空气采样式早期烟雾预警系统在核电站应用
作者:谊信(AVA)    发布于:2011-09-01 08:57:28    浏览 (1430)
摘要:传统火灾报警系统反应慢,容易造成火灾迅速蔓延,对于绝不允许发生火灾、不能停止运营的场所难以发挥作用。
一.概述

    核电站工程项目位于XXX,东临XXX路,西界XXX路,南起XXX公路,北至XXX路,占地面积XXX公顷.

    1975年3月22日,Dungeness核电站发生了一场意义重大的火灾,它使美国核电工业的消防制度发生了根本的改变。起火时,电缆线架中的工人正用蜡烛检测一个通往反应室的非防火(聚氨酯泡沫体)密封体的空气泄漏,火苗点燃了密封材料和纵横交错的电缆,持续燃烧了近7小时才熄灭,1600多条电缆受到了影响,其中有628条安全重要性都非常高。

    这场火灾不但破坏了电力供应和电站控制系统及仪器电缆,削弱了常规反应堆和备用反应堆冷却系统的功能,而且影响了操作人员对电站的监控能力。很多安全系统都遭受了损失,工作人员只好对有关系统进行抢修,以便使反应堆处于安全停工状态。

    Dungeness核电站火灾之后的调查发现,核电站的消防参数设计和该电站的火灾反应程序都存在重大的缺陷,调查员断定,消防保险公司关于人身安全和财产保护的条款没有充分考虑到核安全的问题,尤其没有考虑到能使系统备用部分和反应堆安全停工的重要部件产生故障的潜在火灾危害。当今的核电站消防工程必须满足一个基本目标,即火灾发生的可能性和火灾造成的后果都要降至最低,而要达到这个目标,消防系统就必须能合理保证,火灾不会使必要的安全停工无法发挥作用,也不会扩大放射性物质释放到环境中的危险。运行中反应堆主要的消防工程要达到的主要目标有:

    •防止火灾发生

    •探测到已发生的火灾,并进行快速控制与及时灭火

    •如果火灾未及时熄灭,则应确保需安全停工的各建筑、系统及部件受到保护。

    北京福莫斯特科技发展有限公司近10年来一直从事极早期烟雾探测系统与技术推广服务,在核电厂工程项目上有着丰富的经验。

    我们根据相应技术规范并结合我们多年应用的经验,采用系列产品对该项目提供技术保护方案,进行早期烟雾预警探测。

    二.总则

    (一)工程概述

    1.本方案的保护对象为XXX。。

    2.保护场所为核电站内电缆层,设备间,发电机室,价值高,防护等级高。

    (二)方案设计依据

    1)、通则:空气采样式烟雾探测系统在设计时应符合相关机型的管路限制及包括满足以下相关规范:

    1.《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98)

    2.《火灾自动报警系统施工及验收规范》(GB50166-92)

    3.《火灾报警控制器通用技术条件》(GB4717-1993)

    4.《消防联动控制设备通用技术条件》(GB16806-1997)

    5.《建筑设计防火规范》(GBJ16-872001年版)

    及英国BS5829、美国NFPA72、澳大利亚AS1670规范

    2)、细则:相关消防规范摘录

    英国BS5839:1.1.3烟雾探测器

    在抽气式探测器中,从保护区域到中央探测器间的采样管上可能会有一或多个烟雾可被抽进来的采样孔。系统的设计应考虑到烟雾从一个孔进入时被其它孔进入的干净空气所稀释的情形。从每一采样孔进入的空气量通常很少,其不应被认为能够改变保护区域的空气或烟雾流动。总的来说,每一孔均可被视为一单独的点型探测器,而采样孔的布点位置可依照点型探测器的布点要求为之。此系统就如同由不同区域取得的个别信号。管路系统的设计及尺寸应符合制造厂的建议。

    美国NFPA72:5.7.3.3.1在考虑位置及间距时,空气采样式烟雾探测器的每一采样孔均应被视为一点型探测器。

    澳大利亚AS1670:4.2.2探测器间距…多孔式空气采样式探测器的采样管路间距应与一排点型探测器的间距相同…

    NFPA72:5.7.3.3.2最末端采样孔的最大空气样品传送时间不应超过120秒。

    三、核电站场所的复杂性

    由于该核电站具有一定的特殊性,使得火灾早期探测十分重要。而已经建成的岭澳核电站一期中常规岛和BOP虽然在部分探测回路采用了感温电缆,但所用感温电缆的测温性能及抗干扰能力较差。仍然存在如下所列问题。

