基于模糊綜合評價的冶金企業燒結礦料皮帶通廊封閉方案優選

郝玉澤 王彪 周琪

(中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

冶金企業早期建設的皮帶通廊普遍處于敞開和半敞開狀態，在輸送物料時沿途存在撒料及揚塵問題，不僅污染空氣，還造成物料浪費，在大風、雨雪天氣下工人巡檢或檢修也不安全。近年來，隨著環保管控措施的提檔升級，國家和地方環保部門對冶金皮帶通廊的揚塵問題越來越重視，提出了皮帶通廊全封閉的嚴格要求。其中，《國務院關于印發“十三五”生態環境保護規劃的通知》(國發〔2016〕65號)對于鋼鐵行業提出了“原料轉運設施建設封閉皮帶通廊”的明確要求。同時，國家生態環境部等五部委聯合印發的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣〔2019〕35號)，明確規定了無組織排放控制措施：“鐵精礦、煤、焦炭、燒結礦、球團礦、石灰石、白云石、鐵合金、高爐渣、鋼渣、脫硫石膏等塊狀或粘濕物料，應采用管狀帶式輸送機等方式密閉輸送，或采用皮帶通廊等方式封閉輸送”。

對此，各地冶金企業積極開展自查自糾，并采取了形式多樣的皮帶通廊封閉措施，但在實現環保目標的同時，也帶來了新的消防問題。例如，采用可燃性封閉材料會增加皮帶通廊的火災危險性，也不符合國家標準要求；采用彩鋼瓦等不燃材料全封閉又會增加皮帶通廊火災的撲救難度等。因此，選擇何種既安全環保又經濟節能的皮帶通廊封閉形式，是冶金企業當前面臨的共同難題。

針對上述問題，本文以冶金企業燒結礦料皮帶通廊為例，在分析其火災危險性及消防要求基礎上，對目前常見的符合消防標準要求的封閉方案及其優缺點進行分析，并運用模糊綜合評價模型對封閉方案進行優選。

1 模糊綜合評價模型

美國加利福尼亞大學控制論專家扎德于1965年首先提出了模糊集合論，其目的是要從數學基礎上為人工智能的發展開辟道路。模糊數學的誕生為人類架起了一座連接定性與定量的橋梁。模糊綜合評價基于模糊數學，為定性評價向定量評價轉換提供了手段。模糊綜合評價的基本步驟[1]包括：

(1)因素集的建立。因素集通常用U表示，是影響評價結果的各種模糊性要素的集合。影響要素若用u1、u2、...、un表示，則因素集可記為U= {u1，u2，...，un}。

(2)權重集的建立。因素集U中的各影響要素對評價結果的影響程度不盡相同。用以反映影響程度的數即為各影響要素的權數。權數的集合稱為權重集，通常用A表示，即A= {a1，a2，...，an}。各權數非負，且權數之和為1。權數的確定方法通常包括專家審議法、層次分析法、熵權法和判斷表法。

其中，判斷表法是將各要素的重要性兩兩比較，同等重要各給2分；某一項重要者則分別給3分和1分；某一項比另一項重要得多，則分別給4分和0分。將上述對比的給分填入表中，經統計計算即可得到各要素的權數。判斷表如表1所示。

表1 判斷表

(3)評價集的建立。評價集是各種可能的評價結果所組成的集合，通常用W表示。若各種評價結果用w1，w2，...，wn表示，則評價集可記為W= {w1，w2，...，wn}。

(4)單因素模糊評價。對單一要素進行評價，即為單因素模糊評價。單因素模糊評價結果是某一要素對評價集的隸屬度。假設對因素集U中第i個要素ui進行評價，若ui對評價集W中第j個元素wj的隸屬度記為rij，則ui的模糊評價結果可表示為Ri={ri1，ri2，...，rin}。

按照以上方法，可以得到每一個要素的模糊評價結果。將所有評價結果組成矩陣，即可以得到評價矩陣R。

(5)模糊綜合評價。模糊綜合評價結果通常由評價矩陣R和權重集A計算得出，計算模型為：B=A·R。根據B和W，即可得出模糊綜合評價結果。

2 冶金企業燒結礦料皮帶通廊的火災危險性及消防要求

2.1 冶金企業燒結礦料皮帶通廊的火災危險性

皮帶通廊內通常存在運輸皮帶、電氣線纜、潤滑油、燒結礦料等，依據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)判定，皮帶通廊的火災危險性類別應為丙類。

在實際生產過程中，容易引發皮帶通廊大火的原因[2-4]有很多，例如：皮帶機滾筒軸承停轉，皮帶長時間摩擦靜止滾筒；皮帶機電氣系統過載或短路；設備故障或人員操作失誤造成紅料下料；動火作業(如電氣切割鋼結構等)。

由于皮帶通廊的傾斜布置，火災時極易形成“煙囪效應”。尤其是當通廊上方有孔洞或損壞的門窗時，風助火勢形成巨大的上升氣流(浪)，火頭就會沿筒形通廊向上方迅速蔓延，直至燒毀通廊。當通廊內存在其他可燃物質時，燃燒會更加猛烈[5]。

2019年10月24日，河北興華鋼鐵有限公司煉鐵廠燒結車間成品皮帶通廊發生一起火災事故，造成7人死亡、1人受傷，直接經濟損失約930萬元。事故的直接原因為燒結車間崗位工違章操作造成大量燒結礦紅料引燃皮帶通廊內皮帶防塵罩護皮護簾、成品皮帶，當班班長組織指揮本班人員冒險施救，處置不當，造成人員傷亡。

2.2 冶金企業燒結礦料皮帶通廊的消防要求

(1)室內消火栓系統。GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業設計防火標準》第8.2.1條規定，運輸煤、焦炭和礦石的帶式輸送機通廊、轉運站和帶式輸送機驅動站可不設置室內消火栓系統。

