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火灾控制器清洗及维修产业化探索
  [摘要] 文章论述火灾探测器清洗乃至火灾自动报警系统维修是一项技术性极强的专业工作,笔者从国内现状出发,较详尽地阐述清洗维修技术与工艺,结合自身的探索与实践,提出产业化发展策略和途径。   [关键词] 火灾探测器清洗 高纯水超声波清洗 火灾自动报警 系统维修   1 概述   火灾探测器清洗乃至火灾自动报警系统维修是一项技术含量高,责任性强的专业工作。火灾自动报警系统经过设计、安装、调试后投入运行,运行管理技术和维护性技术成为日常业务工作的主要环节。包括火灾自动报警系统在内的任何电子工程产品都不可避免地出现故障的损坏,及时判断故障所在并排除,找出损坏部件修复或更换,使其恢复正常工作,需要运行管理人员、设备维修人员和制造厂人员共同努力。据调查,国内火灾报警系统已安装投入运行的几乎有一半以上不能正常工作,即不能按原来技术性能和指标正常工作。因此,火灾自动报警系统必须维修保养,而其中问题最严重、矛盾最突出的是火灾探测器的清洗问题。人们对此认识和实践存在种种误区。三年前笔者应约撰写有关论文后,一石激起千层浪,全国各地有志和热心于该行业的单位和人士纷纷来电、来信和来访,使我深受鼓舞和振奋。然而,这一新兴行业发展极不平衡,不仅在清洗技术机理、工艺和设备上,而且在企业管理、质量保证体系上相差悬殊。因此,我就有关专题进一步阐述,以期有关部门、社会各界的理解和支持。   火灾探测器大类中应用最为广泛的是感烟探测器。众所周知,离子感烟探测器存在探测器内部的污染和积尘问题,探测器长时间工作,基准电离室内亦会沉积射线形成的微尘层,离子迁移速度受到影响,导致基准室工作在其特性曲线的非线性区域,造成探测已感知火情而不发生报警信号,这是极其危险的“漏报",通俗理解为灰尘和污物沉积在离子探测器烟室,使烟微粒到达不了电离室而造成严重后果。另一方面,积累的灰尘和污物使放射源片隔离,空气被电离程度减弱,探测器变的超常的灵敏,极易产生令人讨厌的“误报”。   对于光电感烟探测器而言,亦同样存在内部污染和积尘问题,灰尘和污染物的积累将减少光的强度,因此散射光式探测器将变得不太灵敏,极易发生漏报;而减光式探测器将变得过分灵敏,极易产生误报。对于火焰探测器而言,因其基于火焰伴随红外和紫外光辐射感光的原理,感光透镜受灰尘和污物积累而影响灵敏度降低,易产生“漏报”。   总而言之,无论何种类型基于电子原理的火灾探测器要保持其处于良好运行状态,定期清洗维修是必不可少的。长期以来,社会各界认为基于核辐射探测原理的离子感烟探测器必须定期清洗,而光电感烟探测器等其它类型火灾探测器不必清洗,有些产品厂商冠以“免清洗",值得分析。前面已述,光电感烟探测器结构与光电元件积尘导致两种后果:在气流作用下引发误报警,或接受和发射功能丧失,失去报警功能,即漏报警,后果更严重,切不可等闲视之。因此,将光电感烟探测器视为“免清洗的观点会对人们误导,纯属商业宣传。至于某些先进的光电感烟探测器采用可拆卸迷宫结构加上智能判别探测器受污染的程度,可使清洗工作简化和延长正常工作周期。   无论火灾自动报警系统规模大小、功能需求如何不同,系统可靠性与误报率都是设备的两大基本要素。一般探测器安装在各种不同的现场环境中,而报警控制器安装于较为恒定的环境(消防控制室)中,且探测器使用数量很大,因此探测器的可靠性对整个系统的可靠性的影响是主要的。