    (1)缺乏火灾预警功能。岭澳核电站JDT系统的主要探测元件为感烟探头,而感烟探头大多在烟雾的体积分数达到3%-5%时才开始报警,而此时设备往往已遭受到巨大的损失,故缺乏对火灾尚未出现的前期的预警功能。

    (2)存在漏报和误报的可能。由于感烟探头大多数均安装在房顶上,被动等待烟雾慢慢扩散到其附近才能报警,这就容易产生报警延误甚至漏报。由于探头需要带电运行,且易受电磁干扰,故具有不安全隐患和误报的可能性。

    (3)常规岛JDT主控盘仅有LED模拟盘显示,且仅显示某一探测区域的报警信息,无法准确定位火灾点。

    所以考虑到以上几点,在岭澳核电站二期工程中部分采用了空气采样早期报警系统。

    1、在核电站这样的场所,考虑到灰尘浓度比较大,烟雾的传输还可能被HVAC系统阻挡,此系统会冷却和稀释烟雾。HVAC系统用于保持周围环境并且能够避免不利于电路的温度和湿度的大幅度变化。通常使用每小时20-40次的换气率。这种换气率对工作现场的探测器有几方面的负面影响:

    1)烟雾被稀释,因此需要很长时间才能达到触发探测器所需要的烟雾浓度级别。

    2)HVAC系统的进气口和回风口的配置会把烟雾吸入或排出探测器。因此,HVAC系统通常会使得现场方式工作的探测器反应更慢或者失效。

    2、传统火灾报警系统反应慢,容易造成火灾迅速蔓延,对于绝不允许发生火灾、不能停止运营的场所难以发挥作用。3、传统火灾报警系统由于灰尘、电信号的干扰作用容易引起误动作,将造成灭火设备不必要的释放而造成不必要的损失。

    四、系统在核电站场所的优势

    设备目前在全世界已经有过很多核电站的应用项目。现代消防要求自动报警系统要能尽早地对火情做出判断,才能有更多的时间进行灭火,特别是对处于萌芽期,还没有造成损失的早期火灾进行及时有效的扑救,尤其显得重要。另一方面,在满足安全有效地实施灭火工作的前提下,还要合理地控制消防系统的造价,这样才能更好地发挥消防系统的作用,推动消防工作的实施。而空气采样式早期烟雾预警系统就很好的做到这一点,空气采样式早期烟雾预警系统在核电站火灾探测中具备如下应用优势:

    1、极早期报警:是当今世上灵敏度最高的烟雾探测系统之一,它能在火灾的萌芽阶段产生警报,使管理人员有足够的时间做出适当的处置,使可能产生的灾害消灭于无形之中。

    2、分阶段警报:系统可在火灾发展过程中,随着烟雾浓度的增加而提供不同阶段的警报。它可以在火灾的萌芽阶段发出预警,让管理人员有充足的时间执行适当的处置动作。它也可以在火灾已经形成,浓烟密布的时候提供警报输出,联动自动灭火系统,扑灭火灾。与水喷淋预作用系统合用,可以避免采用气体灭火系统,从而节省不必要的投资。

    3、使灭火系统备而不用:由于系统能够早期预警,使得火灾在发展的早期阶段即已被扑灭,而避免了灭火媒介的释放,使自动灭火系统备而不用。

    4、不误报:系统使用了具有世界专利的人工智能系统,它不停地检测环境的烟雾浓度背景变化,并依此自动调整出适当的最高安全灵敏度。此外,系统还将可辨识灰尘颗粒与烟雾颗粒不同的激光灰尘筛选(LDD™)与灰尘过滤网两种技术相结合,使系统不会因灰尘产生误报。与市面上的其它火灾探测系统相较,灰尘筛选可说具有极低的误报可能性,因此可避免自动灭火系统做出不必要的释放。

