火灾烟雾

火灾烟雾（共6篇）

火灾烟雾 篇1

摘要：火灾现场可燃材料多, 烟雾多, 情况复杂, 给火灾扑救和人员疏散逃生带来了很大的困难, 容易造成重大的经济损失和人员伤亡事故, 本文从火灾中烟雾危害及蔓延途径基本原理出发, 对火灾中烟雾防控对策进行了探讨。

关键词：火灾烟雾,危害,蔓延途径,防控对策

随着城市中的建筑物的数量逐年增加, 建筑的火灾危险性也日显突出。一旦发生火灾, 电梯井和管道井就像一个个大烟囱, 形成很强的烟道拔力, 使烟气上升迅速, 给人员逃生造成极大的困难。统计表明, 由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者一般占火灾总死亡人数的40%~50%, 而被烧死的人当中, 多数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。因此, 了解建筑火灾中的烟雾的危害, 进行建筑烟雾防控对策研究是建筑消防安全系统中十分重要的问题。

1、火灾烟气的危害性

烟气是物质燃烧和热解的产物。烟雾是物质在燃烧反应过程中热分解生成的含有大量热量的气态、液态和固态物质与空气的混合物。现代化的高层民用建筑, 可燃装饰、陈设较多, 还有相当多的高层建筑使用了大量的塑料装修、化纤地毯和用泡沫塑料填充的家具, 这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量, 同时要消耗大量的氧气。火灾烟气会造成严重危害, 其危害性主要有毒害性, 减光性和恐怖性。火灾烟气的危害性可概括为对人们生理上的危害和心理上的危害两方面, 烟气的毒害性和减光性是生理上的危害, 而恐怖性则是心理上的危害。

1.1 火灾烟气的毒害性

首先, 可燃物燃烧过程会消耗大量的氧气。而氧气是人类生存的重要条件。空气中的氧气含量减少, 向人体组织供应的氧气则减少, 精神和肌肉活动能力降低, 呼吸困难, 甚至使人窒息而死。烟气中含氧量往往低于人们生理正常所需要的数值, 对处在着火房间内的人们来说, 氧的短时致死浓度为6%。而实际的着火房间中氧的最低浓度可达到3%左右, 可见在发生火灾时, 人们要是不及时逃离火场是很危险的。

其次, 烟气中含有各种有毒气体, 如CO、NO、NO2、HCL等, 而且这些气体的含量已超过人们生理正常所允许的最高浓度, 会造成人们中毒死亡。

第三, 烟气中悬浮微粒也是有害的。由于气体扩散作用, 烟气微粒能进入人体肺部粘附并聚集在肺泡壁上, 引起呼吸道病和增大心脏病死亡率, 对人造成直接危害。

第四, 火灾烟气具有较高的温度, 在燃烧过程中产生大量的烟和热。热烟在流动过程中, 遇到暴露的可燃物, 当可燃物受热达到着火点以上时, 即可引起新的着火源。当燃烧产生大量的一氧化碳气体在流动中接触新鲜空气时还会发生爆燃, 引起周围的可燃物着火, 形成再生火源。这样, 使火灾扑救和逃生疏散更加复杂、更困难、更危险。同时高温也是威胁生命安全的重要因素之一, 一般来说, 人在呼吸处的空气温度 (干燥的) 超过149℃, 就会灼伤呼吸道和肺部, 这是人可以生存的极限温度。在65℃时, 可短时忍受;在120℃时, 15分钟内将产生不可恢复的损伤。实际火灾统计资料表明, 吸入燃烧生成的灼热气体而死亡的人数, 超过其他各种原因死亡人数的总和。

1.2 烟雾的蔓延速度快, 人员疏散逃生困难。

建筑中垂直通道多, 楼梯间, 电梯井, 电缆井, 空调井等, 都像一支支高耸的烟囱, 拔风力很大。火灾时高温烟气流通过这些垂直通道, 烟雾向上升腾的速度相当快, 烟雾垂直流动的速度为2-4米/秒, 水平流动速度为0.3-0.8米/秒, 在无阻挡的情况, 垂直上升不到一分钟可蔓延几十层, 对一座长百米左右的建筑物, 水平蔓延, 只要2-5.5分钟就可以从一端扩散到另一端。人员密集时下楼梯速度0.25米/秒, 烟雾上升速度比人下楼梯速度快8-16倍。这是机械的计算方式, 实际远远不止这个速度比例。所以, 高层建筑发生火灾人员疏散逃生往往比较困难, 烟雾上升与人员往下疏散逃生逆向而行, 人们惊慌、拥挤。发生火灾时客用电梯往往要停电, 消防电梯要供消防抢救人员使用, 楼梯是唯一的疏散设施。一旦楼梯进烟浓度大, 人员往往被困在楼上下不去。

2. 火灾中烟雾蔓延途径

火灾烟气携带的大量热量可以很快通过各种管道竖井充满整个建筑物, 高温的浓烟流窜到哪里, 哪里的可燃物就会引起燃烧, 加速火势蔓延。烟气在建筑中流动、扩散主要有三条途径:着火房间→走道→楼梯间→上部各楼层→室外;着火房间→室外;着火房间相邻上层房间→室外。

3、防控烟雾危害的对策

3.1 设置防烟分区

从烟气的危害及扩散规律可以清楚认识到, 发生火灾时首要任务是把火场上产生的高温烟气控制在一定的区域范围之内, 并迅速排出室外。在建筑中设置防烟分区是保证在一定的时间内使火场上产生的高温烟气不至于随意扩散, 并进而加以排除, 控制火势蔓延和减少火灾损失的有效方法。