火灾探测器与其他电子产品一样工作寿命长,几乎是永久性的。美国的UL217标准规定了家用火灾探测器的故障率λ=1.0/百万小时,经推算其平均寿命为114年。瑞士西伯乐斯公司以F910火灾探测器为例认为MTBF(平均无故障间隔的时间)约为30年,根据大量的工程实践分析,一个火灾探测器MTBF为30年还是比较符合目前的实际情况。系统中火灾探测器的数量越多,系统的平均无故障时间Ts越短。以上面每个探测器的MTBF为30年计算,100个火灾探测器的小规模系统的Ts=109.5(天);500个火灾探测器的中规模系统的Ts=219天;1000个火灾探测器的大规模系统的Ts=10.95天。由此可知,规模越大的火灾自动报警系统对火灾探测器的要求越高。因此,国标GB50166-62《火灾自动报警系统施工及验收规范》,除规定定期用专业检测仪器试验,定性检查了解整个火灾自动报警系统正常与否外,还规定“火灾探测器投入运行两年后,应每隔三年全部清洗一遍,并做响应阔值及其它必要的功能试验,合格者方可继续使用,不合格者严禁重新安装使用”。该强制性国家规范的颁布为安装使用等部门提供了一个全国统一的科学合理的技术标准。该规范实施具有十分重要的意义,无论是离子感烟式,还是光电感烟式以及其它类型火灾探测器,只有定期清洗和重新检测标定探测器,使其恢复到原先良好运行状态,才能有效抑制整个系统的可靠度随时间推移而渐降的趋势,保证其正常的可靠性。   尽管国标GB50166-62规范自1993年7月起实施,但由于种种因素,国内大量投入运行的探测器定期清洗工作远远跟不上。有些单位清洗技术、工艺精湛、质量保证体系完善;然而有的单位离火灾探测器精密清洗要求相差甚远,例如有的单位以常规液体清洗,则存在污物再次站污清洗物的现象;又如有的单位单纯清洗后不作检测修复更新,也不符要求。   一般电子产品清洗要比机械产品清洗复杂一些,况且火灾探测器不是一般意义的电子产品的清洗修复,而是一项高难度的消防电子产品重新再生产的工艺过程,它要求接近于探测器生产的完善的质量保证体系和良好的生产环境条件(厂房洁净度,温、湿度,接地系统及防静电措施等),先进的清洗工艺技术及其装备,完善的检测仪器和检测设备。   2 清洗技术与工艺   国内外火灾探测器清洗有多种工艺方法,对其中几种主要方法进行分析。   2.1 超声含氟溶剂清洗方法   工艺原理基于超声波的空化效应和含氟溶剂的理化作用相结合。流程为热浸----超声----喷淋----TE超声----脱水。主要设备为超声波清洗机、漂洗筐、漂洗槽、干燥设备、不锈钢工作台、车、专用(电气参数)检测仪、烟箱、防静电设施等。   2.2 超声汽相清洗方法   工艺原理在同上基础上改进为氟碳脱水工艺和增添TES汽相清洗,则清洗质量更好。此外,有些产品的探测器清洗过程中,工件并不浸在清洗剂中,而是悬在溶剂蒸汽层中汽相清洗,利用清洗剂上的凝露与探测器表面污物发生溶解作用,并在重力作用下将污物带走,有效的避免了二次污染。主要设备除同上所述外还增添汽相清洗机。   2.3 用不燃烧、高绝缘、低毒性、快干、无残渣、对污物具有高溶解值的强力清洗液喷洗或淋洗。   2.4 放入清洗剂浸泡----超声波清洗----脱离子水漂洗----在高级清洗剂中脱水清洗。   第3、4种方法均是利用不含氟里昂的电子电器清洗剂和清洗技术,美国Chen-tech International公司产品,国外文献报道过。   