实验四 火灾模拟.doc

、工业防火防爆实验报告 学院：环境与资源学院 专业：安全工程 姓名：李菁 学号：060900226 指导老师：杨健报告日期: 2012年4月15日 火灾模拟、报警、检测及控制实验实验目的1了解火灾自动报警系统的组成；2理解火灾发展过程的特点，以介质的燃烧发烟量作为探测参数，观察系统报警与灭火的动作过程；3掌握感烟探测器的火灾探测特点，理解掌握湿式报警阀、闭式喷头的工作原理。 实验设备和材料1实验仪器火灾报警与控制模拟系统。2实验材料电、烟气、声光实验原理和方法火灾报警与控制模拟系统分系统、区域、单元3个层次，能够实现火灾的探测、显示与控制，其示意图为：图1控制面板示意图图2控制器联接图图3探测器联接图图4探测回路关联图(1)感温火灾探测器的工作原理感温火灾探测器是对警戒范围中的温度进行监测的一种探测器，物质在燃烧过程中释放大量的热，使环境温度升高，探测器中热敏元件发生物理变化，从而将温度转变成为电信号，转输给控制机，发出火警信号。感温火灾探测器种类繁多，根据其感热效果和结构型式，可分为定温式、差温式及差定温组合式三类。（一）点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器是一种对警戒范围内某一点周围温度达到或超过预定值时便发出火警信号的探测器。其热敏元件为不同种类的双金属片、热敏电阻、半导体P-N结等。其动作范围为60150 。它适用于环境温差变化不大或温度较高的场所。1双金属定温火灾探测器双金属火灾探测器是以具有不同热膨胀系数的双金属片为敏感元件的定温火灾探测器。其常用结构形式有圆筒状和圆盘状两种。A圆筒状结构，双金属定温火灾探测器是由不锈钢管、铜合金片以及调节银柱等组成。两铜合金片上各装有一个电接点，其两端通过固定块分别固定在不锈钢管和调节螺栓上。调整调节螺栓可以加大或缩小两接点间的距离，即改变动作温度。由于不锈钢的膨胀系数大于铜合金片，当温度升高时，不锈钢外筒的伸长大于铜合金片，因此铜合金片被拉直。在圆筒状常开结构中，两接点闭合发出报警信号；在圆筒状常闭结构中，两接点打开发出报警信号。B圆盘状结构，双金属定温火灾探测器由双金属片热继电器加装吸热片等组成。当温度升高时，双金属片热继电器通过吸热片吸收热量，当温度达到或超过预定值时，双金属片翻转，电接点闭合发出报警信号。2热敏电阻及半导体P-N 结为敏感元件的定温火灾探测器。热敏电阻定温火灾探测器的电路原理如图5所示：图5 热敏电阻定温火灾探测器电路原理图当温度升高时，热敏电阻场（负温度系数）随温度的升高电阻值变小，A 点电位升高，当温度达到或超过预定值时，即A 点电位升高到高于B 点电位时，电压比较器输出高电位，经信号处理后输出火灾报警信号。 P-N 结半导体定温火灾探测器电路原理图，只要将图5中的热敏电阻街换成P-N 结半导体，并重新调整参数，即可构成，其工作原理也大致与热敏电阻定温火灾探测器相同。本模拟系统采用的是半导体P-N 结为敏感元件的定温（分为58、63和68三种）火灾探测器。本模拟系统采用的是半导体P-N 结为敏感元件的定温（分为58、63和68三种）火灾探测器。（二）差温火灾探测器差温火灾探测器是对警戒范围内某一点周围的温度上升速率超过预定值时便发出火警信号的探测器。其热敏元件为热电偶或热敏、半导体。但由于在一些阴燃熏烧的火灾中，环境温度往往以小于了1/min 的温升速度缓慢上升，即使上升至100 或更高，差温火灾探测器也不会动作，所以在实际使用中差温火灾探测器很少单独使用。下图6是一种膜盒式点型差温探测器，当环境温度达到双定的升温速率以上时动作。这种探测器主要由感热室、膜片、泄漏愁及接点等构成。当有火灾时，感热室内的空气随着周围温度的急剧上升而迅速膨胀，膜片受压使接点闭合，发出报警信号。如果环境温度缓慢变化时，由于泄漏孔的作用，空气室内的气体被泄漏，膜片保持不变，接点不会闭合。图6膜盒式点型差温探测器（2）感烟火灾探测器的工作原理感烟火灾探测器是一种感知燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。