基于智慧消防的石油化工電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘要：

電氣火災(zāi)是石油化工企業(yè)的常見事故類型之一，對企業(yè)財產(chǎn)安全和人員安全帶來嚴重威脅。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能技術(shù)日益成熟。借助智能技術(shù)手段，構(gòu)建更為完善、全面、高效的監(jiān)控系統(tǒng)成為石油化工企業(yè)防控電氣火災(zāi)的必然途徑。本文從實際出發(fā)，結(jié)合石油化工企業(yè)電氣火災(zāi)成因，以智能監(jiān)控、風險管理、安全管控、高效響應(yīng)為目標，提出了一種基于智慧消防的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，旨在為我國石油化工企業(yè)有效預防電氣火災(zāi)隱患提供更多借鑒。

關(guān)鍵詞：指揮消防；石油化工企業(yè)；電氣火災(zāi)；監(jiān)控系統(tǒng)

作者簡介：

于巧麗（1983— ），女，漢族，遼寧大連人，本科，講師，研究方向：消防工程技術(shù)、安全管理、防火防爆；卜佳（1982— ），男，漢族，遼寧新民人，碩士，高級工程師，研究方向：計劃合同。

基金項目：

吉林省教育科學“十四五”規(guī)劃課題“產(chǎn)教融合下的高職應(yīng)急安全類專業(yè)產(chǎn)學研“雙創(chuàng)”育人的研究”，課題編號：GH24005。

引言

在石油化工領(lǐng)域，電氣火災(zāi)威脅日益凸顯。同時，隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控手段已經(jīng)無法滿足復雜工業(yè)環(huán)境下的需求，因此建立一套基于智慧消防的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為迫切。本文結(jié)合現(xiàn)代傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、信息技術(shù)等手段，實現(xiàn)對石油化工企業(yè)內(nèi)部各類電氣設(shè)備、儀器的實時監(jiān)控。通過系統(tǒng)掌握溫度、濕度等參數(shù)，智能識別潛藏的火災(zāi)風險，并向相關(guān)人員示警，提醒其采取相應(yīng)措施加以處理，這對于防止火災(zāi)發(fā)生，保證企業(yè)財產(chǎn)和人員安全有積極作用。

一、石油化工企業(yè)電氣火災(zāi)發(fā)生成因分析

隨著科技的日益進步，企業(yè)向智能化、自動化方向發(fā)展，電氣設(shè)備數(shù)量不斷增加，無形中增加了火災(zāi)危害性。從石油化工企業(yè)以往事故經(jīng)驗入手，總結(jié)電氣火災(zāi)成因，以此為依據(jù)，為電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計提供參考，判斷重點監(jiān)測區(qū)域，可以更好預防火災(zāi)事故的發(fā)生。

（一）違規(guī)施工操作

石油化工企業(yè)在生產(chǎn)、運輸、存儲等過程中，多數(shù)都會涉及易燃易爆產(chǎn)品，這類原料多為液態(tài)或者氣態(tài)，如果處理不當很容易出現(xiàn)泄漏。因此，對企業(yè)的操作流程和人員規(guī)范施工意識要求較高，要求相關(guān)原材料作業(yè)環(huán)境加設(shè)防爆處理措施。部分企業(yè)出于利益的考慮，并沒有完全按照規(guī)范要求落實各項措施，如對作業(yè)人員的安全培訓不到位，導致員工責任意識和規(guī)范作業(yè)理念認識不深刻；操作流程存在不當情況等，均會提高安全事故發(fā)生概率。

（二）季節(jié)性因素的影響

化工企業(yè)電氣火災(zāi)在一定程度上呈現(xiàn)季節(jié)性變化，夏季電氣火災(zāi)發(fā)生頻次更高。究其原因發(fā)現(xiàn)，夏季雨水增多、刮風頻繁，線路更容易出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，尤其是露天安裝的線路，很容易因雨水腐蝕出現(xiàn)絕緣失效的情況。另外，夏季高溫，無形中增加了電氣設(shè)備運行負荷，這在一定程度上影響設(shè)備運行的安全性和使用壽命。

（三）安全監(jiān)管和風險管控不到位

基于石油化工企業(yè)的特點，加強安全監(jiān)管和風險管控是重點任務(wù)。由于多種因素的影響，很多工作執(zhí)行不到位，如員工安全培訓流于形式，并沒有真正切中要點；防火責任制劃分不夠精準，仍存在相互推諉情況；日常管理規(guī)范性不足，部分針對用電、用火、用氣的管理制度形同虛設(shè)；定期檢查工作認真性較差，難以及時排查出安全隱患等。同時，部分企業(yè)現(xiàn)有的火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋面不夠廣，無法實現(xiàn)全區(qū)域、全范圍監(jiān)管，這也會導致火災(zāi)隱患預防工作不到位。