3.2 非燃化防烟

防烟最好的办法在于消除发烟的源头。在建筑中有条件的应尽量设计火灾报警系统和自动喷水灭火系统, 以便尽早发现火灾, 在大量浓烟产生之前扑灭火灾或控制火灾发展。同时, 非燃化防烟是从根本上杜绝烟源的一种防烟方式。非燃烧材料的特点是不容易发烟, 即不燃烧且发烟量很少, 所以非燃材料可使火灾时产生的烟气量大大减少, 烟气光学浓度大大降低。在选用房屋建材及装饰材料、家具时, 应尽可能采用非燃烧材料, 以便不幸发生火灾时, 相对地有较充裕的逃生时间, 减少对生命的威胁。目前, 关于非燃化的问题, 日本、美国、法国等国家都制定了专门的法规或规范, 对包括建筑材料, 室内家具材料以及各种管道及其保温绝热材料在内的各种材料的非燃化都作了明确的规定, 规定在一些重要公共建筑物内, 吊顶、地板、墙壁的装饰不许采用可燃物。

3.3 密闭防烟

对发生火灾的房间实行密闭防烟也是防烟的一种基本方式, 其原理是采用密封性能很好的墙壁等将房间封闭起来, 并对进出房间的气流加以控制。当房间一旦起火时, 一般可杜绝新鲜的空气流入, 使着火房间内的燃烧因缺氧而自行熄灭, 从而达到防烟灭火的目的。

这种方式一般适用于防火分区容易分得很细的高层住宅、公寓、旅馆等。这种方式的优点是不需要动力, 而且效果很好。缺点是门窗等经常处于关闭状态使用不方便, 而且发生火灾时, 如果房间内有人需要疏散, 仍将引起漏烟。

3、4阻碍防烟。在烟气扩散流动的路线上设置各种阻碍以防止烟气继续扩散的方式称为阻碍防烟方式。这种方式常常用在烟气控制区域的交界处, 有时在同一区域内也采用。防烟卷帘、防火门、防火阀、防烟垂壁等都是这种阻碍结构。

3.5 机械加压送风防烟。

所谓加压防烟, 就是在疏散通道等需要防烟的部位送入足够的新鲜空气, 使其维持高于建筑物其它部位的压力, 从而把着火区域所产生的烟气堵截于防烟部位之外。其目的是为了在高层建筑物发生火灾时提供不受烟气干扰的疏散路线和避难场所。加压防烟方式的优点是能有效地防止烟气侵入所控制的区域, 而且由于送入大量的新鲜空气, 设置这种系统的部位应视建筑物的具体情况而定, 一般有:不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室;可开窗自然排烟的楼梯间但不具备自然排烟条件的前室;不具备自然排烟条件的消防电梯前室;受楼梯井和消防电梯井烟囱效应影响的合用前室;封闭室避难间等。

大量火灾事故结果表明, 烟气是阻碍人们逃生和灭火行动, 导致人员死亡的主要原因之一。为了最大限度的减少烟雾造成的危害, 本文从烟气的危害及蔓延途径和扩散规律等基本原理出发, 综述了火灾烟雾控制对策, 以期对消防管理工作有一定的帮助。

参考文献

[1]GB50045-95.2001.高层民用建筑设计防火规范[S].

[2]杜红.防排烟工程.北京:中国人民公安大学出版社.2003.

火灾烟雾报警系统的设计 篇2

随着我国经济的高速发展, 人民生活水平大幅度提高, 现代建筑不断增多, 各种生产、办公以及居住场所火灾大增, 塑料制品和双层玻璃的大量应用, 使火场的外部救援困难重重。火灾一旦发生, 将对人的生命财产造成极大的危害。现代建筑具有智能化的时代特征, 火灾自动报警系统探测火灾隐患, 肩负安全防范重任, 在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。因此, 设计简单实用的火灾报警控制系统有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义。

1 系统的总体构架

火灾烟雾报警系统的基本功能是通过监测周围环境的红外信号和烟雾浓度而进行火灾报警, 呼吁人们及时采取有效措施消灭火源, 减少损失。

本系统的总体框图如图1所示, 现对该图进行简要说明:

传感器模块主要由红外探测器和烟雾探测器组成, 主要负责采集周围环境信息。信号处理部分将传感器的输出信号进行加工处理, 再传给中央控制单元, 接收并处理火灾报警信号, 输出报警信号等。

2 系统硬件电路的设计

2.1 中央处理器

本系统采用C 8051F005作为CPU, 它具有一个32K字节存储器并与兼容的微控制器内核具有UART串行接口和具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列及6个定时器阵列 (PCA) 模块, 此外还根据不同的需要集成了SMBus/I2C、SPI、USB、CAN、LIN等, 以及RTC部件。还有4个通用的16位定时器和4字节宽的通用数字F0端口。C 8051F005有2304字节的RAM, 执行速度可达25MIPS。片内具有的VDD监视器、温度传感器和时钟振荡器的MCU是真正能独立工作的片上系统。

2.2 传感器模块

根据设计本系统的实际情况, 为了提高火灾监控系统的功能和可靠性, 保证自动灭火系统的动作的准确性, 传感器模块由红外传感器和烟雾传感器组成。

本系统采用热释电红外传感器, 它的工作波长为4.35±0.15um。热释电红外传感器由传感探测元, 干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。

图2是一个双探测元的热释电红外传感器的结构示意图。该传感器将两个极性相反, 特性一致的探测元串接在一起, 目的在于消除因环境温度和本身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理, 使传感器起到补偿作用, 对于辐射至传感器的红外辐射, 热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅耳透镜, 将其聚焦后加至两个探测元L。因此传感器会输出探测电压。