用于探测火灾初期的烟雾，并发出火灾报警讯号的火灾探测器。它具有能早期发现火灾、灵敏度高、响度速度快、使用面较广等特点。感烟火灾探测器分为点型感烟火灾探测器和线型感烟火灾探测器。（一）点型感烟火灾探测器点型感烟火灾探测器是对警戒范围中某一点周围的烟参数响应的火灾探测器，分为离子感烟火灾探测器和光电感烟火灾探测器两种。目前被广泛使用的便是光电感烟火灾探测器。1.离子感烟火灾探测器离子感烟火灾探测器是核电子学与探测技术的结晶，应用烟雾粒子可改变探测器中电离室的离子电流原理的火灾探测器。图7为离子感烟火灾探测器工作原理图，其工作原理是：图7离子感烟火灾探测器工作原理图离子感烟火灾探测器是利用电离室的离子流的变化基本正比于进入电离室的烟雾浓度大小来探测烟雾浓度的。电离室内的放射源（放射性元素“媚241”）将室内的纯净空气电离，形成正负离子，当两收集极板间加一电压后，在极板间形成电场，在电场的作用下，离子分别向正负极板运动而形成离子流；当烟雾粒子进人电离室后，由于烟雾粒子的直径大大超过被电离的空气离子的直径，因此，烟雾粒子在电离室内对离子产生阻挡和俘获的双重作用，从而减少了离子流。离子式烟雾火灾探测器内有两个电离室，一个为烟雾粒子可以自由出人的外电离室（或称为测量电离室） ，另一个为烟雾不能进入的电离室（或称为平衡电离室），两个电离室串联并在两端外加电压。正常状态下V=V1 + V2 ，当烟雾进人外电离室时离子流减少使两个电离室电压重新分配，V1 变成V11 , V2 变成V22 ，当V11V2 ，即2节点的电位起了变化从而输出火灾报警信号。由于离子感烟火灾探测器电离室内的放射源（放射性元素“媚241”），特别是在制造、运输以及弃置等方面对环境造成污染，威胁着人的生命安全。因此，这种产品在欧洲现已开始禁止使用，在我国也终将成为淘汰产品。从原理上可知，只要微粒进入外电离室便会影响离子流降低，探测器就会报警，而探测器本身无法辨识进入外电离室的是什么微粒。故抽烟的烟、炒菜的烟、甚至大量灰尘、水蒸汽、化学气体等进入外电离室都会导致离子式感烟火灾探测器发出报警信号，这就是通常人们称之的“误报”。也就是说离子式感烟火灾探测器的误报根本原因来自探测器本身。从这个角度出发，离子感烟火灾探测器误报也是其被淘汰的原因之一。2.光电式感烟火灾探测器光电式感烟火灾探测器是利用烟雾粒子对光线产生散射、吸收原理的感烟火灾探测器。传统的光电式感烟火灾探测器其工作原理如图8所示：正常情况下，光源（发光二级管）的光被挡板挡住没法进人接收极（光敏器件），因此接收极没有信号输出。当烟雾粒子进入探测器时，烟雾粒子对发光二极管发出的光线产生散射从而将光信号送至接受极并发出报警信号。从图9的曲线2中可以看到，这种传统光电式感烟火灾探测器有一个很大的缺点就是对黑烟灵敏度很低，对白烟灵敏度较高，因此，这种探测器适用于火情中所发出的白烟的情况，而大部分的火情早期所发出的烟都为黑烟，所以便大大地限制了这种探测器的使用范围。光敏器件光敏器件遮光板烟光源光源遮光板图8传统式光电感烟火灾探测器工作原理示意图烟雾种类温度变化图9 各种感烟火灾探测器感烟曲线图在新型光电式感烟火灾探测器中，主要从光学的原理上提高探测器灵敏度，如发光二极管与接收极间的角度从传统式的150度改为120度，最重要的是装设了迷宫式光栅，它可增加烟雾在探测器内的停留时间，而且可防止外界光线对它的干扰，另一方面，探测器内装设了优质的放大电路而提高它的灵敏度，这种新型光电式感烟火灾探测器目前已成功地替代离子感烟火灾探测器，彻底解决了离子感烟火灾探测器对环境污染的问题，它的出现立即受到世界环保组织和广大用户的欢迎。至今，世界上许多地区例如欧洲等地区已规定，不准新装离子感烟火灾探测器，而代之以新型光电式感烟火灾探测器。本模拟系统采用的就是这种新型光电式感烟火灾探测器。（二）红外光束火灾探测器目前生产和使用的线型感烟火灾探测器都是红外光束型的感烟火灾探测器，它是利用烟雾粒子吸收或散射红外线光束的原理对火灾进行监测。