探火管灭火装置的远程监控系统设计.doc

2011级安全工程专业课程设计目录1.概述11.1课程设计背景及意义11.2探火管灭火装置11.3 GPRS远程监控系统41.4灭火器装置与远程实时监控系统的联合应用82基于GPRS的探火管灭火装置远程实时监控系统设计思路及方法83.探火管灭火装置在无人值守变电站的应用103.1无人值守变电站103.2探火管应用于配电柜103.3计算公式114结束语12参考文献13探火管灭火装置的远程监控系统设计内容摘要：探火管灭火装置是一种简单、成本低，且可靠性高的独立自动灭火装置，它无需电源，无需烟（温）感探测器，无需复杂的设备及管线，靠自身的储压运作，是消防行业的一项创新发明。本文主要是介绍探火管灭火装置的GPRS远程监控系统设计，将从探火管灭火装置和GPRS远程监控两部分分开讲述，并最后结合设计。关键词：探火管：远程监控系统1.概述1.1课程设计背景及意义探火管灭火装置是一种简单、低成本、可靠性高的独立自动灭火装置，无需电源，无需传感器和复杂的系统管线，是一项很实用的消防领域的创新发明。但是在应对意外状况时不能够做出有效反应，因此本设计将远程实时监控与探火管灭火装置有效结合加以应用，使探火管的应用范围更加广泛。1.2探火管灭火装置探火管是一种高分子聚合物材料制成的柔性感温管材，内部储压后受温度上升变化，在感温最高处形成爆破口，人们利用这一特性，在消防应用中将它作为火灾探测部件，同时还可兼做灭火剂输送和喷放管道，国外称之为“聚合材料线性感热探测管”，引入我国后称为探火管。探火管具有一定的柔韧性，可以围绕保护对象进行灵活布置，在着火点探火、爆破并喷放灭火剂，达到“定点喷射，定向灭火”的效果，实现真正意义上的扑救初期火灾的目的。探火管灭火系统是由装有灭火剂的压力容器、容器阀及释放灭火剂的探火管和(或)释放管等组成。通过与灭火剂贮存容器相连且直接布置在易发生火灾部位的探火管，在受热温度最高处被软化并爆破，利用探火管或释放管向防护区内喷射一定浓度的灭火剂使其充满整个防护区，实现自动探测和迅速扑灭火灾。 标准的探火管装置按其输送灭火剂方式的不同分为直接式和间接式两种。直接式装置仅通过一根探火管实现探测火源、传输灭火剂及灭火。一般来说该系统针对小空间、灭火剂量少的火灾场所，见图1.1。间接式装置是由探火管自动探测火灾，利用探火管中压力的突然下降开启容器阀，同时灭火剂输向释放管，由释放管上的喷嘴喷出灭火荆扑灭火源，见图1.2。 探火管为一种充压非金属的高科技合成软管，其内径约为4mm，外径约为6mm，受热在1602时爆破动作。间接式灭火装置的释放管一般采用幅mm铜合金无缝管，工作压力不小于10MPa。释放管的长度根据所采用的灭火剂的不同而不同。一般为6m到12m。探火管灭火系统根据保护对象的火灾特性，可以填充二氧化碳、七氟丙烷(卜nD227ea)等灭火剂，其部分设计参数还需符合相关的国家消防规范。图1.1直接式探火管图 1.2间接式探火管探火管灭火系统把传统的固定式气体灭火系统大空间防护区的灭火方式，转换到更直接针对火源部位的小空间灭火，是灭火原理上的一个重大进步。与固定式气体灭火系统相比，探火管灭火系统在封闭的小空间内具有较多的优点，见下表。内容探火管灭火系统固定式气体灭火系统灭火空间和对象相对封闭的小空间，能将灭火剂直接喷射到火源部位；其探测、灭火针对火源，有效性强，能降火在控制在极小的范围内。相对封闭的大空间，通常为一个房间或一个防护区；灭火对象为火势蔓延开的较大设备，灭火空间大，针对性差。系统动作时间系统动作时间快系统动作时间慢药剂量及作用效果药剂量使用小，作用效果明显。药剂量使用大，作用效果不是很明显。