十六章船舶火灾自动报警系统.ppt

项目十六 船舶火灾自动报警系统 Marine Automatic Fire Alarm System,任务一 火灾探测方法及探测器 任务二 火灾探测器的故障分析 任务三 干货舱自动探火及报警系统 任务四 易燃气体探测系统 任务五 CS4000火灾探测系统简介,任务一,火灾探测方法与探测器 Fire Detection Method And Detector,火灾探测方法 Fire Detection Method,先探究普通可燃物质燃烧的表现形式,普通物质 燃烧过程 曲线 Common Matter Combustion Process Curve,从上图分析,普通物质燃烧大致分三个过程 初起阴燃 火焰充分燃烧 衰减熄灭 每个过程的特点 占时长 预热并生成可燃气体 产生现象(如烟雾、 温升),各阶段过程的特点,初期和阴燃阶段 占时较长 产生烟雾可燃气 环温不高 火势未达到蔓延程度 此阶段重要的火灾 信息 烟雾浓度 如此时探知 将损失 控制在最低限度,火灾初期特性由什么决定？,两个因素 物质的着火性(Ignitability)和可燃 性(flammability) 火灾在有限无区开始与蔓延(spread)的影响因素:可燃物类别、着火性、分布；火灾荷载；着火区条件；新鲜空气量；形成的温度,火焰燃烧 阶段,烟雾相对较少 温度升高 温升很快 此阶段重要的火灾 信息 明显的温度变化 如此时探知 较及时控制火灾,强烈火焰辐射 各种波长光，(大量红外 线、紫外线0 此阶段重要的火灾 信息 红外与紫外光 如利用光的探测也可探测 缺陷 因较长阴燃产生大量烟而降低光可见度影响效果,衰减熄灭 阶段,可燃物 减少 燃烧速度 下降 温度 下降 平均温度 下到最高温的80%时 进入熄火,火灾探测方法 Fire Detection Method,不同火灾探测方法的形成 依据：物质燃烧过程中的特点 基础：物质燃烧过程中发生的 能量转换和物质转换 如下图,火灾探测 方法 Fire Detection Method,火灾探测器 Fire Dector,探测器概述 探测器组成 探测器分类 各类探测器工作原理 探测器选择 探测器布局,探测器概述 Detector Overview,概述 及时探测和传输与火灾有关的物理或化学现象的探测装置 组成 由火灾参数传感器或测量元件、探测信号处理单元和火灾判断电路,探测器 分类 Detector Types,探测方法与原理 主要有感烟式、感温式、感光式（火焰探测式）和可燃气体等四大类 （ 新的包括复合探测器） 结构造型 点型 和 线型 船上采用的均为 点型 使用环境 陆用 船用 耐寒 耐酸 耐碱 防爆性,感烟式火灾探测器 Smoke Fire Detector,概述 可探测70%以上 火灾 常用的 离子式和光电式,感烟式 工作原理 Smoke Detector Working Principle,应用 烟雾粒子改变电离室电离电流 （空气电离化） 电离电流 形成示意图,电离室 分双极性与单极性,单双极电离室 的特性,双极电离室 室内全部被射线照射，室内空气都被电离 单极电离室 被射线所照射部分形成电离区，而未被照射的部分为非电离区 比较 单极 比 双极 的电离电流变化大，得到电压变化量大，提高了感烟探测器灵敏度,(内外)电离室 反向 串联 (inside and outside) Ionization Chamber Anti-cascade,(内外)电离室 特点 (inside and outside) Ionization Chamber Feature,内电离室（补尝或参考） 烟粒子难进、空气又缓进 工作在饱和区 外电离室（检测） 烟雾易进 工作在灵敏区 反向串联 为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件变化对电离电流的影响提高探测器的环境适应能力和稳定性。