其工作原理如图9所示。接收器接收器发射器发射器有火情状态图9红外光束火灾探测器工作原理图在正常情况下，发射器发出的红外线光束顺利地被接收器所接当有火情时，烟雾扩散至红外线光束通过的空问，即对红外线光束起到吸收和散射的作用，使之到达接收器的光信讯号减少，从而输出火灾报警信号。红外线线型感烟火灾探测器的优点为监视范围广、保护面积大等，最远距离可达 100m，适用于在火灾初期有烟雾出现的空间范围大的场所，如大型仓库、生产工场、有盖广场、屋顶结构复杂及古建筑物等地方。其缺点为价格昂贵、由于发射器与接收器的距离较远，安装接线较复杂以及在调试时发射器和接收器对正调校较困难等。目前最新推出的一种新型的红外线线型感烟火灾探测器，它的发射器与接收器都放置于保护范围的一侧，另一侧装设了反射装置，如图10所示。图10新型红外感烟探测器工作原理图正常情况下，红外线光束射向反射装置上，再由反射装置反射至接收器上。当有火情时，反射至接收器的光信号减少，于是输出火警信号。当烟雾遮挡达到30时报警，遮挡100时显示故障。反射装置的大小视保护范围内发射接收器至反射装置的距离而定，距离远时反射装置面积大，反之为小。这种探测器彻底解决了调试中发射器与接线，方便了施工。应该经常保持洁净。维护其透光性，以确保探测器灵敏度。(3)紫外感光火灾探测器的工作原理紫外火焰探测器是对紫外光辐射响应的感光火灾探测器。其灵敏度高、响应速度快，对于爆燃火灾和无烟燃烧（酒精等）火灾尤为适用。其结构如图 11所示。图 11 紫外火焰探测器结构图l紫外光敏管； 2紫外线管； 3光学隔板； 4反射环； 5石英玻璃窗；6电子线路板； 7接线板； 8接地爆片； 9电缆； 10支架检测火焰中发出的紫外线，对于可见光及发光热辐射不起反应。紫外光敏管是紫外火焰探测器的敏感元件，其由玻璃管壳、电极、填充气体及管脚等部分组成。紫外光敏管的两个电极接到一个电压较高的电源（2001000V ）上，于是形成了一个强电场。火灾发生时，大量的紫外光通过管壳的透紫玻璃射人光敏管，光电子受到电场的作用而加速，由于管内充有一定的惰性气体，当光电子和气体分子碰撞时，惰性气体分子就电离成正离子和电子，这些正离子和电子在强电场的作用下又被加速，从而引起更多的分子电离，最后形成雪崩放电，光敏管由截止状态变成导通状态，继而触发信号处理电路向火灾报警控制器发出火灾报警信号。紫外线火焰传感器是一种工作于160nm290nm，属于光子检测器件，紫外探测属于无源探测，紫外探头将各视场空间内特定波长的紫外辐射光子（160nm290nm）经光电转换后形成探测信号输出。1、由于器件工作于中紫外区，位于太阳光谱盲区，使检测系统能避开自然光源，使系统信号检测难度下降，误报率大幅降低；2、由于器件自身对紫外光极其敏感，使得系统能在极短时间内（50ms）对来自外部的变化作出极其可靠的反应； 3、被动探测，不发射电磁信号；4、可覆盖所有可能的观测角；5、该器件本身具“日盲”特性，加之它采用光子检测手段，因而具有灵敏度极高，具有极微弱信号检测能力以及反应时间极快的特点；6、监测距离：020米。火灾模拟、报警、检测及控制演示步骤火灾的情况（位置和程度）由感烟探测器、感温探测器和紫外线探测器独立或同时判明；火灾的报警由探测回路自动或手动启动声光报警器；火灾的消防包括区域的电源监测和喷淋控制。1报响火警当某单元感烟探测器感知火灾烟雾或感温探测器探测到火灾温差或紫外线探测器探测火焰或红外线探测器探测到烟雾时，立即自动启动声光报警器；同时现场设有手动按钮供报警人输入控制器，由控制器根据预案自动启动报警系统（单元或区域）。收器的校正问题，且大大的简化了安装接2 切断电源当火灾报警后，由控制中心值班人员根据火灾情况自动或手动切断电源（照明和动力），关闭中央空调，同时启用应急灯。模拟系统只显示电源和应急灯开闭状态。模拟系统中中央空调的关闭用风扇为演示，其闭开状态由红绿灯显示。