系统的复杂性和安全性系统简单，安全；集灭火和探测为一体，无需设置专用储瓶间；无需复杂的电控设备；系统简单，安装方便；剂量小，即使有毒对人体危害也不大。系统复杂，对环境人体存在一定危害；有些灭火剂具有毒性，对人体有危害窒息作用，灭火前要准备急救人员；灭火药剂剂量大，对环境有一定危害。系统的造价系统投资低系统投资较高其他不受位置影响，可安装在各种狭小、复杂的易燃空间。需要一套完整的火灾探测系统，无法在狭小空间灭火。表1探火管灭火系统和固定式气体灭火系统比较第 12 页第 1 页探火管灭火系统参数： 探火管式自动探火灭火装置的灭火剂设计用量应根据保护对象的火灾特点、防护区的体积确定，设计参数应符合规定，且二氧化碳、七氟丙烷灭火剂应分别满足相应规范的要求。表2 四种探火管的灭火系统参数 探火管装置类型 最大工作压力(MPa) 工作温度范围() 单位体积所需灭火剂最小量 探火管的最大长度(m) 8mm释放管最大长度(m) 单个保护区最大容(m3)二氧化碳直接式150-491.5kg/m25.10二氧化碳间接式150-491.5 kg/m2512100七氟丙烷直接式1.80-500.7 kg/m25.10七氟丙烷间接式1.80-500.7 kg/m25121001.3 GPRS远程监控系统GPRSGeneral Packet Radio Service，GPRS为通用分组无线业务的简称，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。GPRS，通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术（2.5G），GPRS在许多方面都具有显著的优势。远程监控系统是一款远程控制软件，有时可以当木马程序来用。近几年来，中国杀毒软件厂商都将灰鸽子，冰河等列为每年电脑病毒榜之首。在熊猫烧香作者被逮捕后，灰鸽子病毒又重回中国杀毒软件厂商列出的电脑病毒榜榜首。 远程系统控制可以在网络上由一台电脑（主控端Remote/客户端）远距离去控制另一台电脑（被控端Host/服务器端）的技术，这里的远程不是字面意思的远距离，一般指通过网络控制远端电脑，不过，大多数时候我们所说的远程控制往往指在局域网中的远程控制而言。当操作者使用主控端电脑控制被控端电脑时，就如同坐在被控端电脑的屏幕前一样，可以启动被控端电脑的应用程序，可以使用或窃取被控端电脑的文件资料，甚至可以利用被控端电脑的外部打印设备（打印机）和通信设备（调制解调器或者专线等）来进行打印和访问互联网，就像你利用遥控器遥控电视的音量、变换频道或者开关电视机一样。不过，有一个概念需要明确，那就是主控端电脑只是将键盘和鼠标的指令传送给远程电脑，同时将被控端电脑的屏幕画面通过通信线路回传过来。也就是说，我们控制被控端电脑进行操作似乎是在眼前的电脑上进行的，实质是在远程的电脑中实现的，不论打开文件，还是上网浏览、下载等都是存储在远程的被控端电脑中的。系统由前端设备、图像处理和传输设备、网络客户端三个部分组成。前端设备由摄像机、云台、解码器、防护罩、支架、报警探测器、拾音器等组成，负责视频信号、音频信号和报警信号的采集；本系统中的图像处理和传输设备为网络视频服务器，它负责把音、视频信号和报警信号通过局域网或广域网传输到远程客户端，同时可以接收客户端发送的云台控制信号和音频对讲信号；网络客户端是指需要进行网络远程监控的用户终端。它由计算机（普通办公计算机或笔记本电脑）和客户端软件构成。客户端主要负责图像显示、录像、回放和云台控制等功能。客户端进行远程监控时，需要输入用户名和密码，进行身份验证，通过认证后即可实现远程监控。