危廢料坑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警工程設(shè)計(jì)

王 沖

(中國(guó)海誠(chéng)工程科技股份有限公司，上海 200031)

工業(yè)化產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物越來(lái)越多，相應(yīng)的危險(xiǎn)廢物處置工程也不斷發(fā)展，焚燒是其中一個(gè)重要手段。危險(xiǎn)廢物焚燒處置工程中涉及的危險(xiǎn)廢物種類繁雜，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)中易產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)，一旦引起爆炸將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。危廢料坑作為焚燒廢物的儲(chǔ)存坑，是火災(zāi)危險(xiǎn)的重災(zāi)區(qū)，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中應(yīng)尤其重視。

1 危廢料坑的特點(diǎn)

危險(xiǎn)廢物焚燒處置工程包括了固體廢物和液體廢物，液體廢物會(huì)根據(jù)熱值由儲(chǔ)罐卸料泵送至回轉(zhuǎn)窯及二燃室，而固體廢物在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒前，需經(jīng)破碎后儲(chǔ)存在危廢料坑等待投料。

破碎后的危險(xiǎn)廢物根據(jù)工藝要求一般需在危廢料坑中儲(chǔ)存1～3天,除去一部分水分,進(jìn)行配伍安排等。以某化工園區(qū)的危險(xiǎn)廢物焚燒處置工程為例，其危廢料坑位于焚燒車間中，從-3 m標(biāo)高至車間頂部27 m標(biāo)高，長(zhǎng)56 m，寬9 m，其內(nèi)儲(chǔ)存種類繁雜的危險(xiǎn)廢物，特性不一，是火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)事故的重災(zāi)區(qū)，坑內(nèi)危險(xiǎn)主要在于：

(1)危險(xiǎn)廢物中存在易燃物，容易自燃引發(fā)火災(zāi)；

(2)危險(xiǎn)廢物相互產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量引發(fā)火災(zāi)；

(3)危險(xiǎn)廢物在腐爛發(fā)酵的過(guò)程中產(chǎn)生可燃、有毒氣體，引發(fā)爆炸；

(4)危廢料坑縱向高度大，人員不易觀察內(nèi)部異常情況。

根據(jù)危廢料坑的特點(diǎn)，該工程消防設(shè)計(jì)在坑內(nèi)設(shè)置了固定式消防水泡，采用閉式自動(dòng)噴水-泡沫聯(lián)用系統(tǒng)，即以泡沫為滅火劑的自動(dòng)消防炮滅火系統(tǒng)。同時(shí)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，配合消防泡滅火系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)的探測(cè)及滅火。

另外，由于危廢料坑內(nèi)的危險(xiǎn)廢物儲(chǔ)存時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生氨氣、硫化氫等可燃、有毒氣體，應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的子系統(tǒng)。危廢料坑為特殊的大空間場(chǎng)所，其探測(cè)器應(yīng)做合理的選型。

2 探測(cè)器選型

危廢料坑中由于可燃?xì)怏w的存在，可能形成爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，其內(nèi)部設(shè)備應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的防爆產(chǎn)品。根據(jù)表1所示坑內(nèi)氣體特點(diǎn)，所選擇的設(shè)備防爆等級(jí)至少不應(yīng)低于ExdIIBT3Gb，以防止發(fā)生爆炸危險(xiǎn)[1]。

表1 危廢料坑內(nèi)氣體危險(xiǎn)特性表

危廢料坑里的探測(cè)器主要包括了火災(zāi)探測(cè)器及可燃?xì)怏w探測(cè)器，探測(cè)器的選型應(yīng)根據(jù)危廢料坑的特點(diǎn)及布置選擇。

2.1 火災(zāi)探測(cè)器

危廢料坑的高度達(dá)到了30 m，普通的點(diǎn)型火災(zāi)感煙探測(cè)器已不適用，對(duì)于這種大空間的場(chǎng)所，一般火災(zāi)探測(cè)選用兩種不同類型的探測(cè)器，以保證其安全性及可靠性[2]。目前適合類似大空間場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)器主要有幾下幾種：

2.1.1 圖像型火焰探測(cè)器

圖像型火焰探測(cè)器可根據(jù)火焰的形狀、光學(xué)特性、變化趨勢(shì)等進(jìn)行主動(dòng)的可視化報(bào)警，也可采用雙波段火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，CCD分紅外/彩色，可將采集到的紅外/彩色視頻信號(hào)傳送給控制主機(jī)，使火災(zāi)探測(cè)和視頻監(jiān)控得到有機(jī)結(jié)合，特別適用于危廢料坑這種既需探測(cè)火災(zāi)同時(shí)又需要視頻監(jiān)控的場(chǎng)所。

圖像型火焰探測(cè)器的最大探測(cè)距離一般有30/60/80/100 m等幾種，根據(jù)該項(xiàng)目危廢料坑56 m的長(zhǎng)度，選擇80 m的型號(hào)用于俯視探測(cè)。