(2)自動水滅火系統。GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業設計防火標準》和GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)均未規定冶金企業皮帶通廊需要設置自動滅火系統。而參照GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》第7.1.8條規定，僅易自燃煤種的封閉式運煤棧橋、運煤隧道、皮帶頭部及尾部需要設置自動噴水滅火系統或水噴霧滅火系統。

(3)防火分隔水幕。GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)第6.6.3條規定，封閉棧橋與建筑物連接處的門洞，均宜采取防止火災蔓延的措施。

(4)建筑材料燃燒性能。GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)第6.6.1條規定，供輸送可燃材料的棧橋，均應采用不燃材料。

根據以上要求可知，封閉冶金企業燒結礦料皮帶通廊必須使用不燃材料。皮帶通廊可僅利用室外消火栓系統開展火災撲救，不需要設置室內消火栓系統及自動水滅火系統，但封閉皮帶通廊與建筑物連接處的門洞宜采取防止火災蔓延的措施(如設置防火分隔水幕)。

3 冶金企業燒結礦料皮帶通廊常見封閉方案及其優缺點分析

目前常見的符合消防標準要求的冶金企業燒結礦料皮帶通廊封閉方案包括鋼結構+彩鋼瓦+鋁合金百葉窗封閉、鋼結構+彩鋼瓦+可開啟玻璃窗封閉、鋼結構+彩鋼瓦+不燃可熔采光帶封閉以及鋼結構+彩鋼瓦全封閉等，其優缺點對比見表2。

表2 4種封閉方案的優缺點對比

(1)方案1：鋼結構+彩鋼瓦+鋁合金百葉窗封閉。此封閉方案雖然可以有效改善廠區內揚塵情況，也可以保證皮帶通廊內部可見光亮度，但不能嚴格滿足國家有關皮帶通廊應采用封閉輸送的要求。同時，在火災撲救過程中，外部消防水很難打入。

(2)方案2：鋼結構+彩鋼瓦+可開啟玻璃窗封閉。此封閉方案既可以滿足皮帶通廊的封閉要求，也可以保證皮帶通廊內光照要求。此外，在火災撲救過程中，消防力量破拆也較容易，對外部消防水打入有利。但由于受熱不均勻等因素影響，火災時玻璃窗極易炸裂、掉落，對救援人員安全不利。

(3)方案3：鋼結構+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶封閉。此方案較方案2，還具有在高溫煙氣作用下，采光帶極易熔化，外部消防水容易打入的優點。此外，采光帶熔化時無熔滴產生，安全性較好。

(4)方案4：鋼結構+彩鋼瓦全封閉。此方案雖然較好解決了環保問題，但在內部采光、消防撲救、排煙等方面存在明顯不足。此時，為滿足使用要求，通常需要采用人工照明，并不經濟。

4 冶金企業燒結礦料皮帶通廊封閉方案優選

(1)建立冶金企業燒結礦料皮帶通廊封閉方案評價因素集。影響皮帶通廊封閉方案選擇的要素即表2中的性能指標——環保性、安全性、節能性和經濟性，分別記為u1、u2、u3、u4，因素集U= {u1，u2，u3，u4}。

(2)將影響要素u1、u2、u3、u4對應的權數分別記為a1、a2、a3、a4，權數集A= {a1，a2，a3，a4}。本文在對5家冶金企業進行調查后，定性確定出上述4個影響要素的重要程度為：安全性>環保性、安全性>經濟性、安全性>節能性、環保性>經濟性、環保性>節能性、經濟性>節能性。運用判斷表法計算各影響要素權重如下(見表3)。

因此，權數集A= {0.37，0.37，0.07，0.19}。

(3)建立評價集。最終優選結果為方案1最優、方案2最優、方案3最優或方案4最優。因此，評價集可記為W= {w1(方案1最優)，w2(方案2最優)，w2(方案3最優)，w4(方案4最優)}。

表3 影響要素權數判斷表

(4)單因素模糊評價。對表2中優缺點對比結果進行賦值后，即可得到評價矩陣R。對“好”、“較好”、“一般”、“較差”分別賦予4分、3分、2分、1分，則評價矩陣可記為

(5)模糊綜合評價。

=(1.63，2.32，3.37，2.68)

由模糊綜合評價結果可知，方案1、方案2、方案3和方案4得分分別為1.63、2.32、3.37和2.68。為得出各方案得分占4種方案總得分的比例，進行相應的換算：

根據此結果得出：16.3%的比例認為方案1最優，23.2%的比例認為方案2最優，33.7%的比例認為方案3最優，26.8%的比例認為方案4最優。

因此，冶金企業燒結礦料皮帶通廊在不設置自動水滅火系統的前提下，目前常見的4種符合消防標準要求的封閉方案中，方案3(鋼結構+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶封閉)綜合性能最優，推薦冶金企業采納。

5 結論

本文通過對冶金企業燒結礦料皮帶通廊的火災危險性及消防要求進行分析，運用模糊綜合評價模型對常見封閉方案進行比選，得出如下結論：

(1)冶金企業燒結礦料皮帶通廊不設置室內消火栓系統及自動水滅火系統，而僅依托室外消火栓系統進行火災撲救，符合消防標準要求。

(2)冶金企業燒結礦料皮帶通廊封閉必須使用不燃材料，且封閉皮帶通廊與建筑物連接處的門洞宜采取防止火災蔓延的措施(如設置防火分隔水幕)。

(3)在不考慮設置自動水滅火系統的前提下，本文所述目前常見的4種符合消防標準要求的封閉方案中，“鋼結構+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶”封閉方案綜合性能最優，推薦冶金企業采納。