宋英麟 孫魯

摘 要：充氣膜結(jié)構(gòu)利用柔性膜材料內(nèi)外氣體之間的壓力差形成具有穩(wěn)定形態(tài)和剛度的氣膜結(jié)構(gòu)，由于充氣膜結(jié)構(gòu)跨度大，建設(shè)周期短，經(jīng)濟(jì)可回收等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于民用及大型工業(yè)堆場(chǎng)等領(lǐng)域。本文依托邢臺(tái)國(guó)泰發(fā)電有限公司煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)全封閉工程BOT項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，主要介紹煤堆場(chǎng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文方案對(duì)于防范初期火災(zāi)、降低粉塵及可燃/有毒氣體濃度效果良好，為相似工程提供一定的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：充氣膜結(jié)構(gòu);火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);可燃?xì)怏w;粉塵濃度

中圖分類號(hào)：U169.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0062-03

充氣膜結(jié)構(gòu)利用柔性膜材料內(nèi)外氣體之間的壓力差形成具有穩(wěn)定形態(tài)和剛度的氣膜結(jié)構(gòu)，由于充氣膜結(jié)構(gòu)跨度大，建設(shè)周期短，經(jīng)濟(jì)可回收等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于民用及大型工業(yè)堆場(chǎng)等領(lǐng)域[1]。在中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)的報(bào)告中提出了堅(jiān)持人與自然和諧共生，樹(shù)立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策[2]。在認(rèn)真貫徹落實(shí)這一環(huán)保理念的背景下，本文依托邢臺(tái)國(guó)泰發(fā)電有限公司煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)全封閉工程BOT項(xiàng)目，研究了煤炭堆場(chǎng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)及消防廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

1 工程概況

本文依托河北邢臺(tái)國(guó)泰發(fā)電有限責(zé)任公司#5，#6煤炭堆場(chǎng)封閉工程。在堆場(chǎng)煤炭帶式輸送裝置傳輸過(guò)程中，在帶式輸送裝置的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、落料點(diǎn)等區(qū)域，易產(chǎn)生大量粉塵污染周邊環(huán)境。為解決堆場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中的揚(yáng)塵問(wèn)題，避免生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生粉塵及可燃?xì)怏w的污染，國(guó)泰發(fā)電有限公司加大投入，對(duì)國(guó)泰公司#5、#6煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)進(jìn)行改造，建設(shè)全封閉充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)環(huán)保設(shè)施。該環(huán)保設(shè)施采用單層充氣膜加鋼纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，充氣薄膜外尺寸長(zhǎng)約162米，寬約92米，高約31米。封閉煤場(chǎng)總面積約為一萬(wàn)五千平方米。

全封閉充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)環(huán)保設(shè)施，依靠柔性膜材料內(nèi)外氣體的壓差支撐整個(gè)氣膜結(jié)構(gòu)，不需要任何的承重結(jié)構(gòu)，由于材料的柔韌性和結(jié)構(gòu)固有的有效性和弧形的體形，沒(méi)有受彎、受扭和受壓的構(gòu)件。因此該工程具有結(jié)構(gòu)跨度大，施工周期短，建設(shè)成本較低，環(huán)保質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

該工程#5和#6煤堆場(chǎng)主要設(shè)備為DQL1200/800·30型懸臂式斗輪堆取料機(jī)。堆場(chǎng)封閉后充氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)汽車出入卷簾門(mén)、四個(gè)人員進(jìn)出氣密門(mén)、四個(gè)消防應(yīng)急密閉門(mén)，兩個(gè)帶式輸送機(jī)密閉裝置室。

本工程充氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)施內(nèi)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（含可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)、粉塵濃度檢測(cè)系統(tǒng)等子系統(tǒng)）、電氣系統(tǒng)（含照明系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)）、氣密系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、自動(dòng)煤場(chǎng)盤(pán)煤儀系統(tǒng)等系統(tǒng)。保障充氣膜結(jié)構(gòu)封閉煤堆場(chǎng)安全、環(huán)保、可靠的運(yùn)行。