2.5 高纯水超声波清洗方法   工艺原理基于超声波的空化效应和纯水溶剂的理化作用相结合。流程基本同第1种方法。但以纯水溶剂取代含氟溶剂。主要设备同上,若无符合要求的纯水供应则要增添纯水制造设备,有的单位已将纯水制造设备与超声波清洗机、漂洗槽组合在一起。   综上所述,除第4种方法外,其他方法共同利用超声波清洗工艺,这是不可缺少的。由于高效元毒清洗剂与超声波空化效应结合,这种振荡清洗可将关键结构部件(电子元器件,包括离子式的放射源片)清洗洁净,再用液体或高纯度去离子水在超声波振荡状态下漂洗。单纯超声波清洗方法或单纯汽相清洗方法都不可取,效果不好。第5种方法以纯水溶剂取代含氟溶剂,符合世界限制和停止氟里昂溶剂生产应用,大势所趋,对环保有利。   以操作简繁而言,各种方法相差无几。清洗质量而言,从理论上分析倘若工件悬在溶剂蒸汽层中汽相清洗工艺对要求高阻抗表面的电离室基座提供可靠保证更为理想,但实际操作难以做到。纯水表面张力大;吸附灰尘不如含氟溶剂,但省去含氟工艺,脱水容易。质量控制关键在于高纯水要满足一定电导率要求,在纯水要求满足和工艺成熟前提下,质量控制稳定,清洗质量涨落较小。   以设备投资和运行费用而言,超声汽相清洗较贵。各种方法设备投资的仪表、工具、工艺设备、防静电设备、废水处理设施都是必要的、基本相近的。第3、4种方法要求进口专用清洗剂较贵,第5种方法清洗过程为湿式操作,用水多次循环,过滤后再生使用,使工艺流程中所产生的放射性废水量降低,则废水处理设施及费用节省。第2种方法主体清洗设备中需用汽相清洗机;倘若按工件悬在溶剂蒸汽层中汽相工艺则要求工件悬挂传动流水线装置;日常运行的氟里昂较贵。对于第5种方法,纯水导电率要求适当,若一昧要求过高导电率,需要离子交换产生的高纯水则又将使清洗成本增高。   国内现有探测器清洗工艺大多为第1、2、5种。由于第5中采取高纯水为介质,超声波清洗工艺、闭路循环系统,是国际上90年代清洗工艺新方法,笔者推荐新上马清洗单位宜采用该种工艺。但是,第2种方法,及超声汽相清洗方法还有其特色,对于某些结构形式的探测器,诸如英国Gent等产品使用此方法洁净效果更好些。   对于探测器清洗方法专业界存在不同的认识和看法,这是正常的,各家专业清洗单位有其不同的做法和见解,笔者了解到英、美各国至今沿用含氟溶剂清洗方法,而瑞士禁用含氟溶剂改用纯水清洗方法。   综上所述,第5种方法即高纯水超声波清洗方法生产工艺全过程简单有效,采用高效无毒低泡清洗剂进行超声波充分振荡清洗,可将放射源表面及其他关键结构部位清洗得很洁净,然后再用高纯度去离子水进行反复的超声波振荡状态下漂洗。整个清洗过程均为湿式操作,对外部环境及大气层无污染。全部清洗过程中的用水还可采用多次循环,充分过滤后“再生,使用,不仅节约用水,更重要的是使该工艺流程中所产生的放射性废水量降到最低量。因此,结合我国国情,笔者推荐新立项上马的清洗单位采用此种方法,下面就该方法的技术关键与难度专题讨论。   (1)火灾探测器清洗的效果集中体现在清洗合格率上,一个优良的清洗专业厂对于国内外各种火灾探测器清洗合格率均能达到95%以上,说明该厂清洗设备、工艺、质量保证体系均是完善的。   为了提高清洗效率,必须要有先进的工艺技术和设备,而两者又是相互结合、相互渗透的,可谓珠联璧合、相得益彰。有的单位片面追求清洗设备的先进性而忽视工艺技术,有的单位则片面强调工艺技术而忽视设备的更新,都不能取得良好的清洗效果。