煤化工企業(yè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

1 煤化工火災(zāi)特性與自動(dòng)滅火的必要性

煤化工生產(chǎn)過(guò)程涉及高溫高壓、易燃易爆及有毒物質(zhì)，其復(fù)雜的工藝條件和多樣的物質(zhì)種類導(dǎo)致了獨(dú)特的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特性。根據(jù)相關(guān)事故統(tǒng)計(jì)分析，煤化工企業(yè)火災(zāi)主要源于設(shè)備泄漏、自燃物質(zhì)、電氣故障及操作失誤等因素，且具有火勢(shì)發(fā)展迅猛、撲救難度大、易引發(fā)連鎖事故等特點(diǎn)。在煤化工裝置區(qū)，特別是儲(chǔ)罐、反應(yīng)器和管道集中區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)，往往會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成立體火災(zāi)，常規(guī)人工撲救方式不僅效率低下，更對(duì)消防人員生命安全構(gòu)成極大威脅。

面對(duì)這些特殊挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)消防手段顯然已難以滿足現(xiàn)代煤化工企業(yè)的安全需求。傳統(tǒng)滅火系統(tǒng)主要依賴人工發(fā)現(xiàn)火情并啟動(dòng)滅火設(shè)施，存在響應(yīng)延遲大、定位不精準(zhǔn)、滅火效率有限等問(wèn)題。尤其在煤化工企業(yè)的復(fù)雜環(huán)境中，生產(chǎn)裝置高大密集、管線錯(cuò)綜復(fù)雜，僅靠人員巡檢和固定式噴淋系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期快速響應(yīng)與精準(zhǔn)抑制。因此，集成先進(jìn)感知技術(shù)、智能判斷算法和快速響應(yīng)裝置的自動(dòng)滅火系統(tǒng)逐漸成為煤化工企業(yè)安全保障的核心裝備，它能夠在火災(zāi)萌芽階段即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)探測(cè)、定位與撲救，有效遏制火勢(shì)蔓延，為企業(yè)安全生產(chǎn)提供至關(guān)重要的技術(shù)保障。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

現(xiàn)代煤化工企業(yè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，通過(guò)多種感知設(shè)備的融合與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從火災(zāi)監(jiān)測(cè)、預(yù)警到撲救的全流程自動(dòng)化。該系統(tǒng)通常由感知探測(cè)層、控制分析層和執(zhí)行滅火層三個(gè)核心部分組成，形成完整的閉環(huán)控制。

感知探測(cè)層是系統(tǒng)的"感官"，由多種傳感器構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集火災(zāi)特征參數(shù)。目前先進(jìn)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)不再單一依賴傳統(tǒng)感溫或感煙探測(cè)器，而是采用多信號(hào)融合探測(cè)技術(shù)。例如，云南解化化工分公司在甲醇罐區(qū)、成品原料庫(kù)等核心區(qū)域，設(shè)置了85臺(tái)紫外火焰探測(cè)器（通過(guò)捕捉25米內(nèi)紫外光譜實(shí)現(xiàn)5毫秒極速報(bào)警）與76臺(tái)搭載AI圖像識(shí)別的火眼探測(cè)器，形成"光譜+視覺"雙保險(xiǎn)預(yù)警功能。在配電室、控制室、辦公區(qū)域等電氣、人員密集場(chǎng)所，則設(shè)置827個(gè)點(diǎn)型感煙、感溫探測(cè)器，通過(guò)定溫（54℃）與差溫（5.5℃/min）雙模式實(shí)時(shí)監(jiān)控；在輸煤隧道內(nèi)，還增設(shè)了纜式線型感溫探測(cè)器，以±1米精度實(shí)時(shí)追蹤皮帶摩擦或煤炭過(guò)熱引發(fā)的溫度異常。