2 充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)危險(xiǎn)性

充氣膜結(jié)構(gòu)的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要考慮充氣膜材料自身耐火能力和保障封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)人員安全兩大方面[3]。

本工程全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設(shè)施的充氣膜材采用G類膜材，即在以玻璃纖維作為基布纖維的表面涂敷樹(shù)脂或橡膠等聚合物涂層的建筑紡織品。G類膜材的耐火阻燃性能較好，可歸為不燃材料。

全封閉膜結(jié)構(gòu)罩式堆煤環(huán)保設(shè)施除充氣膜材燃燒的風(fēng)險(xiǎn)外，還要考慮膜材在火災(zāi)情況下受到破壞以及封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆存轉(zhuǎn)運(yùn)煤炭過(guò)程中所產(chǎn)生的粉塵、可燃?xì)怏w積聚造成爆炸對(duì)充氣膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，保障封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的生命安全。

3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制主機(jī)設(shè)于封閉膜結(jié)構(gòu)外的廠區(qū)消防控制中心。

3.1火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)

火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)包括紅外火災(zāi)探測(cè)器，手動(dòng)報(bào)警按鈕，聲光報(bào)警裝置等火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警設(shè)施。在全封閉膜結(jié)構(gòu)罩式堆煤環(huán)保設(shè)施氣膜頂部均勻布置16臺(tái)防爆雙波段紅外火災(zāi)探測(cè)器。所用探測(cè)器具有火焰探測(cè)功能，十分適用于膜結(jié)構(gòu)煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)這種大空間的場(chǎng)所。雙波段紅外火災(zāi)探測(cè)器可通過(guò)紅外技術(shù)判斷現(xiàn)場(chǎng)溫度變化，識(shí)別出工作人員不易察覺(jué)尚在陰燃階段的火情。此外，在汽車出入卷簾門(mén)、人員進(jìn)出門(mén)、消防應(yīng)急門(mén)及堆場(chǎng)消防通道中設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕，當(dāng)封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)工作人員發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，可手動(dòng)按下報(bào)警按鈕，報(bào)警信號(hào)將傳至控制室火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制單元，同時(shí)啟動(dòng)封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的聲光報(bào)警裝置，提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員安全撤離。

3.2可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

由于本工程封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)長(zhǎng)期堆存煤體，在堆存及轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中易釋放瓦斯、甲烷、硫化氫、一氧化氮等可燃?xì)怏w及有毒氣體。為避免可燃?xì)怏w及有毒氣體積聚，保障現(xiàn)場(chǎng)人員安全，設(shè)置可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)有害氣體與空氣的相對(duì)重力，現(xiàn)場(chǎng)空氣流動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)備及建構(gòu)筑物的布置等因素[4]設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)點(diǎn)位，在膜結(jié)構(gòu)的頂部、消防通道及人員出入口以及帶式輸送機(jī)沿線的地面設(shè)置可燃?xì)怏w/有毒氣體檢測(cè)器及聲光報(bào)警裝置。本工程除設(shè)置固定式檢測(cè)裝置外，同時(shí)為進(jìn)入封閉膜結(jié)構(gòu)堆場(chǎng)的工作人員配備便攜式可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)裝置。固定式可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)裝置的檢測(cè)報(bào)警信號(hào)接入控制中心的可燃?xì)怏w/有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)。可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測(cè)報(bào)警采用兩級(jí)報(bào)警方式，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，向火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聯(lián)動(dòng)防排煙系統(tǒng)啟動(dòng)充氣膜頂部排煙帶，并啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置。

3.3粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

全封閉氣膜結(jié)構(gòu)作為相對(duì)密閉的空間，在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的煤塵極易擴(kuò)散充滿整個(gè)氣膜結(jié)構(gòu)，一旦濃度達(dá)到粉塵爆炸的上限，煤塵遇到電火花就會(huì)發(fā)生粉塵爆炸，造成重大安全事故。因此，本工程在氣膜拼接縫處均勻吊裝粉塵濃度檢測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的粉塵濃度。當(dāng)粉塵濃度超過(guò)警告上限值時(shí)，聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)膜結(jié)構(gòu)內(nèi)灑水噴淋噴槍設(shè)備，以降低封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)粉塵濃度，防止膜結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生粉塵爆炸。

