石油化工企業危險源火災爆炸事故智能消防設計研究

楊德澤1任佳亮王棟王曉彤

（1、蘭州寰球工程有限公司，甘肅蘭州 730060 2、蘭州石化公司化工儲運廠，甘肅蘭州 730060 3、永明項目管理有限公司甘肅分公司，甘肅蘭州 730060）

石化企業每一次火災爆炸事故的發生，不僅容易造成人員傷亡，而且還會帶來一定經濟損失[1]。目前，我國各大石化企業雖然采取了一些危險源消防措施，包括固定消防炮、消火栓等[2]。由于這些消防措施均屬于事后消防措施，未能起到防范于未然作用。另外，采用人工處理，致使消防員人身安全無法得到保障。智能化消防處理手段，能夠及時發現火災爆炸問題，為防范和處理爭取更多時間，安全系數較高，是火災爆炸事故消防發展的必然趨勢[3]。當前此方面研究較少，尚未形成完整的消防設計方案，本文引入智能消防思路展開探究。

1 石油化工企業危險源火災爆炸事故產生的原因分析

儲罐區和生產裝置是石化企業生產加工的重要模塊，同時也是埋藏危險源的主要區域，容易引發火災爆炸事故。

1.1 儲罐區火災爆炸事故產生原因

1.1.1 當前石化生產缺少火災自動報警裝置，雖然在儲蓄區安排值班人員巡視，但是容易出現漏查，或者疏忽情況，導致火災事故產生。其中，夜班執勤期間事故發生頻率較高。

1.1.2 該區域相關管理工作以人工管理模式為主展開，由于各個環節人工管理模式需要耗費大量時間，未能在滅火最佳時期處理，導致延長了火災處理時間，人身安全很難得到保障，并且帶來較大經濟損失[4]。

1.1.3 火災爆炸危險系數較高，當前事故需要人員沖鋒靠近現場，危險系數較高。在沒有遠程操控情況下，現場安全事故發生頻率難以下降。

1.1.4 目前，部分儲罐外壁添加了噴淋系統，利用化學品控制溫度，達到安全保護目的。然而該系統作業未能做到每一個環節均覆蓋自動化控制模式，需要人工開啟，導致系統開啟時間不及時[5]。另外，該系統流量和壓力兩項指標參數數值比較小，未能達到標準。

1.1.5 為了防止儲罐泄漏，部分企業將滅火系統設置為常閉狀態，延誤了滅火時間，與管理規范不符。

1.2 生產裝置引發火災爆炸事故的原因

1.2.1 雖然添加了監控裝置，但是沒有實現有效的自動報警功能，需要依靠值班人員巡檢或者查看監控顯示裝置，發覺火災爆炸事故[6]。而人工巡檢和查看相關參數難免疏忽，所以當前在生產裝置添加的自動報警模塊未能起到有效的報警作用。

1.2.2 由于生產裝置火災發生位置不確定，并且引發火災的裝置種類有很多。其中，內部發生火災很難發現，外側裝置將其遮擋，很難在短時內發現，延誤了最佳救火時期。

1.2.3 當前采用的手動炮滅火、消防栓等裝置，都需要人員帶上裝置進入現場，人身安全未能得到有效保障。

2 石化危險源智能消防設計

隨著物聯網技術、自動化控制技術的快速發展，打破了傳統火災消防模式，逐漸向智能化消防模式轉變，通過引入現代化技術，打造智能系統，應用于火災探測、消防滅火、火災監控等多個方面。本文根據石化危險源產生原因，以某石化企業罐區火災探測項目為例，如圖1 所示為石化企業罐區火災探測布局。

該項目中，需要增加火災探測系統，根據探測結果，采取相應的消防滅火措施。另外，為了提高安全性能，本研究還增加了火災監控智能化模塊。

圖1 石化企業罐區火災探測布局

2.1 智能火災探測系統設計

為了彌補傳統石化危險源滅火消防模式的不足，本研究建議引入多種現代化技術，通過人工智能圖像識別，遠距離探測，實現儲罐區和生產裝置現場環境信息的自動采集和識別。按照設定的火災隱患參數安全范圍，判斷當前是否存在火災隱患。如果存在隱患，則確定并顯示具體坐標位置，發出火警信號，以達到警示現場工作人員的目的，為火災搶救爭取更多時間。如圖2 所示為智能火災探測系統架構。

