摘要:针对燃煤热电厂封闭式干煤棚消防系统的实际需求,考虑到干煤棚结构跨度大、净空高特点，结合封闭式干煤棚的实际情况，设计中采用红外热成像系统。该系统不仅能够实现封闭式干煤棚煤堆温度的实时监测，又能够对自然、阴燃煤堆部位进行实时跟踪监测和定位。在秉承传统火灾自动报警技术的同时，是对传统火灾自动报警系统的补充和完善。实践表明，该系统的使用对于热电厂储运安全生产和提高工作效率起到巨大的作用，对预防和减少安全事故的发生和减少事故造成的损失具有重要意义。
关键词：红外热成像系统 封闭式干煤棚 火灾自动报警系统
1引言
近年来我国热电行业发展迅速，由于环保要求和建设用地的严格控制，煤炭的堆放必须在封闭式干煤棚内。而干煤棚内煤炭基本采用堆放方式存储，煤堆自燃和阴燃时有发生，尤其电厂煤场阴燃的煤在被送到输送和研磨设备,会造成燃烧和爆炸事故。煤的自燃既存在重大安全隐患,也降低了煤的经济价值。如何提升消防工作中火灾预防现代化水平，通过高科技设备及早发现火情，避免危险，将火灾带来的损失减少到最小，亟需的可视化辅助工具。基于以上实际情况，利用热成像技术/产品可以有效实现火险的早发现、早预防。
2红外检测技术原理
红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.76～1000μm，不为肉眼所见。任何温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体，都会不断地发射红外辐射。根据斯蒂芬—玻尔兹曼定律，温度为T的物体，单位面积所发射的辐射功率是
P=εσT4 (1)
其中：
P——单位面积辐射功率，(W);
ε——物体表面发射率;
σ——斯蒂芬—玻尔兹曼常数，其数值为5.673×10-8W/(m2K4);
T——物体表面温度，(K)。
从上式可知，物体的表面温度越高，单位面积的辐射功率就越大。当已知物体的表面温度和它的发射率时，按上式就可计算出物体的辐射功率。反之，如果测定了物体所发射的辐射功率，就可以利用上式确定物体表面的温度。
我们知道，煤堆中的煤与空气接触，会发生氧化反应，并放出热量。煤发生氧化反应后，使煤堆的温度升高。煤的温度升高后，又加速了煤的氧化反应速度。这样，就使煤堆的温度越来越高。当温度超过煤的自燃点时，就会自燃。煤的自燃是通风不好热量积累，外层煤的热量能够得到散发，所以煤的自燃都是从内开始，逐渐向外扩展，也就是说煤堆在自燃过程中，表面温度也会有高于未自燃煤堆表面的温度散发。
3红外热成像仪
红外热像仪可以检测到干煤棚煤堆自燃所发出的红外辐射能量，并将其转换成相应的电信号，经过专门的电信号处理系统进行处理，最后再经成像装置得到与物体表面温度相对应的热像图，确定过热点位置和温度。这就是红外检测技术检测电气火灾隐患的依据。
红外热像仪的构成包5大部分：
（1）红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；
（2）红外探测器组件: 将热辐射信号变成电信号；
（3）电子组件: 对电信号进行处理；
（4）显示组件: 将电信号转变成可见光图像；
（5）软件: 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。
红外热像仪光路图见图1
图1 红外热像仪光路图
4系统设计思路
干煤棚和运煤系统是火力发电厂、煤化工或煤电一体化项目中不可或缺的部分，随着经济发展和社会进步，环保要求越来越高，封闭式干煤棚应用逐渐增多。目前最重要特点的是，干煤棚变得越来越大，堆煤量也越来越大，这样的空间内如果发生火灾而不能及时发现和处理，可能会造成较大的损失。封闭干煤棚内由于工艺设计或者操作不当而造成部分区域（如堆煤死角）煤的长时间堆积，极易产生煤自燃现象，造成火灾隐患，因此对煤仓的堆煤死角等区域进行实时的温度监测、确定温度过热点的位置显得非常重要。
目前，国内针对封闭式干煤棚煤堆温度探测设备主要为火灾自动报警系统的探测装置。如感温、感烟、紫外等报警探测装置，以及手动报警按钮、消防电话的人工方式。但受到干煤棚的空间环境影响，火灾自动报警系统探测设备应用严重受限，存在误报、报警不及时和不报警的情况较多，使得火灾自动报警及消防联动措施亦不能很好地工作，造成了目前火警判定手段的缺位。所以使用红外热成像系统应用在封闭式干煤棚消防中显得极为重要。
4.1 红外热像仪系统组成
鉴于干煤棚的火灾危险性和火灾特征，系统主要设备组成为：智能图像火灾探测器、区域视频火灾和温度监测报警系统、中央监控管理系统以及信号传输系统、供配电系统等组成。系统设计采用以太网络传输方式。中央监控系统提供至火灾自动报警系统数据接口，为消防联动提供数据。
红外热成像系统图见图2
现场设备图像及红外热成像图见图3
图3现场设备图像及红外热成像图
4.2 系统优点
（1）环境适应范围广，图像火灾探测器可以在可见光、夜间、浓烟等弱光条件下正常工作，不受环境影响。
（2）红外线穿透能力较强，能穿透浓烟、浓雾，便于在视线不好时工作。
（3）安装方便。该仪器体积小、质量轻，便于现场安装使用。
（4）精度高。图像采集精度较高，能够分辨出火灾现场上较小的温度差异。
（5）图像直观。该仪器输出的温度分布图像直观，结果不需要进一步处理，特征鲜明，证明力强。
5结论
在封闭式干煤棚消防中采用红外热成像系统，在秉承传统火灾探测技术的同时，又是对传统火灾自动报警系统的补充和完善，热电厂储运安全生产和提高工作效率起到巨大的作用，对预防和减少安全事故的发生和减少事故造成的损失具有重要意义。红外热成像技术已经成为一门备受瞩目的高新技术，红外热成像仪在未来消防安全中的作用也不容小觑，随着社会生活和现代化进程的加快，红外热成像作为消防\防火中不可缺少的检测手段，必将得到更加广泛的应用。
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论文作者:赵文龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
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