核电站用离子感烟火灾探测器设计

郝建智

【摘 要】贯彻落实安全第一的方针是核电站运行管理所必须的；为了预防核事故的发生，限制可能产生的危害，必须采取充分的措施保证质量，保障核电站的正常运行。核电厂保障核安全的重要一项就是消防安全， 通过分析核电发展史可以看出， 核电厂火灾与核事故在一定条件下是可以相互转化的，尤其是在较为严重事故条件下。因而火灾被当作重要的外部和内部共模事故来考虑。美国有关部门的火灾概率安全分析（PSA分析 ）表明：火灾对核电厂总的堆芯损坏频率的作用可能高达55%，而总火灾频率（平均）达0.28 次/堆年，比核事故的设计基准事故频率高得多。财产损失方面，国际核电保险集团的统计数据表明：若按保险索赔计算，火灾造成的财产损失占到核电厂总财产损失的80%-90%。核电消防安全中最核心的部分，为火灾自动报警系统。自动报警系统的系统的最基础部分为火灾探测器，核电站广泛使用的离子火灾感烟探测器对系统稳定运行可靠尤为重要。

【关键词】自动报警；离子感烟

核电站是集厂房、仓库、行政办公楼、保安楼、多条电缆隧道等组成的大型工业建筑群。火灾自动报警系统及消防联动控制系统一般包括以下几部分系统设备：火灾探测系统、火灾报警控制系统、联动控制协调、CRT火警图形显示系统、火灾报警现场显示系统、极早期报警系统。

火灾探测器为该系统最为基础的部件，是一种监视火灾产生的某些物理，化学现象并自动给出火灾信号的传感器件。火灾探测器是系统的“感觉器官”，它的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作，向火灾报警控制器发送报警信号。对于易燃易爆场合，火灾探测器主要探测其周围空间的气体浓度，在浓度达到爆炸下限以前报警。在个别场合下，火灾探测器也可探测压力和声波。根据火灾探测器探测火灾参数的不同，可以划分为感温、感烟。感光、气体和复合式等几大类。

感烟火灾探测器：这是一种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。由于它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“早期发现”探测器。气溶胶或烟雾粒子可以改变光强，减小电离室的离子电流以及改变空气电容器的解电常数半导体的某些性质。由此，感烟火灾探测器又可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。其中光电感烟火灾探测器，按其动作原理的不同，还可以分为减光型（应用烟雾粒子对光路遮挡原理——和散光型（应用烟雾粒子对光散射原理）两种。

离子感烟探测器在整个气溶胶粒子的谱线上具有极宽的灵敏度，对不可见的阴燃烟有较好的响应，这是常见光电感烟探测器所不可比拟的。对明火燃烧响应与阴燃火响应一样好。在核电站这样的特殊工厂，我们很难提前预测火灾如何发展，离子感烟探测器是比较理想的火灾探测器。

根据核电站的特殊性，及火灾初期载荷的复杂性，核岛区域内推荐使用离子感烟探测器。

1 电离室設计

离子型感烟探测器是在一个电离室中装有电极和α射线放射源，由α射线引起空气电离，使电极之间导通。当烟粒子进入电离室内后，使电离电流发生变化，通过电子线路检测出此变化后报警。

离子感烟探测器由一个放射源（如Am241）、外置的采样室和内置的离子参考样本室组成，当放射源照射空气中的物质时，一部分物质变成带正电的离子，另一部分物质变成带负电的离子。带正电的离子和带负电的离子在电场的作用下形成了一个电场，。当烟雾进入采样室后与带电的离子结合，带电离子数量的减少使电场电压产生了变化，烟雾越多越浓电压变化就越大。

该探测器使用独特的单源双室结构，一个α放射源供测量电离室与比对电离室共同使用，不但节约放射源的使用，还能大大提高电离室对环境响应的反应速度，减小电离室体积。

2 电路设计

采用电离室为传感器，经阻抗变换后辅以火灾报警控制器的甄别器及程控制电压，可有效地消除缓慢干扰的影响，采用自锁电路和软件结合，对消除瞬时干扰效果明显。能诊断出探测器大多数元器件自身的故障。在杜绝漏报和减少误报方面取得了进展。因此，它将是可靠性极高的火灾探测器。

3 核电站环境对探测器的特殊要求

为满足核电站特殊的工作环境及大修周期，核电站用离子感烟探测器必须具备以下性能：

4 离子感烟探测器响应阈值

离子感烟探测器的响应阈值，即用y值（无量纲）表示的探测器动作时刻的烟浓度，用离子烟浓度计测量。离子烟浓度计利用抽气方法连续地采样并连续地测量烟浓度。离子烟浓度计是由电离室、电流放大器及抽气泵组成。通过抽气泵使含有烟粒子的空气扩散到电离室内的“测量体积”中。“测量体积”中的空气被α射线电离。因此，当两电极间加上电压时，便产生电离电流，电离电流受烟粒子作用发生变化。电离电流的相对变化作为衡量烟浓度的一个尺度。

5 结论

该离子感烟火灾探测器灵敏度较高，对各种火灾的烟粒子均有良好响应，配以抗干扰措施，用于复杂的核电站环境。单源双室的电离室配合单片机控制电路使探测器稳定可靠工作，减少误报率，适合核电站复杂火灾载荷的环境使用。

【参考文献】

[1]GB4715-2005 点型感烟火灾探测器.

[2]焦兴国.火灾探测器原理、设计与应用[M].群众出版社.

[责任编辑：田吉捷]