油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)在石油行業(yè)的實際應(yīng)用

馬鳳凱

摘要：油田加熱爐是油田地面工程中的核心機械設(shè)備，在油田開采過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從油井的井口加熱至成品油外輸?shù)纫幌盗羞^程都需要依賴油田加熱爐進行供熱。隨著加熱爐的廣泛應(yīng)用，裝置一旦由于老化、爐內(nèi)腐蝕等問題引發(fā)火災(zāi)事故，短時間內(nèi)即可導(dǎo)致人員傷亡及重大財產(chǎn)損失。油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)，提供一種加熱爐的智能安全保護裝置，及時撲滅初期火災(zāi)，加強加熱爐設(shè)備的消防保護，從而確保加熱爐零事故運行。通過對油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)的工作原理及作業(yè)模式開展深入分析，對該裝置在石油行業(yè)的實際應(yīng)用進行了逐一研判，希望為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：油田加熱爐；火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)；火災(zāi)防控

中圖分類號：X913.4? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）02-0016-04

油田加熱爐是油田勘探開發(fā)中的重要設(shè)備之一，從油井的井口加熱至成品油外輸?shù)纫幌盗羞^程都需要油田加熱爐進行供熱。在油田的日常生產(chǎn)加工過程中，科學(xué)、合理地布置加熱爐能夠有效降低油田地面工程的能源消耗，最大限度地降低生產(chǎn)成本投入。特別是在我國東部油田大面積進入高含水期后，稠油和天然氣的開發(fā)過程中加熱爐的實際作用就顯得更為重要。隨著我國油氣田勘探開發(fā)面積的增大以及開發(fā)難度的提升，生成加工過程中所需加熱爐數(shù)量也在逐年增加。

1 油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)概述

在實際運行過程中，由于反排液及油井中含有大量的泥沙、鐵銹和鹽垢，以上雜質(zhì)在加熱爐內(nèi)部沉降到火管表面極易形成軟垢，在火管表面高溫加熱作用下，導(dǎo)致火筒產(chǎn)生局部過熱，最終導(dǎo)致火管變形、鼓包或穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。一旦煙火管發(fā)生穿孔現(xiàn)象，加熱爐裝置內(nèi)部的高溫油氣短時間內(nèi)即可進入煙火管內(nèi)部并導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。此外，由于加熱爐腔體內(nèi)的燃燒物主要為原油采出液，該物質(zhì)屬于易燃液體，一旦遇到高溫、明火、氧化劑短時間內(nèi)即可發(fā)生猛烈燃燒。由于爐腔內(nèi)部密閉性相對較強，火情事故發(fā)生后，使用常規(guī)的便攜型滅火裝備根本無法直擊火點，最終導(dǎo)致火勢短時間內(nèi)蔓延擴大[1]。

通常情況下，傳統(tǒng)的加熱爐燃燒器存在無火焰監(jiān)測、無熄火保護系統(tǒng)等問題，事故發(fā)生后無法第一時間及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致加熱爐爐管穿孔從而引發(fā)火災(zāi)事故的發(fā)生，不但嚴重影響到生產(chǎn)流程的順利進行，稍有不慎即可導(dǎo)致人員傷亡及重大財產(chǎn)損失情況的發(fā)生。為了有效強化加熱爐設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)，確保加熱爐在石油化工單位生產(chǎn)加工過程中零事故運轉(zhuǎn)，杜絕各類生成安全事故的出現(xiàn)，通過在加熱爐裝置上加裝針對性智能安全保護裝置的方式，在設(shè)備出現(xiàn)危險征兆的同時及時預(yù)警，將各類生成事故的發(fā)生消除在初起階段，該智能安全保護裝置（短管網(wǎng)）在實際作業(yè)過程中通常設(shè)置在加熱爐燒火間內(nèi)部，通過短管網(wǎng)輸送管路與爐內(nèi)連接，當加熱爐內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)事故時，可以利用該管路直接將滅火劑輸送至加熱爐燃燒腔內(nèi)，實現(xiàn)對加熱爐內(nèi)部初期火災(zāi)的有效抑制。此外，在生產(chǎn)工序正常運轉(zhuǎn)過程中，還需要在燒火間內(nèi)部設(shè)置防爆感煙探測器和手動報警按鈕，實現(xiàn)對燒火間內(nèi)部由于燃燒事故產(chǎn)生的高溫煙氣的同步探測，情況較為緊急時也可以進行人工手動確認。此外，燒火間部還需要設(shè)置必要的聲光警報器，當燒火間內(nèi)部探測器或現(xiàn)場漏液檢測裝置在事故發(fā)生后啟動時，事故過程中可同步發(fā)出聲、光報警，該裝置通常在中央集控室設(shè)置控制主機，既可以顯示報警信息，同時也可以通過該主機對現(xiàn)場的滅火裝置進行遠程啟動，并且該主機支持自動聯(lián)鎖控制，能夠最大限度地有效防止各類群死群傷事故的發(fā)生?；馂?zāi)智能檢測預(yù)警裝置示意見圖1。

