

理想氣體狀態(tài)方程：

式中，P為氣體的壓強(qiáng)；V為氣體的體積；N為摩爾數(shù)；R為普適氣體常數(shù)；T為氣體的溫度。

根據(jù)式（1）可得：

即相同體積下氣體的壓強(qiáng)和溫度成正比關(guān)系。

所以在云霧室中，水蒸氣的摩爾數(shù)不變，被水凝粒子包裹的煙霧粒子越多，遮光率越高。

不可見(jiàn)微粒子經(jīng)過(guò)云霧室增濕、降壓、降溫處理后，不可見(jiàn)微粒子會(huì)被包裹成約20μm 的水凝粒子大小相等，其產(chǎn)生的有效遮光率與包裹的灰塵微粒產(chǎn)生的有效遮光率相當(dāng)，可被激光探測(cè)器辨識(shí)出來(lái)，再以激光探測(cè)器工作原理計(jì)算出粒子的數(shù)量。

采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)485 通訊線傳輸給監(jiān)測(cè)主機(jī)，監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)解析數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在顯示屏上。

通過(guò)采集呈現(xiàn)，我們可以把火災(zāi)預(yù)警提前至火災(zāi)發(fā)生的前幾個(gè)小時(shí)，甚至幾個(gè)月，可以有效的降低損失。

3 吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)作為一種極早期火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，它具有許多優(yōu)勢(shì)[4]：①24 小時(shí)對(duì)盤(pán)柜抽氣采樣分析，報(bào)警數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)與中控對(duì)接，做到實(shí)時(shí)在線測(cè)量。②吸氣式火災(zāi)探測(cè)器中抽氣泵配合基于激光的絕對(duì)煙霧檢測(cè)，可檢測(cè)到空氣中微量煙霧顆粒。③系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)診斷，故障輸出報(bào)警。④多級(jí)空氣過(guò)濾，激光腔自清潔，維護(hù)工作量少。⑤系統(tǒng)設(shè)備安裝維護(hù)成本較低，性價(jià)比高。⑥系統(tǒng)可移植推廣性強(qiáng)。

4 常見(jiàn)故障及解決方式

根據(jù)吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的特性，系統(tǒng)常見(jiàn)故障、原因及排除方法匯總?cè)缦拢?/p>

表1 系統(tǒng)常見(jiàn)故障及解決方法

5 結(jié)論

吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)作為一種極早期空氣采樣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，可以盡早探測(cè)到火情，及時(shí)采取措施，以保證工作不中斷；可減少滅火系統(tǒng)不必要的工作和成本消耗；可彌補(bǔ)海上平臺(tái)原有傳統(tǒng)火氣系統(tǒng)探測(cè)不到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的缺陷；可更充分的在火災(zāi)前爭(zhēng)取時(shí)間，保證人員安全。

吸氣式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，作為極早期火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的一員，是工業(yè)生產(chǎn)中不可少的一部分，它可以有效的保護(hù)人身財(cái)產(chǎn)安全，降低火災(zāi)發(fā)生率，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。