油田加热炉火灾预警智能灭火系统在石油行业的实际应用

马凤凯

摘要：油田加热炉是油田地面工程中的核心机械设备，在油田开采过程中发挥着至关重要的作用，从油井的井口加热至成品油外输等一系列过程都需要依赖油田加热炉进行供热。随着加热炉的广泛应用，装置一旦由于老化、炉内腐蚀等问题引发火灾事故，短时间内即可导致人员伤亡及重大财产损失。油田加热炉火灾预警智能灭火系统，提供一种加热炉的智能安全保护装置，及时扑灭初期火灾，加强加热炉设备的消防保护，从而确保加热炉零事故运行。通过对油田加热炉火灾预警智能灭火系统的工作原理及作业模式开展深入分析，对该装置在石油行业的实际应用进行了逐一研判，希望为相关工作提供参考。

关键词：油田加热炉；火灾预警智能灭火系统；火灾防控

中图分类号：X913.4       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）02-0016-04

油田加热炉是油田勘探开发中的重要设备之一，从油井的井口加热至成品油外输等一系列过程都需要油田加热炉进行供热。在油田的日常生产加工过程中，科学、合理地布置加热炉能够有效降低油田地面工程的能源消耗，最大限度地降低生产成本投入。特别是在我国东部油田大面积进入高含水期后，稠油和天然气的开发过程中加热炉的实际作用就显得更为重要。随着我国油气田勘探开发面积的增大以及开发难度的提升，生成加工过程中所需加热炉数量也在逐年增加。

1 油田加热炉火灾预警智能灭火系统概述

在实际运行过程中，由于反排液及油井中含有大量的泥沙、铁锈和盐垢，以上杂质在加热炉内部沉降到火管表面极易形成软垢，在火管表面高温加热作用下，导致火筒产生局部过热，最终导致火管变形、鼓包或穿孔现象的发生。一旦烟火管发生穿孔现象，加热炉装置内部的高温油气短时间内即可进入烟火管内部并导致火灾事故的发生。此外，由于加热炉腔体内的燃烧物主要为原油采出液，该物质属于易燃液体，一旦遇到高温、明火、氧化剂短时间内即可发生猛烈燃烧。由于炉腔内部密闭性相对较强，火情事故发生后，使用常规的便携型灭火装备根本无法直击火点，最终导致火势短时间内蔓延扩大[1]。

通常情况下，传统的加热炉燃烧器存在无火焰监测、无熄火保护系统等问题，事故发生后无法第一时间及时发现，导致加热炉炉管穿孔从而引发火灾事故的发生，不但严重影响到生产流程的顺利进行，稍有不慎即可导致人员伤亡及重大财产损失情况的发生。为了有效强化加热炉设备的安全运转，确保加热炉在石油化工单位生产加工过程中零事故运转，杜绝各类生成安全事故的出现，通过在加热炉装置上加装针对性智能安全保护装置的方式，在设备出现危险征兆的同时及时预警，将各类生成事故的发生消除在初起阶段，该智能安全保护装置（短管网）在实际作业过程中通常设置在加热炉烧火间内部，通过短管网输送管路与炉内连接，当加热炉内部发生火灾事故时，可以利用该管路直接将灭火剂输送至加热炉燃烧腔内，实现对加热炉内部初期火灾的有效抑制。此外，在生产工序正常运转过程中，还需要在烧火间内部设置防爆感烟探测器和手动报警按钮，实现对烧火间内部由于燃烧事故产生的高温烟气的同步探测，情况较为紧急时也可以进行人工手动确认。此外，烧火间部还需要设置必要的声光警报器，当烧火间内部探测器或现场漏液检测装置在事故发生后启动时，事故过程中可同步发出声、光报警，该装置通常在中央集控室设置控制主机，既可以显示报警信息，同时也可以通过该主机对现场的灭火装置进行远程启动，并且该主机支持自动联锁控制，能够最大限度地有效防止各类群死群伤事故的发生。火灾智能检测预警装置示意见图1。

