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交通隧道火灾报警技术方案

发表日期:2016-07-15 点击击数: 505


1.交通隧道火灾监测意义

     交通隧道主要指公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、电缆隧道等。交通隧道作为立体交通方式之一,不仅可以缓解城市交通压力,解决交通干线跨江越海翻山受到的限制,而且可以缩短线路里程,降低对周围环境和人民生产、生活的影响。

             

                 图1.公路隧道                                        图2.电缆隧道

            


              图3. 铁路隧道                              图4.地铁隧道

    随着交通隧道在人们生产、生活中发挥的作用越来越大、应用越来越广,其潜在的灾害也逐渐得到更多的重视。在已发生的各种隧道事故中,隧道火灾是最严重的一种,造成的人员伤亡和物资损害也是最大的。由于交通隧道环境的封闭性,当火灾发生时,排烟和散热条件差、温度高,会很快产生高浓度的有毒烟雾。火灾不但会导致整条线路交通的瘫痪,极大地影响正常的生产和生活的进行,导致社会经济的损失,特别是对于各类长距离隧道,一旦发生交通火灾事故,其后果较其他事故更危险、更严重。因此,对交通隧道采取火灾在线监测显得尤其重要。交通隧道火灾监测已受到越来越多的关注。

2.交通隧道火灾监测系统设计依据、规范及原则

2.1设计依据

   施工设计相关图纸

   客户需求描述

2.2设计规范

  《铁路隧道监控测量技术规范》(TB10121-2007)

  《公路隧道施工技术规范》(JTJ 042-94)

  《公路隧道设计规范》(JTG-D70 2004)

  《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013

  《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166

  《自动化仪表工程施工及质量验收规范》 GB 50093

  《消防联动控制系统》GB 16806-2006

  《电气装置安装工程施工及验收规范》(GB50254-96~GB5029-96)

2.3设计原则

Ø  系统设计根据监测隧道结构特点、监测目标规模造价,力图建立一个功能相对齐备、性能相对完善、高可靠性、经济合理的监测系统;

Ø  采用先进并且成熟的技术和产品,确保系统的先进性和可靠性;

Ø  设计考虑开放性,以便于系统良好升级和扩展能力;

Ø   具有实时监测功能,数据共享功能;

3.交通隧道火灾监测系统配置说明

线型感温探测器是《公路隧道火灾报警系统技术条件》JT/T 610-2004、《公路隧道交通工程设计规范》JTG/T D71-2004、《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-98等规范标准推荐采用的隧道内火灾探测器。线型感温探测器包括感温电缆、分布式光纤火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器,通过探测火灾位置周围温度场的异常来判断火灾情况。

由北京品傲光电科技有限公司自主研发、生产的线型感温探测器包括分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器,且产品通过了3C认证,探测器的防护等级达到IP68。

1.三种线型感温探测器对比

指标

开关量感温电缆

光纤光栅测温系统

分布式光纤测温系统

温度数值

数值显示

数值显示

测温精度

±16

±0.1

±1

报警方式

定温

差定温

差定温

可恢复性

报警后报废,不可恢复

可恢复,可重复使用

可恢复,可重复使用

实际定位精度

150

0.1

±1

测量原理

电阻值变化

布拉格光栅/波长变化

光纤拉曼测温/光量变化

故障诊断

可诊断,定位精确

可诊断,可定位

误报率

极底

预警功能

隔爆型

本安型

本安型

综合优势

技术简单、设计简单、造价相对较低,约6/公里电缆

技术先进、报警准确率高、报警时间早、定位准确、可靠性高、定位精度高、维护成本低

技术较为先进、报警准确率相对较高、可靠性高、维护成本较低

综合劣势

技术落后、报警准确率较差、易受电磁环境干扰、定位精度低(150米范围)、可靠性不高、维护成本高

造价相对较高,约7/公里管廊环境

报警时间较为滞后,需较大范围接触报警,造价相对较高,8/公里电缆

     分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器,应用现代传感器技术、网络通讯技术、数据处理技术,进行隧道环境温度监测、数据处理、信息分析的综合监测系统,系统对隧道及环境中多项关键因素进行实时监测,为隧道使用、管理与维护提供有效依据,从而最大限度确保交通隧道安全。

4.交通隧道火灾监测技术方案

4.1线型感温火灾报警探测器的安装方式

    城市道路隧道、特长双向公路隧道和道路中的水底隧道,应同时采用线型光纤感温火灾探测器和点型红外火焰探测器(或图像型火灾探测器);其他公路隧道应采用线型光纤感温火灾探测器或点型红外火焰探测器。