清洗设备在研制时,就要充分考虑到火灾探测器的清洗特点,将洗槽的湿度、水位、超声波发生器功率统一由可编程序控制器(PLC)控制,得到最佳的组合,以保证获得满意的清洗洁净度。   国内外超声清洗设备制造厂商及产品系列很多,但完全适合火灾探测器清洗的现成标准设备却不能提供。因此,有的清洗专业厂悉心研制适合火灾探测器清洗的非标设备提供给立项上马的新单位不失为明智之举。清洗效果不佳,主要反映在清洗合格率不高,一部分探测器在清洗过程中遭到损坏,特别是离子感烟探测器比较“娇气,,易损,究其内在原因是其核心器件场效应管处于高阻抗状态,极易击穿损坏,在超声波振荡状态下清洗和漂洗过程中,超声波振荡功率要控制适中,功率过小则清洗效果不佳;功率过大则使场效应管遭损,而这与洗槽的温度、水位又有关联,清洗槽的大小尺寸、水位高低均是相关因素。   至于清洗机工位多少,自动化程度高低则是锦上添花的考虑因素。清洗槽设计按工艺规程组成流水作业,清洗产量大。清洗机采用自动进、出水控制和封闭设计,操作简易,作业环境整洁、清新,符合放射性封闭清洗作业模式。   (2)作为高纯水超声波清洗方法,纯水设备自然是十分重要的。国内现有清洗厂纯水来源主要有外购饮用纯水、家用饮水机和工业纯水制水机三类,不管来源、何方,一是纯水指标,要求制水脱盐率2959b,二是供水能力为达到日产量每8小时400~500个生产能力,需提供0.3吨/小时制水能力。因此,建议采用有相当制水能力的电渗析(工业)制水机为宜。   (3)生产场所洁净度和防静电措施   火灾探测器清洗厂房(车间)既具一般电子产品生产和放射性封闭式清洗作业双重要求,其生产场地的洁净要求较高,因此要求按照清洗净化车间要求新建或改造施工。   感烟探测器应用弱电流放大技术,如离子式探测器中场效应管(FET)是高阻抗电子器件,其阻抗不低于1014级,作为支撑放射源的绝缘子的表面电阻不得低于1015级。因此防静电击穿十分重要。除了清洗前预处理时首先要将场效应管的源栅极短接保护外,整个清洗前后工艺流程都必须加强抗静电措施。清洗车间的环境洁净度直接影响探测器清洗质量高低,而抗静电措施更涉及到清洗工作的成败。有些单位或个人因不重视清洗工作的抗静电措施而导致待清洗或清洗好的探测器静电击穿而损坏的事例屡屡发生。抗静电设施包括车间抗静电地板,工作台台垫、周转架、托盘、元器件盒,操作人员手腕带、服装、鞋、帽等以及检测仪器必须配套齐全,不能贪图省钱而贻误大事。   (4)废水处理   离子式探测器使用锯241放射源,国标GB16365一1996离子感烟火灾探测器放射卫生防护标准和国标GB12951一1996离子感烟火灾探测器锯241放射源的技术条件相继颁布,并分别于1996.12.1与1997.12.01实施。前者第5.1条规定“离子感烟火灾探测器的制造、装配和拆洗工作中的放射作业,应当按照GB4792和GB8703的规定实施放射防护。离子感烟火灾探测器的拆洗作业场所,应当具备开放型放射工作场所所必须的放射防护条件。   除了按照一般放射作业和放射工作场所要求外,废水处理乃是不可轻视的重要问题。离子式探测器清洗时,其放射源和源支架清洗产生放射性废水,即使采用高纯水超声波清洗多次循环用水,可使其放射性废水量降低至10升/日左右,仍有废水处理问题。   放射性废水处理系统一般采用碳素结构钢制作的处理罐,但不耐腐蚀,使用寿命长,价格低。   由于放射性废水量不大,还可采用多级贮水池方案,采用逐级贮放稀释后,达到允许标准后排放。