危险化学品仓库自动火灾预警系统应用初探

濮宇凌，童庭仙，何永刚

危险化学品仓库自动火灾预警系统应用初探

濮宇凌1，童庭仙2，何永刚1

（1.杭州杭氧化医工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江建达科技股份有限公司，浙江杭州310012；）

从某甲乙类危险化学品仓库的特点出发，阐述危险化学品仓库设置自动火灾预警系统的必要性。探讨自动火灾预警系统的优势，包括与传统火灾报警系统对比、与火焰探测及自动报警系统对比，提出了一种应用于危险化学品仓库的自动火灾预警系统，并简述其基本组成、工作方式和设计原则。

危险化学品仓库；自动火灾预警系统；传感器；设计原则

随着我国现代化建设的加速以及化工行业工艺技术的更新换代，工厂内化工原料与化工产品的贮存需求越来越大，贮存种类越来越多，贮存物品的性质越来越复杂，价值也越来越高，仓储过程的安全性越来越受到重视。与此同时，随着现代科技的进步，从20世纪后期开始，计算机技术、信息技术、自动化技术与传统工业开始紧密融合，制造业发生了革命性变化，形成了新兴的现代综合自动化技术。随着工业4.0（第4次工业革命）的提出，先进的自动化技术应用到化工业上是水到渠成的事情。因此，为了贯彻“安全第一，预防为主”的思路，在化工仓库内采用智能化的自动火灾预警系统，杜绝潜在的各类隐患，确保人员和物资的安全十分必要。

1 危险化学品仓库的特点

一般而言，危险化学品仓库具有货架密集、货物存放高度高、贮存物资集中且量大等特点。而这类仓库贮存的危险化学品，大部分为易燃、易爆、具有腐蚀性、有毒或易制毒化学品，部分化学品属于国家重点监管化学品，火灾危险性大、灭火救援难度大。

以某企业的甲乙类危险化学品仓库为例：该企业设有甲类仓库2个，乙类仓库2个。其中，2个甲类仓库均为1层，建筑面积733 m2，建筑高度6.71 m，二级耐火等级，分为3个防火分区，贮存物品的火灾危险性类别为甲类；2个乙类仓库均为1层，建筑面积1 315 m2，建筑高度6.71 m，二级耐火等级，分为4个防火分区，贮存物品的火灾危险性类别为乙类，仓库内设置多层货架。

仅仅从建筑面积上看，这些仓库的面积并不大，但根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》，甲类仓库（1、2、5、6项）最大允许占地面积仅为750 m2，每个防火分区最大允许建筑面积仅为250 m2[1]。究其原因，主要是因为物资存放集中，可燃物数量多，一旦发生火灾、爆炸、泄漏等事故，极易发生人员伤亡，并波及临近的企业和居民，造成重大的经济损失，后果十分严重。近年来危险化学品事故频发，比如2015年天津港“8·12”危险品仓库特别重大火灾爆炸事故，2015年东营市利津县滨源化学有限公司“8·31”重大爆炸着火事故等，严重影响了化工行业的形象，给企业和社会带来极坏的影响。

2 自动火灾预警系统的必要性

从技术角度分析，彻底杜绝小概率事件的发生是不可能的，但降低风险因素是可行的。根据国内部分专家的分析，我国的化学品贮存设施事故高发的主要原因是贮存设施的监测手段缺失或失效，以及信息处理失效或延时。因此，对这类仓库的安防要求应非常严格，设置的安全设施不仅要求具备必要的监控系统，还应当能够提示风险，预警事故。应急处理如果及时有效，事故造成的损失相对就小，否则就可能造成重大损失。

3 自动火灾预警系统的优势和组成

火灾预警是仓库安防最重要的工作，对火险的管理如何，直接关系到仓库的安全。传统的火灾报警系统多为被动报警，通过设置消火栓报警按钮、手动报警按钮等设施，按下后发出报警信号至控制室并启动声光报警，由相应的人员确认后，启动消防水泵等设备设施；较为先进的则增设烟雾报警系统。但无论哪种，均只能在燃烧发展到一定程度，燃烧速率和热释放速率达到一定值后才能检测，不能做到预警。

事实上，对火险隐患的预警和火焰的快速反应很重要。因为燃烧的热能辐射是以光速前进的，能否尽早发现火险隐患，及时进行针对性处理，决定了是一场小火及时被扑灭从而只是很小的损失还是由于灭火装置没能及时阻止火势而酿成火灾。

部分先进工厂已经开始采用火焰探测及自动报警系统。比如笔者参与的海南某LNG（液化天然气）接收站项目，采用了霍尼维尔的FS型火焰探测系统，该产品为多光谱红外火焰探测，可探测碳氢和非碳氢火焰，用于爆炸危险环境。某高校也开发了基于CMOS图像传感器和自动巡逻小车的火灾预警装置[2]。

但此类设备的准确性与稳定性很大程度上依赖于单一传感器的工作状态，一旦传感器无法正常工作，则整个系统将失去作用。这类技术在室内环境下，可能由于传输距离过大，信号衰减严重等问题使得很难及时处理火灾隐患信息，从而使火灾隐患无法及时处理或者误发出警报[3]1。此外，基于商业原因，此类设备往往追求通用性，过于强调适用范围，而没有从使用环境的实际情况出发采用针对性的探测装置，无法有效发出准确的预警信号。

为了及时对火险做出预警和处理，可以建立自动火灾预警系统。通过火灾预警系统的自动化、集成化，可以在火险发生的第一时间自动反馈相关数据与警报，减少日常巡查的开支，降低管理成本，提高效率。

