充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭堆場(chǎng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shè)周期短，經(jīng)濟(jì)可回收等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于民用及大型工業(yè)堆場(chǎng)等領(lǐng)域。本文依托邢臺(tái)國泰發(fā)電有限公司煤炭儲(chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)全封閉工程BOT項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，主要介紹煤堆場(chǎng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文方案對(duì)于防范初期火災(zāi)、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(shí)例經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：充氣膜結(jié)構(gòu);火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);可燃?xì)怏w;粉塵濃度

中圖分類號(hào)：U169.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(shè)周期短，經(jīng)濟(jì)可回收等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于民用及大型工業(yè)堆場(chǎng)等領(lǐng)域[1]。在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會(huì)的報(bào)告中提出了堅(jiān)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(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策[2]。在認(rèn)真貫徹落實(shí)這一環(huán)保理念的背景下，本文依托邢臺(tái)國泰發(fā)電有限公司煤炭儲(chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)全封閉工程BOT項(xiàng)目，研究了煤炭堆場(chǎng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)及消防廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

1 工程概況

本文依托河北邢臺(tái)國泰發(fā)電有限責(zé)任公司#5，#6煤炭堆場(chǎng)封閉工程。在堆場(chǎng)煤炭帶式輸送裝置傳輸過程中，在帶式輸送裝置的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、落料點(diǎn)等區(qū)域，易產(chǎn)生大量粉塵污染周邊環(huán)境。為解決堆場(chǎng)作業(yè)過程中的揚(yáng)塵問題，避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生粉塵及可燃?xì)怏w的污染，國泰發(fā)電有限公司加大投入，對(duì)國泰公司#5、#6煤炭儲(chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)進(jìn)行改造，建設(shè)全封閉充氣膜結(jié)構(gòu)煤炭儲(chǔ)運(yùn)環(huán)保設(shè)施。該環(huán)保設(shè)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(chǎng)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(chǔ)運(yùn)環(huán)保設(shè)施，依靠柔性膜材料內(nèi)外氣體的壓差支撐整個(gè)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(shè)成本較低，環(huán)保質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

該工程#5和#6煤堆場(chǎng)主要設(shè)備為DQL1200/800·30型懸臂式斗輪堆取料機(jī)。堆場(chǎng)封閉后充氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)汽車出入卷簾門、四個(gè)人員進(jìn)出氣密門、四個(gè)消防應(yīng)急密閉門，兩個(gè)帶式輸送機(jī)密閉裝置室。

本工程充氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)施內(nèi)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（含可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)、粉塵濃度檢測(cè)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(dòng)煤場(chǎng)盤煤儀系統(tǒng)等系統(tǒng)。保障充氣膜結(jié)構(gòu)封閉煤堆場(chǎng)安全、環(huán)保、可靠的運(yùn)行。

2 充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)危險(xiǎn)性

充氣膜結(jié)構(gòu)的火災(zāi)危險(xiǎn)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(shè)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(shè)施除充氣膜材燃燒的風(fēng)險(xiǎn)外，還要考慮膜材在火災(zāi)情況下受到破壞以及封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆存轉(zhuǎn)運(yùn)煤炭過程中所產(chǎn)生的粉塵、可燃?xì)怏w積聚造成爆炸對(duì)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(chǎng)作業(yè)人員的生命安全。

3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)、消防水炮聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制主機(jī)設(shè)于封閉膜結(jié)構(gòu)外的廠區(qū)消防控制中心。

3.1火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)

火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)包括紅外火災(zāi)探測(cè)器，手動(dòng)報(bào)警按鈕，聲光報(bào)警裝置等火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警設(shè)施。在全封閉膜結(jié)構(gòu)罩式堆煤環(huán)保設(shè)施氣膜頂部均勻布置16臺(tái)防爆雙波段紅外火災(zāi)探測(cè)器。所用探測(cè)器具有火焰探測(cè)功能，十分適用于膜結(jié)構(gòu)煤炭儲(chǔ)運(yùn)堆場(chǎng)這種大空間的場(chǎng)所。雙波段紅外火災(zāi)探測(cè)器可通過紅外技術(shù)判斷現(xiàn)場(chǎng)溫度變化，識(shí)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(jìn)出門、消防應(yīng)急門及堆場(chǎng)消防通道中設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕，當(dāng)封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)工作人員發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，可手動(dòng)按下報(bào)警按鈕，報(bào)警信號(hào)將傳至控制室火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制單元，同時(shí)啟動(dòng)封閉充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的聲光報(bào)警裝置，提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員安全撤離。