2 油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

火災(zāi)預(yù)警控制系統(tǒng)通常附帶煙感、熱感、攝像頭等相關(guān)裝置，在火災(zāi)事故發(fā)生后能夠確?；馂?zāi)信號源的可靠性、真實性，特別是在進行作業(yè)周邊環(huán)境監(jiān)測的過程中，能夠?qū)訜釥t的真實使用情況進行精確評估，并通過聲、光報警設(shè)備及時將現(xiàn)場出現(xiàn)的火情報警信號上傳至移動設(shè)備以及監(jiān)控臺屏幕上。圖2為油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)由顯示遠端箱、滅火控制裝置、探測器、管道及其連接線等結(jié)構(gòu)共同組成，滅火控制裝置內(nèi)含控制箱及球閥、水泵、泡沫罐等附件。該系統(tǒng)能在裝置發(fā)生泄漏而引發(fā)火災(zāi)的同時同步噴射泡沫滅火劑，對起火區(qū)域?qū)嵤┯行У慕禍販缁?，再借助泡沫覆蓋層將可燃物料與空氣實施有效隔絕的同時及時發(fā)送報警信號，避免災(zāi)情事故的無序擴大。上述流程也可通過顯示遠端箱手動啟動，具有一機多控、遠程監(jiān)控及手動、自動兼具的滅火功能［2-3］。

裝置運行過程中，需要在各個加熱爐火筒（爐膛）內(nèi)部分別設(shè)置一個漏液檢測裝置，當加熱爐爐膛裝置在運行過程中發(fā)生漏液事故時，通過漏液檢測裝置的實時檢測功能及時發(fā)現(xiàn)事故區(qū)域，裝置內(nèi)部的微控制器獲取到漏液情況后及時發(fā)出預(yù)警信號，并通過裝置自帶的聲、光報警設(shè)備進行漏液報警。

漏液預(yù)警后，現(xiàn)場滅火控制箱向遠程聯(lián)動顯示裝置傳達預(yù)警信號，此時裝置內(nèi)部的天然氣輸送自動切斷，裝置內(nèi)部同步實現(xiàn)斷電作業(yè)，在現(xiàn)場滅火控制箱獲取到報警信號后，聯(lián)動至遠程聯(lián)動顯示裝置進行對應(yīng)的界面顯示。一旦燃燒器停止工作前裝置內(nèi)部出現(xiàn)泄漏物料已經(jīng)燃燒的極端事故，導(dǎo)致爐膛內(nèi)部有明火出現(xiàn)，此時對應(yīng)產(chǎn)生的報警信號會第一時間傳送至現(xiàn)場滅火控制箱，并由該控制箱將報警信號及時傳送至遠程聯(lián)動顯示裝置，此時事故現(xiàn)場的聲、光報警裝置同時發(fā)出預(yù)警信號，裝置及時動作、噴射滅火藥劑，對初起火災(zāi)進行有效抑制操作，并有效避免明火隨泄漏物料液位的不斷升高而溢出爐膛外形成地面流淌火，從而造成火勢蔓延事故的出現(xiàn)。