    分布式光纤线型感温火灾探测器(或光纤光栅线型感温火灾探测器)应设置在车道顶部距顶棚100mm~200mm,光纤光栅线型感温火灾探测器的光栅间距不应大于10m;每根分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器保护车道的数量不应超过2条;探测范围要求整个隧道全部覆盖无探测盲区。

    光纤光栅线型感温光缆可采用电缆挂钩固定在钢绞线上,电缆挂钩间距为300mm,钢绞线采用支架固定,支架间距为30米。

    城市道路、公路隧道火灾监测安装方式如图5和6所示:


图5.道路隧道横断面图(面向来车方向)



图6. 道路隧道火灾自动报警系统平面示意图

    隧道内应沿电缆设置线型感温火灾探测器,且在电缆接头端子等发热部位应保证有效度;隧道内设置的线型感温火灾探测器可接入电气火灾监控器。无外部火源进入的电缆隧道应在电缆层上表面设置线型感温火灾探测器;有源入可能的电缆隧道在电缆层上表面和隧道顶部,均应设置线型感温火灾探测器。线型感温火灾探测器采用“S”形布置或有外部火源进入可能的电缆隧道内,能响应火焰规模不大于100mm的线型感温火灾探测器。如图7所示:

7. 线型感温火灾探测器在电缆表面S型敷设示意图

        线型感温火灾探测器在顶部安装时,可采用带底座的卡具、挂钩等固定。


8. 线型感温火灾探测器在电缆隧道顶部安装图

       一根线型感温火灾探测器可以保护多层电缆。如图9所示:


9. 线型感温火灾探测器在电缆隧道内敷设示意图

    线型感温火灾探测器应采用接触式的敷设方式对隧道内的所有的动力电缆进行探测;分布式线型光纤感温火灾探测器在电缆接头、端子等发热部位敷设时,其感温光缆的延展长度不应少于探测单元长度的1.5倍,在电缆接头处应采用方案Ⅱ的方式;光纤光栅线型感温火灾探测器在电缆接头、端子等发热部位应设置感温光栅单元,应才用方案Ⅰ、Ⅲ的方式。如图10所示:

10.线型感温火灾探测器在电缆接头处敷设的示意图

4.2分布式光纤线型感温火灾探测器

4.2.1系统拓扑图

    传感光缆将采集的交通隧道环境温度实时信号传输到附近的工作站;工作站放置信号处理单元对信号进行解调和处理,该系统可以与交通隧道中央监控室的计算机相连,在中央监控室可以进行在线监测,以达到远程实时采集监测数据的目的。通过数据分析可以了解交通隧道环境温度,及时预警或报警。整个系统拓扑图见图11。


11. 分布式光纤线型感温火灾监测系统拓扑图

4.2.2系统显著优点

     分布式光纤线型感温火灾探测器集传感测量技术、光通讯技术、消防报警技术为一体,具有以下优点:

Ø  分布式实时测量,感温探测区域覆盖100%隧道,精确定位火灾发生位置;

Ø  报警方式灵活,可实现差定温多级报警方式,确保火灾初期可靠报警;

Ø  探测光缆既是信号传输载体,又是感温元件,安装方便,可靠性高;

Ø  测量精度高,测量距离长,误报率极低;

Ø  完全采用光传输方式,光纤本身安全防爆防雷,不受电磁场的干扰;

Ø  探测光缆寿命可达30年之久,适于高温高湿、污秽严重的恶劣环境下正常工作;

Ø  系统接口丰富,有利于组网。

4.2.3系统主要组成及介绍

     分布式光纤线型感温火灾探测器通过了ISO9001国际质量管理体系认证,ISO14000环境管理体系认证,OHSAS18000职业健康安全管理体系认证,EJ9001核工业质量体系认证,并通过3C认证。分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型由敏感部件——感温探测光缆、信号处理单元组成。如下图14为分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型典型的系统组成。


12. 分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型系统组成


1)  敏感部件——感温探测光缆

    感温探测光缆的主体为多模光纤。光纤由石英玻璃拉制而成,通过各种封装形成各种特性的光缆。光缆既是信号传输介质,又是温度感测元件。考虑到现场的恶劣环境,本探测器的感温探测光缆具备良好的抗啮咬、抗震特性。本探测器的感温探测光缆具备坚固的护套,提供良好的防护特性,同时感温探测光缆也提供良好的温度传导性能,以保证快速的火灾探测。