圖2 智能火災探測系統架構

該架構將火災探測系統拆分為兩部分，分別是現場探測模塊和無線操控模塊。

2.1.1 現場探測模塊

該模塊在現場主機的控制下，驅動圖像型火災探測器，對儲罐區和生產裝置環境現狀進行探測。其中，采集信息指標包括輻射光譜、燃燒相關參數數值、煙霧動態變化外形、火焰動態變化外形等，經過識別算法處理，準確識別現場火災狀況，為火災處理提供可靠依據。另外，火災坐標的顯示，以共享世界坐標為主。如果探測到現場某處發生火災，或者存在火災隱患，通過無線網絡向無線操控模塊發送相關信息。需要注意的是，火災探測器的布設，與儲罐外圍綠化帶的距離保持在15m 以上，根據生產裝置分布特點，合理布設探測器，確保裝置覆蓋到每一個監控區域即可。

2.1.2 無線操控模塊

為了便于操控，該模塊設置了2 種通信控制模式，主要由云服務器、遠程指揮中心、移動端3 部分組成。其中，云服務器作為信號處理模塊，負責接收和發送相關信息。當現場信息通過無線模塊發送至無線操控終端時，由云服務器接收，而后同時向遠程指揮中心和移動端發送相關信息，大大提高了數據傳輸效率，以便滅火指揮工作的開展，為火災處理爭取更多時間。

2.2 智能消防炮滅火模塊設計

本研究提出的智能消防炮滅火系統除了具有滅火作用以外，還能夠降低現場溫度，起到一定隔離作用，采用射流作業模式滅火。考慮到相鄰儲罐容易受周圍儲罐影響，當某一個儲罐發生火災時，周圍儲罐容易陷入危險，所以向周邊儲罐射流也很重要。通過開啟周圍消防炮，阻止火勢蔓延，根據火勢情況自由調節水柱等相關參數數值，從而充分發揮滅火作用。以下為不同區域的消防滅火模塊設計方案：

2.2.1 儲罐區消防滅火模塊

目前，大部分儲罐區布設的消防裝置為手動炮，為了節約成本，打造可行性較高的滅火系統，本研究利用現有的消防供水管路，提出一些改造方案：2.2.1.1 不再使用原有的手動跑，用電控泡沫炮代替，要求兩種裝置規格相同，避免產生過多費用，繼續使用原有的供水管，靠近路邊安裝控制箱，從而為現場救援創造便利條件。2.2.1.2 繼續使用手動炮，在此基礎上增加一路電控泡沫炮，當火災發生時，同時開啟兩種裝置，兩者互不干涉。另外，供水管保持不變，選擇靠近路邊位置安裝電控泡沫炮。2.2.1.3 增加鋼結構消防炮塔，均在原有的手動炮旁邊搭建，要求炮塔高度超出原有手動炮罐高，使用的設備均為防爆型，采用架空手法安裝相關設備。

2.2.2 生產裝置區消防滅火模塊該區域消防滅火模塊的設計方案與儲罐區設計方案相似，消防炮布置位置存在一定差異，以管廊鋼結構和地面為主進行布設。

2.3 智能消防云平臺監控模塊拓撲設計

為了加強石化企業生產現場的安全管理，借助現代化設備及物聯網等技術，打造功能較為全面的監控模塊，利用此模塊實現火災自動監控及報警管理，將石化企業消防管理部門與企業指揮中心、119 指揮中心連接到一起，采取業務聯動管理。如圖3 所示為智能消防云平臺監控模塊拓撲結構。

圖3 智能消防云平臺監控模塊拓撲結構

該拓撲結構將模塊拆分為3 部分，分別是石化企業監控現場、企業指揮中心、119 指揮中心。其中，監控現場安裝了攝像頭、圖像型火災探測器、路由器、報警主機、信號擴散器、消防炮主機、消防泵巡檢裝置、應急疏散裝置、錄像機，利用這些裝置采集和記錄相關信息，并起到報警疏散作用。兩部分指揮中心主要由顯示屏、服務器等裝置組成，用于顯示監控現場情況，下達指揮命令，從而提高火災處理效率，并起到一定防范作用。另外，云數據服務器與移動終端建立通信連接，為監控現場與指揮中心的通信搭建了橋梁。

結束語

本文圍繞石化企業危險源火災處理問題展開研究，選取智能化操控技術作為研究工具，添加物聯網技術、自動化控制等多項技術，提出智能消防方案設計研究。通過添加智能化現場監控設備，利用無線模塊發送監控信息，通過監控中心指揮消防工作，形成完整的智能火災探測系統。其中，智能消防炮滅火模塊和智能消防云平臺是系統的核心部分，本文進行了詳細介紹。