石油化工企业危险源火灾爆炸事故智能消防设计研究

杨德泽1任佳亮王栋王晓彤

（1、兰州寰球工程有限公司，甘肃兰州 730060 2、兰州石化公司化工储运厂，甘肃兰州 730060 3、永明项目管理有限公司甘肃分公司，甘肃兰州 730060）

石化企业每一次火灾爆炸事故的发生，不仅容易造成人员伤亡，而且还会带来一定经济损失[1]。目前，我国各大石化企业虽然采取了一些危险源消防措施，包括固定消防炮、消火栓等[2]。由于这些消防措施均属于事后消防措施，未能起到防范于未然作用。另外，采用人工处理，致使消防员人身安全无法得到保障。智能化消防处理手段，能够及时发现火灾爆炸问题，为防范和处理争取更多时间，安全系数较高，是火灾爆炸事故消防发展的必然趋势[3]。当前此方面研究较少，尚未形成完整的消防设计方案，本文引入智能消防思路展开探究。

1 石油化工企业危险源火灾爆炸事故产生的原因分析

储罐区和生产装置是石化企业生产加工的重要模块，同时也是埋藏危险源的主要区域，容易引发火灾爆炸事故。

1.1 储罐区火灾爆炸事故产生原因

1.1.1 当前石化生产缺少火灾自动报警装置，虽然在储蓄区安排值班人员巡视，但是容易出现漏查，或者疏忽情况，导致火灾事故产生。其中，夜班执勤期间事故发生频率较高。

1.1.2 该区域相关管理工作以人工管理模式为主展开，由于各个环节人工管理模式需要耗费大量时间，未能在灭火最佳时期处理，导致延长了火灾处理时间，人身安全很难得到保障，并且带来较大经济损失[4]。

1.1.3 火灾爆炸危险系数较高，当前事故需要人员冲锋靠近现场，危险系数较高。在没有远程操控情况下，现场安全事故发生频率难以下降。

1.1.4 目前，部分储罐外壁添加了喷淋系统，利用化学品控制温度，达到安全保护目的。然而该系统作业未能做到每一个环节均覆盖自动化控制模式，需要人工开启，导致系统开启时间不及时[5]。另外，该系统流量和压力两项指标参数数值比较小，未能达到标准。

1.1.5 为了防止储罐泄漏，部分企业将灭火系统设置为常闭状态，延误了灭火时间，与管理规范不符。

1.2 生产装置引发火灾爆炸事故的原因

1.2.1 虽然添加了监控装置，但是没有实现有效的自动报警功能，需要依靠值班人员巡检或者查看监控显示装置，发觉火灾爆炸事故[6]。而人工巡检和查看相关参数难免疏忽，所以当前在生产装置添加的自动报警模块未能起到有效的报警作用。

1.2.2 由于生产装置火灾发生位置不确定，并且引发火灾的装置种类有很多。其中，内部发生火灾很难发现，外侧装置将其遮挡，很难在短时内发现，延误了最佳救火时期。

1.2.3 当前采用的手动炮灭火、消防栓等装置，都需要人员带上装置进入现场，人身安全未能得到有效保障。

2 石化危险源智能消防设计

随着物联网技术、自动化控制技术的快速发展，打破了传统火灾消防模式，逐渐向智能化消防模式转变，通过引入现代化技术，打造智能系统，应用于火灾探测、消防灭火、火灾监控等多个方面。本文根据石化危险源产生原因，以某石化企业罐区火灾探测项目为例，如图1 所示为石化企业罐区火灾探测布局。

该项目中，需要增加火灾探测系统，根据探测结果，采取相应的消防灭火措施。另外，为了提高安全性能，本研究还增加了火灾监控智能化模块。

图1 石化企业罐区火灾探测布局

2.1 智能火灾探测系统设计

为了弥补传统石化危险源灭火消防模式的不足，本研究建议引入多种现代化技术，通过人工智能图像识别，远距离探测，实现储罐区和生产装置现场环境信息的自动采集和识别。按照设定的火灾隐患参数安全范围，判断当前是否存在火灾隐患。如果存在隐患，则确定并显示具体坐标位置，发出火警信号，以达到警示现场工作人员的目的，为火灾抢救争取更多时间。如图2 所示为智能火灾探测系统架构。

