三門核電項(xiàng)目火災(zāi)探測器誤報(bào)警分析

姚明奇

（中核集團(tuán)三門核電有限公司調(diào)試處，浙江 臺(tái)州317112）

0 引言

隨著日本福島核泄漏在全世界范圍內(nèi)的影響擴(kuò)大，加上國家大規(guī)模發(fā)展核電事業(yè)，核電安全問題愈來愈多地受到重視。對于核電站，最重要的安全問題便是核泄漏和火災(zāi)，而發(fā)生火災(zāi)時(shí)如果不能及時(shí)報(bào)警并控制消滅火災(zāi)，那么極有可能成為核泄漏的誘因。故FPS（Fire Protection System，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）是核電站一個(gè)重要的安全系統(tǒng)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，若火災(zāi)探測器發(fā)生誤報(bào)警，則會(huì)造成FPS無法正常運(yùn)行，給核電站正常運(yùn)行帶來負(fù)面影響。主要表現(xiàn)在：誤報(bào)警可能誤啟動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)備或關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（如防火閥、消防水系統(tǒng)等），還可能造成運(yùn)行人員作出錯(cuò)誤判斷（如執(zhí)行疏散人員的火災(zāi)響應(yīng)）而使生產(chǎn)中斷。如經(jīng)常誤報(bào)，則不可避免地會(huì)造成一定的生產(chǎn)損失，同時(shí)還會(huì)降低運(yùn)行人員對FPS的信任度。

當(dāng)探測器誤報(bào)警時(shí)，往往難以查出具體原因，因此，火災(zāi)探測器的誤報(bào)警原因及應(yīng)對策略成為火災(zāi)探測器維護(hù)工作中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文提出的探測器誤報(bào)警原因和應(yīng)對策略，可作為三門核電火災(zāi)探測器設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、維護(hù)和管理的參考。

1 火災(zāi)探測器的類型及其工作原理

1.1 三門核電火災(zāi)探測器的類型

FPS中的火災(zāi)探測器能檢測環(huán)境中與火災(zāi)相關(guān)的信號（如煙霧、溫度、火焰、可燃?xì)怏w濃度等），并將檢測到的信號傳遞至火警控制器，火警控制器通過信號處理、數(shù)據(jù)分析等過程判斷是否發(fā)生火災(zāi)并觸發(fā)報(bào)警信號。根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)現(xiàn)象及檢測氣體的不同，三門核電用到的探測器有感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器、氫氣探測器，如圖1所示。

圖1 三門核電火災(zāi)探測器分類

表1是三門核電部分重要廠房探測器數(shù)量統(tǒng)計(jì)，可以看出，使用最多的為感煙探測器，所占比例在80%以上，且感煙探測器的誤報(bào)警原因最為復(fù)雜，因此本文主要針對感煙探測器進(jìn)行分析。

表1 三門核電部分廠房各探測器數(shù)量統(tǒng)計(jì)

1.2 感煙探測器基本工作原理

感煙探測器的探測元件由光源和感光元件組成，如圖2所示。正常時(shí)，光源的光線不能照射到感光元件上，但當(dāng)環(huán)境中有煙霧存在時(shí)，煙霧會(huì)使光線發(fā)生散射，從而使部分光線射到感光元件上，煙霧越濃，散射到感光元件上的光線就越多，即感光元件接收到的光信號強(qiáng)度與煙霧濃度相關(guān)。感光元件再把光信號通過變送電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流模擬量，然后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算比較器或CPU轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過通訊接口傳至火警控制器，最終由火警控制器實(shí)現(xiàn)報(bào)警，如圖3所示。

圖2 感煙探測器探測元件

圖3 探測器的基本工作原理

2 火災(zāi)探測器誤報(bào)警潛在原因分析

火災(zāi)探測器誤報(bào)警的觸發(fā)原因較為復(fù)雜，除探測器內(nèi)在原因外，環(huán)境、施工、人為因素等都可能導(dǎo)致誤報(bào)警。下面以感煙探測器為例進(jìn)行分析。

