烟气流速对感烟火灾探测器性能的影响(2)

文章编号:1009-6094(2004)01-0062-04

烟气流速对感烟火灾探测器性能的影响X

谢启源1,　袁宏永1,　宋立巍2

(1中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230027;2公安部沈阳消防研究所,沈阳110031)

摘　要:针对列车等存在高速气流的特殊场所,利用火灾探测器综合模拟实验平台,实验研究了光电感烟与离子感烟火灾探测器在不同风速条件下的工作性能。实验结果表明:在以相同量的阴燃棉绳作为烟源条件下,光电感烟探测器随着周围气流速度的增大,其灵敏度急剧下降;而离子型感烟探测器的灵敏度受外界气流速度影响较小,在高速气流条件下依然保持较高的灵敏度,较适合在高速气流环境中工作。

关键词:安全工程;风速;感烟火灾探测器;列车火灾

中图分类号:T U998.12 文献标识码:A

0　引　言

普通场合中发生火灾时,所产生的烟气在火羽流浮力驱动下运动[1],其流速不大;故要求其中所装的火灾探测器在低速环境下有较好的工作性能。然而在一些特殊场所,如行驶的列车车厢、单位时间内须进行若干次空气置换的特殊大型车间等,气流速度往往较大;因此要求安装于其中的火灾探测器必须能够在大风速下保持较高灵敏度。近年来,国内外列车火灾频发,尤其是机车火灾属高发事故[2]。国外少数国家如瑞士、英国等在极少数列车内安装了点式火灾报警设备及水喷淋系统;而国内列车中则基本上无消防报警设备,只有少数的干粉灭火器,与列车中繁杂的电气线路、承载的大量燃油以及高速行驶可能产生的摩擦升温等因素所引起的高火灾危险性不相符。而且,一旦发生火灾,其高速行驶的特性决定了火灾扑救存在极大的困难:1)火灾的蔓延速度远大于地面火灾;2)消防力量的调拨困难;3)受存放空间及载重限制,不可能配备大量灭火剂。因此更迫切要求发生火灾时,探测器能够早期准确地报警,从而将火灾扑灭于萌芽阶段。目前,对于各类火灾探测器在不同气流环境下工作性能的研究甚少。

本文针对列车等存在高速气流的环境,对目前占主导地位的两种感烟火灾探测器在不同外界流速条件下的工作性能进行综合评测与比较,为高速气流环境中火灾报警系统的设计提供实验数据支持。

1　实验装置及方案

1.1　实验装置

火灾探测综合模拟实验平台整体架构如图1(a)所示,主体为一个环形通风管道,外加一个操作控制台及数据采集系统,其中环形通风管道的管壁内外均为不锈钢板,钢板之间填充硅酸铝刺毯棉隔热层,根据其不同功能分为模拟段与测试段。模拟段主要对火灾参量进行模拟发生,依次装有可调速轴流风机、大功率加热模块、加湿模块、灰尘发生注入模块、集烟罩等,其中轴流风机转速由其前端所接的变频器控制,其最大功率为2.2kW,可使测试段中风速达5.5m/s以上。如图1(b)所示,测试段中除了安装各种火灾探测器外,还装有针对各种火灾参量的测试仪器,包括热电阻、风速计、湿度计以及红外气体成分分析仪等,跟踪测量探测器近旁各参数变化。实验时,根据安装的探测器类型及实验目的,选择开启模拟段中一项或几项功能模块,这些模块模拟生成的产物混合后,由管道内流动的气流输送,经过均流孔板形成较稳定、规则的流动状态后进入测试段,就可观察、测量探测器的反应情况。

能以开式和闭式两种工

(a)整体架构图

(a)W hole s

chematic

(b)测试段正视图

(b)Front view of tes t section

图1　火灾探测综合模拟实验平台示意图,

(阀门处于实线位置:闭式工作;处于虚线位置:开式工作)

Fig.1　Schematic of fire emulator/detector evaluator (Valves at the dashed s tate:open-style work-mode;valves at the real

line state:circle-style work-mode)

作方式工作并可灵活切换是本模拟实验平台的一大特色。燃烧所生成烟气既可在开式方式下由进气口输入管道内,也可在闭式方式下由集烟罩输入,其中闭式循环工作模式能够带来众多