控制分析層作為系統(tǒng)的"大腦"，負(fù)責(zé)處理感知層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進(jìn)行智能判斷。中煤科工集團(tuán)重慶研究院開發(fā)的礦用本安型區(qū)域自動(dòng)噴氣滅火裝置控制器，能夠?qū)崟r(shí)分析來(lái)自火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)。煤炭科學(xué)研究總院提出的基于DTS分布式光纖測(cè)溫的系統(tǒng)，更通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)火情分析和超前預(yù)警，大大提高了火災(zāi)識(shí)別的準(zhǔn)確性。現(xiàn)代控制系統(tǒng)還引入了AI智能研判算法，能自動(dòng)識(shí)別并選取觸發(fā)區(qū)域算法探測(cè)器周邊的其他火災(zāi)探測(cè)器，智能分析探測(cè)器信號(hào)變化規(guī)律，判斷是否符合火災(zāi)煙霧蔓延規(guī)律，從而甄別真實(shí)警情，將誤報(bào)率壓降至0.3%以下。

執(zhí)行滅火層根據(jù)控制層的指令，啟動(dòng)相應(yīng)的滅火裝置進(jìn)行精準(zhǔn)撲救。針對(duì)不同火災(zāi)類型和保護(hù)區(qū)特點(diǎn)，系統(tǒng)整合了多種滅火方式，包括噴淋系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)以及二氧化碳滅火系統(tǒng)等，形成多策略滅火能力。

3 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

煤化工企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域廣闊，不同區(qū)域的火災(zāi)特性與防護(hù)需求各不相同，因此需要根據(jù)具體場(chǎng)景特點(diǎn)設(shè)計(jì)定制化的自動(dòng)滅火方案。以下是幾個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)分析：

3.1 儲(chǔ)罐區(qū)滅火系統(tǒng)

儲(chǔ)罐區(qū)作為煤化工企業(yè)的重大危險(xiǎn)源，其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于易燃液體泄漏形成的池火、罐體破裂導(dǎo)致的噴射火以及相鄰罐體受熱引發(fā)的沸溢噴濺。針對(duì)這類風(fēng)險(xiǎn)，凱越煤化公司采用泡沫消防系統(tǒng)為成品罐區(qū)與中間罐區(qū)的甲醇儲(chǔ)罐提供消防保障。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循《泡沫滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，通過(guò)一系列技術(shù)改造顯著提升了系統(tǒng)可靠性：將主用與備用泡沫泵的動(dòng)力源分別改為電動(dòng)機(jī)和水輪機(jī)，確保在任何情況下都能提供穩(wěn)定泡沫混合液；在泡沫混合液主管道加裝流量檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)；將回流管道止回閥改至水平管段安裝，防止氣蝕和液錘現(xiàn)象。這種設(shè)計(jì)保證了在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠迅速覆蓋甲醇液面，形成隔絕氧氣的泡沫層，實(shí)現(xiàn)快速滅火。

儲(chǔ)罐區(qū)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確性與快速性。云南解化化工分公司在甲醇罐區(qū)設(shè)置的紫外火焰探測(cè)器能夠在25米內(nèi)捕捉紫外光譜，實(shí)現(xiàn)5毫秒極速報(bào)警，與AI圖像識(shí)別的火眼探測(cè)器形成"光譜+視覺"雙保險(xiǎn)。這種雙重探測(cè)策略極大地降低了漏報(bào)和誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，確保泡沫滅火系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期及時(shí)啟動(dòng)，有效防止火勢(shì)擴(kuò)大。

3.2 生產(chǎn)裝置區(qū)滅火系統(tǒng)