,反串联电离室电压-电流特性曲线 Anti-cascade Ionization Chamber V-A Characteristic curve,反串联电离室实现报警原理 Anti-cascade Ionization Chamber Alarm Principle,正常 外加电压Vo=V1+V2 火灾 电离电流减少 检测室阻抗增加 检测室电压增加V2 当该增量增到一定值，开关动作，报警，,离子感烟探测器电路原理图 Ionic Smoke Detector Circuit Principle Diagram,图167 单源式离子感烟探测器工作原理示意图 figure 16-7 Unisource Ionic Smoke Detector Working Principle Schematic Diagram,检测与补偿电离室由极板P1、P2、Pm构成，共用一个放射源，都工作在特性曲线灵敏区，Pm极电位变化量反映烟雾浓度 内外电离室结构上敞开受环境变化影响相同，提高了环境中微小颗粒变化能力 抗潮能力比双源好,光电感烟式火灾探测器 Photo Electric Smoke Detector,原理：烟雾改变光敏元件受光强弱而发出警报信号。 根据烟雾粒子对光的吸收和散射作用，可分为减光式和散射光式两种类型。,遮光式光电感烟探测器 Shading Photo Electric Smoke Detector,检测暗室烟雾粒子的吸收和散射作用：使光通量减少，在受光元件上产生光电流降低 光电流相对于初始值的变化量反映了烟雾的浓度 对火灾信息进行放大比较或火灾参数运算，最后通过传输电路产生相应的火灾信号。,散射光式光电感烟火灾探测器 Scattered Light Photo Electric Smoke Detector,暗室烟雾粒子对一定波长光产生散射作用，使处于一定夹角位置的受光元件（光敏元件）的阻抗变化，产生光电流 此光电流大小与散射光强弱有关，并且由烟粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定,感温式探测器 Temperature Sensing Detector,存在大量粉尘、油雾、水蒸气场所，无法使用感烟式探测器，用感温式探测器比较合适 为了提高功能和可靠性，或保证自动灭火系统动作准确性，要求同时使用感烟式和感温式火灾探测器 根据其作用原理分定温式 、差温式 、差定温式,定温式火灾探测器,规定时间内温度上升超过某个定值时启动报警 它结构简单、可靠性高、误动作少， 动作温度一般分为60、70及90三种 由于冬季或夏季环境温度变化对探火的反应时间有影响 这类探测器灵敏度较差，一般适用于厨房、锅炉间、烘衣间等 目前，常用的定温式火灾探测器有双金属、易熔合金和热敏电阻几种型式,差温式火灾探测器,在规定时间内，温度上升速率超过某个规定值时启动报警 点型结构差温式火灾探测器是根据局部的热效应而动作 主要感温元件有空气膜盒、热敏半导体电阻等,差定温式探测器,是将定温式和差温式两种探测器组合在一起 若其中某一功能失效，则另一种功能仍然起作用，大大提高可靠性 一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型结构的组合式火灾探测器。 按其工作原理还可分为机械式和电子式两种,机械式差定温探测器,动作原理： 弹簧片用低熔点合金焊接在外罩内壁，当达标定温度，低熔点合金熔化，弹簧片弹回，压迫固定在波纹片上的弹性触片，使之与调节螺钉接触而接通电源发出电信号（火灾信号）,电子式差定温探测器,R1、R2，和R3特性均随温度升高阻值下降 差温探测 R1、R2阻值相同，特性相似 R2在铜外壳，对外温变化敏感； R1在特制金属罩内，对外温变化不敏感,电子式差定温探测器,差温探测 温度缓慢变化R1和R2阻值相近，BG1维持截止 火灾温度急升，R2直接受热阻值速降； R1反应较慢阻值下降小， 从而导致A点电位降低； 