2 分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型感温探测光缆技术指标

项目

指标

光缆结构

单芯多模光纤装于铠装螺旋管内

光纤类型

62.5/125/250μm

接头类型

FC/APC

最小弯曲半径

200mm

抗拉强度(最大)

100N

适用环境温度范围

-10~50

工作寿命

20

2)  信号处理单元

    信号处理单元是PI-8D10AC型探测器的核心,它实现对监测现场的温度测量,并负责把监测现场的数据进行处理、分析,根据用户设置判断发出相应的声光报警信号,并将报警信息传送至报警控制器,在需要时向远程服务器发送相关信息完成遥信遥测。信号处理单元采用模块化设计,可靠性高;同时凭借高速微弱信号处理技术优势,最高可实现0.5m空间分辨率,技术指标达到国内领先水平。

    信号处理单元为3U标准机架式(含液晶显示器),其具体尺寸请参看第4章。

信号处理单元的前面板包括4个LED指示灯、1个电源开关、1个复位开关,4个液晶屏操作按键。侧面包括蜂鸣器孔后面板包括风扇散热孔,电源接口,光纤出纤接口,串口,网口等。

分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型信号处理单元技术参数

型号

PI-8D10AC

主要指标

通道数

4

探测器类型

分布式光纤、差定温、可恢复式、分布定位、探测报警型

定温报警温度等级

60/70/85℃(可设置)

动作温度误差

10%

标准报警长度

>1 m,≤3 m

单通道敏感部件最大长度

6000 m

敏感部件总长度

10000 m

定位精度

3 m

响应时间

15S(60/70),30S(85)

温度分辨率

 0.1

采样频率

单通道 50Hz

电气、电子参数

额定工作电压

DC 24V

正常工作电压范围

DC 20.4V26.4V

工作电流

典型值:0.5A  最大值:1A

电流保险丝熔断电流

2A

绝缘电阻

电源端子:≥20MΩ(对机壳,DC 500V

信号端子:无要求

功耗

典型值: 12W;最大值:24W

数据接口

10M/100M以太网口、RS232RS485串口

内置微机

环境参数

适用环境温度范围

-10℃~50

工作湿度范围

080%RH,无结露

存储温度范围

-20℃~80

存储湿度范围

095% RH,无结露

防护性能

IP30

机械参数

信号处理单元外形尺寸

L 485mm×W 525mm×H 133mm

信号处理单元重量

10Kg

光学参数

光纤类型

多模光纤

 信号处理单元的主要功能:

Ø  向监测现场提供激光光源:实现监测现场的无电监测,采集来自监测现场的包含温度信息的微弱光信号;

Ø  监测现场温度解调及火灾报警:通过对采集的来自监测现场的微弱光信号进行处理,解调出监测现场的温度信息,根据用户设定判断并发出相应的声光报警信号,并将报警信息上传至火灾控制器;

Ø  与后台机通讯:实时将采集到的数据传送到后台机,在后台机上可以通过图形、曲线等工具直观地看到整个系统的运行工况;

Ø  调试功能:系统可配置调试接口,用笔记本电脑可以轻松地查看所有数据库。

4.3光纤光栅线型感温火灾探测器

4.3.1系统拓扑图

    光纤光栅线型感温火灾探测系统采用全数字化网络结构,提高了整个系统的抗干扰能力。系统为星型网状拓扑结构,通过光纤光栅温度火灾探测信号处理单元将系统与分布于隧道内的感温单元连接起来,易于安装维护与系统拓展。光纤材质传输与光纤传感器监测,现场完全无电保证系统能在恶劣环境下可靠运行。

    光纤光栅线型感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温单元、信号处理单元以及信号传输光缆等几部分组成。下图为火灾报警系统拓扑图:


13. 光纤光栅线型感温火灾探测系统拓扑图

     为了与其它系统更好地连接,光纤光栅线型感温火灾探测系统采用标准通讯接口和通讯协议:RS-485、RS-232和ETHERNET IEEE802.3规范,支持IPX及TCP/IP协议,由于采用ETHERNET标准,系统可与管理网互连。

4.3.2系统功能及特点

  主要功能:

1)   系统可根据用户需要对探测器所在区域进行温度巡检,监测隧道内现场环境温度,实时传递火灾报警信息。

2)   当发生火灾时,提供报警并准确确定起火点位置,对隧道可进行大范围的或局部范围的显示,指导消防工作。

3)   指明火灾蔓延方向和速率。

4)   激活预先编制的联动控制顺序比如通风,疏散指示,交通信号灯,灯光调整等,并通过通讯接口与其它控制系统进行联动, 分别启用喷水降温装置或灭火装置。

主要特点:

Ø   系统通过探测波长编码采集数据,属于数字量测量,它不包含任何电子器件,所以不会受到任何种类的电磁干扰的影响,避免了传输线路损耗等因素影响的问题。

Ø  全年365×24小时不间断在线监测,从根本上杜绝人员疏忽导致的事故。

Ø  具有网络接口,可与管理网络相连,实现信息的共享和进一步的数据处理功能。

Ø  光纤传感线缆设计了优异的耐用性(可以预期大约50年的服务寿命),所以对环境影响如温度,压力和湿度波动极具抵抗力,同样也适用于多尘和含有腐蚀性物质的空气中。

Ø  传感探测头无源,监测现场及施工现场均无需供电,本质安全。

Ø  测温精度达到±0.5℃,探测器仅对温度敏感,系统稳定可靠。

Ø  传感器无零漂,长期使用无需标定。

Ø  安装传感线缆和维护都十分容易,在线缆有损伤处可像修复普通光纤一样接合。

4.3.3系统主要组成及介绍

    光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型由光纤光栅感温敏感单元、信号处理器和光纤(缆)的接续部分构成。如下图2为光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型典型的系统组成。

1)  光纤光栅感温敏感单元

    感温敏感单元包括光纤光栅、密封壳体及引出光缆三部分。其工作原理为通过对沿光缆远程传输来的入射宽带ASE光源(总功率小于20mW)进行选择性反射,将被检测的温度量转换为波长线性变化的窄带反射光信号,沿入射光缆原路返回。光纤光栅感温敏感单元安装布设在油罐、隧道等需要进行火灾监测的危险区域,通过光缆连接到监控室等安全区域内放置的信号处理器,从而实现对火灾的实时探测。每一通道的敏感部件由多个(最多24个)感温敏感单元串接组成。光纤光栅感温敏感单元技术参数如下表所示:

光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型感温敏感单元技术参数

  

PI-FBGB3

基本参数

测温原理

光纤光栅

感温元件间距

3.0m

每通道最多感温元件数

24

机械参数

感温元件外形尺寸

8mm×110mm(Ф×L

感温元件封装方式

不锈钢外壳封装

敏感部件安装方式

装夹(磁钢固定)

最小弯曲半径

300mm

抗拉强度(最大)

100N

光学参数

工作波长范围

15251565nm

光纤光栅中心波长间距

最小值: 0.4nm   Min0.4nm

引出光纤

防静电单模光纤

保护套

不锈钢+铝包空管

环境参数

适用环境温度范围

-10℃~50

防护性能

IP68

防腐蚀性能

SO2

30×10-6V/V

盐雾

6×10-2NaCl,m/m)

 

1)  信号处理单元

    信号处理器是光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型联网时的核心单元,它一方面负责把监测现场的数据进行处理、分析,根据用户设置判断是否发出相应的声光报警信号,并将报警信息传送至报警控制器,在需要时向远程服务器发送相关信息完成遥信遥测;另一方面提供现场监测所必需的宽带光。同时它还配备了串行接口,以便与厂站内其它智能设备进行通讯。

    信号处理器由下列硬件组成:宽带光源、光纤耦合器、数据采集模块、CPU主控电路、通讯接口、光开关、声光报警指示模块、电源模块等,主要实现光信号的输出和数据的采集和处理分析。

      信号处理单元的主要功能如下:

      Ø   向监测现场提供宽带光源:实现监测现场的无电监测,采集来自监测现场的温度信息(波长变化量);

      Ø   与后台机通讯:实时将采集到的数据传送到后台机,在后台机上可以通过图形、曲线等工具直观地看到整个系统的运行工况;

Ø  调试功能:系统可配置调试接口,用笔记本电脑可以轻松地查看所有数据库。

      信号处理单元各项技术指标及参数如下表所示:

光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型信号处理单元技术参数

型号

PI-8F24AC-B

主要指标

通道数

8

探测器类型

光纤光栅、差定温、可恢复式、分布定位、探测报警型

定温报警温度等级

60/70/85℃(可设置)

动作温度误差

10%

温度分辨率

 0.1

标准报警长度

3m

响应时间

15S(60/70),30S(85)