（四）線路、設(shè)備存在老化或者腐蝕等情況

石油化工企業(yè)在日常經(jīng)營中，電氣設(shè)備、電氣設(shè)施是不可忽略的重要組成部分。隨著企業(yè)規(guī)模擴大，種類數(shù)量日益增加，相關(guān)設(shè)備長期處于運行狀態(tài)。同時，在設(shè)備運行過程中，會涉及易燃易爆原料、腐蝕性原料等物質(zhì)，很容易在日積月累中導致設(shè)備出現(xiàn)損傷。另外，線路和設(shè)備相關(guān)線路在長期使用中，容易出現(xiàn)絕緣老化、損壞等問題，導致火災(zāi)發(fā)生。

二、基于智慧消防的石油化工電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)分析

（一）化工企業(yè)電氣火災(zāi)防護要求

結(jié)合《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2018）相關(guān)內(nèi)容來看，石油化工企業(yè)應(yīng)加大火災(zāi)防護力度，生產(chǎn)區(qū)、公用及輔助生產(chǎn)設(shè)備等容易出現(xiàn)火災(zāi)的區(qū)域需要構(gòu)建可以快速響應(yīng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和火災(zāi)電話報警渠道。在構(gòu)建智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)時，應(yīng)遵循全覆蓋、高靈敏度、智能響應(yīng)等原則，可以有效預防電氣火災(zāi)。同時，結(jié)合近些年提出的相關(guān)規(guī)范來看，設(shè)計智能報警系統(tǒng)時，應(yīng)確保電氣火災(zāi)探測的準確性，及時獲取相關(guān)參數(shù)，并為相關(guān)人員提供數(shù)據(jù)，采取有效措施進行處理。

（二）現(xiàn)有監(jiān)控存在的不足

1.剩余電流監(jiān)測問題

石油化工企業(yè)為了滿足日常需求，配電中存在大量的三相點積累大功率負載設(shè)備，因此很容易出現(xiàn)三相回路的剩余電流故障。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)一般通過監(jiān)測零序電流互感器相關(guān)數(shù)據(jù)，借助門限值判定是否發(fā)生故障，但此模式存在相線剩余電流故障相互抵消問題，會影響剩余電流檢測的準確度。

2.故障電弧監(jiān)測問題

電弧是一種電流在兩個導體之間跳躍時產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。在石油化工企業(yè)中，一旦出現(xiàn)線路虛接、虛斷情況，哪怕電流很小的線路也會出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。一般電弧故障發(fā)生時也伴隨著高溫濺射，局部線路溫度可以瞬時達到6000℃，很容易出現(xiàn)安全事故。在常規(guī)模式下，故障電弧一般借助如下公式完成計算：

F（w）=∫∞-∞f（t）e-iwtdt

式中， f（t）代表周期內(nèi)采樣函數(shù)；t代表時間，單位為s；w代表角頻率，單位為rad/s。結(jié)合上述公式，計算得出電流過零點，然后比對過零點位置電流平肩信息，變換數(shù)據(jù)，得到基波頻域特征，此時便可以確定是否出現(xiàn)電弧故障。需要注意的是，石油化工領(lǐng)域部分用電設(shè)備存在大量的類電弧特征波形，此類波形與故障電弧所得波形極為相近，很容易在判斷過程中出現(xiàn)誤判情況。

（三）系統(tǒng)總體方案闡述

結(jié)合上文闡述，本文以智慧消防為基礎(chǔ)，提出電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案。針對電弧故障問題，在系統(tǒng)中增設(shè)特殊波形監(jiān)測模塊，以波形的畸變率和變化特征比率為基礎(chǔ)對波形進行判斷，從而避免將類電弧波形誤判為電弧事故。具體來看，整體設(shè)計方案如下圖1所示。

（四）電氣火災(zāi)控制系統(tǒng)組成

圍繞上文對總體方案要點的闡述，設(shè)計出如下圖2所示的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括電氣火災(zāi)監(jiān)控器和電氣火災(zāi)探測器兩部分，監(jiān)控器主要發(fā)揮控制電氣火災(zāi)發(fā)生、自動觸發(fā)報警系統(tǒng)功能，探測器主要發(fā)揮探測具體故障位置的功能。兩部分協(xié)同作業(yè)，可以有效避免電氣火災(zāi)發(fā)生。基于當前石油化工企業(yè)管理模式，電氣火災(zāi)監(jiān)控一般安裝在有人值守區(qū)域，如果需要在無人看守區(qū)域安裝設(shè)備，需要構(gòu)建信息交互通道，確保故障信號、報警信號燈可以及時傳輸?shù)较揽刂剖?，相關(guān)人員可以及時收到通知。