笔者曾为某医院核医学科楼设计过一种连续式衰变池方案,根据水力学中中层流原理设计的一个连续的衰变池,把一个池分成若干格,使水流呈连续状态。根据清洗放射性废水排出量计算池容积,而衰变池进地面标高应高于室外污水干管标高以便自然导流。在出口处设一检查井以供废水采样检查,实测其是否达到国家防护规定的排放要求。衰变池池盖按池埋入地下深度计算混凝土顶盖层厚度,要使其对地面上辐射影响降低到自然本底水平,该衰变池可设置在清洗车间的地下室或室外。这一方案造价低,占地也小,使用方便,不需人管理。一次性投资便一劳永逸,笔者推荐选用。   (5)高纯水超声波清洗方法中还有些技术与工艺值得探索、研究和完善。下列几点笔者提出商榷意见。   ①实验表明,一般高纯水滴在玻璃器皿上虽经高温箱烘干后仍残留在被清洗的探测器内。因此,理论上分析希望高纯水越纯越好,纯度越高则清洗效果越好,然而,对纯水的纯度要求过高,求之过苛则使投入过高,因纯度很高的纯水制备在技术上工艺上要求很高。所以,对纯水要求也适可而止,既要符合清洗要求又要较高的技人产出比。   制备高纯水有多种,其中反渗透Reverso Osmosis:S0)膜分离技术较适用。反渗透膜的孔≤径运10×10-l0m,,它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物。根据探测器清洗要求,比较实用装置原水预处理为石英砂过滤器、活性碳过滤器、阳离子软化器及精密过滤器。石英过滤器主要去除水中的大颗粒物,及部分水中的铁锤、金属氧化物;活性碳主要去除水中的有机物、胶体会导致膜通道堵塞,而氯会加速反渗透膜的分解;软化器主要去除碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等结垢物质对膜的污染。大于20μm的颗粒不允许进入工作室,所以在反渗透前加人10μm和5μm两个精密过滤器,以保证反渗透装置安全运行。  据笔者所悉,国内不少清洗专业单位的高纯水不符合要求,因而影响清洗效果。   ②出于清洗成本考虑,一般高纯水超声波清洗方法中总是先用普通自来水超声振荡清洗,再用高纯度去离子水在超声波振荡状态下漂洗。在工艺流程中,被清洗的探测器工件在普通水清洗后往往将普通水及所含清洗的污物杂质带入高纯水清洗槽,若在工艺流程中增添一道工序:利用压缩空气吹干被清洗探测器工件上的水溶液及所含污物杂质,然后再进入高纯水清洗槽漂洗,将改善清洗效果。实验表明,这→工序是切实可行、有效的。   ③清洗液或称为专业清洗剂,则是→类适用于电子产品的精密清洗液体或粉剂,用量不大,一般清洗剂投放比例为百分之几(视不同清洗品种工艺而定)。该类清洗剂(液体或粉剂)是清洗单位的技术和商业秘密之一。从技术角度出发,这并非是技术含量高的关键和诀窍,仅是适宜电子产品精密清洗的某些金属清洗液或洗涤剂,按不同产品选定浓度和配方,而决不象某些中医药膏丹丸散的配方成分与煎熬炼制工艺那样复杂,某些厂商宣传其配方独特,使它带有神秘色彩,有商业渲染之嫌,有损科学性合理性。   3 检测标定   无论采用何种清洗工艺方法,工艺流程总分为预处理、清洗工艺流程和后处理三部分。预处理一般包括:清洗前检测、吹灰尘(一般用高压气枪或吹尘器)和拆卸与分解。后处理一般包括:组装、测试、常温老化、例行试验和烟箱标定。   清洗前后需分别测试静态电流、电压灵敏度、报警电压及吹烟并做好记录。对于不同厂家不同型号产品电压有所不同,但大同小异。