图2 智能火灾探测系统架构

该架构将火灾探测系统拆分为两部分，分别是现场探测模块和无线操控模块。

2.1.1 现场探测模块

该模块在现场主机的控制下，驱动图像型火灾探测器，对储罐区和生产装置环境现状进行探测。其中，采集信息指标包括辐射光谱、燃烧相关参数数值、烟雾动态变化外形、火焰动态变化外形等，经过识别算法处理，准确识别现场火灾状况，为火灾处理提供可靠依据。另外，火灾坐标的显示，以共享世界坐标为主。如果探测到现场某处发生火灾，或者存在火灾隐患，通过无线网络向无线操控模块发送相关信息。需要注意的是，火灾探测器的布设，与储罐外围绿化带的距离保持在15m 以上，根据生产装置分布特点，合理布设探测器，确保装置覆盖到每一个监控区域即可。

2.1.2 无线操控模块

为了便于操控，该模块设置了2 种通信控制模式，主要由云服务器、远程指挥中心、移动端3 部分组成。其中，云服务器作为信号处理模块，负责接收和发送相关信息。当现场信息通过无线模块发送至无线操控终端时，由云服务器接收，而后同时向远程指挥中心和移动端发送相关信息，大大提高了数据传输效率，以便灭火指挥工作的开展，为火灾处理争取更多时间。

2.2 智能消防炮灭火模块设计

本研究提出的智能消防炮灭火系统除了具有灭火作用以外，还能够降低现场温度，起到一定隔离作用，采用射流作业模式灭火。考虑到相邻储罐容易受周围储罐影响，当某一个储罐发生火灾时，周围储罐容易陷入危险，所以向周边储罐射流也很重要。通过开启周围消防炮，阻止火势蔓延，根据火势情况自由调节水柱等相关参数数值，从而充分发挥灭火作用。以下为不同区域的消防灭火模块设计方案：

2.2.1 储罐区消防灭火模块

目前，大部分储罐区布设的消防装置为手动炮，为了节约成本，打造可行性较高的灭火系统，本研究利用现有的消防供水管路，提出一些改造方案：2.2.1.1 不再使用原有的手动跑，用电控泡沫炮代替，要求两种装置规格相同，避免产生过多费用，继续使用原有的供水管，靠近路边安装控制箱，从而为现场救援创造便利条件。2.2.1.2 继续使用手动炮，在此基础上增加一路电控泡沫炮，当火灾发生时，同时开启两种装置，两者互不干涉。另外，供水管保持不变，选择靠近路边位置安装电控泡沫炮。2.2.1.3 增加钢结构消防炮塔，均在原有的手动炮旁边搭建，要求炮塔高度超出原有手动炮罐高，使用的设备均为防爆型，采用架空手法安装相关设备。

2.2.2 生产装置区消防灭火模块该区域消防灭火模块的设计方案与储罐区设计方案相似，消防炮布置位置存在一定差异，以管廊钢结构和地面为主进行布设。

2.3 智能消防云平台监控模块拓扑设计

为了加强石化企业生产现场的安全管理，借助现代化设备及物联网等技术，打造功能较为全面的监控模块，利用此模块实现火灾自动监控及报警管理，将石化企业消防管理部门与企业指挥中心、119 指挥中心连接到一起，采取业务联动管理。如图3 所示为智能消防云平台监控模块拓扑结构。

图3 智能消防云平台监控模块拓扑结构

该拓扑结构将模块拆分为3 部分，分别是石化企业监控现场、企业指挥中心、119 指挥中心。其中，监控现场安装了摄像头、图像型火灾探测器、路由器、报警主机、信号扩散器、消防炮主机、消防泵巡检装置、应急疏散装置、录像机，利用这些装置采集和记录相关信息，并起到报警疏散作用。两部分指挥中心主要由显示屏、服务器等装置组成，用于显示监控现场情况，下达指挥命令，从而提高火灾处理效率，并起到一定防范作用。另外，云数据服务器与移动终端建立通信连接，为监控现场与指挥中心的通信搭建了桥梁。

结束语

本文围绕石化企业危险源火灾处理问题展开研究，选取智能化操控技术作为研究工具，添加物联网技术、自动化控制等多项技术，提出智能消防方案设计研究。通过添加智能化现场监控设备，利用无线模块发送监控信息，通过监控中心指挥消防工作，形成完整的智能火灾探测系统。其中，智能消防炮灭火模块和智能消防云平台是系统的核心部分，本文进行了详细介绍。