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

濮宇凌，童庭仙，何永剛

危險化學(xué)品倉庫自動火災(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.浙江建達科技股份有限公司，浙江杭州310012；）

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

危險化學(xué)品倉庫；自動火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)；傳感器；設(shè)計原則

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，價值也越來越高，倉儲過程的安全性越來越受到重視。與此同時，隨著現(xiàn)代科技的進步，從20世紀后期開始，計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(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)代綜合自動化技術(shù)。隨著工業(yè)4.0（第4次工業(yè)革命）的提出，先進的自動化技術(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 危險化學(xué)品倉庫的特點

一般而言，危險化學(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。而這類倉庫貯存的危險化學(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)品屬于國家重點監(jiān)管化學(xué)品，火災(zāi)危險性大、滅火救援難度大。

以某企業(yè)的甲乙類危險化學(xué)品倉庫為例：該企業(yè)設(shè)有甲類倉庫2個，乙類倉庫2個。其中，2個甲類倉庫均為1層，建筑面積733 m2，建筑高度6.71 m，二級耐火等級，分為3個防火分區(qū)，貯存物品的火災(zāi)危險性類別為甲類；2個乙類倉庫均為1層，建筑面積1 315 m2，建筑高度6.71 m，二級耐火等級，分為4個防火分區(qū)，貯存物品的火災(zāi)危險性類別為乙類，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)計防火規(guī)范》，甲類倉庫（1、2、5、6項）最大允許占地面積僅為750 m2，每個防火分區(qū)最大允許建筑面積僅為250 m2[1]。究其原因，主要是因為物資存放集中，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)濟損失，后果十分嚴重。近年來危險化學(xué)品事故頻發(fā)，比如2015年天津港“8·12”危險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，嚴重影響了化工行業(yè)的形象，給企業(yè)和社會帶來極壞的影響。

2 自動火災(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，但降低風險因素是可行的。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。因此，對這類倉庫的安防要求應(yīng)非常嚴格，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)當能夠提示風險，預(yù)警事故。應(yīng)急處理如果及時有效，事故造成的損失相對就小，否則就可能造成重大損失。

3 自動火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢和組成

火災(zāi)預(yù)警是倉庫安防最重要的工作，對火險的管理如何，直接關(guān)系到倉庫的安全。傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)多為被動報警，通過設(shè)置消火栓報警按鈕、手動報警按鈕等設(shè)施，按下后發(fā)出報警信號至控制室并啟動聲光報警，由相應(yīng)的人員確認后，啟動消防水泵等設(shè)備設(shè)施；較為先進的則增設(shè)煙霧報警系統(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到一定值后才能檢測，不能做到預(yù)警。

事實上，對火險隱患的預(yù)警和火焰的快速反應(yīng)很重要。因為燃燒的熱能輻射是以光速前進的，能否盡早發(fā)現(xiàn)火險隱患，及時進行針對性處理，決定了是一場小火及時被撲滅從而只是很小的損失還是由于滅火裝置沒能及時阻止火勢而釀成火災(zāi)。

部分先進工廠已經(jīng)開始采用火焰探測及自動報警系統(tǒng)。比如筆者參與的海南某LNG（液化天然氣）接收站項目，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，可探測碳氫和非碳氫火焰，用于爆炸危險環(huán)境。某高校也開發(fā)了基于CMOS圖像傳感器和自動巡邏小車的火災(zāi)預(yù)警裝置[2]。

但此類設(shè)備的準確性與穩(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，信號衰減嚴重等問題使得很難及時處理火災(zāi)隱患信息，從而使火災(zāi)隱患無法及時處理或者誤發(fā)出警報[3]1。此外，基于商業(yè)原因，此類設(shè)備往往追求通用性，過于強調(diào)適用范圍，而沒有從使用環(huán)境的實際情況出發(fā)采用針對性的探測裝置，無法有效發(fā)出準確的預(yù)警信號。

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

自動火災(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、可燃氣體濃度以及煙霧濃度等參數(shù)作為判斷火險的依據(jù)[4]。將采集到的物理信息傳至處理器，對數(shù)據(jù)信息參量進行處理與分析作業(yè)，及時判定火險等級，主要分為：火災(zāi)隱患、暗火、明火等。根據(jù)火險等級發(fā)出相應(yīng)警報，及時上傳警報信息。存在火災(zāi)隱患時，發(fā)出聲光警報，通知巡查人員及時查看隱患的真實性與隱患產(chǎn)生原因；存在暗火時，啟動聯(lián)動的聲光報警，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；當產(chǎn)生明火時，還將啟動火災(zāi)控制設(shè)備在第一時間控制火情。