2 油田加热炉火灾预警智能灭火系统的结构

火灾预警控制系统通常附带烟感、热感、摄像头等相关裝置，在火灾事故发生后能够确保火灾信号源的可靠性、真实性，特别是在进行作业周边环境监测的过程中，能够对加热炉的真实使用情况进行精确评估，并通过声、光报警设备及时将现场出现的火情报警信号上传至移动设备以及监控台屏幕上。图2为油田加热炉火灾预警智能灭火系统的结构图，该系统由显示远端箱、灭火控制装置、探测器、管道及其连接线等结构共同组成，灭火控制装置内含控制箱及球阀、水泵、泡沫罐等附件。该系统能在装置发生泄漏而引发火灾的同时同步喷射泡沫灭火剂，对起火区域实施有效的降温灭火，再借助泡沫覆盖层将可燃物料与空气实施有效隔绝的同时及时发送报警信号，避免灾情事故的无序扩大。上述流程也可通过显示远端箱手动启动，具有一机多控、远程监控及手动、自动兼具的灭火功能［2-3］。

装置运行过程中，需要在各个加热炉火筒（炉膛）内部分别设置一个漏液检测装置，当加热炉炉膛装置在运行过程中发生漏液事故时，通过漏液检测装置的实时检测功能及时发现事故区域，装置内部的微控制器获取到漏液情况后及时发出预警信号，并通过装置自带的声、光报警设备进行漏液报警。

漏液预警后，现场灭火控制箱向远程联动显示装置传达预警信号，此时装置内部的天然气输送自动切断，装置内部同步实现断电作业，在现场灭火控制箱获取到报警信号后，联动至远程联动显示装置进行对应的界面显示。一旦燃烧器停止工作前装置内部出现泄漏物料已经燃烧的极端事故，导致炉膛内部有明火出现，此时对应产生的报警信号会第一时间传送至现场灭火控制箱，并由该控制箱将报警信号及时传送至远程联动显示装置，此时事故现场的声、光报警装置同时发出预警信号，装置及时动作、喷射灭火药剂，对初起火灾进行有效抑制操作，并有效避免明火随泄漏物料液位的不断升高而溢出炉膛外形成地面流淌火，从而造成火势蔓延事故的出现。

3 油田加热炉火灾预警智能灭火系统的自动灭火功能

油田加热炉火灾预警智能灭火系统的自动灭火功能，必须由控制装置通过各路线性高温、烟雾感知等火灾探测组件进行定点指引，通过对加热炉生产环境进行不间断实时监控，同步对各生产加工区域内部信号进行实时分析识别处理，并通过对事故范围的精准识别选择启动合理的灭火装置实施自动喷水灭火作业，最终通过控制器对接服务器系统进行大数据分析处理，通过远程监控预警措施，指引设备智能及时喷射灭火剂实施灭火作业。作业过程中，该系统使用两套具备故障检测智能切换功能的灭火装置进行灭火，既能够完成对被保护区域的喷射灭火功能，同时防止火势向周边区域的快速蔓延。该灭火系统采用实时智能巡检，通常情况下，该装置在预警后5s内即可开始喷射作业，平均40s之内完成灭火，全淹没保护空间为120m3（加热炉需灭火保护的最大空间平均为32.2m3）。

如图3所示，通过火灾智能检测设备对加热炉炉膛内进行实时监测，一旦通过检测装置查探出相关火情时，装置立即输出火灾预警信号至现场灭火控制箱；现场灭火控制箱对火灾预警信号进行算法计算并通过AI智能手段及时发送灭火信号，同时将火灾预警信号联动传送至远程联动显示装置。接到动作指令后，现场灭火控制箱通过现场启动装置，依照顺序自动打开起火区域相对应的管道阀门、打开增压泵的操作、利用固定灭火装置喷射泡沫剂，依照对应管道输送至加热炉对应的炉膛中进行灭火作业，将火势控制在一定区域之内，防止火势向周边装置蔓延。系统自动执行完成灭火流程后，远程联动装置会同步显示出火势得到成功处置的相关信息。