HIS-07是离子感烟探测器电离室, 室内安装一个高性能低活度Am-241电离源。单源双室结构, 体积小, 便于安装在小型报警器中。在无烟或无燃烧物时, 收集极除受电离电流统计涨落影响外, 保持平衡电位。当烟进入电离室时对电离电流产生影响, 易于进烟的外电离室受影响大于内电离室, 电离电流下降, 收集极重新充电直到新的平衡电位, 这种电位变化可传到C 8051F005的检测端, 经内部逻辑电路处理后, 启动报警电路。

当传感器监测到环境中的红外线后便输出热电信号, 由于该信号非常微弱且夹杂有干扰信号, 因此设计了特殊的信号处理电路 (采用运算放大器, 配合周边电路形成具有低通滤波功能的放大电路) 分离出热电信号, 并将其放大, 然后对两级放大后分离出的电信号进行分析判断。数据采集模块的电路图如图3所示。

2.3 通信模块设计

在现代测试系统中, 通讯方式较多。本系统主要应用的场合是宾馆和居民小区的建筑, 如果在现有的建筑中采用有线通讯, 则需要在楼层间打孔、架线, 给原有环境带来一定的负面影响, 甚至给生活带来不便, 难以维护。因此系统的通讯方式采用无线通讯, 无线通讯具有微功率发射、高抗干扰能力和低误码率、传输距离远、透明的数据传输、多信道、多速率、高可靠性, 体积小、重量轻等特点。不仅解决了以上问题, 而且提高了系统整体性能。

图4是通信模块的总框图, 数传模块采用HAC-RS232, 它属于单端通信, 即采用不平衡传输方式。这个模块的硬件设计分别包括单片机与RS232接口电路设计和计算机与RS232接口电路设计。

2.4 单片机报警电路设计

当系统判断达到火灾程度后, 单片机从P2.1引脚输出高电平信号给报警电路, 扬声器发出声音进行报警。报警电路是通过芯片进行音频放大, 为使外围元件最少, 芯片内电压增益内置为20dB。但在1脚和5脚之间增加一只外接电阻和电容, 便可将电压增益调为任意值, 直至200dB。输入端以地位参考, 同时输出端被自动偏置到电源电压的一半再输出给扬声器。我们这里就选择了20倍的电压增益, 芯片1脚和脚悬空则可以图是单片机报警电路图

2.5 系统硬件性能分析

系统总的电路图如图6所示。

系统仿真结果表明, 当系统正常时, 只显示室内对应温度、时间, 当火灾发生时系统发出报警信号, 通知人员去现场查看。实验结论及分析表明系统采用模块化设计可以使系统工作稳定可靠, 抗干扰能力强, 维护方便;系统采用单片机技术具有较快的响应速度, 能及时对火灾进行报警、灭火, 达到了设计要求。

3 系统软件设计

流程图如图7所示。系统初始化主要是对定时器工作方式、寄存器、中断允许寄存器等的设置。系统进行监控, 主要是通过传感器采集信息, 首先进行红外检测, 红外信号强度超过设定值置异常标志位, 再进行烟雾检测, 当烟雾检测到有烟雾时, 现有定时器定时100ms, 在此期间, 如果一直有烟雾, 且浓度加大, 则通知火灾报警器控制电路进行处理。

程序主要采用C语言编辑, 不仅使程序模块化, 便于调试, 而且可以根据系统需求, 更加方便地添加新的扩展功能模块。

4 结束语

本系统采用两种不同的传感器:单元热释电红外传感器和离子烟感探测器, 同时对火灾情况进行判断, 传感器探头通过横向和纵向扫描将光信号转换成电信号, 通过各自放大电路传送给系统的控制器:C 8051F005单片机, 单片机通过综合判断最后判断火灾情况进行报警。系统增加了通信模块, 采用HAC-UM系列微功率无线传输模块实现了单片机控制器与计算机之间的通信从而实现无线通信的功能给维修或者检测带来很大方便。

摘要：主要对火灾报警控制器的理论做了深入的研究, 使用单片机, 选用烟雾传感器、红外传感器等多个传感器作为敏感元件, 结合信息融合技术, 全面阐述了研制火灾报警控制器硬件部分和软件部分的方法。采用protel99绘制电路图并进行电路仿真, 证明整个系统电路设计合理, 性能安全可靠。

关键词：火灾报警系统,C8051F单片机,红外传感器

参考文献

[1]潘琢金, 译.C805 lF000/1/2/5/6/7混合信号ISPFLASH微控制器数据手册[S].深圳:新华龙电子公司, 2008.

[2]郁有文, 常健, 程继红.传感器原理及工程应用[M].第3版.西安:西安电子科技大学出版社, 2008.

[3]黄建宇, 张启升, 宋成军, 等.基于LABVIEW的多传感器火灾远程监控报警系统的实现[J].科技信息, 2010, 7:9.

[4]曾自强, 王玉菌.用VC++实现单片机与PC机串口通信的三种方法[J].自动化与仪器仪表, 2005, 3:16-20.

[5]王程强.一种火灾检测系统的设计[J].现代商业, 2008, 23:287.

[6]张立新.单片机典型外围器件及应用[M].北京:人民邮电出版社, 2006:62.

[7]张奇.单片机应用系统设计技术[M].北京:电子工业出版社, 2006:56-57.