自动火灾预警系统主要由环境监测和数据处理及预警2部分组成。以温度、湿度、照度、空气含氧量、可燃气体浓度以及烟雾浓度等参数作为判断火险的依据[4]。将采集到的物理信息传至处理器，对数据信息参量进行处理与分析作业，及时判定火险等级，主要分为：火灾隐患、暗火、明火等。根据火险等级发出相应警报，及时上传警报信息。存在火灾隐患时，发出声光警报，通知巡查人员及时查看隐患的真实性与隐患产生原因；存在暗火时，启动联动的声光报警，并将暗火发生的防火分区和位置传给控制室，通知有关人员前往查看；当产生明火时，还将启动火灾控制设备在第一时间控制火情。

该传感网络由多个传感器构成，形成各个节点的分布式网络结构，同时采集仓库内多点数据进行分析，利用自身数据分析算法，极大提高火险预测的前期性和时效性[3]10。该系统能够充分利用多个传感器资源，通过对各种传感器及观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，包括对多源数据进行检测、相关、组合和估计，产生对观测环境的一致性解释和描述，防止单一传感器故障就会导致失效的现象[5]。一旦出现危险状况，立即向控制室发送预警信息，完成对火灾的预警，具有较高的可靠性、稳定性，准确度高，误报率低，真正实现了全天候的监控。

系统网络采用现场总线，每个防火分区的数据通过处理器处理分析，汇总后通过总线上传到控制室电脑主机[3]16。现场总线技术从20世纪80年代开始就应用到过程控制系统中，在楼宇自控系统中也有广泛应用，用总线作为控制网络可靠性可以得到保证。也有高校在研究化工车间内部署无线传感器网络[6]，待技术成熟后，也可应用到自动火灾预警系统。

目前，自动火灾预警系统在楼宇自控消防设施中具有核心作用，即及早发现火险并及时启动相关的报警灭火等设备，对发现和控制建筑物的火灾起着重要作用，并且取得了良好的成效。楼宇建筑的复杂程度事实上要大于单层仓库，将该技术应用到危险化学品仓库在技术上完全可行。但要注意爆炸危险环境下电气设备的保护级别（Equipment Protection Levels，EPL），并应选用工业级产品，确保其在正常运行过程中不会成为点燃源。

4 自动火灾预警系统的设计原则

设计应遵循实用性、安全性、先进性、开放性、易维护性和易管理性等设计原则。

（1）实用性：务必根据危险化学品仓库的实际需求统筹规划，采用当前计算机主流应用技术的同时，适当考虑未来发展需求，留出一定的接口和冗余，避免盲目追求系统设计超前性和设备豪奢性。

（2）安全性：应选用具有成熟应用实践的软件平台架构，确保系统的健壮性，选用具备高可靠性、高安全性，具有数万小时平均无故障时间的设备，同时为关键设备、关键部件设计冗余备份。

（3）先进性：采用科学合理的设计方法，选用先进、成熟、可靠的设备，搭建可升级、可扩展、可兼容的系统和应用平台。

（4）开放性：采用标准化设计，严格遵循相关国际、国内和行业标准，充分考虑与其他系统的连接。

（5）易管理性、易维护性：采用全中文、图形化软件平台和稳定易用的硬件和软件，便于管理和维护。

除了要依据安防、监控、报警等专业性设计规范、技术标准，比如GB 50348—2004《安全防范系统技术规范》等进行设计外，还应结合危险化学品的相关规范，比如AQ 3035—2010《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》，DB 33/768.2—2013《安全技术防范系统建设技术规范第2部分：危险物品存放场所》，SH/T 3005—2016《石油化工自动化仪表选型设计规范》，HG/T 20507—2014《自动化仪表选型设计规范》等。比如AQ 3035—2010则提到传感器和仪表的选型应参考HG/T 20507和SH/T 3005的规定[7]。考虑到该企业的危险化学品仓库在正常运行时不太可能出现爆炸性气体混合物环境（仓库在正常运行时，所有物料均贮存于密闭容器内，容器完好无破损，容器盖密封良好），出现爆炸性混合物的频率应当小于10 h/a（1年按365天计，共8 760 h），根据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》，可以将危险化学品仓库划为爆炸性气体环境2区，再结合可燃物的引燃温度等因素进行设计，此外还要考虑化工环境下对设备的防腐要求。

5 结论

随着社会的进步，舆论对化工企业安全事故越来越关注，主管部门的监管力度越来越大，安全生产越来越成为焦点，使用先进的自动化技术提升安全生产水平是化工企业进一步发展的必由之路。自动火灾预警系统可以有效降低危险化学品仓库的风险因素，把事故控制在萌芽状态，确保仓库安全运行，提升企业的安全生产水平。目前，在民用建筑和公共建筑中自动火灾预警系统已经有很多成功的应用，可以预见，该系统在危险化学品仓库中的应用前景非常广阔。

[1]GB 50016—2014建筑设计防火规范[S].北京：中国标准出版社，2014.

[2]孙冬娇，徐高威，刘恒.工厂仓库火灾预警系统的设计[J].现代电子技术，2014，37（7）：98-100.

[3]冯鑫.德阳市德邦物流公司仓库火灾预警系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

[4]王乐达.仓库管理信息物理融合系统[J].计算机光盘软件与应用，2014（3）：63-64.

[5]靳欣，孙涛.基于单片机的化工火灾报警系统设计[J].齐鲁工业大学学报，2015，29（4）：81-84.

[6]尚鹏，周晏.基于6LoWPAN的化工车间指标实时监控系统设计[J].计算机应用与软件，2012，29（9）：212-215.

[7]AQ 3035—2010危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范[S].北京：中国标准出版社，2010.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.02.009

2017-04-13