铁路隧道火灾探测器应用研究.pdf

研究与探讨
铁路隧道火灾探测器应用研究
张燕:中铁二院工程集团有限责任公司,高级工程师,四川成都、610031
王学林:中铁二院工程集团有限责任公司,教授级高级工程师,四川成都,610031
王文伟:中铁二院工程集团有限责任公司,工程师,四川成都、610031
摘要:通过分析各类火灾探测器在隧道应用
的优缺点,并通过小尺寸实验平台对铁路隧道
运动列车车厢火灾的探测进行研究,结合探测
器工作原理对实验过桯中探测器的响应特性进
160km以上,列车带动火源快速移动,火源在探测器视
行分析,有效地实现火灾目标探测、为铁路隧
野内存在时间极短,需要有效探测火灾,并对火灾探测
道火灾探测器的选型提供参考。
器进行选型研究。
关键词:铁路隧道:火灾探测器;图像型火焰
1隧道火灾探测器的应用分析
探测器;红外/紫外火焰探测器
隧道常常在远离城市的山区,隧道火灾是特殊的室
中图分类号:U45
文献标识码:A
内火灾,隧道火灾探测器的选择需要综合各方面因素,
文章编号:1001-683X(2015)12-0028-04
才能有效地实现火灾探测目标,隧道工程中的火灾探测
器应用情况见表1
隧道中常用的火灾探测器按其探测目标的不同主要
隧
道火灾虽然是一种小概率事件,可是一旦发生,分为两类:一是感温探測器,二是感火焰探测器(含图
将给铁路运输造成重大损失。截至2014年底,像型火灾探测器),其比较见表2。其他类型的火灾探
我国已建成高速铁路大于10km的特长隧道就有8座、且测器,譬如烟雾火灾探测器,由于隧道内粉尘多、湿度
道分布区域广阔、所处环境和地质情况复杂对隧道火高、风速大、空气质量差等原因导致烟雾探测器在隧道
灾探测提出了新的要求。资料显示,铁路隧道火灾主要中完全无法使用,气体火灾探测器也存在同样问题。
为隧道内电气设备火灾和列车火灾两类,在这两类事故方面狭长空间使得烟气流在隧道内形成“烟凶效应
中,以列车火灾发生概率较高。因此本文针对铁路隧道隧道内空气流速较大,另一方面列车在隧道内高速行驶
列车发生火灾时,由于列车快速运动,参考时速可达到时,形成的活塞效应使得隧道内空气运动进一步加剧,
表1火灾探测器在隧道工程中的应用
探测器
隧道案例
紫铜管探测器
重庆的中梁山隧道、缙云山隧道、石仓岭隧道、京珠粤境南段大宝山、靠椅山隧道
感温电缆
延安东路隧道(上海)、AFC隧道(美国)、 Parkway隧道(美国)、 Mccarron机场隧道(美国)、 Negroni隧道(西班牙)、Cadi隧道
(西班牙)、 Acapulco隧道(墨西哥)、 Gagarinskig隧道(俄罗斯)
光纤探测器
复兴东路隧道(上海)、翔鷹路隧道(上海)、大连路隧道(上海)、海底高速公路隧道(东京)、 Tempis铁路隧道(希腊)、泰晤士
公路隧道(伦敦)、英法海底隧道
感火焰探测器
(双红外火灾探测器)上海外环隧道、宁波台州温州高速公路三门铺里至临海青岭段、京珠高速公路粤北段隧道群、南京玄武湖隧道
注:光纤探测器包括光纤光栅感温探测器和分布式光纤感温探浏器。
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ZR4A4 CHINA RA/LNAY 2015/12
铁路隧道火灾探测器应用研究张燕等
研究与探讨
表2典型感温火灾探测器与火焰探测器的比较
比较项目
感温电缆
光纤探测器
感火焰探测器
(分布式光纤感温火灾探测器)
(含图像型火灾探测器)
分析