基于高斯分布的火灾烟雾扩散模型 篇3

关键词：火灾烟雾,扩散模型,高斯分布,衰减规律

火灾的危害主要来自两个方面:一是火源失去控制蔓延发展而给人民生命财产造成损失;另一方面是烟雾的快速、大面积扩散导致被困人员由于缺氧窒息而死, 同时火灾发生后会产生很多有毒的烟雾。据消防部门统计, 火灾中由于窒息致死或被有毒气体毒死的人数占火灾总死亡人数的60%以上。对烟雾扩散模型的研究不但可以揭示烟雾扩散过程, 还可反映出不同区域烟雾的浓度, 从而为消防人员制定火灾救援预案提供依据。

笔者假设以一个火灾点源为中心的烟雾强度情况满足高斯分布, 在此基础上建立了火灾烟雾扩散模型。

1 烟雾扩散与衰减规律模型

建立烟雾在大气中的扩散模型多以高斯模型为出发点, 在阅读相关文献的基础上, 假设以一个火灾点源为中心的烟雾强度情况满足高斯分布, 如式 (1) 所示。

式中:C为距离火灾点源距离为r的点的烟雾强度;C0为该区域的烟雾强度的背景值;S为火灾点源处烟雾强度;b为高斯分布参数;r为某点距离火灾点源的距离。

若存在两个火灾点源M、N共同作用, 则任何一点的烟雾高斯浓度具有可加性, 由M、N的作用叠加得到, 源M作用为SM (t) exp (-rM2/bM) , 源N作用为SN (t) exp (-rN2/bN) , 叠加结果如式 (2) 所示。

式中:SM (t) 、SN (t) 分别为源M、源N强度;C0为烟雾浓度背景值;rM、rN分别为待求点距源M中心、源N中心的距离;bM、bN分别为源M、源N的高斯分布参数。

其次, 将天气影响以影响系数的方式加入上面的表达式, 由此得到任何一点烟雾的实际浓度C (x, y, t) 的分布模型如式 (3) 所示。

式中:rwv为风速影响系数;rwd为风向影响系数;r湿为湿度影响系数, 含降水作用影响。

2 模型参数的确定

(1) 浓度背景值C0:烟雾浓度背景值为在没有其他烟雾源时, 当地自然条件下产生的烟雾浓度值。依具体场地背景而言, 简单起见, 分析时也可以取值为0。

(2) 高斯分布模型参数b:平面区域内计算已知点源的高斯分布模型参数b时, 直接利用点源和某个相应的受影响点之间的关系, 即它们相距的距离和各自的烟雾强度, 代入式 (4) 就可得到b值。

对于不严格满足高斯分布的情况, 采用一种平均统计学方法, 火灾点源周围有若干受影响的点并已知这些点的烟雾强度的时候, 对于每一受影响点和源点列出一个方程求解相应的b值, 然后求出所有b值的平均值作为这个区域的高斯分布参数。简称这种方法为平均值高斯参数计算法, 如式 (5) ~式 (6) 所示。

(3) 风速影响系数rwv:已有研究表明, 烟雾浓度与风速呈现一定程度的负相关。这是因为风速的大小会影响烟雾颗粒的水平输送。当风速偏大时, 扩散条件好, 烟雾容易引起迁移。相比之下, 静风小风条件容易造成颗粒物的局地累积。有学者研究表明, 一般当风速小于2m/s时, 两者的相关性不很明显;但风速超过2m/s时, 风速使得颗粒物浓度明显降低。当风速达到一定程度时, 颗粒浓度开始上升, 因为大风开始将地面灰尘大量吹到空气中, 增加了其中的颗粒物含量。如式 (7) 所示。

数值范围与变化趋势:wv1可取为1, wv2、wv3、wv4取值先降低后升高, 非线性变化。数值确定方法:将已知记录点的数据代入模型, 结合上述判断, 进行参数反演。

(4) 风向影响系数rwd:除了风速, 烟雾浓度也同时受到风向的影响。迎风向浓度减小, 背风向浓度增大。对每个区域给出相应的参数值如式 (8) 所示。

数值范围:wd迎处于0~1之间;wd背大于1。数值确定方法:将已知测点数据, 代入模型, 结合上述判断, 进行参数反演。

(5) 湿度影响系数r湿 (包括降水作用分析) :已有研究结论表明, 不降水时, 空气中水分加多会加重颗粒物的累积程度, 烟雾浓度与空气湿度呈现一定程度正相关, 即空气湿度增加, 烟雾浓度上升。一旦发生降水, 则对颗粒物有非常显著的清除作用。经历一次湿沉降, 颗粒物的浓度会大幅下降。如式 (9) 所示。

其中, e1、e2、e3大于1, 非线性变化;er1、er2、er3小于1, 非线性变化。数值确定方法:需采集湿度、雨强等数据, 研究合理的级别划分及相应的参数取值。

3 烟雾扩散模型的讨论

3.1 单一火灾点源时烟雾扩散评估

根据上述建立的模型, 以单一点源在稳定风场作用下的高斯扩散模型进行模拟。为分析方便起见, 去掉浓度背景值项, 则有场内任意点的高斯浓度如式 (10) 所示。

式中:径向距离;S为点源烟雾浓度; (x0, y0) 为点源坐标;b为高斯分布参数。

建立一个理想的稳定风场, 场内各点风向、风速均相同, 风速大小为v2。假设烟雾高斯扩散速度为v1, 烟雾在风中的扩散速度与风速成正比, 其值为kv2。则烟雾顺风向扩散速度为v1-kv2, 逆风向扩散速度为v1+kv2, 斜风向扩散速度介于两者之间, 大小为v1+kv2cosθ, θ为v1方向与v2方向的夹角。此时烟雾扩散场如图1所示。