2.1 探測器內(nèi)在原因

感光元件是火災(zāi)探測器的主要組成部分，其通過光學(xué)、物理學(xué)原理來檢測外部環(huán)境的細(xì)微變化，往往會(huì)將與煙霧某方面特性相似的物質(zhì)（如粉塵、水霧）誤認(rèn)為是火災(zāi)煙霧。另外，由于感光元件長期暴露在外部環(huán)境中，易受到空氣中粉塵、潮氣等影響而使靈敏度降低。

探測電路是包括感光元件在內(nèi)的一組電路，主要功能是把感光元件傳送過來的“信息”轉(zhuǎn)換為所需要的電壓或電流信號；通訊電路負(fù)責(zé)把探測到的“信息”傳送到火災(zāi)報(bào)警控制器。當(dāng)信息有誤時(shí)，探測電路可能將錯(cuò)誤信息誤認(rèn)為是煙霧報(bào)警信息。若探測器安裝時(shí)距鎮(zhèn)流器等電磁干擾源過近，易導(dǎo)致其探測電路不報(bào)警或誤報(bào)警；當(dāng)火警線纜與其他強(qiáng)電線纜同管敷設(shè)時(shí)，易使通訊電路受電磁干擾，可能把“0”信號變?yōu)椤?”信號或是把低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

2.2 環(huán)境的影響

（1）潮濕。由于三門核電廠三面靠海一面靠山，且屬亞熱帶溫濕氣候，濕度必然超標(biāo)，特別是夏季梅雨季節(jié)，濕度經(jīng)常達(dá)到95%以上，白天氣溫較高，空氣不易達(dá)到飽和，較難形成水珠，當(dāng)?shù)搅送砩?，氣溫下降，空氣中的水蒸氣很容易飽和，易形成水珠。?dāng)進(jìn)入探測器探測室里的濕氣形成水珠后，會(huì)導(dǎo)致光線大量散射，使探測器發(fā)生誤報(bào)警。濕氣還易吸附灰塵，在探測器的電路板上產(chǎn)生漏電流，腐蝕電路板，如遇雨天等潮濕天氣，則情況更加嚴(yán)重。

（2）粉塵。由于粉塵對于感煙探測器來講具有與煙霧相似的物理特性，均能使光線發(fā)生散射，同時(shí)粉塵不易清除，故其是感煙探測器的“頭號殺手”。因?yàn)楫?dāng)粉塵進(jìn)入探測器后，如果附著在防蟲網(wǎng)網(wǎng)孔上，會(huì)堵塞網(wǎng)孔，減少煙氣進(jìn)入量，導(dǎo)致漏報(bào)；如果附著在探測室內(nèi)壁上，將會(huì)造成光線散射，使感光元件在正常工作時(shí)也能接收到光線，從而導(dǎo)致工作點(diǎn)漂移，如此一來，探測器會(huì)越來越靈敏，易發(fā)生誤報(bào)警；如果附著在發(fā)光元件或光敏元件上，會(huì)使發(fā)射／接收功能喪失，失去報(bào)警功能；另外，如在氣流作用下粉塵被揚(yáng)起，也會(huì)發(fā)生誤報(bào)警。

（3）大氣懸浮顆粒。大氣中長期懸浮大量顆粒物，其中約有1／4為降塵（粒徑為10～100μm），在空中停留期短，受重力作用會(huì)很快降落，但在外界環(huán)境影響下，這部分顆粒的濃度可能突然升高而使探測器發(fā)生誤報(bào)警。對于粒徑小于10μm的顆粒（俗稱PM10），可以在大氣中長時(shí)間停留，探測器投運(yùn)后，始終處于這些懸浮顆粒的包圍中，且這些懸浮顆粒與煙霧一樣能對光發(fā)生散射作用。因此，這些懸浮顆粒使探測器始終存在“本底煙霧值”。研究表明，不同的本底煙霧值下，感煙探測器的靈敏度會(huì)有不同程度的改變，如圖4所示。