采样频率

单通道 50Hz

电气、电子参数

额定工作电压

DC 24V

正常工作电压范围

DC 20.4V26.4V

工作电流

典型值:1.06A  最大值:1.56A

电流保险丝熔断电流

2A

绝缘电阻

24V电源端子及信号端子均无绝缘要求

功耗

典型值: 26W;最大值:40W

数据接口

10M/100M以太网口、RS232/485串口

内置微机

环境参数

适用环境温度范围

-10℃~50

工作湿度范围

080%RH,无结露

存储温度范围

-20℃~80

存储湿度范围

095% RH,无结露

防护性能

IP30

机械参数

信号处理单元外形尺寸

485mm×525mm×133mm L ×W× H

信号处理单元重量

15Kg

光学参数

波长分辨率

1pm

波长重复性

典型值: 1pm;最大值: 2pm

波长精度

± 3pm

 

2)  接续部件

     接续部件包括光纤跳线(用于控制室内连接主干光缆与光纤光栅感温敏感单元)、防水光缆接续盒(用于罐区现场光纤尾纤到多芯光缆以及仪表操作室内信号处理器到多芯光缆之间的接续保护,具有耐温、防水、防腐、机械防护等功能)、铝包空管主干光缆(用于各油罐光纤光栅感温敏感单元串接链到仪表操作室内测信号处理器之间的光信号传输。铝包空管光缆具有良好的温度适应范围、机械防护性和防水防腐能力,可直埋)。

光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型使用单模光纤进行光信号的传输,单模光纤外加铝包空管光缆作为保护,光缆外径尺寸为Φ8mm。信号处理单元与敏感部件的接续采用单模LC/PC光纤跳线。

5.公司资质介绍

    北京品傲光电科技有限公司是成立于20031月的高新技术企业,注册资金为2222.7万元,是专业从事光电监测、综合监控及报警系统的研发、生产、销售、系统集成及服务的技术型公司。北京品傲光电科技有限公司总部位于北京亦庄科创十四街二十号院十二号楼,是经国家、北京市认证的高新技术企业,同时是国家软件企业及中关村认定的具有自主知识产权的高科技企业,并且获得2016年国家技术发明二等奖(混合式光纤传感技术及其在工程安全监测领域中的应用)。
   
北京品傲光电科技有限公司与天津大学精密仪器学院、建筑工程学院以及国家气象局、地震局等科研机构共同承担了“国家973专项”光纤传感网与关键器件项目、国家“863专项”、科技部“重大仪器专项”多要素智能气象站的研制与应用,“国家重大科学仪器设备开发项目”光纤力热复合测试仪开发与应用等多项国家级重大科研课题,在成立公司以来产品荣获多项国家级、省部级奖励,其中包括国家技术发明二等奖、教育部、仪器仪表协会颁发的科技一等奖等多项奖励,被列入“北京市火炬计划项目”,荣获国家级新产品称号,拥有国际发明专利、国内发明专利及实用新型专利50余项。产品通过了有关权威机构的检测和鉴定。通过了ISO9001国际质量管理体系认证,ISO14000环境管理体系认证,OHSAS18000职业健康安全管理体系认证,EJ9001核工业质量体系认证,国内第一批取得公安部消防类强制性产品认证证书(消防“3C”),共四款产品取得证书。
   
品傲公司拥有自主研发机构和生产基地,并被北京市人民政府、科学技术部、中国科学院评为“中关村国家自主创新示范区、创新型试点企业”,同时与科研机构及国内外知名大学进行广泛的产学研合作,在光纤传感领域中持续探索研究,尤其在光纤传感的超高温、超低温、大应变、高精度和特殊封装等方面取得突出成果,技术实力达到国内领先、国际先进水平。品傲公司将自主研发的产品应用于国民经济的中国行业中,成为中石油、中石化、中核、国家电网、中铁等大型国家企业合格供应商及系统集成商。在国民经济发展过程中的安全问题上提供了全新的监测手段和模式,取得了客户的信赖与赞誉。
   
公司主营产品:分布式光纤温度监测系统、光纤光栅传感网络分析仪以及各种光纤光栅传感器。主要致力于为土木、水利工程、桥梁等结构安全;电力、冶金行业温度在线监测以及石油、石化行业火灾在线报警提供有效的监测手段和仪器,国内最先开发并实施城市管廊综合监测与报警全面解决方案。品傲光电的产品已在国内外500多个重大工程项目中得到成功应用,覆盖城市综合管廊、天然气及热力管道、土木工程、电力、石油化工、工业消防、航空航海、科研教学等多个行业和领域。遍布全国各个省市,得到行业用户的广泛认可。
     
公司的经营方针:关注客户、共筑和谐、鼓励竞争、求真务实。
     
公司的目标:成为最专业的监测及报警全面解决方案提供商。
     
以高新技术为先导,以先进优良的管理为依托,全面解决客户的安全需求。 

























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