3 油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)的自動滅火功能

油田加熱爐火災(zāi)預(yù)警智能滅火系統(tǒng)的自動滅火功能，必須由控制裝置通過各路線性高溫、煙霧感知等火災(zāi)探測組件進行定點指引，通過對加熱爐生產(chǎn)環(huán)境進行不間斷實時監(jiān)控，同步對各生產(chǎn)加工區(qū)域內(nèi)部信號進行實時分析識別處理，并通過對事故范圍的精準識別選擇啟動合理的滅火裝置實施自動噴水滅火作業(yè)，最終通過控制器對接服務(wù)器系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)分析處理，通過遠程監(jiān)控預(yù)警措施，指引設(shè)備智能及時噴射滅火劑實施滅火作業(yè)。作業(yè)過程中，該系統(tǒng)使用兩套具備故障檢測智能切換功能的滅火裝置進行滅火，既能夠完成對被保護區(qū)域的噴射滅火功能，同時防止火勢向周邊區(qū)域的快速蔓延。該滅火系統(tǒng)采用實時智能巡檢，通常情況下，該裝置在預(yù)警后5s內(nèi)即可開始噴射作業(yè)，平均40s之內(nèi)完成滅火，全淹沒保護空間為120m3（加熱爐需滅火保護的最大空間平均為32.2m3）。

如圖3所示，通過火災(zāi)智能檢測設(shè)備對加熱爐爐膛內(nèi)進行實時監(jiān)測，一旦通過檢測裝置查探出相關(guān)火情時，裝置立即輸出火災(zāi)預(yù)警信號至現(xiàn)場滅火控制箱；現(xiàn)場滅火控制箱對火災(zāi)預(yù)警信號進行算法計算并通過AI智能手段及時發(fā)送滅火信號，同時將火災(zāi)預(yù)警信號聯(lián)動傳送至遠程聯(lián)動顯示裝置。接到動作指令后，現(xiàn)場滅火控制箱通過現(xiàn)場啟動裝置，依照順序自動打開起火區(qū)域相對應(yīng)的管道閥門、打開增壓泵的操作、利用固定滅火裝置噴射泡沫劑，依照對應(yīng)管道輸送至加熱爐對應(yīng)的爐膛中進行滅火作業(yè)，將火勢控制在一定區(qū)域之內(nèi)，防止火勢向周邊裝置蔓延。系統(tǒng)自動執(zhí)行完成滅火流程后，遠程聯(lián)動裝置會同步顯示出火勢得到成功處置的相關(guān)信息。

系統(tǒng)運行過程中，當設(shè)施第1爐膛出現(xiàn)火災(zāi)跡象時，可以通過遠程聯(lián)動顯示裝置第一時間迅速傳達火災(zāi)信號，事故爐膛設(shè)施內(nèi)部迅速斷電，且運行過程中的天然氣輸送也同步中斷。進水口電動閥門、泡沫滅火裝置以及第1爐膛的輸送管道電動閥門均使用導(dǎo)通狀態(tài)進行控制，與此同時，其余管路的輸送管道所屬電動閥門使用關(guān)閉狀態(tài)。當系統(tǒng)預(yù)設(shè)的進水口水壓壓力傳感器及時作出相應(yīng)反饋后，增壓泵第一時間啟動泡沫滅火裝置，滅火劑集中噴射至起火爐膛內(nèi)部實施滅火作業(yè)。當滅火劑輸送至輸送管后，設(shè)置在爐膛出口處的水壓壓力傳感器會做出相應(yīng)反饋。系統(tǒng)收到壓力反饋后，即可證明泡沫滅火裝置噴射的滅火劑已經(jīng)成功輸送至管道內(nèi)部，并已經(jīng)成功對起火爐膛內(nèi)部實施滅火作業(yè)，沒有收到壓力反饋時報警聯(lián)動至遠程聯(lián)動顯示裝置進行對應(yīng)報警，并在顯示界面顯示系統(tǒng)故障區(qū)域，并及時提請事故單位企業(yè)消防隊到場人工作業(yè)。生產(chǎn)加工作業(yè)過程中，加熱爐其余附件發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)基本處理流程基本相同。