图 2.1远程监控系统结构目前，有两种类型的远程监控系统，生产现场没有现场监控系统，但数据收集和处理直接发送到远程计算机，这种远程监控和现场监控没有多大的区别，但比现场监控系统，在同一系统的其他部分和现场监测数据传输距离远，另一种是现场监控和远程监控并存。现场总线技术一般使用在所有的设备将分发到现场的传感器，监控设备联系在一起，因此，从离散的单元细胞阶段的整合阶段，以及各种管理服务，然后连接局域网，从而形成了内部网络（内联网）。由于建立基本的网络信息基础设施，设备监控，维护集成系统进入阶段的技术，基本上是在一个单位内的资源和信息共享。远程监控系统所实现的功能如下： 采集和处理：主要生产过程的各种模拟或数字的检测，采样和必要的前处理，以及某种形式的输出，打印报表，屏幕和电视等，提供详细的数据，以帮助生产他们分析，了解生产; 监督职能：在生产过程中检测到的实时数据，以及生产人员发出指令和输入数据的分析，归纳，整理，计算等二次加工，并作为实时数据和历史数据存储; 管理：使用一些有效的数据，图像，报告，分析的工作条件等，故障诊断，预测的危险，并声光故障和紧急报警; 随着网络技术的不断发展，远程监控系统将更多用于生产过程的管理，专业技术人员通过互联网来管理和维护生产过程中，优化生产工艺，提高设备的可用性，并最终降低生产成本，提高效率。这个就是远程监控系统的优势。RTU作为监控系统的重要组成部分，其内部结构如图2.2所示。以C8051F120处理器为控制核心，配合GPRS模块MC55以及相关的信号采集和终端控制电路组成。图 2.2 RTU的结构RTU有2种工作方式，若进行现场操作，工作人员可以通过键盘手动控制RTU的工作状态；若实现远程监控功能，RTU可以定时将采集的数据通过GPRS模块发送给监控中心，实现数据的定时上报.比如控制现场设备等操作，流程图如下。图 2.3 RTU系统流程图1.4灭火器装置与远程实时监控系统的联合应用探火管灭火装置一般可以独立地将火灾隐患消灭，但是发生意外状况时，将会引发火灾的发生，此时，如果等火灾发生了再进行灭火，此时火灾已经发生，可能造成人员伤亡和财产损失，所以对此应该做出迅速反应，所以，应当加入合适的远程实时监控系统，迅速发现火情，快速做出反应，将火灾快速消除，可以在有火灾隐患的部位加入RTU，对光、温度做出感知一旦有异常，迅速引发报警装置，监控处快速做出反应，避免火灾的发生。2基于GPRS的探火管灭火装置远程实时监控系统设计思路及方法探火管灭火装置毕竟是一个无人工操作的系统，因而不能对火灾中出现的其他突发事件作出及时有效的反应。而解决这一问题的比较理想的方法就是远程监控。所谓远程监控，顾名思义，远距离“监”与“控”，所谓“监”是指通过网络获得信息；而“控”即指通过网络进行远程操作。此处介绍的是一种基于GPRS 系统的远程监控平台。 GPRS系统在IP协议的基础上，能够达到与外界网络的充分连接，拥有通信效果稳定、接入网络迅速、成本低等优点。GPRS的各项优势让它非常易于作为远程监控系统的传输媒介。建立于GPRS的探火管远程监控平台运用中心服务器多客户端方式组网，主要由监控中心服务器组成、GPRS传输网络、远程终端设备组成。它的工作方式为：将RTU安置于防护区观测点，时刻收集防护区的各种工作数据，包括防护区里各部件的工作参数、压力、温度等信息。并可以将采集的数据通过终端控制器处理后利用GPRS模块发送进GPRS系统，然后经通过接入点专线连接到拥有IP地址移动内网的监控中心服务器。监控中心就能够对数据进行统计、分类保存，以便操作人员进行分析、查询。 