可采用自制设备或定制设备测试。   除了清洗前后的电参数测量,还必须做烟箱标定。生产过程每个探测器100%都要进行烟箱标定。清洗工艺流程的探测器可按合格品的数量的10%作抽检,将例行合格的探测器放入标准烟箱中进行标定,并应符合规定指标。对于离子式探测器用离子烟浓度计,对于光电式探测器用光学烟密度计分别进行测试。   4 维修产业化   火灾探测器清洗工作必然延伸涉及到火灾自动报警系统维修保养工作,这是消防事业发展的必然,也是社会分工的专业化需要。一般而言,清洗预处理和后处理都涉及到火灾自动报警系统整体检测和运行。大多数清洗专业厂都遵循清洗完成后质量保证几个月(如3个月)的惯例,这必然要求清洗业务扩展延伸为火灾自动报警系统维修。既然火灾探测器清洗维修十分重要,必须大力发展和提高,如何做好清洗维修工作,除了消防部门发文立法、监督管理,实行许可证专向管理外,依笔者所见,火灾探测器清洗维修工作必须产业化、规模化。决不能小打小闹、盲目上马,因为作为专业清洗维修企业(硬件)投入资金不能低于百万元,在技术和人才均有接近探测器生产企业的较高要求,不能降低标准。清洗维修企业的创建发展有两种途径:一是现有技入清洗维修业务的火灾探测器生产厂可以继续维持自制产品清洗维修,但不可能发展和扩大业务。因为各种厂家不同产品的探测器清洗须按原生产厂企业内控标准控制质量,必须与被清洗维修产品的生产企业或国外代理商签定技术协约书,以得到厂方的技术支持和必要的备品备件供应。而限于当前市场竞争规律,同行业单位的企业内控标准和质保体系、自制元件、部件均属技术秘密和商业机密,不可能获得必需的支持。因此,只有将生产厂原有的清洗维修车间分离出来,自立门户,才能承担广泛清洗维修探测器的社会职能。二是完全创建清洗维修企业。对于清洗维修企业由消防部门实行专项管理,总体上要合理布局,防止资源浪费。一个省(直辖市)不宜搞过多,但两个以上为宜,有利于技术上提高和市场竞争。   迄今为止,国内已有近30家火灾探测器专业单位,大部分是完全创建的清洗维修企业,这一行业已成雏型,并初具规模,还正在不断发展壮大。   对于新建清洗维修企业而言,笔者认为由于这一行业已初具规模,在清洗工艺流程、设备配置可借鉴、吸收,大可不必投入过多人力、物力和财力,从头摸索和研制,而主要投入与消化吸收这些成熟的成果和经验,对于国内外主要产品的技术性能、指标、生产工艺、企业标准、质量控制等工艺管理要下工夫,花大力气深入掌握,准备清洗品种的工艺、检验、技术文件、电检、烟检、判断文件已具备,方可实施清洗。   前面已述,这一行业发展极不平衡,存在两头尖中间大的“橄榄形态",即发展稳健的优良企业较少,综合实力很弱、匆促上马难以维持的后进企业亦很少,综合实力一般、能开展日常业务工作但不完善的企业较多,这种局面必须改观。据悉,某些企业的管理制度、工艺资料(企标、质量文件、工艺文件)齐全完善成度决不亚于具有规模效益的火灾自动报警设备研制大中企业,令人叹为观止。要求该行业的所有单位都仿效达标既是不现实,也是不可能的,但追求完善、追求卓越总是人们的共同目标,在自身条件与基础上进一步尽善尽美,还是应该做到而且能够做到。   对于火灾探测器清洗乃至火灾自动报警设备维修这一新兴未艾的行业健康发展,公安消防监督机构、消防协会、研制生产企业、清洗维修专业单位和社会各界都要重视、关注,大力支持。
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