主处理器将激光光源沿着光纤注入光脉冲,脉冲大感火焰探测器通过感光窗感知火焰,从检测原理看,光纤探测器及感火
到达感温电缆的设定的部分能传到光纤未端并消失,但一小部分拉曼散并由光学过滤器检出火灾中辐射光闪焰探测器系统技术领先,是该领域
监测原理國值,导线间电阻值由射光沿着光纤反射回来,主处理器对该后向散射变的两种波长(长波和短波),然后今后发展的趋势。(其中在光纤测
零
警控制器,显示出温度分布图。可同时进行温度发生,并将报警信号传送给火灾报警在探测点,长度上均优于光纤光栅
监测和差/定温复合报警
控制器
感温探测器)
检測距离12.5km
30km(最近国外的分布式光纤最大距离为50km)10km(较大火)
单套系统中光纤探测距离最长
安装与隧道顶连续安装,免维
维护护
隧道顶连续安装,免维护
侧壁分段安装,定期简单维护
环境影响受风速、湿度影响大受风速、湿度影响大
不受风速影响,镜头易受光尘污染
灵敏度一般
一般
高
系统造价较低
较高
较高
探测响时间较长。原因:隧道内风速大;强风将竖直向上扩散热流方向变倾斜,延时间短。原因:双波长火焰探测器依
靠火焰光谱和频率报警,通过探测器在同等试验条件,感温电缆和光纤
应时间长探测器反应时间环境温度较低时,火灾己发展到一定规模,但隧道面部中的部件,可以有效避免对风速和湖探测时间较长,感火焰探测器报警
环境的温度仍很低
度这两个参数的干扰
时间最短
误报率较低。传输信号不受电磁干扰,中间环节少
壁,存在盲区;太阳光或车头灯的影光纤感温探测器误报率最低,感温
电缆与感火焰探测器次之
此外隧道内的通风排烟系统也会影响隧道内空气流场分质量低的隧道内正常有效工作。但在隧道内由于风速、
布,使隧道内的烟、气流形成湍流,“火灾气体”、列车快速运动等影响,温度场变化极快,热烟气难以扩
“烟”等火灾参量无法被火灾探測器检测到。这两个火散到隧道顶部,火源热辐射由于车厢阻隔等影响,在隧
灾参量的快速流动性使得这两种火灾探测器无法准确确道顶部也较微弱,因此,在铁路隧道内,感温火灾探测
定火灾的位置,所以烟雾火灾探测器和气体火灾探测器器难以适应。
不宜在隧道内进行火灾探测。
综合考虑以上各方面因素,在铁路隧道内对运动列
铁路隧道火灾有隧道本身引起的火灾和运动列车引车火灾探测宜选择感火焰探测器。
起的外部火灾,前者是静止火灾,其火灾探测方法已有
成熟的技术。而运动列车引起的外部火灾由于列车的高
2小尺寸模拟轨道实验平台搭建
速运动,火灾的演进形式、存在方式,火灾探测器的响
小尺寸模拟轨道实验平台模拟铁路隧道列车发生
应速度都与常规状态不同。因此,在特长高速铁路隧道火灾时,着火点快速从探测器视野内出现、消失的情
内需对运动列车火灾进行早期探測,一旦发生火灾,应景。试验平台建筑在科大立安公司模拟隧道内,隧道
及时通知路线的控制中心及列车驾驶员,确定火灾应对内安装轨道长18m,宽4.5m。轨道上放置小车,小车
策略,或将列车驶出隧道,或将列车停靠在隧道内设置为40emx40cm,小车上固定安装油盘,油盘面积为
的救援站内。当列车在救援站前方发生火灾时,列车停33cm×33cm。实验采用4类感火焰探测器,分别为是图
靠在救援站;当列车在救援站后方发生火灾时,列车当像型火焰探测器、双红外火焰探测器、紫红外复合火焰
驶出隧道。
探測器和三红外火焰探測器。探测器安装在车厢侧面,
铁路隧道内发生火灾时,“光”和“热”可以作为距隧道口15m,探测器安装高度为4m,探测器最大视野
火灾探測的参量。虽然这2个火灾参量在火灾发展进程为120°,轨道两端均在探测视野外,开始试验时,小