2.1.2 光截面感煙探測(cè)器

光截面感煙探測(cè)器屬于圖像型火災(zāi)探測(cè)器，可對(duì)探測(cè)空間實(shí)現(xiàn)曲面式覆蓋保護(hù)，無(wú)需準(zhǔn)直光路。光截面感煙探測(cè)器為對(duì)射型，分為接收器及發(fā)射器，其中一個(gè)接收器可配合多個(gè)發(fā)射器，能分辨發(fā)射光源和干擾光源。光截面感煙探測(cè)器保護(hù)面積大、響應(yīng)時(shí)間短,可對(duì)光截面中相鄰的光束進(jìn)行分析,克服單束光線因偶然因素造成的誤報(bào)。

該類探測(cè)器最大光路長(zhǎng)度有30/60/100 m等幾種，根據(jù)該項(xiàng)目危廢料坑56 m的長(zhǎng)度，選擇最大光路60 m長(zhǎng)的型號(hào)。

2.1.3 紅外線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器

紅外線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器利用煙霧粒子的散射及吸收導(dǎo)致入射光衰減的特點(diǎn)，根據(jù)接收器得到的入射光信號(hào)降低幅度來(lái)確定環(huán)境中的煙霧濃度。

與光截面感煙探測(cè)器不同的是，紅外線型光束的傳播為直線性，其接收器和發(fā)射器成對(duì)配置，保護(hù)范圍為一個(gè)具有一定水平和垂直展開角的空間，對(duì)于無(wú)遮擋的大空間場(chǎng)所比較適用。

此種探測(cè)器減光率一般為30%，不能安裝在陽(yáng)光直射場(chǎng)所；發(fā)射端與接收端之間須無(wú)遮擋，否則6 s后會(huì)引起故障報(bào)警，12 s會(huì)觸發(fā)火警誤報(bào)；發(fā)射端與接收端需垂直安裝，對(duì)準(zhǔn)光路，運(yùn)行過(guò)程中需定期校驗(yàn)。

根據(jù)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，紅外線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器的距地高度不宜超過(guò)20 m，主要是太高的空間會(huì)導(dǎo)致煙氣到達(dá)的時(shí)間較長(zhǎng)，相應(yīng)的報(bào)警會(huì)延遲，不利于及早的發(fā)現(xiàn)火情。另外，用在危廢料坑中，若因行車抓吊的遮擋，可能產(chǎn)生誤報(bào)。

鑒于該項(xiàng)目危廢料坑的特點(diǎn)，未選擇紅外線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器。

2.1.4 紅外熱成像探測(cè)器

通過(guò)驗(yàn)證分析，泵效偏差值和沉沒(méi)率偏差值可以反映井下管柱工況的好壞，泵深實(shí)現(xiàn)率可以反映抽油井排液強(qiáng)度，抽油機(jī)負(fù)載率可以反映設(shè)備負(fù)載。

紅外熱成像探測(cè)器根據(jù)物體表面溫度成像探測(cè)，將不可見的紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，可發(fā)現(xiàn)火災(zāi)初期的過(guò)熱、陰燃等異常情況。應(yīng)用在危廢料坑中可對(duì)不同區(qū)域的焚燒廢物溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在高溫等異常時(shí)可提前報(bào)警，及時(shí)聯(lián)動(dòng)行車抓吊處理過(guò)熱區(qū)域，剪除火災(zāi)隱患。紅外熱成像探測(cè)不受白天黑夜的影響，即使在危廢料坑內(nèi)有塵、霧等惡劣工況仍能對(duì)探測(cè)區(qū)域正常監(jiān)控?？紤]到投資方的成本限制，該項(xiàng)目未設(shè)置紅外熱成像探測(cè)器。

2.2 可燃?xì)怏w探測(cè)器

危廢料坑一般情況下設(shè)置除臭裝置去除其中的有毒有害氣體，為應(yīng)對(duì)停機(jī)檢修等關(guān)閉除臭裝置的特殊情況，設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在探測(cè)到超標(biāo)氣體時(shí)報(bào)警并強(qiáng)制打開事故風(fēng)機(jī)[3]。

2.2.1 氨氣及硫化氫探測(cè)器

危廢料坑中可能產(chǎn)生的氨氣和硫化氫這兩種氣體既是可燃?xì)怏w又是有毒氣體，在探測(cè)器選型時(shí)應(yīng)按照對(duì)應(yīng)的有毒氣體探測(cè)器選擇。

為避免爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)將可燃?xì)怏w的大氣濃度維持在爆炸下限以下；對(duì)于有毒氣體，應(yīng)將其氣體濃度維持在對(duì)人體產(chǎn)生危害的水平以下。

氨氣及硫化氫在危廢坑內(nèi)的探測(cè)一般選擇擴(kuò)散方式，即選擇點(diǎn)型氣體探測(cè)器，其傳感器可選用電化學(xué)或半導(dǎo)體型原理，該項(xiàng)目選用了電化學(xué)原理的氣體探測(cè)器，利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生與氣體濃度成比例關(guān)系的電流。