    5、不受电信号的干扰:空气采样早期报警系统只将采样管道而没有很长的信号电缆辐射在被保护区域内,因此不会收到外界电磁信号的干扰,能够准确及时地发出警报。

    6、安装方便:由于空气取样管路可沿着墙壁、顶棚或地板下作弹性配置,且不需额外的电气线路,因此安装及施工极其简单及便利。

    7、维护方便:由于每一空气取样孔即相当于一个传统点型探头,只要保持取样孔不被阻塞即可保证取样系统的正常运作。因此取样管路的维护极其方便,只要定期检视取样孔即可。若有阻塞的现象时,也只要以适当大小的工具除去累积的灰尘即可。在侦测主机的部分,系统具有自我诊断及测试的功能,能自动监视激光探测室、灰尘过滤网及取样管路的气流状况,并于异常时发布故障讯息。

    8、使用寿命长:系统使用激光侦测,其光源稳定、寿命长。激光侦测室在一般环境下的工作年限为8年。系统唯一需要定时更换的零件是灰尘过滤网,滤网在一般环境下的使用寿命是5年。

    9、可支持用于大面积区域及防爆场所内多种可燃气体的探测;最多可同时监测6种气体(一氧化碳,二氧化碳,氨气,氯气,硫化氢等,需要加装相应传感器)

    五、系统应用在核电站场所

    控制设备室

    柜内设备的电气需求是一个主要的火灾威胁和火灾原因。

 面临的挑战

    •柜内起火产生的热量很低,会影响初期阶段的外部烟雾探测。

    •柜内设备会要求很高的气流量(通风),以保持适当的运行温度。

    •强制通风会加大烟雾稀释,阻止传统探测系统进行烟雾探测。

    解决方案

    在天花板上、地板下方,空调风机的回风格栅铺设采样管线,这样就能在关键阶段(初期阶段)提供尽可能早的探测。

    CEILINGMOUNTEDSAMPLING:天花板采样

    ReturnAirGrilleSampling:回风格栅采样

    FloorVoidSampling:地板下采样

    电缆沟与电缆室

    电缆沟包括长度无数的通讯电缆、电力电缆和控制电缆,将控制室、配电室和高压室/低压室等重要运行区域完整地连接为一体。

    电缆都是被集中覆盖在一起,沿电缆进行的连续集中的电力传输更扩大了火灾危险,电缆室这类高风险区域通常都为限制入内的地下空间,气流量很有限。

    面临的挑战

    •主要的火灾威胁是电缆内连续集中的电力传输。

    •位于地下的电缆沟是典型的限制入内的危险空间,对环境的污染更加严重。

    •电缆沟的构造和位置不仅会妨碍正常的进入,而且会妨碍对火灾的反应和控制。

    解决方案

    在天花板处安装多条管线,这能为电缆室区域提供最佳的极早期预警烟雾探测。

    取样孔位置通常按照设计规范的规定格式进行设置。

    (2)系统的先进性

    系统的极早期预警功能

    系统具备火灾发生时对微小烟雾的探测能力,灵敏度要高于0.005%obs/m,能够在火灾产生初期发出报警,但又要保证在高灵敏度的同时不产生误报,其前3级警报的灵敏度由机器每天24小时根据环境的变化情况自动调整设定,整个设定过程应该在电脑上能够显示,第4级警报的灵敏度,应能自动启动灭火设备。系统应能够利用软件人工设定,着明火时才起动灭火设备,以免误起动灭火设备,造成不必要的损失。单套设备应可配接一至四根的独立采样管路。

    一般的火灾产生都分为四个阶段:预燃过程,可见烟雾燃烧过程,火焰燃烧过程和剧烈燃烧过程(见下图)。传统侦测器一般都在火灾发展到后三个阶段发出警报,而这三个阶段时间都相对较短,约为几分钟到十几分钟,所以即使发现火警也往往为时已晚。</p>

而火灾早期预警系统它采用具有高感应光子搜寻能力的光子分析侦测仪,它能侦测到物质高热分解出的微粒子,能在火灾的预燃阶段(30分钟-120分钟)发出警报,从而可以尽早地避免火灾的发生。空气采样式火灾探测器的灵敏度为0.0015%~25%obs/m(传统探测器一般为5%obs/m),比传统的高近1000倍。