则风场作用下的浓度分布函数图像, 是在高斯浓度分布函数图像上作了平移和拉伸两种变化之后得到的, 图1中函数表达式具有如下的形式:记偏移量为 (Δx0, Δy0) , 拉伸系数为k2, 下风向的浓度分布如式 (11) 所示。

规定安全浓度限值为C限, 则由式 (12) , 可得式 (13) 。

如图2所示, CAB边界上满足扩散速度等于0, 如式 (14) 所示。

假定高斯扩散的扩散速度v1大小与浓度梯度成正比, 如式 (15) 所示。

则由式 (16) 可确定CAB边界的位置。

BEDC边界上满足浓度值等于安全区浓度限值, 如式 (17) 所示。

这样, 稳定扩散场已经建立, 在此基础上考虑时间因素, 就可以对区域内任意一点的浓度变化进行判断。

3.2 两个火灾点源时模型参数的影响

模型参数对烟雾扩散的影响较大, 针对不同的点源, 强源、弱源的衰减规律不相同。b值对火灾烟雾扩散的影响见图3~图5所示, 表示的是当两个强源、两个弱源、一强一弱源作用时烟雾扩散规律。由图3~图5可知:此模型中模型参数bM、bN对扩散半径的影响较大, 当两弱源或两强源共同作用时, 烟雾扩散半径随着b值的增大而增大, 而烟雾浓度衰减速率随着b值的增大而减小。其中两弱源共同作用时 (如图3 (a) ) , 烟雾浓度仅在靠近火源处达到局部峰值, 且衰减迅速。当一强一弱源作用时, 烟雾扩散半径随着强弱火源b值差距的减小而增大, 其浓度衰减随着两者b值差距的减小而减弱。当一强一弱火源b值差距很大时 (如图4 (a) ) , 烟雾浓度出现明显峰值, 且衰减迅速。另外, 湿度、风特性在模型中仅作定性探讨。

4 总结

建立了以高斯方程为基础的火灾烟雾扩散-衰减模型, 并对模型的参数进行了讨论与分析。该模型在一定程度上能合理地揭示烟雾扩散-衰减规律, 反映出不同区域烟雾的浓度, 并为消防人员制定火灾救援预案提供基础性数据依据。但是模型中一些参数现阶段仅为定性给出, 后期需要大量数据的支撑和修正。如参数的确定对环境的依赖性比较强, 需要大量采集风速、湿度、雨强等数据, 研究合理的级别划分来采用相应的参数取值。因此, 可在此模型的基础上进一步深入, 研究多个参数的权重系数, 对各参数的影响重要性有更直接的了解以便于应用。

参考文献

[1]秦培煜, 陈传波, 吕泽华, 等.基于物理模型的烟雾实时模拟[J].小型微型计算机系统, 2007, 28 (8) :1486-1488.

[2]孟强龙.烟雾的物理模型及其模拟[D].合肥:安徽大学, 2010.

[3]张子波, 李自力, 王瑶.用修正的高斯模型计算天然气稳态扩展[J].石油天然气学报, 2010, 32 (1) :369-371.

[4]方学荣, 冯平.高斯函数的性质[J].新疆师范大学学报 (自然科学版) , 2004, 23 (2) :13-15.

[5]关世钧, 王学峰.连续点源泄漏事故的数学模型研究[J].消防科学与技术, 2004, 23 (4) :313-316.

[6]张文艳, 姚安林, 李又绿, 等.风力对天然气管道泄漏后扩散过程的影响研究[J]天然气工业, 2006, 26 (12) :150-152.

[7]孙昊.有风条件下髙层建筑烟气蔓延规律的研究[D].淮南:安徽理工大学, 2012.

[8]由颖, 王君, 王静巍.基于复杂环境的烟雾扩散模拟方法[J].沈阳工业大学学报, 2009, 31 (3) :333-350.

[9]许峰, 于春雨, 徐放.视频烟雾火灾探测技术研究趋势[J].消防科学与技术, 2012, 31 (11) :1185-1188.

烟雾温度火灾报警器的设计 篇4

20世纪30年代, 随着科技的发展、政府的大力提倡调控、人们生活水平提高安全意识的不断增强, 民众对家庭居住的舒适性和安全性开始有了较高的要求, 国外开始研发烟雾报警器, 并且发展十分迅速。世界上第一台家用可燃气体报警器于1964年问世。随后, 报警器的研发进入了井喷式增长阶段。随之, 人们对火灾报警以及自动消防系统的要求也越来越高。为了减少火灾悲剧的发生, 就必须对环境中的温度及烟雾浓度进行全日制现场检测, 采用安全可靠的先进检测仪表, 严密监测, 及早发现事故隐患, 采取有效措施, 避免事故发生, 才能确保工业安全和家庭生活安全。

20世纪70年代初期, 我国开始研制发烟雾报警器, 研制初, 期主要应用在炼油方面。后来逐渐扩展到了所有的危险作业。但主要是引进国外先进的生产工艺与技术, 在此基础上, 不断地改进, 创新实践, 逐渐形成了自己的特色。1997年日本新宇宙股份有限公司与上海燃气创立合资公司, 在上海开始家用型气体报警器的生产和售卖。2007年在中国设立独资公司, 开始进行工业用气体检测报警器的生产和售卖。

