濮宇凌，童庭仙，何永剛

危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用初探

濮宇凌1，童庭仙2，何永剛1

（1.杭州杭氧化醫(yī)工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江建達(dá)科技股份有限公司，浙江杭州310012；）

從某甲乙類危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫的特點(diǎn)出發(fā)，闡述危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫設(shè)置自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的必要性。探討自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，包括與傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)比、與火焰探測及自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)比，提出了一種應(yīng)用于危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫的自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，并簡述其基本組成、工作方式和設(shè)計(jì)原則。

危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫；自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)；傳感器；設(shè)計(jì)原則

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速以及化工行業(yè)工藝技術(shù)的更新?lián)Q代，工廠內(nèi)化工原料與化工產(chǎn)品的貯存需求越來越大，貯存種類越來越多，貯存物品的性質(zhì)越來越復(fù)雜，價(jià)值也越來越高，倉儲(chǔ)過程的安全性越來越受到重視。與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，從20世紀(jì)后期開始，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)開始緊密融合，制造業(yè)發(fā)生了革命性變化，形成了新興的現(xiàn)代綜合自動(dòng)化技術(shù)。隨著工業(yè)4.0（第4次工業(yè)革命）的提出，先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到化工業(yè)上是水到渠成的事情。因此，為了貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的思路，在化工倉庫內(nèi)采用智能化的自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，杜絕潛在的各類隱患，確保人員和物資的安全十分必要。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫的特點(diǎn)

一般而言，危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫具有貨架密集、貨物存放高度高、貯存物資集中且量大等特點(diǎn)。而這類倉庫貯存的危險(xiǎn)化學(xué)品，大部分為易燃、易爆、具有腐蝕性、有毒或易制毒化學(xué)品，部分化學(xué)品屬于國家重點(diǎn)監(jiān)管化學(xué)品，火災(zāi)危險(xiǎn)性大、滅火救援難度大。

以某企業(yè)的甲乙類危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫為例：該企業(yè)設(shè)有甲類倉庫2個(gè)，乙類倉庫2個(gè)。其中，2個(gè)甲類倉庫均為1層，建筑面積733 m2，建筑高度6.71 m，二級(jí)耐火等級(jí)，分為3個(gè)防火分區(qū)，貯存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為甲類；2個(gè)乙類倉庫均為1層，建筑面積1 315 m2，建筑高度6.71 m，二級(jí)耐火等級(jí)，分為4個(gè)防火分區(qū)，貯存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為乙類，倉庫內(nèi)設(shè)置多層貨架。

僅僅從建筑面積上看，這些倉庫的面積并不大，但根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，甲類倉庫（1、2、5、6項(xiàng)）最大允許占地面積僅為750 m2，每個(gè)防火分區(qū)最大允許建筑面積僅為250 m2[1]。究其原因，主要是因?yàn)槲镔Y存放集中，可燃物數(shù)量多，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故，極易發(fā)生人員傷亡，并波及臨近的企業(yè)和居民，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，后果十分嚴(yán)重。近年來危險(xiǎn)化學(xué)品事故頻發(fā)，比如2015年天津港“8·12”危險(xiǎn)品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故，2015年東營市利津縣濱源化學(xué)有限公司“8·31”重大爆炸著火事故等，嚴(yán)重影響了化工行業(yè)的形象，給企業(yè)和社會(huì)帶來極壞的影響。

2 自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的必要性

從技術(shù)角度分析，徹底杜絕小概率事件的發(fā)生是不可能的，但降低風(fēng)險(xiǎn)因素是可行的。根據(jù)國內(nèi)部分專家的分析，我國的化學(xué)品貯存設(shè)施事故高發(fā)的主要原因是貯存設(shè)施的監(jiān)測手段缺失或失效，以及信息處理失效或延時(shí)。因此，對(duì)這類倉庫的安防要求應(yīng)非常嚴(yán)格，設(shè)置的安全設(shè)施不僅要求具備必要的監(jiān)控系統(tǒng)，還應(yīng)當(dāng)能夠提示風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)警事故。應(yīng)急處理如果及時(shí)有效，事故造成的損失相對(duì)就小，否則就可能造成重大損失。

3 自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和組成

火災(zāi)預(yù)警是倉庫安防最重要的工作，對(duì)火險(xiǎn)的管理如何，直接關(guān)系到倉庫的安全。傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多為被動(dòng)報(bào)警，通過設(shè)置消火栓報(bào)警按鈕、手動(dòng)報(bào)警按鈕等設(shè)施，按下后發(fā)出報(bào)警信號(hào)至控制室并啟動(dòng)聲光報(bào)警，由相應(yīng)的人員確認(rèn)后，啟動(dòng)消防水泵等設(shè)備設(shè)施；較為先進(jìn)的則增設(shè)煙霧報(bào)警系統(tǒng)。但無論哪種，均只能在燃燒發(fā)展到一定程度，燃燒速率和熱釋放速率達(dá)到一定值后才能檢測，不能做到預(yù)警。