当低到一定程度时，BG1、BC3导通，报警输出 定温探测 由BG3和R5组成, 当温度升高至标定值时（如70或90），R5阻值降低至动作值，使BC2导通，随即BC3也导通，报警发出,手动报警按钮,功能：与火灾探测器基本相同，用于人工手动报警，输出电信号给报警指示设备发出信号 安装： 有人出入的场所 SOLAS规定每一通道口装一只 安装点应便于操作，按钮与走廊任何部位距离不大于20M 距甲板高度约1.4M,火灾探测器接线,总的方案：一般采用并联 若干探测器信号线按一定关系并联，以一个部位或区域信号送入报警装置（或控制器），即若干个火灾探测器联接起来后仅构成一个探测回路，并配合各个火灾探测器的地址编码实现保护区域内多个探测部位火灾信息的监测与传送,火灾探测器接线,在每一探测回路均有一终端电阻，在正常状态提供一个监视电流（一般为 级），火警时，探测器动作后产生一个报警电流（一般为mA级）,一定关系并联的两种方式,若干个探测器信号线以某种逻辑关系组合，作为一个地址或部位的信号线送入火灾报警装置 如机舱内某一区域的火灾探测 若干个火灾探测器的信号线简单地直接并联在一起，然后送入火灾报警装置 如采用地址编码火灾探测器，通过二总线来实现探测器与控制器的通信，以实现不同的监控功能,火灾探测器接线,目前在火灾报警系统中，对于火灾探测器通常采用三种接线方式：二线制、三线制、四线制，,火灾探测器接线,二线制 特点,电源线与信号线重合 正常：通电，6、7闭合，电源送入下一个，终端接一电阻，形成监视电流（微安级） 火灾：相应探头动作，使两端电阻急降，产生较大动作电流（毫安级） 故障：6、7不能闭合，电源开路，系统处理显示开路或故障,火灾探测器接线,四线制特点,其工作原理与二线制接线方式类似， 此种电路中电源线与信号线相互分开,实现的功能,不管采用何种方式，均要求可以实现检测探测器脱落、探测器故障失效、线路开路故障、终端电阻脱落或故障失效、火灾报警等功能。,第二节 火灾探测器的故障分析,探测器故障 情况,控制器（中央单元）本身很少故障 出故障最多的是火灾探测器以及外围接线 探测器故障主要有漏报或误报 漏报 - 火灾已发展到应当报警的规模但却没有报警 误报 - 没有火灾却发出了报警信号,漏报的原因,主要原因：探测器选型不当 初期阴燃阶段（大量烟和少量热、很少或没有火焰的场合，应选用感烟探测器 火灾迅速、能产生大量热的场合，应选用感温探测器 火发展迅速、有强烈火焰辐射但发烟较少的场合，应选用火焰探测器,探测器误报 的 原因,结构的原因 与探测器的灵敏度有关 过低-延迟，太高-误报 现大都将灵敏度设为若干级 定温探测器 一级为62，二级为70，三级为 78 感烟探测器 一级10报警，二级20报警， （减光率） 三级达到30报警,探测器误报 的 原因,使用的原因 1、吸烟 2、电气焊 3、灰尘 4、水蒸汽 5、小昆虫和蜘蛛网 6、炊事 7、缺乏清洁,探测器 维保,1）探测器拧到底座即显示该区报警 底座两接线反接了（无极性要求的探测器除外） 万用表检查极性后换接 2）当报警器显示某区报警，但该区无火情 探测器本身故障 如场效应管输入阻抗降低；镅241片剂量较低，可控硅击穿等 应将该探测器更换 3）定期进行熏烟检查 若对烟雾无反应：始终不报警-可能场效应管损坏， 也可能是可控硅或稳压二极管损坏,第三节,干货舱自动探火及报警系统,货舱与住舱一样，很早就应用了自动探火及报警系统但货舱系统与住舱有较大区别和独特使用情况 货舱自动探火及报警系统形式较少 货舱较大多采用抽烟式自动探火及报警系统-因装货后航行途中，货舱一般无人到达，货舱构成独立密闭舱室 也有采用感温型探测器的（但与主舱无大的区别）,系统的组成,如图1613所示 系统主要有以下几部分组成 抽风机及抽风管 烟探测器 火灾显示和警报设备 火灾舱位显示装置,工作原理,抽烟式探测器的感烟元件一般都采用光电管 当烟颗粒进入，光碰击颗粒，光被扩散并反射于光敏栅上，导致光敏电路作出反应 