2 设计意义

直至目前为止, 我国的火灾报警技术依旧不够成熟, 仍旧存在着许多的漏洞。例如智能化程度较低、准确度较差等。虽然我国的火灾报警器都进行了智能化设计。但是, 由于对传感器件的阐述, 解析较少, 软件开发还不够成熟, 以至于火灾报警系统难以准确地判断出火灾的等级、烟雾的浓度等数据, 造成误判、漏报;其次, 网络化程度较低。我国的火灾报警器体现形式主要是通过控制中心火灾自动报警系统和区域、集中火灾自动报警系统。安装形式过于集散, 各区域自成体系, 无法集中起来, 使区域网络化;其次, 控制器与探测器之间的连接也有待改善。两者由于是通过铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接。使得耗材增多、成本也连带着升高了许多。并且有不耐高温、易磨损等缺点。从而大大减少了火灾报警器在国内的传播与使用。

3 关键技术

该设计解决了国产报警器智能化较低、判断较差的一些问题。通过软件来控制硬件。在安装探测器的监测点上, 探测器将烟雾信号转换为电信号, 然后送出模拟信号, 通过电缆线将信号传输到控制器中的单片机内, 通过软件的处理, 输出报警器状态的控制信号, 从而点亮报警器的指示灯报警并且使蜂鸣器发出声响。从对设计的要求来分析, 可分为探测采集部分、单片机控制报警部分以及电源。

探测采集部分主要是由烟雾传感器负责。烟雾传感器作为报警器中的核心器件, 是无法被取代的。不同于烟雾报警器, 它是一种模拟传感器, 可以通过检测烟雾的浓度来实现火灾的防范。是测量装置的重要环节, 该设计中所使用的是MQ-2烟雾传感器。它所使用的材料是在清洁空气中电导率十分低的二氧化锡和单晶半导体。对天然气、丙烷、氢气等都有十分高的灵敏度, 并且使用寿命长, 价格便宜, 只需要简单的电路就可驱动。当传感器所处的环境存在天然气等可燃气体时。传感器中的电导率将会随着空气中可燃气体浓度的上升而增加, 随后将烟雾转换为电信号并传输出去, 从而获得火灾现场的相关信息。值得注意的是, 烟雾传感器是在加热的情况下开始工作的, 且在稳定的温度范围内, 温度越高, 延时越小, 即传输信息的速度越快。

在实现单片机的控制功能中, 需要单片机具有高速处理数据的能力, 使得当烟雾浓度信号传输给单片机时, 检测人员必须能够通过LED数码管显示及时的观测到烟雾的浓度等级, 进而做出一系列的决策。因此, 在单片机控制部分的设计上, 选用了型号为STC89C52的单片机作为核心元器件。它是一款低功耗、高性能CMOS位的微控制器, 可以任意选择机器周期, 并且指令代码可以完全兼容传统的8051。具有EEPROM功能和看门狗功能, 并且具有正常、空闲、掉电、省电等多种工作模式。其中, 掉电模式典型功耗大概在0.1u A, 可通过外部终端唤醒, 中断返回后, 继续执行原程序;空闲模式典型功耗2m A;正常工作模式典型功耗4m A-7Ma等复杂的片内外设。并且具有高速的数据处理能力。而在单片机控制部分正是利用了其高速数据处理能力和复杂的片内外设。使得仪器变得更加微小和智能。同时也加快了报警器市场的开拓。

对于报警系统来说, 最重要的莫过于探测器。没有任何一种探测器能够适应所有的环境, 都有一定的局限性。因此, 本章的报警器设计选用了两种探测器, 一种是上文所说的烟雾传感器, 而另一个就是温度传感器了。而DS18B20温度传感器具有体积小、成本低、抗干扰能力强、精度高等优点。测温范围为-55℃-125℃, 且温度转换的延时较DS1820更为短。它与传统的热敏电阻不同, 它可以通过简单的编程在数码管上以数字的形式将所测温度直接体现出来。当烟雾浓度和火灾温度达到一定的值时, 它将所感受到的温度转换为输出信号, 通过缆线传送给控制电路, 完成信号的处理后驱动蜂鸣器和报警器发出声响。

而电源的供电方式则选择的是干电池供电。通过实验验证, 当以四节1.5V的干电池做电源时, 电池所产生的电压完全能够保证单片机、传感器稳定的工作, 且成本较低, 更换方便。至于蓄电池, 虽然输出电压稳定, 又有很强的电流驱动能力, 但由于体积偏大, 在考虑到家庭使用的情况下, 连接在报警器上面极为不便, 因此, 选择干电池作为供电来源。

4 结论

随着时代的进步和科技的发展, 单片机对我们的生活造成的影响将会越来越大, 社会的需求也会逐渐增加。它将会广泛应用于工农业等各个部门, 可以说, 对于社会的发展, 它是不可或缺的存在。传感器作为一种检测装置, 他能够将所感受到的信号通过软件的处理转换为电信号和模拟信号并输出, 用于满足信息的显示、处理、控制、传输以及储存等要求。传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域, 国内传感器主要分布在机械设备制造、家用电器、科学仪器仪表、医疗卫生、电子通信以及汽车等领域。几乎每个现代化项目都无法脱离传感器独立存在。正因为有了它的存在, 才让物体有了嗅觉、触觉和味觉等感官, 让物体渐渐变得活了起来。对于两者合成的产物, 烟雾报警器来说, 更会深入到人们的生活当中, 保障着人们的生活与生产的安全, 促进着社会文明和科技的发展, 与人们息息相关。

参考文献

[1]杨帮华.微机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[2]杨欣, 张延强, 张铠麟.实例解读51单片机完全学习与应用[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[3]李继灿.新编16/32位微型计算机原理及应用[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[4]张景璐.51单片机项目教程 (C语言版) [M].北京:人民邮电出版社, 2016.