监控中心工作人员可以随时观测到防护区各部件的工作参数，通过对比正常运行情况下与异常情况的工作参数，推测出部件运行是否正常，部件是否出现老化、故障等异常情况，预测事故是否发生，从而防患于未然，将危险的种子扼杀于摇篮之中，实现对防护区的有效监控。 当火灾发生时，由于防护区内温度急速上升，报警器因受热而发出警报，并通过RTU的GPRS模块向监控中心警示，监控中心工作人员即可通过终端服务器直接监视到火灾现场，监控探火管灭火装置的灭火情况。当异常情况发生，如当火灾发生时，探火管灭火装置因故障尚未开始工作，此时，监控中心可以向RTU发送控制命令，启动防护区中的另一个灭火装置。如果现场没有另一套灭火装置，则监控中心工作人员需及时呼叫火警或相关工作人员赶往现场，实施救火。 另一个需要远程监控的情况是灭火剂的使用量。探火管灭火装置灭火方式有两种：全淹没灭火与局部灭火。全淹没灭火是指在规定时间内，向防护区喷放设计规定用量的灭火剂，并使其均匀地充满整个防护区的灭火方式。局部灭火是指向保护对象以设计喷射率直接喷射灭火剂，并持续一段时间的灭火方式。无论是全淹没灭火还是局部灭火，其灭火筒所装载的灭火剂量都是在特定范围内能够全部扑灭火灾的最大用量。当火势较大时，容器瓶中的灭火剂刚好足够完全扑灭火灾，此时灭火剂不存在浪费。然而，当火势较小时，仅仅少部分灭火剂即可灭火，但灭火剂仍然会不断释放直至没有，此时灭火剂将存在较大部分的浪费。因此，当火势较大时，远程监控室无需对装置进行控制；当火势较小，灭火装置仅用少部分灭火剂即扑灭所有火苗时，为节省灭火剂，监控室就需要通过终端服务器向RTU 发送控制命令，暂停灭火装置的继续运作。除了远程监控，另一种控制灭火剂喷射量的方法是在灭火装置容器阀上端装设一个感温感光设备。当火被灭尽 ，温度降低时，该设备感应到温度与光的变化时，会自动关闭容器瓶，停止灭火剂的喷射。 基于GPRS的探火管灭火装置远程监控系统不仅可以实时监控防护区的运行状况，而且可以实现预测火灾的发生，防患于未然。当火灾发生时也能及时获知并全程掌控灭火现场，对突发状况作出迅速的反应，以降低火灾带来的经济损失。 基于GPRS的探火管灭火装置远程监控系统是对探火管灭火装置的一项极为重要的补充与完善，对防护区的防火、灭火、灾后修复等各项工作提供实时监测数据，对防护区的有效保护有着极为重要的现实意义。被监控设备监控中心防火墙接入平台GPRS网络BBSRTU图2.4基于GPRS的远程实时监控系统3.探火管灭火装置在无人值守变电站的应用3.1无人值守变电站 无人值守变电站一般由变压器和电气室组成，变压器露天放置，电气室内放置开关柜、各类配电盘柜和仪表柜，电气室的主要隐患主要是电气火灾。电气火灾泛指由电气设备、电气线路、带电导体、雷电流、静电、电弧等产生的热效应引发的火灾。在施工过程中，在容易发热、容易产生静电、容易产生电弧的部位布设探火管，用橡胶软管连接在电气柜的柜体外侧放置灭火剂瓶。灭火剂瓶上有容器阀和压力表，压力表接上火灾报警系统的功能模块，与火灾自动报警系统相连，一旦发生火灾，灭火剂释放会在火灾报警控制器上有所显示。这样将灭火装置与火灾报警系统相连，火警发生后，灭火系统工作，火灾自动报警控制器工作复位，还可以在控制端观察变电站灭火系统的工作效果。变电站容易产生火灾隐患的部位之一是配电柜，当水意外进入配电柜内，柜内空气湿度剧增，刀闸开关与母排联接处均被氧化。根据介质理论，环境湿度增加使得电介质的电导率、相对介电系数、介质损失正切值相应增大，击穿场强降低。而绝缘的破坏过程往往是在热的作用下变脆，受振动后开裂，潮气进入裂缝后，很低的电压也会引起放电，造成绝缘材料击穿。导致火灾发生。