該系統(tǒng)在實際運行過程中還預(yù)設(shè)人工關(guān)閉、復(fù)位功能，維修人員維修時需要操作人工關(guān)閉開關(guān)、復(fù)位開關(guān)才能對加熱爐現(xiàn)場滅火控制箱進行維護，為防止誤操作現(xiàn)象的發(fā)生，該開關(guān)需要設(shè)置在現(xiàn)場滅火控制箱內(nèi)，必要時，工作人員還可以通過專用的手持維修設(shè)備連接至外箱機殼上的通信接口進行聯(lián)動操作。本裝置可以有效結(jié)合常規(guī)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)同步運行，并及時將系統(tǒng)采集到的各個預(yù)警、報警及反饋信號同步上傳至火災(zāi)報警系統(tǒng)。具體運行流程如下：

當爐膛內(nèi)部漏液檢測裝置發(fā)出實時檢測預(yù)警信號后，系統(tǒng)立刻與遠程聯(lián)動顯示裝置與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)出警報，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和遠程聯(lián)動顯示裝置及時將報警情況顯示到相應(yīng)的系統(tǒng)界面?，F(xiàn)場滅火控制箱檢測到漏液預(yù)警信號后，會同步輸出斷電、斷氣動作信號，并及時聯(lián)動至火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，達到通過切斷泄漏物料的方式阻止火勢進一步蔓延的措施。此時，與事故現(xiàn)場相對應(yīng)的滅火控制箱報警指示燈顯示災(zāi)情信號，并與遠程聯(lián)動顯示裝置聯(lián)動，對應(yīng)報警狀態(tài)和準確位置界面，提醒巡查人員事故爐膛有漏液情況發(fā)生，需要對加熱爐進行裝置維護及事故排查作業(yè)。

當事故現(xiàn)場災(zāi)情較為嚴重，實際處置難度較大，裝置內(nèi)部出現(xiàn)火勢無法有效控制并已經(jīng)向周邊裝置蔓延的惡劣情況，此時事故現(xiàn)場呈現(xiàn)高溫狀態(tài)并產(chǎn)生大量有毒煙氣，此時裝置內(nèi)部的紫外探測器、AI火焰識別器以及感煙探測器同時動作，現(xiàn)場滅火控制箱向火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和遠程聯(lián)動輸出報警信號，提示事故單位相關(guān)工作人員需要盡快前往災(zāi)情現(xiàn)場制定人工救火方案。當系統(tǒng)接收到火災(zāi)報警信號后，現(xiàn)場滅火控制箱可自動執(zhí)行滅火作業(yè)并對現(xiàn)場的火勢實施有效壓制，也可與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)同時聯(lián)動保障滅火裝置的同步啟動，并根據(jù)報警信號所顯示的事故區(qū)域選擇合理滅火設(shè)施，在有效保障滅火效能的同時向起火區(qū)域釋放充足的滅火劑，將事故及時控制在初起階段，從而真正意義上保障加熱爐在零事故工作狀態(tài)下高效運行。

4 結(jié)束語

油田加熱爐是一種直接受火焰加熱的受壓設(shè)備，在生產(chǎn)工藝開展過程中始終處于高溫高壓的工作狀態(tài)，由于加熱爐腔體內(nèi)的管道中待加熱的液體為原油采出液，屬于易燃物質(zhì)且一旦遭遇明火即可發(fā)生快速燃燒現(xiàn)象。由于油田加熱爐爐腔內(nèi)部相對較為密閉，管道內(nèi)部一旦發(fā)生泄漏事故并引發(fā)火情，使用常規(guī)的便攜型滅火裝置根本無法第一時間將裝置內(nèi)部的燃燒物料及時熄滅，稍有不慎即可導(dǎo)致較大規(guī)模安全事故的發(fā)生。智能檢測滅火裝置提供了一種加熱爐的智能安全保護裝置，用于加強加熱爐設(shè)備的消防保護，當裝置內(nèi)部出現(xiàn)險情時也能夠及時預(yù)警并完成初起火災(zāi)的有效處置，從而確保油田加熱爐在日常工作過程中的安全運行。

參考文獻

[1]李林壁，張靜.油罐火災(zāi)泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)研究[J].武警學(xué)院學(xué)報，2014，30（2）：13-16．

[2]王偉軒，羅振海.泡沫滅火劑性能及應(yīng)用探析[J].武警學(xué)院學(xué)報，2017，33（8）：23-25．