[5]吴建平.传感器原理及应用[M].3版.北京:机械工业出版社, 2016.

火灾烟雾 篇5

在石化系统, 原油储罐防火以泡沫灭火和清水冷却方式为主。随着安全标准、规范的日益完善, 此方式已经不能满足消防灭火的要求, 主要原因之一应急迟顿, 不能在第一时间内发挥灭火作用。近几年, 我国烟雾自动灭火系统研究开发和试验工作取得了卓有成效的成果, 已经在国内多家石油企业中得到了应用。该系统可有效解决应火迟钝, 弥补原油储罐灭火系统存在的不足。对于防止火灾和爆炸, 保证人民的生命财产安全, 具有重要实践意义。

2 原油储罐所处地理环境

2.1 油田应火概况

目前我国陆上原油开采行业主要占居在平原和山区地带, 其最大的特点是荒漠野地, 人烟稀少, 构成了点多面广线长的布局, 特别是在山区, 山大沟深, 典型山区地貌, 土质松散, 胶结能力差, 道路塌方现象时有发生, 另外沟横纵错, 道路曲折, 坡陡弯急的山地路形, 交通极为不便, 给消防队伍第一时间救灾及其它应急抢险带来了巨大困难, 延误抢险救灾的最佳时机。

2.2 原油储罐现有消防设施

原油生产因地制宜, 在广阔的油田生产区域建立了较多的百方以上拱顶储油罐, 只有大型集中处理站原油储罐设有泡沫灭火系统、清水冷却系统和烟雾灭火系统, 另外就近成立了油田消防中队, 但是更为偏远的计量接转站、增压站等站点的安全环保应急原油储罐, 消防措施只有消防毛毡、干粉灭火器等最简单的基本消防器材, 如若发生意外火灾时, 很难在火灾初起第一时间采取消防措施;另外因施救不当还会引起二次灾害, 延误了扑救初起火灾的最佳时机。

3 烟雾灭火系统介绍

3.1 烟雾灭火系统结构组成

烟雾自动灭火系统由:烟雾产生器、烟雾灭火剂、导烟管、喷头、感温引火头、引火系统等组成, 见图1。

3.2 烟雾灭火系统的优点

烟雾自动灭火系统是我国发明的一项应用于石油化工产品储罐的火灾防护技术。该系统装置, 适用于拱顶和内浮顶储罐的初起火灾, 不仅结构简单、启动灵敏、自动开启、无人值守、也可多套安装组合使用、性能可靠、灭火迅速、维护方便、对罐体无腐蚀、而且不用水、不用电、投资少、灭火后对罐内储存物污染极小, 系统发烟灭火后、可重新灌装药剂, 继续运行。这项技术填补了扑救无水、缺水、无电及交通不便地区的石油化工产品储罐火灾的技术空白, 为用户和广大设计人员提供了一种安全、经济、适用的消防安全设施。

3.3 烟雾自动灭火系统规格和技术参数

罐外式烟雾自动灭火系统有Z W W5型、ZWW10型和ZWW12型三种型号。

主要技术参数表1

注:1) 直径大于10米的储罐可根据储品种类和罐容采用多套系统组合设计, 安装形式见图2。

2) 启动温度一般为110℃、175℃两种, 亦可根据用户要求设定。

3.4 烟雾灭火系统灭火原理

烟雾灭火剂是由黑火药配以缓燃物组成的含氧化剂、可燃物、引燃物、发烟物等成分的灰色粉末状混合物。烟雾自动灭火系统 (罐外式) 的灭火原理是:当油罐起火后, 罐内温度急剧上升, 达到启动温度 (110℃、175℃) 时, 罐内感温探头上的低熔点合金熔化脱落, 导火索外露, 火焰点燃导火索, 引燃烟雾灭火剂, 被引燃的灭火剂发生燃烧反应, 瞬时产生大量含有水蒸气、氮气、二氧化碳及固体微粒的烟雾气体 (产气量325ml/g) , 烟雾气体靠自身在容器内形成的压力, 经高速喷入着火储罐, 并在储罐内迅速形成浓厚的灭火烟雾层以。以很快的速度通过导烟管至储罐顶部的喷头, 喷射到储罐内燃烧区, 形成均匀而浓厚的灭火烟雾层, 以稀释、隔离、窒息和金属离子覆盖和化学抑制多种作用将储罐初期火灾扑灭。

烟雾自动灭火系统这种特有的灭火原理赋予了它灵敏、快速、高效的灭火效能, 使其越来越得到人们的认可和重视, 并在石油化工产品储罐的火灾防护中得到了广泛的应用。

3.5 烟雾自动灭火系统在应用中的安全性和可靠性

烟雾自动灭火系统根据实际应用中出现的一些问题, 经过不断地进行研究和试验, 对该项技术作了一系列的改进, 使其日趋成熟。系统的应用范围从原油、重油、柴油储罐发展到航空煤油、汽油及醇、酯、酮类水溶性液体储罐;灭火装置在罐内式的基础上又开发了罐外式装置和系列产品, 且应用设计方案由一台单独使用发展到多台并联使用;系统的启动方式由电启动改进为低熔点合金探头启动, 彻底杜绝了安装中的误启动;系统保护储罐容积的范围也不断的增大, 从50m3发展到了2000m3;经过计算设计实施多台并联使用的储罐容积已扩展到了5000m3的柴油罐。在安装维护方面, 生产厂家加强了对安装人员的技术培训, 并在科技人员的指导下编写了详细的系统技术手册, 为用户安全管理提供了技术指导和服务。