圖4 不同本底值時(shí)同一火源引起的煙濃度變化對比曲線

D1、D2分別代表不同污染程度的大氣環(huán)境中感煙探測器對應(yīng)的本底煙霧值；若D1與D2之差足夠大，則原本具有相同靈敏度的感煙探測器在本底煙霧值不同時(shí)對同一煙源的反應(yīng)將不同。

（4）氣流。由于辦公用房、設(shè)備用房均設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)探測器靠近通風(fēng)空調(diào)送風(fēng)口、風(fēng)室、風(fēng)道時(shí)，如發(fā)生火災(zāi)，氣流會(huì)將煙霧吹離探測器，從而可能造成報(bào)警緩慢或漏報(bào)警。氣流還可能將雜物帶入探測器探測室，導(dǎo)致誤報(bào)警。

2.3 施工的影響

（1）火警線纜存在中間接頭。接頭不但會(huì)降低線纜機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)易吸附粉塵和水汽，造成線纜絕緣水平降低，使線路發(fā)生接地故障，從而導(dǎo)致誤報(bào)警；另外，線纜接頭也屬于重要隱患，如發(fā)生接地故障，不利于查找故障點(diǎn)，將給系統(tǒng)調(diào)試維保帶來不便。

（2）與強(qiáng)電線纜未分開敷設(shè)。火警信號為弱電信號，當(dāng)火警線纜與強(qiáng)電線纜同管敷設(shè)或通過槽盒的同一槽孔敷設(shè)時(shí)，火警信號易受電磁干擾影響而不能正確傳輸。故火警線纜應(yīng)單獨(dú)布線，并與強(qiáng)電線纜之間留出足夠的距離。

（3）探測器安裝過早。施工階段探測器安裝過早，易導(dǎo)致其在別的工種施工時(shí)被碰壞，還將導(dǎo)致探測器受到施工灰塵的影響，為此，國標(biāo)要求“探測器在施工完成后方可安裝”。但由于三門核電不少探測器安裝位置過高等原因，施工完成后再安裝工作量較大，故探測器安裝較早。針對三門核電實(shí)際情況，調(diào)試部門要求建安階段探測器防塵罩必須可靠地罩在探測器上，但實(shí)際上也出現(xiàn)了不少防塵罩被隨意摘除的窘?jīng)r。

（4）探測器距障礙物過近。探測器安裝位置與梁、風(fēng)口、煙道等距離過近，則易受影響而發(fā)生誤報(bào)警。

2.4 人為因素的影響

（1）設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)階段如未充分考慮廠房環(huán)境、使用特點(diǎn)等因素，選擇錯(cuò)誤的探測器類型或錯(cuò)誤的探測器布置，將導(dǎo)致探測器誤報(bào)警。如應(yīng)急指揮中心甲烷氣瓶間設(shè)計(jì)了氫氣探測器，將導(dǎo)致探測器在氣體泄漏時(shí)漏報(bào)警；廢水處理廠房未考慮梁的影響，將探測器設(shè)計(jì)在2根高于60 cm的梁之間，可能造成房間其他區(qū)域發(fā)生火災(zāi)而漏報(bào)警。

（2）探測器參數(shù)設(shè)置問題。探測器會(huì)發(fā)出火警信息，是通過比對實(shí)際測量值與預(yù)先設(shè)定的閾值實(shí)現(xiàn)的，如測量值達(dá)到或超過設(shè)定的閾值，則探測器報(bào)警。在整個(gè)過程中，需根據(jù)探測器種類及所處環(huán)境進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括報(bào)警閾值、本底值等，如這些參數(shù)在出廠時(shí)設(shè)置就存在偏差，或進(jìn)行探測器標(biāo)定時(shí)對這些參數(shù)設(shè)置不合理，都可能導(dǎo)致探測器誤報(bào)警。