該傳感網(wǎng)絡(luò)由多個傳感器構(gòu)成，形成各個節(jié)點的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時采集倉庫內(nèi)多點數(shù)據(jù)進行分析，利用自身數(shù)據(jù)分析算法，極大提高火險預(yù)測的前期性和時效性[3]10。該系統(tǒng)能夠充分利用多個傳感器資源，通過對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間上的互補與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準則組合起來，包括對多源數(shù)據(jù)進行檢測、相關(guān)、組合和估計，產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋和描述，防止單一傳感器故障就會導(dǎo)致失效的現(xiàn)象[5]。一旦出現(xiàn)危險狀況，立即向控制室發(fā)送預(yù)警信息，完成對火災(zāi)的預(yù)警，具有較高的可靠性、穩(wěn)定性，準確度高，誤報率低，真正實現(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[3]16。現(xiàn)場總線技術(shù)從20世紀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)用到自動火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。

目前，自動火災(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)火險并及時啟動相關(guān)的報警滅火等設(shè)備，對發(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)雜程度事實上要大于單層倉庫，將該技術(shù)應(yīng)用到危險化學(xué)品倉庫在技術(shù)上完全可行。但要注意爆炸危險環(huán)境下電氣設(shè)備的保護級別（Equipment Protection Levels，EPL），并應(yīng)選用工業(yè)級產(chǎn)品，確保其在正常運行過程中不會成為點燃源。

4 自動火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計原則

設(shè)計應(yīng)遵循實用性、安全性、先進性、開放性、易維護性和易管理性等設(shè)計原則。

（1）實用性：務(wù)必根據(jù)危險化學(xué)品倉庫的實際需求統(tǒng)籌規(guī)劃，采用當前計算機主流應(yīng)用技術(shù)的同時，適當考慮未來發(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)用實踐的軟件平臺架構(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)萬小時平均無故障時間的設(shè)備，同時為關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部件設(shè)計冗余備份。

（3）先進性：采用科學(xué)合理的設(shè)計方法，選用先進、成熟、可靠的設(shè)備，搭建可升級、可擴展、可兼容的系統(tǒng)和應(yīng)用平臺。

（4）開放性：采用標準化設(shè)計，嚴格遵循相關(guān)國際、國內(nèi)和行業(yè)標準，充分考慮與其他系統(tǒng)的連接。

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

除了要依據(jù)安防、監(jiān)控、報警等專業(yè)性設(shè)計規(guī)范、技術(shù)標準，比如GB 50348—2004《安全防范系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等進行設(shè)計外，還應(yīng)結(jié)合危險化學(xué)品的相關(guān)規(guī)范，比如AQ 3035—2010《危險化學(xué)品重大危險源安全監(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：危險物品存放場所》，SH/T 3005—2016《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》，HG/T 20507—2014《自動化儀表選型設(shè)計規(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)的危險化學(xué)品倉庫在正常運行時不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物環(huán)境（倉庫在正常運行時，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)當小于10 h/a（1年按365天計，共8 760 h），根據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》，可以將危險化學(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行設(shè)計，此外還要考慮化工環(huán)境下對設(shè)備的防腐要求。

5 結(jié)論

隨著社會的進步，輿論對化工企業(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，使用先進的自動化技術(shù)提升安全生產(chǎn)水平是化工企業(yè)進一步發(fā)展的必由之路。自動火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)可以有效降低危險化學(xué)品倉庫的風險因素，把事故控制在萌芽狀態(tài)，確保倉庫安全運行，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)在危險化學(xué)品倉庫中的應(yīng)用前景非常廣闊。

[1]GB 50016—2014建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2014.

[2]孫冬嬌，徐高威，劉恒.工廠倉庫火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（7）：98-100.

[3]馮鑫.德陽市德邦物流公司倉庫火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[4]王樂達.倉庫管理信息物理融合系統(tǒng)[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014（3）：63-64.

[5]靳欣，孫濤.基于單片機的化工火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，29（4）：81-84.

[6]尚鵬，周晏.基于6LoWPAN的化工車間指標實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機應(yīng)用與軟件，2012，29（9）：212-215.

[7]AQ 3035—2010危險化學(xué)品重大危險源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2010.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.02.009

2017-04-13