事實(shí)上，對(duì)火險(xiǎn)隱患的預(yù)警和火焰的快速反應(yīng)很重要。因?yàn)槿紵臒崮茌椛涫且怨馑偾斑M(jìn)的，能否盡早發(fā)現(xiàn)火險(xiǎn)隱患，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性處理，決定了是一場小火及時(shí)被撲滅從而只是很小的損失還是由于滅火裝置沒能及時(shí)阻止火勢(shì)而釀成火災(zāi)。

部分先進(jìn)工廠已經(jīng)開始采用火焰探測及自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。比如筆者參與的海南某LNG（液化天然氣）接收站項(xiàng)目，采用了霍尼維爾的FS型火焰探測系統(tǒng)，該產(chǎn)品為多光譜紅外火焰探測，可探測碳?xì)浜头翘細(xì)浠鹧?，用于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。某高校也開發(fā)了基于CMOS圖像傳感器和自動(dòng)巡邏小車的火災(zāi)預(yù)警裝置[2]。

但此類設(shè)備的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性很大程度上依賴于單一傳感器的工作狀態(tài)，一旦傳感器無法正常工作，則整個(gè)系統(tǒng)將失去作用。這類技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境下，可能由于傳輸距離過大，信號(hào)衰減嚴(yán)重等問題使得很難及時(shí)處理火災(zāi)隱患信息，從而使火災(zāi)隱患無法及時(shí)處理或者誤發(fā)出警報(bào)[3]1。此外，基于商業(yè)原因，此類設(shè)備往往追求通用性，過于強(qiáng)調(diào)適用范圍，而沒有從使用環(huán)境的實(shí)際情況出發(fā)采用針對(duì)性的探測裝置，無法有效發(fā)出準(zhǔn)確的預(yù)警信號(hào)。

為了及時(shí)對(duì)火險(xiǎn)做出預(yù)警和處理，可以建立自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。通過火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的自動(dòng)化、集成化，可以在火險(xiǎn)發(fā)生的第一時(shí)間自動(dòng)反饋相關(guān)數(shù)據(jù)與警報(bào)，減少日常巡查的開支，降低管理成本，提高效率。

自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)主要由環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理及預(yù)警2部分組成。以溫度、濕度、照度、空氣含氧量、可燃?xì)怏w濃度以及煙霧濃度等參數(shù)作為判斷火險(xiǎn)的依據(jù)[4]。將采集到的物理信息傳至處理器，對(duì)數(shù)據(jù)信息參量進(jìn)行處理與分析作業(yè)，及時(shí)判定火險(xiǎn)等級(jí)，主要分為：火災(zāi)隱患、暗火、明火等。根據(jù)火險(xiǎn)等級(jí)發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，及時(shí)上傳警報(bào)信息。存在火災(zāi)隱患時(shí)，發(fā)出聲光警報(bào)，通知巡查人員及時(shí)查看隱患的真實(shí)性與隱患產(chǎn)生原因；存在暗火時(shí)，啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)的聲光報(bào)警，并將暗火發(fā)生的防火分區(qū)和位置傳給控制室，通知有關(guān)人員前往查看；當(dāng)產(chǎn)生明火時(shí)，還將啟動(dòng)火災(zāi)控制設(shè)備在第一時(shí)間控制火情。

該傳感網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)傳感器構(gòu)成，形成各個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采集倉庫內(nèi)多點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用自身數(shù)據(jù)分析算法，極大提高火險(xiǎn)預(yù)測的前期性和時(shí)效性[3]10。該系統(tǒng)能夠充分利用多個(gè)傳感器資源，通過對(duì)各種傳感器及觀測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來，包括對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、相關(guān)、組合和估計(jì)，產(chǎn)生對(duì)觀測環(huán)境的一致性解釋和描述，防止單一傳感器故障就會(huì)導(dǎo)致失效的現(xiàn)象[5]。一旦出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，立即向控制室發(fā)送預(yù)警信息，完成對(duì)火災(zāi)的預(yù)警，具有較高的可靠性、穩(wěn)定性，準(zhǔn)確度高，誤報(bào)率低，真正實(shí)現(xiàn)了全天候的監(jiān)控。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線，每個(gè)防火分區(qū)的數(shù)據(jù)通過處理器處理分析，匯總后通過總線上傳到控制室電腦主機(jī)[3]16?，F(xiàn)場總線技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始就應(yīng)用到過程控制系統(tǒng)中，在樓宇自控系統(tǒng)中也有廣泛應(yīng)用，用總線作為控制網(wǎng)絡(luò)可靠性可以得到保證。也有高校在研究化工車間內(nèi)部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[6]，待技術(shù)成熟后，也可應(yīng)用到自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。