系统运行过程中，当设施第1炉膛出现火灾迹象时，可以通过远程联动显示装置第一时间迅速传达火灾信号，事故炉膛设施内部迅速断电，且运行过程中的天然气输送也同步中断。进水口电动阀门、泡沫灭火装置以及第1炉膛的输送管道电动阀门均使用导通状态进行控制，与此同时，其余管路的输送管道所属电动阀门使用关闭状态。当系统预设的进水口水压压力传感器及时作出相应反馈后，增压泵第一时间启动泡沫灭火装置，灭火剂集中喷射至起火炉膛内部实施灭火作业。当灭火剂输送至输送管后，设置在炉膛出口处的水压压力传感器会做出相应反馈。系统收到压力反馈后，即可证明泡沫灭火装置喷射的灭火剂已经成功输送至管道内部，并已经成功对起火炉膛内部实施灭火作业，没有收到压力反馈时报警联动至远程联动显示装置进行对应报警，并在显示界面显示系统故障区域，并及时提请事故单位企业消防队到场人工作业。生产加工作业过程中，加热炉其余附件发生火灾时，系统基本处理流程基本相同。

该系统在实际运行过程中还预设人工关闭、复位功能，维修人员维修时需要操作人工关闭开关、复位开关才能对加热炉现场灭火控制箱进行维护，为防止误操作现象的发生，该开关需要设置在现场灭火控制箱内，必要时，工作人员还可以通过专用的手持维修设备连接至外箱机壳上的通信接口进行联动操作。本装置可以有效结合常规火灾自动报警系统同步运行，并及时将系统采集到的各个预警、报警及反馈信号同步上传至火灾报警系统。具体运行流程如下：

当炉膛内部漏液检测装置发出实时检测预警信号后，系统立刻与远程联动显示装置与火灾自动报警系统联动发出警报，火灾自动报警系统和远程联动显示装置及时将报警情况显示到相应的系统界面。现场灭火控制箱检测到漏液预警信号后，会同步输出断电、断气动作信号，并及时联动至火灾自动报警系统进行联动控制，达到通过切断泄漏物料的方式阻止火势进一步蔓延的措施。此时，与事故现场相对应的灭火控制箱报警指示灯显示灾情信号，并与远程联动显示装置联动，对应报警狀态和准确位置界面，提醒巡查人员事故炉膛有漏液情况发生，需要对加热炉进行装置维护及事故排查作业。

当事故现场灾情较为严重，实际处置难度较大，装置内部出现火势无法有效控制并已经向周边装置蔓延的恶劣情况，此时事故现场呈现高温状态并产生大量有毒烟气，此时装置内部的紫外探测器、AI火焰识别器以及感烟探测器同时动作，现场灭火控制箱向火灾自动报警系统和远程联动输出报警信号，提示事故单位相关工作人员需要尽快前往灾情现场制定人工救火方案。当系统接收到火灾报警信号后，现场灭火控制箱可自动执行灭火作业并对现场的火势实施有效压制，也可与火灾自动报警系统同时联动保障灭火装置的同步启动，并根据报警信号所显示的事故区域选择合理灭火设施，在有效保障灭火效能的同时向起火区域释放充足的灭火剂，将事故及时控制在初起阶段，从而真正意义上保障加热炉在零事故工作状态下高效运行。

4 结束语

油田加热炉是一种直接受火焰加热的受压设备，在生产工艺开展过程中始终处于高温高压的工作状态，由于加热炉腔体内的管道中待加热的液体为原油采出液，属于易燃物质且一旦遭遇明火即可发生快速燃烧现象。由于油田加热炉炉腔内部相对较为密闭，管道内部一旦发生泄漏事故并引发火情，使用常规的便携型灭火装置根本无法第一时间将装置内部的燃烧物料及时熄灭，稍有不慎即可导致较大规模安全事故的发生。智能检测灭火装置提供了一种加热炉的智能安全保护装置，用于加强加热炉设备的消防保护，当装置内部出现险情时也能够及时预警并完成初起火灾的有效处置，从而确保油田加热炉在日常工作过程中的安全运行。

参考文献

[1]李林壁，张静.油罐火灾泡沫灭火剂用量实战系数研究[J].武警学院学报，2014，30（2）：13-16．

[2]王伟轩，罗振海.泡沫灭火剂性能及应用探析[J].武警学院学报，2017，33（8）：23-25．