結(jié)合圖2來看，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中常用的探測器包括測溫式探測器和電流式探測器兩種。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，電氣火災(zāi)探測器類型呈現(xiàn)多樣化，為監(jiān)控服務(wù)提供更多選擇。因此，可以基于具體需求，科學選擇適宜類型的探測器，輔助監(jiān)視系統(tǒng)，最大限度發(fā)揮智能化技術(shù)優(yōu)勢。

（五）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)置

該系統(tǒng)設(shè)置的主要目的是預防電氣火災(zāi)發(fā)生。因此，應(yīng)結(jié)合石油化工企業(yè)相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)特點，科學安裝探測器和監(jiān)視器，如基于線路實際走向和相關(guān)線路運行情況，在特定區(qū)域安裝探測器。同時，應(yīng)確保電氣火災(zāi)系統(tǒng)報警功能，在監(jiān)測到線路存在異常數(shù)據(jù)時，可以立即對其進行判斷，確定超出規(guī)范值范圍時，立即向工作人員示警，提醒其前往查看和維護。

1.生產(chǎn)裝置中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置

由于很多生產(chǎn)設(shè)備建設(shè)時間較早，其并沒有設(shè)置監(jiān)視系統(tǒng)，想要向其增加探測器和監(jiān)視器難度較大。在安裝系統(tǒng)時，應(yīng)在經(jīng)濟條件允許情況下，適當優(yōu)化生產(chǎn)裝置，如增加微機綜合保護裝置，并在適當區(qū)域增設(shè)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，實時監(jiān)督運行溫度

2.消防設(shè)備電源監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置

消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要作用是負責監(jiān)控消防用電設(shè)備電源狀態(tài)，確保消防設(shè)備在需要時可以正常發(fā)揮效用。常規(guī)的消防設(shè)備包括電動防火卷簾門、消防補風、消防排煙風機等。因此，應(yīng)在相關(guān)設(shè)備上增設(shè)電壓監(jiān)控模塊傳感器、電流監(jiān)控模塊傳感器等，針對消防電源監(jiān)控主機應(yīng)增設(shè)采集參數(shù)的傳感器，確?？偩€和消防控制室可以實時掌控用電消防器材狀態(tài)。當消防用電設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以自動觸發(fā)報警信號，提醒相關(guān)人員及時維護。

三、實際應(yīng)用分析

為了驗證這一系統(tǒng)的應(yīng)用價值，以某石油化工企業(yè)為研究對象展開分析，該石油化工企業(yè)在2022年應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對原有的監(jiān)控體系進行優(yōu)化和更新。

結(jié)合該企業(yè)以往經(jīng)驗來看，很容易出現(xiàn)故障電弧現(xiàn)象。針對這一情況，在相關(guān)設(shè)備區(qū)域（如空調(diào)回路、視頻回路、照明系統(tǒng)等）安裝故障電弧探測器和剩余電流式電氣火災(zāi)探測器，借助相關(guān)設(shè)備監(jiān)測故障發(fā)生，并輔助相關(guān)人員提出解決策略。在監(jiān)視系統(tǒng)試用半年后，對整體應(yīng)用情況進行調(diào)查，結(jié)果如下表1和表2所示。

結(jié)合表1和表2所示內(nèi)容來看，該系統(tǒng)應(yīng)用后，誤報警次數(shù)均為0，說明其具備較高的智能化程度，可以識別判斷故障是否發(fā)生。結(jié)合故障原因來看，可以輔助相關(guān)人員定位故障發(fā)生區(qū)域。從中可知，提出的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效辨別火災(zāi)因素，并高效做出反應(yīng)，向相關(guān)人員示警，提醒其注意并采取有效措施。

結(jié)語

綜上所述，石油化工企業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)支柱，應(yīng)加強消防安全管理、提升風險防控水平。為了有效監(jiān)控電氣火災(zāi)事故，避免造成嚴重傷亡和財產(chǎn)損失，應(yīng)以現(xiàn)代化技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合智慧消防相關(guān)內(nèi)容，發(fā)揮智能設(shè)備優(yōu)勢，打造一體化、自動化的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，企業(yè)應(yīng)改變傳統(tǒng)消防理念，重視消防風險預測和識別，預先采取有效措施防范火災(zāi)發(fā)生。

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