（3）其他人為因素導(dǎo)致的誤報(bào)警。火警調(diào)試初期，廠家提供的感煙探測器的測試工具為石蠟煙霧發(fā)生器，起初由于經(jīng)驗(yàn)不足，且工具為廠家提供，故未持懷疑態(tài)度，導(dǎo)致調(diào)試后大量石蠟附著在探測器探測室內(nèi)，且不易消除，探測器經(jīng)常誤報(bào)警。后來使用比真實(shí)煙霧更利于消散的氣溶膠感煙探測器測試儀，調(diào)試完成后，探測器誤報(bào)警次數(shù)減少了很多。

3 探測器誤報(bào)警的應(yīng)對策略

3.1 設(shè)計(jì)方面

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格審查探測器設(shè)計(jì)，特別注意探測器選型及布置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)選型不正確或布置不合理時(shí)，要及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通，用曾經(jīng)發(fā)生過的事實(shí)要求設(shè)計(jì)方修改設(shè)計(jì)。

3.2 施工方面

在FPS開始施工時(shí)，提前介入施工現(xiàn)場，要求探測器安裝位置與干擾源的距離達(dá)到國標(biāo)要求，并對探測器進(jìn)行可靠的保護(hù)。對于火警線纜要杜絕中間接頭，并要求單獨(dú)穿管，從而與強(qiáng)電線纜分開敷設(shè)。

3.3 調(diào)試方面

嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)試程序，并參照規(guī)范，對于發(fā)現(xiàn)的任何一個(gè)細(xì)節(jié)問題，都要進(jìn)行可靠處理。

3.4 使用方面

在火警主控制器所在房間設(shè)立值班點(diǎn)，安排人員以倒班的形式值班，確?；鹁骺刂破麟S時(shí)有人值守；對于區(qū)域控制器建立巡檢制度，每天巡檢全廠所有區(qū)域控制器一次，如發(fā)現(xiàn)誤報(bào)警，則可及時(shí)采取措施消除報(bào)警。

制定合理的探測器檢測和清洗計(jì)劃，由國家消防局授權(quán)的專業(yè)單位執(zhí)行，按月度、季度抽查和年度測試并存并以子項(xiàng)為單位的方式，以2年為1個(gè)周期，完成全廠探測器的檢測和清洗。及時(shí)更換測試不合格的探測器，最大限度地減少環(huán)境中粉塵對探測器探測元件的影響。

4 應(yīng)用效果

目前，三門核電一期工程已完成網(wǎng)控樓、循泵房、除鹽水及“三廢”處理廠房等區(qū)域的FPS由建安向調(diào)試移交及調(diào)試投運(yùn)。表2為2012年10月—2014年10月三門核電一期工程部分廠房FPS火災(zāi)探測器誤報(bào)警故障發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。其中，2012年、2013年期間以上廠房尚有不少局部施工，誤報(bào)警次數(shù)較多；2014年施工全部結(jié)束，且發(fā)生誤報(bào)警的探測器已全部更換，誤報(bào)警次數(shù)急劇下降，這反映了項(xiàng)目所選用火災(zāi)探測器性能較好、可靠性高。

表2 三門核電部分廠房火災(zāi)探測器誤報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語

本文通過對火災(zāi)探測器工作原理進(jìn)行分析，得出引起探測器誤報(bào)警的因素包括環(huán)境中的潮氣、粉塵、大氣懸浮物、電磁干擾等，設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、使用等環(huán)節(jié)都可能是誘因，并針對這幾個(gè)方面給出了應(yīng)對策略。實(shí)踐證明，通過有針對性地實(shí)施應(yīng)對策略，可以改善誤報(bào)警現(xiàn)狀，減少誤報(bào)警次數(shù)。

［1］王剛.核電站火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)規(guī)劃與火災(zāi)報(bào)警控制器設(shè)計(jì)［J］.中國科技縱橫，2012（17）

［2］謝啟源，袁宏永，蔣亞龍.大氣懸浮顆粒PM10對感煙火災(zāi)探測器本底效應(yīng)研究［J］.中國工程科學(xué)，2003（6）

［3］劉宇.淺析感煙探測器誤報(bào)、漏報(bào)火警原因和對策［J］.中國科技信息，2009（16）

［4］GB50116—98 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］GB50166—2007 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］