目前，自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)在樓宇自控消防設(shè)施中具有核心作用，即及早發(fā)現(xiàn)火險(xiǎn)并及時(shí)啟動(dòng)相關(guān)的報(bào)警滅火等設(shè)備，對(duì)發(fā)現(xiàn)和控制建筑物的火災(zāi)起著重要作用，并且取得了良好的成效。樓宇建筑的復(fù)雜程度事實(shí)上要大于單層倉庫，將該技術(shù)應(yīng)用到危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫在技術(shù)上完全可行。但要注意爆炸危險(xiǎn)環(huán)境下電氣設(shè)備的保護(hù)級(jí)別（Equipment Protection Levels，EPL），并應(yīng)選用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，確保其在正常運(yùn)行過程中不會(huì)成為點(diǎn)燃源。

4 自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)應(yīng)遵循實(shí)用性、安全性、先進(jìn)性、開放性、易維護(hù)性和易管理性等設(shè)計(jì)原則。

（1）實(shí)用性：務(wù)必根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫的實(shí)際需求統(tǒng)籌規(guī)劃，采用當(dāng)前計(jì)算機(jī)主流應(yīng)用技術(shù)的同時(shí)，適當(dāng)考慮未來發(fā)展需求，留出一定的接口和冗余，避免盲目追求系統(tǒng)設(shè)計(jì)超前性和設(shè)備豪奢性。

（2）安全性：應(yīng)選用具有成熟應(yīng)用實(shí)踐的軟件平臺(tái)架構(gòu)，確保系統(tǒng)的健壯性，選用具備高可靠性、高安全性，具有數(shù)萬小時(shí)平均無故障時(shí)間的設(shè)備，同時(shí)為關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)冗余備份。

（3）先進(jìn)性：采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，選用先進(jìn)、成熟、可靠的設(shè)備，搭建可升級(jí)、可擴(kuò)展、可兼容的系統(tǒng)和應(yīng)用平臺(tái)。

（4）開放性：采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循相關(guān)國際、國內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮與其他系統(tǒng)的連接。

（5）易管理性、易維護(hù)性：采用全中文、圖形化軟件平臺(tái)和穩(wěn)定易用的硬件和軟件，便于管理和維護(hù)。

除了要依據(jù)安防、監(jiān)控、報(bào)警等專業(yè)性設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，比如GB 50348—2004《安全防范系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還應(yīng)結(jié)合危險(xiǎn)化學(xué)品的相關(guān)規(guī)范，比如AQ 3035—2010《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》，DB 33/768.2—2013《安全技術(shù)防范系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范第2部分：危險(xiǎn)物品存放場所》，SH/T 3005—2016《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》，HG/T 20507—2014《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》等。比如AQ 3035—2010則提到傳感器和儀表的選型應(yīng)參考HG/T 20507和SH/T 3005的規(guī)定[7]?？紤]到該企業(yè)的危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫在正常運(yùn)行時(shí)不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物環(huán)境（倉庫在正常運(yùn)行時(shí)，所有物料均貯存于密閉容器內(nèi)，容器完好無破損，容器蓋密封良好），出現(xiàn)爆炸性混合物的頻率應(yīng)當(dāng)小于10 h/a（1年按365天計(jì)，共8 760 h），根據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》，可以將危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫劃為爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)，再結(jié)合可燃物的引燃溫度等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外還要考慮化工環(huán)境下對(duì)設(shè)備的防腐要求。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的進(jìn)步，輿論對(duì)化工企業(yè)安全事故越來越關(guān)注，主管部門的監(jiān)管力度越來越大，安全生產(chǎn)越來越成為焦點(diǎn)，使用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)提升安全生產(chǎn)水平是化工企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必由之路。自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)可以有效降低危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫的風(fēng)險(xiǎn)因素，把事故控制在萌芽狀態(tài)，確保倉庫安全運(yùn)行，提升企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。目前，在民用建筑和公共建筑中自動(dòng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用，可以預(yù)見，該系統(tǒng)在危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫中的應(yīng)用前景非常廣闊。

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10.13752/j.issn.1007-2217.2017.02.009

2017-04-13