工作原理简图如图1614所示,使用,装货完毕并盖舱后投入运转 短航程系统在航行中不关闭 长航程系统往往是间断工作 对于有的货种如矿砂、谷物等，该系统可一直停止使用 间断工作的目的-减少光电管工作时间，延长寿命 使用中及时清洁透镜、光电元件表面,KIDDE型干货舱烟雾探测系统,该系统控制柜共分为四层,第一层 主要有舱位选通电机、舱位指示器、各种操作开关、指示灯、火警继电器、电源变压器等 第二层 是观察窗，内有照明灯，安装有检测各舱是否堵塞的小旋转风叶；,该系统控制柜共分为四层,第三层 安装有控制电路、光电检测装置、模拟试验烟雾吹入口以及风压检测开关等 第四层 装有各选通电磁阀以及各舱气体吸入管,系统起动前,先将开关S1、S3、S4 闭合， 排气风机转换开关 S6 选中任一风机， 火警警铃开关置于“ON”位置（12、34 闭合） 系统内部故障蜂鸣器切断开关 S5 置于“ON”位置（12 闭合）,系统使用中,要定期清洁光电测量单元,系统自检功能,主电源失电时 继电器K失电，使其触点13、46 闭合， 使电源故障指示灯L3亮， 故障蜂鸣器BZ发出声音信号,系统自检功能,下列故障，使内部故障指示灯L4亮，内部故障蜂鸣器BZ发出声音信号 控制柜下部灯熄灭时，继电器G失电复位，使自身触点13、46 闭合 风压未建立或压力开关故障，DS的13 触点闭合 光电单元的光源故障，使继电器E失电复位，其自身触点13、46 闭合 当外部警铃断路或故障时，继电器D失电，使自身触点 13、46 闭合,系统工作过程,正常状态，无烟雾通过，光电池输出电压很小 火警时，有烟雾通过，由于烟雾折射作用，使光电池输出电压增大，使N线圈磁路产生足够大吸力，吸动指针使触点 1、 2 闭合，使继电器 C 与 CA 获电动作,系统工作过程,继电器 C 动作后 触点 12 闭合 警铃 Bell 动作，另使电磁线圈H动作，使舱位电机TM 失电，舱位选通指示停在火警发生货舱 触点 45 闭合 外部警铃接通 触点 78 闭合 火警指示灯L2亮 继电器 CA 是火警辅助继电器，火警发生时断开故障报警信号电路，保证火警的优先级 火警消除后 按复位按钮使线圈J有电，产生电磁吸力使火警继电器的指针复位,第四节,易燃气体探测系统,最为广泛的主要有,半导体型 气体传感器 电化学型 气体传感器 红外 气体传感器 催化燃烧式 气体传感器 光电离型 气体传感器,半导体 气体传感器,工作原理 金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成元件 待测气体与半导体表面接触，发生氧化和还原反应导致以载流子运动为特征的电导率或伏安特性变化来检测气体,半导体 气体传感器,产品特性 传感器成品在不同温度范围内显示出不同的气体反应特性 因此传感器采用加热元件来调节温度 该加热器由专用电路进行调节和控制,半导体 气体传感器,分类 半导体气敏元件有N型和P型之分 N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小 P型阻值随气体浓度的增大而增大 SnO2，属于N型半导体， 在200300时吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使电子密度减少，阻值增加,N 型半导体传感器与气体反应时的阻值变化,电化学气体传感器,电化学气体传感器,电化学气体传感器通过与目标气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作 典型电化传感器 由传感电极（或工作电极）和反电极组成，两者间由一薄电解层隔开,电化学气体传感器,气体先通过毛管开孔与传感器发生反应，然后是憎水膜，最终到达电极表面,电化学气体传感器,穿过屏障的气体与传感电极反应(采用氧化机理或还原机理) 这些反应由针对目标气体而设计的电极材料进行催化,电化学气体传感器,通过电极间连接的电阻器，与电气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动，测量该电流即可确定气体浓度 参考电极的作用 是为了保持传感电极上的固定电压值，以改善传感器性能,催化燃烧式气体传感器,主要用于检测可燃气体，对不燃烧气体不敏感，但其具有广谱特性 催化燃烧式传感器采用惠斯登电桥原理，见图1618。 