因此, 无论是从系统灭火性能上看, 还是从安装、使用、维修、更换的操作上看, 烟雾自动灭火系统在应用中, 都是十分安全和可靠的。

4 烟雾自动灭火系统成功案例

在实际应用中, 烟雾自动灭火系统成功地扑灭了所遇到的储罐火灾案例如下:

1987年10月26日, 广东佛山市建国××厂, 罐内系统, 成功扑灭容积为1000m3的原油储罐火灾;

1989年11月10日, 天津××厂, 罐外系统, 成功扑灭直径为10m的原油储罐火灾;

1991年9月10日, 天津××厂, 罐外系统, 成功扑灭直径为6.5m的原油储罐火灾;

5 结束语

由此可见, 烟雾自动灭火系统确实为石油化工产品储罐提供了可靠的火灾防护手段, 是固定消防设施系统的重要组成部分, 是大型油库和地处偏远地区油气场站的重要保障设施, 是控制火灾的发展进程及确保火灾及时扑救的必备条件, 尤其是在国内各大油田, 是确保油气生产安全及企业发展的根本保障, 具有不可低估的作用。

摘要：简述了烟雾自动灭火系统的发展概况及其灭火机理、性能、优点、介绍了烟雾自动灭火系统在石油产品储罐火灾防护的设计和应用, 展望了烟雾自动灭火系统很好的工程应用前景。

关键词：烟雾自动灭火,灭火机理,灭火效能

参考文献

[1]消防科技《罐外式烟雾自动灭火系统介绍》1986 (3) 秦凤歧

[2]消防技术与产品信息《罐外式烟雾自动灭火系统在油田的推广应用》2000 (2) 傅雷

火灾烟雾 篇6

关键词：Zigbee网络,火灾预警系统

1 概述

Zigbee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。Zig Bee网络中的设备可分为协调器 (Coordinator) 、汇聚节点 (Router) 、传感器节点 (End Device) 3种角色。

Zig Bee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台, 在整个网络范围内, 每一个Zig Bee网络数传模块之间可以相互通信, 每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

目前Zig Bee的应用领域主要有:工业、农业无线监测系统、智能家居物联网个人监控、医院病人定位、城市智能交通、户外作业及地下矿场安全监护。

本系统采用TI公司内嵌zigbee协议的CC2530的CPU搭载烟雾、温度传感器组网, 由传感器节点 (End Divce) 、汇聚节点 (Router) 、协调器 (Coordinator) 组网, 最后由协调器通过串口把数据传输给上位机处理, 上位机分析烟雾和温度数据, 当检测到危险情况立即发出报警信息。

系统原理如图1所示。

2 系统硬件设计

CC2530是用于RF4CE和2.4-GHz IEEE 802.15.4、Zig Bee应用上一个真正的片上系统 (So C) 解决方案, 而本CPU正是采用TI公司的CC2530。它的优势就在于建立强大的网络节点却能用非常低的总的材料成本。并结合了领先的RF收发器的优良性能, 系统内部可编程闪存, 业界标准的增强型8051CPU, 8-KB RAM和其他许多强大的功能。

其中, CC2530F256结合了德州仪器的业界领先的黄金单元Zig Bee协议栈 (Z-Stack?) , 提供了一个完整和强大的Zig Bee解决方案。

最后, CC2530F64结合了德州仪器的黄金单元Remo TI, 更好地提供了一个强大和完整的Zig Bee RF4CE远程控制解决方案。

2.1 2MQ-2型烟雾传感器工作原理

其属于二氧化锡半导体气敏材料, 当M Q-2处于200℃~300℃温度时, 二氧化锡吸附空气中的氧, 在其表面形成氧的负离子吸附层, 这样造成电子密度减少, 从而提高了其电阻值。遇到可燃气体时原来吸附的氧被可燃气体所消耗, 以正离子态的可燃烟雾吸附在半导体表面, 氧被结合放出电子, 烟雾以正离子态吸附也会放出电子, 使半导体带电子密度升高, 从而使其电阻值减小, 这样就可以通过检测电阻转换成的电压信号来感知环境信息。当环境中的可燃气体浓度下降后二氧化锡半导体又会恢复到常态, 电阻值升高到初始值。

2.2 温度传感器DS18B20的工作原理

全数字温度转换及输出, 通过查询内部相应寄存器得出。单总线数据控制通信。最高分辨率12位, 精度可达±0.5℃。检测温度范围-55℃~+125℃ (-67℉~257℉) 。内置EEPROM, 限温报警功能。

3 软件设计

Z-Stack中带有一个基于优先级的轮转查询操作系统OSAL (Operating System Abstraction Layer) , OSAL采用以实现多任务为核心的系统资源管理机制。每一个任务的核心是一个事件处理函数, 事件处理函数根据消息ID来选择合适的入口函数处理该任务本身或其他组件产生的事osal_init_system () 初始化操作系统的任务, 其中的osal Init Tasks () 函数负责协议栈和用户任务的初始化工作。

温度测量函数:

4 结语

本系统采用TI公司的CC2530CPU作为基本平台, 搭载温度DS18B20温度和MQ-2烟雾传感器结合CC2530内嵌的Zigbee物联网通信协议智能组网构成的无线传感器在火灾预测和预防方面的典型应用, 在相关领域具有非常广泛的推广价值。

参考文献

[1]姜连祥, 汪小燕.无线传感器网络硬件设计综述[J].单片机与嵌入式系统应用, 2006 (11) :78-82.

[2]刘超伟, 赵俊淋, 易卫东.基于n RF24L01的无线图像传感器节点设计实现[J].电子测量技术, 2008 (6) :34-36.