充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭堆場火災自動報警系統(tǒng)設計

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，建設周期短，經(jīng)濟可回收等優(yōu)勢，已廣泛應用于民用及大型工業(yè)堆場等領域。本文依托邢臺國泰發(fā)電有限公司煤炭儲運堆場全封閉工程BOT項目經(jīng)驗，主要介紹煤堆場充氣膜結(jié)構(gòu)火災自動報警系統(tǒng)的設計方案，并對該系統(tǒng)的應用效果進行了評價。本文方案對于防范初期火災、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例經(jīng)驗。

關鍵詞：充氣膜結(jié)構(gòu);火災自動報警系統(tǒng);可燃氣體;粉塵濃度

中圖分類號：U169.3? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：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，建設周期短，經(jīng)濟可回收等優(yōu)勢，已廣泛應用于民用及大型工業(yè)堆場等領域[1]。在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會的報告中提出了堅持人與自然和諧共生，樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策[2]。在認真貫徹落實這一環(huán)保理念的背景下，本文依托邢臺國泰發(fā)電有限公司煤炭儲運堆場全封閉工程BOT項目，研究了煤炭堆場充氣膜結(jié)構(gòu)火災檢測系統(tǒng)、可燃氣體及有毒氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動控制系統(tǒng)及消防廣播系統(tǒng)的設計及應用。

1 工程概況

本文依托河北邢臺國泰發(fā)電有限責任公司#5，#6煤炭堆場封閉工程。在堆場煤炭帶式輸送裝置傳輸過程中，在帶式輸送裝置的轉(zhuǎn)運點、落料點等區(qū)域，易產(chǎn)生大量粉塵污染周邊環(huán)境。為解決堆場作業(yè)過程中的揚塵問題，避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生粉塵及可燃氣體的污染，國泰發(fā)電有限公司加大投入，對國泰公司#5、#6煤炭儲運堆場進行改造，建設全封閉充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭儲運環(huán)保設施。該環(huán)保設施采用單層充氣膜加鋼纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，充氣薄膜外尺寸長約162米，寬約92米，高約31米。封閉煤場總面積約為一萬五千平方米。

全封閉充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭儲運環(huán)保設施，依靠柔性膜材料內(nèi)外氣體的壓差支撐整個氣膜結(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，建設成本較低，環(huán)保質(zhì)量高等優(yōu)點。

該工程#5和#6煤堆場主要設備為DQL1200/800·30型懸臂式斗輪堆取料機。堆場封閉后充氣膜結(jié)構(gòu)設置兩個汽車出入卷簾門、四個人員進出氣密門、四個消防應急密閉門，兩個帶式輸送機密閉裝置室。

本工程充氣膜結(jié)構(gòu)設施內(nèi)設有火災自動報警系統(tǒng)（含可燃氣體及有毒氣體檢測系統(tǒng)、粉塵濃度檢測系統(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)、自動煤場盤煤儀系統(tǒng)等系統(tǒng)。保障充氣膜結(jié)構(gòu)封閉煤堆場安全、環(huán)保、可靠的運行。

2 充氣膜結(jié)構(gòu)火災危險性

充氣膜結(jié)構(gòu)的火災危險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)保設施除充氣膜材燃燒的風險外，還要考慮膜材在火災情況下受到破壞以及封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆存轉(zhuǎn)運煤炭過程中所產(chǎn)生的粉塵、可燃氣體積聚造成爆炸對充氣膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，保障封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全。

3 火災自動報警設計方案

本文設計的火災自動報警系統(tǒng)由火災檢測系統(tǒng)、可燃氣體及有毒氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動控制系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)控制主機設于封閉膜結(jié)構(gòu)外的廠區(qū)消防控制中心。

3.1火災檢測系統(tǒng)

火災檢測系統(tǒng)包括紅外火災探測器，手動報警按鈕，聲光報警裝置等火災檢測報警設施。在全封閉膜結(jié)構(gòu)罩式堆煤環(huán)保設施氣膜頂部均勻布置16臺防爆雙波段紅外火災探測器。所用探測器具有火焰探測功能，十分適用于膜結(jié)構(gòu)煤炭儲運堆場這種大空間的場所。雙波段紅外火災探測器可通過紅外技術判斷現(xiàn)場溫度變化，識別出工作人員不易察覺尚在陰燃階段的火情。此外，在汽車出入卷簾門、人員進出門、消防應急門及堆場消防通道中設置手動報警按鈕，當封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)工作人員發(fā)現(xiàn)火情時，可手動按下報警按鈕，報警信號將傳至控制室火災自動報警系統(tǒng)控制單元，同時啟動封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的聲光報警裝置，提醒現(xiàn)場工作人員安全撤離。

3.2可燃氣體及有毒氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)

由于本工程封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)長期堆存煤體，在堆存及轉(zhuǎn)運過程中易釋放瓦斯、甲烷、硫化氫、一氧化氮等可燃氣體及有毒氣體。為避免可燃氣體及有毒氣體積聚，保障現(xiàn)場人員安全，設置可燃氣體及有毒氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)有害氣體與空氣的相對重力，現(xiàn)場空氣流動特點，設備及建構(gòu)筑物的布置等因素[4]設計可燃氣體和有毒氣體檢測點位，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沿線的地面設置可燃氣體/有毒氣體檢測器及聲光報警裝置。本工程除設置固定式檢測裝置外，同時為進入封閉膜結(jié)構(gòu)堆場的工作人員配備便攜式可燃氣體及有毒氣體檢測裝置。固定式可燃氣體和有毒氣體檢測裝置的檢測報警信號接入控制中心的可燃氣體/有毒氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)主機?？扇細怏w和有毒氣體的檢測報警采用兩級報警方式，當濃度超標時，向火災自動報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，聯(lián)動防排煙系統(tǒng)啟動充氣膜頂部排煙帶，并啟動聲光報警裝置。