電化學(xué)原理的氣體探測(cè)器靈敏度高，輸出線性，便于操作。

3 探測(cè)器布置

3.1 圖像型火焰探測(cè)器布置

在該項(xiàng)目長(zhǎng)方形危廢料坑的四個(gè)角落位置各布置一個(gè)圖像型火焰探測(cè)器，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試俯視角度，以對(duì)整個(gè)危廢料坑實(shí)現(xiàn)無(wú)死角的全覆蓋監(jiān)控。在安裝高度的選擇上，由于危廢料坑內(nèi)主要監(jiān)測(cè)的是底部坑內(nèi)以及抓吊至投料口的情況，探測(cè)器的安裝高度可在投料口的上方，便于監(jiān)控。

3.2 光截面感煙探測(cè)器布置

該項(xiàng)目危廢料坑從坑低至頂棚約30 m高，設(shè)置三層光截面感煙探測(cè)器，如圖1所示?？紤]坑內(nèi)煙氣在上流過(guò)程中產(chǎn)生的分層，分別在6.4 m層、12 m層、26 m層設(shè)置，每層設(shè)有2個(gè)光截面感煙接收器及12個(gè)光截面感煙發(fā)射器。

圖1 光截面感煙探測(cè)器布置圖

圖1中R表示光截面感煙接收器，L表示光截面感煙發(fā)射器，1個(gè)接收器分別對(duì)應(yīng)6個(gè)發(fā)射器，同一面墻的發(fā)射器之間及發(fā)射器與接收器之間間隔8.5 m，發(fā)射器或接收器離側(cè)墻的距離為2.5 m。

實(shí)際布置時(shí)，6.4 m層與26 m層的光截面感煙探測(cè)器按照?qǐng)D1布置，12 m層的光截面感煙探測(cè)器整體由側(cè)墻往內(nèi)挪了1 m，與6.4層及26層的光截面感煙探測(cè)器形成交錯(cuò)布置，更好的保障探測(cè)的可靠性。

3.3 紅外熱成像探測(cè)器布置

紅外熱成像探測(cè)器的布置與圖像型火焰探測(cè)器類似，可實(shí)現(xiàn)對(duì)危廢料坑的全覆蓋。其數(shù)量也可根據(jù)成像范圍進(jìn)行選擇。此種方式技術(shù)先進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)早期報(bào)警，但由于投資成本等原因，在目前危廢料坑的實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)較少，該項(xiàng)目最終也未選用。

3.4 可燃?xì)怏w探測(cè)器布置

氣體探測(cè)傳感器應(yīng)布置在氣體流動(dòng)可能形成的最高密度區(qū)域，包括氣體容易聚集的地方，如角落等。根據(jù)規(guī)范，硫化氫的比重大于空氣，其探測(cè)器的安裝高度應(yīng)距地坪0.3～0.6 m，位置應(yīng)靠近泄漏點(diǎn)[4]。而在危廢料坑內(nèi)安裝時(shí)，由于坑底被焚燒廢物所覆蓋，無(wú)法在接近底部位置安裝，一般選擇在危廢料坑的進(jìn)料口附近側(cè)墻安裝，高度在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)廢物堆積最高高度上方約0.5 m處，以保證氣體探測(cè)的可行性以及安裝維護(hù)的便利性。

同時(shí)在危廢料坑四個(gè)角落不會(huì)被焚燒廢物覆蓋的標(biāo)高處設(shè)置硫化氫探測(cè)器，以防氣體在角落積聚，形成爆炸危險(xiǎn)。

氨氣的比重小于空氣，其探測(cè)器的安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5～2 m。在危廢料坑內(nèi)安裝時(shí)一般選擇在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)廢物堆積最高高度上方約1.5 m處，并在危廢料坑頂部加設(shè)一層氨氣探測(cè)器，以防氨氣受坑內(nèi)氣流擾動(dòng)在頂部積聚，形成爆炸危險(xiǎn)。

因此，危廢料坑內(nèi)可使用圖像型火焰探測(cè)器配合光截面感煙探測(cè)器的方法實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)，并將信號(hào)傳輸至消防控制室的報(bào)警主機(jī)內(nèi)；投資允許的情況下也可采用紅外熱成像探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)早期的火災(zāi)預(yù)警及報(bào)警探測(cè)。

采用電化學(xué)原理的氨氣及硫化氫氣體探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，信號(hào)輸送至消防控制室的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器中，并與火警控制主機(jī)通訊連接。

4 結(jié)論

危廢料坑由于其本身建筑特點(diǎn)以及來(lái)料危廢的復(fù)雜性，存在很大的火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)。在進(jìn)行危廢料坑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮各種因素及可能發(fā)生的情況，在保證火災(zāi)可靠探測(cè)的前提下，兼顧生產(chǎn)的監(jiān)控需求，形成有效的探測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于先進(jìn)可靠的新技術(shù)，應(yīng)積極引進(jìn)融合，將技術(shù)的發(fā)展與安全生產(chǎn)緊密結(jié)合，更好保障生命和財(cái)產(chǎn)的安全。