    (3)系统的开放性

    超强的网络功能

    空气采样式火灾探测器可与点型感烟、感温探测器、手动报警开关等兼容成为一个完整的消防自动报警系统。此外,空气采样式火灾探测器和功能模块间可用TCP/IP协议通过PC-LINK电缆等组成一个网络系统,实现集中式网络化管理。

    报警输出及控制功能

    极早期火灾智能预警系统具有独特的分段警报功能。系统采用类比强度控制仪将烟雾浓度分为20级,用户可以根据环境要求自行设定灵敏度参数。根据所检测的烟雾浓度可以发出四段警报(预警级、行动级、火警1、火警2)分别表示火灾的严重程度。这样用户可以根据不同的警报级别,采取相应的行动,从而达到对火灾的实时监测。

    系统设有四组(NO/NC)继电器输出,分别与四段警报和设备故障相对应。可供与警灯警号等设备相连,也可用于切断电力、空调等设备或启动自动拨号报警和自动灭火设备。通用的TCP/IP协议可以进行远程通讯或与计算机相连以便于管理。

    用户接口

    空气采样式火灾探测器提供用户PC接口、联动接口和警报接口,提供系统诊断和标准的程序清单,具有故障输出、火警输出、远程复位、远程故障隔离、TCP/IP端口、PC图形系统启动灭火设备等功能。

    3.5.4系统应能够与点式火灾报警控制器连接,通过继电器接口提供的开关量信号由传统报警控制器的监视模块进行监视,实现系统与点式火灾报警控制器的连接。

    (4)设备基本技术指标

    七.方案说明

    1、本方案的保护对象为核电站工程部分重点保护场所。

    2、保护场所为核电站内的重要设备,在工作环境比较特殊。所有控制设备室、电缆铺设区和很多电气安全环境都采用了,这些区域的载体通常会产生慢性潜伏火灾或电气/电子元件发热。

    1.控制设备室

    控制设备室用房由布置于电厂的中心位置。面积约为10000平方米。采用6台T-1型机器来保护,每台机器出4跟采样管,沿机柜顶部布置,出毛细管直接在柜内进行空气采样。采样管上开直径为3mm的孔,末端用端盖盖住,端盖上开直径4mm的末端孔。

    2.电缆敷设区

    电缆敷设区一般为地板下的桥架,哪里电缆纵横交错,非常密集,大约有总长400米,宽20多米的区域,采用6台I型机器来保护,每台机器出2跟采样管,在地板下沿桥架方向布置,采样管上开直径为3mm的孔,末端用端盖盖住,端盖上开直径4mm的末端孔

    3.发电机室:

    2个需要保护的发电机室均采用TP型机器来保护,每个发电机室都采用2台机器,一共是4台IF。</p>

每台机器出2跟采样管,沿房间的四周布置,采样管上开直径为3mm的孔,末端用端盖盖住,端盖上开直径4mm的末端孔。

    根据以上设计原则和规范结合图纸,本方案共采用10套P型和6套I1型空气采样探测器,空气采样探测器采样管及电源和模块布置具体分布祥见CAD图

    电源:按照防火分布场所空气采样探测器电源采用单独供电,每个分布场所单独配置24VUPS电源由专用消防220V转换。24V电源考虑到线路过长出现压降采用4平方BV线。共设置5套UPS电源。

    八.系统组网

    1.系统具有超强的网络功能,可以通过主机内的RS485接口,把一定范围以内的主机连接到本地及远程监控主机进行联网,以及通过互联网电子邮件和短信的方式实现集中监控。

    2.探测器在现场向控制中心的传统消防控制盘输出四级报警(预警、行动、火警1、火警2)和故障的继电器为干接点信号,以便联动警铃、消防卷帘、消防广播、灭火设备等。另外,主机可以和国内外任何厂家的消防控制器相配接。

    3.探测器在现场可以单独完成自身的编程和显示,同时也可以在消防控制中心通过本地及远程监控主机进行功能设置,或修改参数,功能设置参数达好几十项。

CSD-100机柜型极早期烟雾探测主机是针对机柜火灾探测所设计。它具有迷你的机身及足够高的烟雾灵敏度(0.001%obs/m),能够对单一机柜进行空气取样探测,既能达到极早期火灾预警的效果又能够区别个别机柜。
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