3.3粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)

全封閉氣膜結(jié)構(gòu)作為相對密閉的空間，在生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的煤塵極易擴散充滿整個氣膜結(jié)構(gòu)，一旦濃度達到粉塵爆炸的上限，煤塵遇到電火花就會發(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器，實時監(jiān)測封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的粉塵濃度。當粉塵濃度超過警告上限值時，聯(lián)動啟動膜結(jié)構(gòu)內(nèi)灑水噴淋噴槍設備，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)動控制系統(tǒng)

該項目在膜結(jié)構(gòu)內(nèi)被保護區(qū)域內(nèi)設計了電控消防水炮滅火系統(tǒng)。在被保護區(qū)域內(nèi)共設置14套電控消防水炮，實現(xiàn)了封閉氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆場的全覆蓋，任何著火點都在2套消防水炮的保護范圍內(nèi)，前端解碼控制箱與現(xiàn)場手動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，電控消防水炮滅火系統(tǒng)可通過人或監(jiān)視系統(tǒng)對消防炮進行現(xiàn)場或遠程控制，啟動消防水泵進行滅火補救。在火災自動報警系統(tǒng)收到報警信號后，火災自動報警控制器可以聯(lián)動啟動消防泵。當現(xiàn)場作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)火情后，如果封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的火情火勢不強、可以控制，現(xiàn)場作業(yè)人員可通過消防水炮無線遙控器來遠程啟動電動閥和消防泵，遙控現(xiàn)場消防水炮瞄準著火點實施滅火;如果現(xiàn)場作業(yè)人員無法在第一時間獲得遙控器，工作人員還可以通過設于現(xiàn)場的手動控制箱來啟動電動閥和消防水泵，控制消防水炮對準火災發(fā)生點撲滅火災。當現(xiàn)場火情情況危險、火勢非常強烈、現(xiàn)場作業(yè)人員無法靠近手動控制箱時，作業(yè)人員可到本工程消防控制中心，通過設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)場監(jiān)控畫面遠程控制消防水炮對準火災發(fā)生點撲滅火災。

3.5消防廣播系統(tǒng)

當封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生火災時，火災自動報警系統(tǒng)及時準確地發(fā)出警報，對保障安全生產(chǎn)、保證作業(yè)人員安全及時地撤離具有至關重要的作用。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急廣播揚聲器，消防應急廣播的聯(lián)動控制信號由火災自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制器發(fā)出。當確認火災后，同時向膜內(nèi)所有區(qū)域進行廣播，對生產(chǎn)作業(yè)人員發(fā)出警報，警示人員及時撤離現(xiàn)場[5]。

4 效果評價

本工程目前已投入生產(chǎn)運營，充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)設置的火災自動報警系統(tǒng)使人們能夠及時發(fā)現(xiàn)初期火災、粉塵濃度超標、可燃氣體濃度超標等危險情況。當發(fā)生火災時，火災自動報警系統(tǒng)可聯(lián)動消防系統(tǒng)及時采取有效措施，撲滅初期火災，最大限度地減少因火災造成的生命和財產(chǎn)損失。

當可燃氣體濃度超標時，火災自動報警系統(tǒng)將聯(lián)動防排煙系統(tǒng)，啟動充氣膜結(jié)構(gòu)頂部排煙帶，同時風機進入強排風換氣模式，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)生可燃氣體爆炸及現(xiàn)場作業(yè)人員中毒。當粉塵濃度超標時，火災自動報警系統(tǒng)將聯(lián)動灑水噴淋噴槍設備，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)煤堆場在生產(chǎn)運營過程中的各項指標監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

在踐行綠水青山就是金山銀山理念的大背景下，社會各行業(yè)的環(huán)保意識不斷增強，充氣膜結(jié)構(gòu)依靠其諸多優(yōu)勢廣泛應用于大型工業(yè)堆場環(huán)保設施改造領域。今后在充氣膜結(jié)構(gòu)的火災自動報警系統(tǒng)設計中，應與生產(chǎn)單位加強合作、深入交流，共同推動充氣膜結(jié)構(gòu)火災自動報警系統(tǒng)體系的完善和發(fā)展。

參考文獻：

[1]王玨. 充氣膜結(jié)構(gòu)在邢臺發(fā)電廠煤炭堆場上的應用[J]. 港工技術， 2018（S1）：59-62.

[2]易賽莉， 曾斌. 充氣膜結(jié)構(gòu)火災溫度場特性研究[J]. 消防科學與技術， 2016， 35（011）：1507-1510.

[3]郭峰. 織物膜材燃燒特性及火災時充氣膜結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析[D].中國礦業(yè)大學，2016.

[4] GB/T 50493-2019 石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準[S]. 北京： 中國計劃出版社， 2019.

[5] GB 50116-2013 火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范[S]. 北京： 中國計劃出版社， 2013.