3.2可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)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(yùn)過程中易釋放瓦斯、甲烷、硫化氫、一氧化氮等可燃?xì)怏w及有毒氣體。為避免可燃?xì)怏w及有毒氣體積聚，保障現(xiàn)場(chǎng)人員安全，設(shè)置可燃?xì)怏w及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)有害氣體與空氣的相對(duì)重力，現(xiàn)場(chǎng)空氣流動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)備及建構(gòu)筑物的布置等因素[4]設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)點(diǎn)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(jī)沿線的地面設(shè)置可燃?xì)怏w/有毒氣體檢測(cè)器及聲光報(bào)警裝置。本工程除設(shè)置固定式檢測(cè)裝置外，同時(shí)為進(jìn)入封閉膜結(jié)構(gòu)堆場(chǎng)的工作人員配備便攜式可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)裝置。固定式可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)裝置的檢測(cè)報(bào)警信號(hào)接入控制中心的可燃?xì)怏w/有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)。可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測(cè)報(bào)警采用兩級(jí)報(bào)警方式，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，向火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聯(lián)動(dòng)防排煙系統(tǒng)啟動(dòng)充氣膜頂部排煙帶，并啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置。

3.3粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

全封閉氣膜結(jié)構(gòu)作為相對(duì)密閉的空間，在生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的煤塵極易擴(kuò)散充滿整個(gè)氣膜結(jié)構(gòu)，一旦濃度達(dá)到粉塵爆炸的上限，煤塵遇到電火花就會(huì)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(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的粉塵濃度。當(dāng)粉塵濃度超過警告上限值時(shí)，聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)膜結(jié)構(gòu)內(nèi)灑水噴淋噴槍設(shè)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(dòng)控制系統(tǒng)

該項(xiàng)目在膜結(jié)構(gòu)內(nèi)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)了電控消防水炮滅火系統(tǒng)。在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)共設(shè)置14套電控消防水炮，實(shí)現(xiàn)了封閉氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)堆場(chǎng)的全覆蓋，任何著火點(diǎn)都在2套消防水炮的保護(hù)范圍內(nèi)，前端解碼控制箱與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(jī)，電控消防水炮滅火系統(tǒng)可通過人或監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)消防炮進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制，啟動(dòng)消防水泵進(jìn)行滅火補(bǔ)救。在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)收到報(bào)警信號(hào)后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器可以聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)消防泵。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)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(shì)不強(qiáng)、可以控制，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可通過消防水炮無線遙控器來遠(yuǎn)程啟動(dòng)電動(dòng)閥和消防泵，遙控現(xiàn)場(chǎng)消防水炮瞄準(zhǔn)著火點(diǎn)實(shí)施滅火;如果現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員無法在第一時(shí)間獲得遙控器，工作人員還可以通過設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)控制箱來啟動(dòng)電動(dòng)閥和消防水泵，控制消防水炮對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)撲滅火災(zāi)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)火情情況危險(xiǎn)、火勢(shì)非常強(qiáng)烈、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員無法靠近手動(dòng)控制箱時(shí)，作業(yè)人員可到本工程消防控制中心，通過設(shè)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(chǎng)監(jiān)控畫面遠(yuǎn)程控制消防水炮對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)撲滅火災(zāi)。

3.5消防廣播系統(tǒng)

當(dāng)封閉膜結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出警報(bào)，對(duì)保障安全生產(chǎn)、保證作業(yè)人員安全及時(shí)地撤離具有至關(guān)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(yīng)急廣播揚(yáng)聲器，消防應(yīng)急廣播的聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制器發(fā)出。當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)后，同時(shí)向膜內(nèi)所有區(qū)域進(jìn)行廣播，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)人員發(fā)出警報(bào)，警示人員及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)[5]。

4 效果評(píng)價(jià)

本工程目前已投入生產(chǎn)運(yùn)營，充氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)初期火災(zāi)、粉塵濃度超標(biāo)、可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)等危險(xiǎn)情況。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可聯(lián)動(dòng)消防系統(tǒng)及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度地減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將聯(lián)動(dòng)防排煙系統(tǒng)，啟動(dòng)充氣膜結(jié)構(gòu)頂部排煙帶，同時(shí)風(fēng)機(jī)進(jìn)入強(qiáng)排風(fēng)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?xì)怏w爆炸及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員中毒。當(dāng)粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將聯(lián)動(dòng)灑水噴淋噴槍設(shè)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(chǎng)在生產(chǎn)運(yùn)營過程中的各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)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(huì)各行業(yè)的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，充氣膜結(jié)構(gòu)依靠其諸多優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于大型工業(yè)堆場(chǎng)環(huán)保設(shè)施改造領(lǐng)域。今后在充氣膜結(jié)構(gòu)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)與生產(chǎn)單位加強(qiáng)合作、深入交流，共同推動(dòng)充氣膜結(jié)構(gòu)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)體系的完善和發(fā)展。

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