生產(chǎn)裝置區(qū)包括反應(yīng)器、塔器、加熱爐等工藝設(shè)備，該區(qū)域特點(diǎn)是設(shè)備密集、管線錯(cuò)綜復(fù)雜、火源類型多樣。針對(duì)這些特點(diǎn)，神木煤化工電化公司研發(fā)的"汽輪機(jī)主油箱細(xì)水霧滅火系統(tǒng)"提供了一種創(chuàng)新解決方案。該系統(tǒng)將油箱本體外部纏繞設(shè)置感溫光纜，并將感溫光纜、報(bào)警器、火焰探測(cè)器以及細(xì)水噴霧單元均與控制器相連，有效避免了傳統(tǒng)探測(cè)器距離主油箱太近導(dǎo)致的誤動(dòng)作問(wèn)題。細(xì)水霧滅火技術(shù)利用水霧吸熱冷卻、隔絕氧氣和阻隔輻射熱的三重機(jī)理，具有用水量少、滅火效率高、對(duì)設(shè)備損害小的特點(diǎn)，特別適用于電氣設(shè)備和控制室等場(chǎng)所。

對(duì)于高大裝置區(qū)，新疆天池南礦運(yùn)營(yíng)廠引進(jìn)的防爆圖像型自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)采用防爆紅外熱成像攝像機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)煤倉(cāng)溫度，并輔以溫度傳感器和煙霧探測(cè)器，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。一旦檢測(cè)到火源，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)滅火程序，快速鎖定位置，根據(jù)射流落點(diǎn)與火源點(diǎn)之間的坐標(biāo)差異動(dòng)態(tài)調(diào)整水炮的噴射角度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)滅火。這種自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)特別適用于空間高大的煤化工裝置區(qū)，能夠有效克服傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)在高大空間中水滴落程不足、分布不均勻的問(wèn)題。

3.3 輸煤系統(tǒng)與電纜設(shè)施滅火系統(tǒng)

輸煤系統(tǒng)是煤化工企業(yè)的燃料供應(yīng)動(dòng)脈，其中輸煤隧道、轉(zhuǎn)運(yùn)站和煤粉制備區(qū)域因煤炭自燃和粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)而成為火災(zāi)重點(diǎn)防控區(qū)域。在這些區(qū)域，纜式線型感溫探測(cè)器發(fā)揮了重要作用。云南解化化工分公司在輸煤隧道內(nèi)增設(shè)的這類探測(cè)器能以±1米精度實(shí)時(shí)追蹤皮帶摩擦或煤炭過(guò)熱引發(fā)的溫度異常。這種分布式測(cè)溫能力可以準(zhǔn)確識(shí)別過(guò)熱點(diǎn)的具體位置，為早期干預(yù)提供精準(zhǔn)信息。

對(duì)于電纜夾層和電纜溝的火災(zāi)防控，中煤科工集團(tuán)重慶研究院開發(fā)的系統(tǒng)具有電纜夾層、電纜溝火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能。煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司提出的基于DTS分布式光纖測(cè)溫和聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)的煤礦井下外因火災(zāi)智能防控系統(tǒng)，通過(guò)分布式感溫光纖、煙霧、火焰等傳感器對(duì)井下火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)火情分析和超前預(yù)警。這種系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握電纜溫度變化趨勢(shì)，在溫度異常升高階段即發(fā)出預(yù)警，避免電纜過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)。

3.4 地下硐室與有限空間滅火系統(tǒng)

煤礦井下的變電所、注氮硐室等有限空間因設(shè)備密集、通風(fēng)條件特殊，存在較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司服務(wù)二隊(duì)的技術(shù)人員通過(guò)將井上煙霧噴淋灑水滅火裝置改造升級(jí)，應(yīng)用于井下注氮硐室的滅火。每當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)煙霧傳感器感應(yīng)偵測(cè)煙霧濃度，如果煙霧濃度達(dá)0.65—15.5%FT報(bào)警值時(shí)，將反饋到電磁閥工作，發(fā)出聲音或閃爍燈光警告，同時(shí)第一時(shí)間給自動(dòng)控制式的消防噴淋系統(tǒng)發(fā)送打開水源指令自動(dòng)噴水。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全符合煤礦井下安全生產(chǎn)中的消防和降塵等要求，為有限空間提供了經(jīng)濟(jì)有效的滅火解決方案。