第4卷第1期2004年2月

安　全　与　环　境　学　报

　Jo urnal of Safety and Enviro nm ent

Vo l.4,N o.1

F eb,2004

X收稿日期:2003-08-12

作者简介:谢启源(1978-),男,博士研究生,从事特殊场合火灾防治技术研究;袁宏永,教授,博导,从事火灾探测研究。

优点,有关实验平台更全面的介绍参见文献[3,4]。1.2　实验方案

为了研究与比较散射型光电感烟火灾探测器与离子感烟火灾探测器在不同风速下的工作性能,实验中,测试段风速从0.5m/s 开始,以0.5m/s 为步长增至5.5m/s,故需进行11组实验。实验步骤如下:

1)综合模拟实验平台选用开式方式工作,在图1(a)所示进气口中以60根阴燃的标准棉绳[5]作为各组实验的相同烟源。具体操作为:将60根棉绳点成阴燃后,置于进气口向管道内送烟,约5min 后,将阴燃棉绳撤开。

2)每组实验进行前,调节变频器的频率使风机转速达到预定值。相同条件的实验均重复2次,若2次的结果差别较大,则进行第3次实验。

11组实验之间,除了测试段内(即探测器位置)风速不同外,其余实验参数均一致,从而观测不同风速下探测器对同一烟源的响应规律。

实验中所使用散射型智能光电感烟火灾探测器与离子感烟探测器均输出数字量反映其周围烟浓度值大小,其最大输出值均为255。该火灾探测器技术参数与安装说明书中规定:设置光电探测器输出值达115或离子探测器为170时报警,则为三级灵敏度。通过将与火灾探测器配套工作的控制器和微机之间利用RS 232进行串口通讯,可实时将火灾探测器输出值进行显示并存储。

2　实验结果及分析

图2～5是以60根标准棉绳阴燃火作为烟源条件下,测试段风速分别为1.0m /s ,2.0m /s ,3.0m /s 及4.0m /s

时光电

图2　探测器输出值(1.0m /s ,60根棉绳)Fig .2　Outputs of detectors (1.0m /s ,60cottons )

型与离子型感烟火灾探测器的输出值曲线图。从实验曲线可看出其共同特征为:无论测试段风速为多大,当60根阴燃的棉绳置于实验平台的进气口给管道内部加烟的约300s 时间内,光电感烟探测器与离子感烟探测器的输出值均保持在相对平稳的水平线上。不妨将这段时间内探测器输出值的算术平均值称作该实验条件下探测器所能达到的“平稳值”。阴燃棉绳被移开之后,即停止向管道内加烟,两种感烟探测器的输出值迅速下降,回归至初始输出值大小。随着测试段风速不断增大,两种感烟探测器输出“

平稳值”的变化趋势如图6所示。

图3　探测器输出值(2.0m /s ,60根棉绳)Fig .3　Outputs of detectors (2.0m /s ,60cottons )

图4　探测器输出值(3.0m /s ,60根棉绳)Fig .4　Outputs of detectors (3.0m /s ,60cottons )

图5　探测器输出值(4.0m /s ,60根棉绳)Fig .5　Outputs of detectors (4.0m /s ,60cottons )

综合分析图2～5并结合图6中光电感烟探测器的输出值曲线可见:对于光电感烟探测器,随着探测器周围风速不断增大,相同烟源条件下,其输出值曲线所能达到的“平稳值”迅速下降。如图2所示,探测器周围风速为1.0m/s 时,60根阴燃棉绳置于进气口后,其输出值急剧增加,并迅速发出报警信号;而从图3～5可以看出,探测器输出值在相同的烟源条件下,随着周围风速的增加,其所能达到的“平稳值”逐渐减小,特别从图5可看出,此时探测器的输出“平稳值”几乎等于无烟条件下的输出值。这种变化趋势可由图6中更为明显地看出。由这些实验数据可见,对于光电感烟火灾探测器,其工作性能与其周围风速密切相关,当风速大于某一定值时,即使其周围烟浓度较大,其输出值也升高甚少;因此无法正确发出报警信号,易造成漏报。

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2004年2月谢启源,等:烟气流速对感烟火灾探测器性能的影响