3.2探火管应用于配电柜 探火管式灭火装置是将探火管直接布置在易发生火灾的电子、电气设备内，并将其直接作为火灾探测和灭火剂喷放元件，其内径约为4mm，外径约为 6mm，利用探火管对温度的敏感性，一旦发生火灾，在160+2（距离被保护设备1米范围内）的温度环境下二十秒内，靠管内压力的作用，探火管自动爆破形成喷射孔洞，将灭火剂直接喷射到火源部位灭火。由于管内压力减少可以引起压力动作继电器动作，它将给一个4-20MA的信号至火灾自动报警网络，在火灾报警控制器上可根据该继电器地址码得知该处发生火警。根据探火管性质，电气方面一般使用二氧化碳探火管和七氟丙烷探火管，成本方面考虑一般使用二氧化碳探火管，但是七氟丙烷探火管性能更好，因为变电站电气安全尤为重要，所以此处使用七氟丙烷探火管。 10KV变电站的配电柜一般占地100，高度3m，容积300m，所以选用单个保护区更大的间接式七氟丙烷探火管。每个间接式七氟丙烷探火管保护半径最大5m，则保护面积为S=*55=78.5，所以至少设置两个探火管。配电柜容积300m，根据公式M=QV（3-1），得，灭火剂设计用量M=0.7300=210，实际用量根据公式G=PN（3-2），我们取用的食10L的启动瓶50个，得灭火剂的实际用量G=11.250=560kg，且GM（3-2）。并保存至少560的备用灭火剂。（选取原理见表2）安装过程中，探火管喷嘴距离刀闸开关与母排联接处不应小于0.6m，并明确保护对象主要为刀闸开关与母线连接处，其次另外一个可以用来保护附近线路。探火管要布置在刀闸开关与母排联接处正上方，且距离不大于0.8m，探火管的弯曲半径不小于15D（D为探火管外径），两支探火管之间的距离不大于1.0m。图 3.1用于配电柜的探火管的远程实时监控3.3计算公式探火管自动探火灭火装置的灭火剂设计用量应按下式计算： M=QV （3-1） 式中M-探火管式自动探火灭火装置的灭火剂设计用量(kg) Q-每个单位容积所需灭火剂的最小量（kg/m） V-防护区的容积(m) 灭火剂的实际用量应按下式计算： G=PN且GM （3-2） 式中 G-灭火剂的实际用量(kg) P-单个探火管式自动探火灭火装置贮存容器的灭火剂充装量(kg) N-探火管式自动探火灭火装置贮存容器的数量 M-探火管式自动探火灭火装置的灭火剂设计用量(kg) 4结束语随着科学技术的发展，电子元器件越来越广泛的应用在生产的各个领域，但是由于元器件过于精密，随着电流电压的变化容易失效并产生火灾隐患引发火灾，严重时将造成人身伤害和财产损失，因此对于此类精密器件的防火设计应运而生，这就是探火管灭火装置的由来，将火灾隐患扼杀在萌芽之中。但是探火管灭火装置毕竟是一种无人操作的系统，不能够对突发状况作出快速有效的反应，因此，引入远程监控系统，对探火管灭火装置系统进行远程监视控制，尽可能减少不安全事件的发生。参考文献1虞启义，徐良斌，虞伟.探火管式自动探火灭火系统的探讨.山西建筑，20092原芝泉，探火管式自动探火灭火装置介绍.医药工程设计，20103李鑫.探火管技术研究及其应用.科技信息，20124李威.基于GPRS的探火管灭火装置远程监控系统技术.科技传播，20135王玉田，秦瑞峰，刘建园，李鹏.基于GPRS的油井远程监控系统.仪表技术与传感器，20096唐伟兴，岳大可，探火管非电自启动灭火系统的设计应用.华陆工程科技有限责任公司7陈涛，傅学诚，夏建军，胡英年，胡成，王荣基，探火管式超细干粉自动灭火装置研究，公安部天津消防研究所8探火管感温自启动灭火装置设计、施工及验收规程DBJ/T13-14020119林永君，杨春来，常喜茂，孙秋影.基于GPRS的远程监控系统的研究与实现.化工自动化及仪表，2011