3 启动喷淋当某单元感温探测器和感焰探测器或红外感烟探测器或紫外火焰探测器回路同时接通时，可以自动或手动启动相关喷淋系统，考虑到误报情况，一般由控制中心值班人员确认灾情后手动启用喷淋系统。喷淋系统在本模拟系统分为两种情况，一种为雨淋系统，它与火灾报警控制系统无任何关联，直接与供水系统相连，当其感知温度达到一定程度（红色玻璃喷头为68度、橙色玻璃喷头为57度、黄色为79度、绿色为93度），玻璃管炸裂，水自动喷出，由于是模拟系统，故没有增压设施和消防水泵；一种为联动控制喷林，当感温探测器和感焰探测器或紫外火焰探测器同时报警，系统自动启用喷林系统，也可手动启动该系统。本模拟系统是通过控制电磁阀来接通和关闭水源。4 启动通风当感烟探测器发出报警，系统自动启动通风系统，也可以通过手动键启动通风系统。本模拟系统以风扇作为模拟排风机。5 监控状态为了减少误报和漏报，提高系统的可靠性，系统具有对探测器的完好状态、现场电源的通断状态、喷淋系统的启动状态及各种故障实现实时监测、诊断、显示和控制。1、火灾发生后，要有声音报警，并且火警指示灯会发亮。2、系统中任何编址部件发生故障时，控制器能报出其故障，同时对现场电源情况（三相电、应急灯）进行监测和显示。3、声报警可消音，光报警可复位。4、控制器可记录火警及故障发生的时间。5、采用大屏幕汉显信息。可读性强，直观方便。6、具有联动功能。即火警发生时，可启动外部声光报警及输出控制信号，以便启动相应的控制设备，如先切断现场的电源、启动应急灯、同时喷水灭火或者灭火器等。 实验总结1、 根据模拟演示，详细撰写整个火灾报警、预警到消防的流程。火灾报警：通过火灾探测器对火灾进行探测来确定火灾的发生。火灾探测器的原理是发生火灾时，会发出热量、紫外线、烟雾、红外线、烟雾粒子等物质或能量，火灾探测器对这些物质或能量进行感知而且确认火灾的发生。当火灾发生时，系统自动启动声光报警器，同时现场设有手动按钮供报警人输入控制器，由控制器根据预案自动启动报警系统（单元或区域）。火灾预警：当火灾报警后，由控制中心值班人员根据火灾情况自动或手动切断电源（照明和动力），关闭中央空调，同时启用应急灯。火灾消防：当火灾报警之后自动或手动启动相关喷淋系统，考虑到误报情况，一般由控制中心值班人员确认灾情后手动启用喷淋系统。喷淋系统有两种方式，分别是雨淋系统和联动控制喷淋。当火灾报警之后，系统自动启动通风系统，也可以通过手动键启动通风系统。本模拟系统以风扇作为模拟排风机。2、描述火灾模拟、报警、检测及控制系统的组成。火灾模拟、报警、检测及控制系统是由感烟探测器、感温探测器、紫外线探测器，声光报警器，电源监测和喷淋控制组成的。感烟探测器。 感烟火灾探测器分为点型感烟火灾探测器和线型感烟火灾探测器。感烟火灾探测器是一种感知燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。用于探测火灾初期的烟雾，并发出火灾报警讯号的火灾探测器。它具有能早期发现火灾、灵敏度高、响度速度快、使用面较广等特点。感温探测器 根据其感热效果和结构型式，可分为定温式、差温式及差定温组合式三类。感温火灾探测器是对警戒范围中的温度进行监测的一种探测器，物质在燃烧过程中释放大量的热，使环境温度升高，探测器中热敏元件发生物理变化，从而将温度转变成为电信号，转输给控制机，发出火警信号。紫外线探测器 紫外火焰探测器是对紫外光辐射响应的感光火灾探测器。其灵敏度高、响应速度快，对于爆燃火灾和无烟燃烧（酒精等）火灾尤为适用。紫外光敏管是紫外火焰探测器的敏感元件，其由玻璃管壳、电极、填充气体及管脚等部分组成。声光报警器声光报警器的电路由闪光灯报警和蜂鸣器报警两部分组成，其中蜂鸣器报警只有在闪光灯报警状态下才可发出一定音调的鸣声，随着闪光灯闪烁，蜂鸣器发出间隙声响。电源监测为了减少误报和漏报，提高系统的可靠性，系统具有对探测器的完好状态、现场电源的通断状态、喷淋系统的启动状态及各种故障实现实时监测、诊断、显示和控制。1、火灾发生后，要有声音报警，并且火警指示灯会发亮。2、系统中任何编址部件发生故障时，控制器能报出其故障，同时对现场电源情况（