惠斯登电桥是通过与已知电阻相比来量未知电阻的电路。三个电阻，通常选择相对较大的电阻值，以确保电路正常运行 均衡时输出信号为0 气体在传感器表面发生无焰燃烧，温度上升，反过来又改变电阻，打破平衡，输出电流，经放大处理最终显示可靠数值,红外气体传感器,利用红外线为介质的测量系统， 红外辐射与物质相互作用可呈现物理效应并可以将电磁辐射能量或温度变化转化为电信号 利用气体分子的吸收特性(气体分子对红外区的吸收与选择均是唯一的)可以确定气体分子 当仪器扫描到给定气体时，会将扫描产生的曲线与储存的曲线进行比较以鉴定气体分子。,光电离型气体传感器（PID）,由紫外灯光源和离子室等主要部分构成 在离子室内有正负电极，形成电场 待测气体分子受到紫外光辐射而电离，生成正负离子，在电极间形成电流，经放大输出信号,易燃气体探测报警系统 总体结构,应用CAN（Contreoller Area Network）总线技术，系统由监控中心通用控制器及现场探测器组成，网络拓扑结构为总线方式 监控中心与控制器之间的信息交互通过CAN总线进行，控制器与探测器之间通过RS485总线进行数字量传输通信,系统网络结构图,CAN（Contreoller Area Network）总线,一种串行数据通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的数据通信网络 CAN 工作于多种方式：网络上任意节点均可主动向其他节点发送信息,CAN（Contreoller Area Network）总线,CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能 CAN 总线可适用于节点数目很多，传输距离在 10 km 以内，安全性、实时性要求高，系统分布分散，现场环境干扰大的场合,探测器硬件结构框图,探测器硬件结构,构成：主要由电源模块、模拟量采集、微处理器、声光报警、输出控制接口、浓度显示、数据存储、编码模块、总线接口模块等 核心元件：气体传感器,气体探测器,气体探测器分区分布于每一个监控点，监测该点的可燃气体浓度变化 为了保证数据质量，提高抗干扰性能，传感器输出信号 首先在探测器内部进行滤波、非线性补偿、温度补偿、湿度补偿、故障诊断等处理， 然后再传输到区域控制器分区分布于每一个监控点，监测该点的可燃气体浓度变化,第五节,CS4000火灾探测系统简介,CS4000 简介,全适应模拟地址编码式火灾探测系统 能轻易识别发出报警单元，故在火灾早期判断火灾位置 探测功能可靠，有误报保护 按照各主要船级社、EN-45规范、最新MED欧洲标准要求设计和研制 系统用户界面友好 每回路单元均有内置智能，可自启动火灾报警,CS4000 简介,该产品的主要优势和特点 配备内置智能装置的回路单元能够自动启动火灾报警 全适应模拟编码式系统 它具有预警功能，能够在烟气浓度缓慢上升时，第一时间发出报警 每个回路可连接多达254个单元，回路长度可达2000 m,图16-21 CS4000控制面板,图16-22 MN4000复示器面板,操作等级,CS4000设有操作密码等级保护 执行任何重要操作，必须登录系统或者解除锁定状态 没有授权密码或钥匙，只能查看火警和故障报警，以及本地蜂鸣器消音 系统总共有5个不同操作等级,操作等级,等级1：没有密码，柜门关上或门锁锁上，普通人员可操作 这级别操作只能查看火警或故障报警，也可对本地蜂鸣器消音 火警比故障报警拥有更高的优先级,操作等级,等级2：打开柜门或者门锁，可进行此级别的操作。 如果有火警或需要维护，经