3.4消防水炮聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

該項(xiàng)目在膜結(jié)構(gòu)內(nèi)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)了電控消防水炮滅火系統(tǒng)。在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)共設(shè)置14套電控消防水炮，實(shí)現(xiàn)了封閉氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆場(chǎng)的全覆蓋，任何著火點(diǎn)都在2套消防水炮的保護(hù)范圍內(nèi)，前端解碼控制箱與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱已集成一體化。此外，每套消防水炮前端均配置有高清攝像機(jī)，電控消防水炮滅火系統(tǒng)可通過(guò)人或監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)消防炮進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制，啟動(dòng)消防水泵進(jìn)行滅火補(bǔ)救。在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)收到報(bào)警信號(hào)后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器可以聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)消防泵。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)火情后，如果封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的火情火勢(shì)不強(qiáng)、可以控制，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可通過(guò)消防水炮無(wú)線遙控器來(lái)遠(yuǎn)程啟動(dòng)電動(dòng)閥和消防泵，遙控現(xiàn)場(chǎng)消防水炮瞄準(zhǔn)著火點(diǎn)實(shí)施滅火;如果現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員無(wú)法在第一時(shí)間獲得遙控器，工作人員還可以通過(guò)設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)控制箱來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)閥和消防水泵，控制消防水炮對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)撲滅火災(zāi)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)火情情況危險(xiǎn)、火勢(shì)非常強(qiáng)烈、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員無(wú)法靠近手動(dòng)控制箱時(shí)，作業(yè)人員可到本工程消防控制中心，通過(guò)設(shè)在消防控制中心的消防炮集中控制柜配合監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面遠(yuǎn)程控制消防水炮對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)撲滅火災(zāi)。

3.5消防廣播系統(tǒng)

當(dāng)封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出警報(bào)，對(duì)保障安全生產(chǎn)、保證作業(yè)人員安全及時(shí)地撤離具有至關(guān)重要的作用。本工程在全封閉氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)沿墻壁掛式安裝消防應(yīng)急廣播揚(yáng)聲器，消防應(yīng)急廣播的聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制器發(fā)出。當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)后，同時(shí)向膜內(nèi)所有區(qū)域進(jìn)行廣播，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)人員發(fā)出警報(bào)，警示人員及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)[5]。

4 效果評(píng)價(jià)

本工程目前已投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)初期火災(zāi)、粉塵濃度超標(biāo)、可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)等危險(xiǎn)情況。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可聯(lián)動(dòng)消防系統(tǒng)及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度地減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將聯(lián)動(dòng)防排煙系統(tǒng)，啟動(dòng)充氣膜結(jié)構(gòu)頂部排煙帶，同時(shí)風(fēng)機(jī)進(jìn)入強(qiáng)排風(fēng)換氣模式，以迅速降低封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的可燃/有毒氣體濃度，防止封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生可燃?xì)怏w爆炸及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員中毒。當(dāng)粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將聯(lián)動(dòng)灑水噴淋噴槍設(shè)備，以減小封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)粉塵量，防止全封閉氣膜內(nèi)發(fā)生粉塵爆炸。表1為全封閉氣膜結(jié)構(gòu)煤堆場(chǎng)在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在踐行綠水青山就是金山銀山理念的大背景下，社會(huì)各行業(yè)的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，充氣膜結(jié)構(gòu)依靠其諸多優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于大型工業(yè)堆場(chǎng)環(huán)保設(shè)施改造領(lǐng)域。今后在充氣膜結(jié)構(gòu)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)與生產(chǎn)單位加強(qiáng)合作、深入交流，共同推動(dòng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)體系的完善和發(fā)展。

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