煤化工企业自动灭火系统设计与应用研究

1 煤化工火灾特性与自动灭火的必要性

煤化工生产过程涉及高温高压、易燃易爆及有毒物质，其复杂的工艺条件和多样的物质种类导致了独特的火灾风险特性。根据相关事故统计分析，煤化工企业火灾主要源于设备泄漏、自燃物质、电气故障及操作失误等因素，且具有火势发展迅猛、扑救难度大、易引发连锁事故等特点。在煤化工装置区，特别是储罐、反应器和管道集中区域，一旦发生火灾，往往会在短时间内形成立体火灾，常规人工扑救方式不仅效率低下，更对消防人员生命安全构成极大威胁。

面对这些特殊挑战，传统消防手段显然已难以满足现代煤化工企业的安全需求。传统灭火系统主要依赖人工发现火情并启动灭火设施，存在响应延迟大、定位不精准、灭火效率有限等问题。尤其在煤化工企业的复杂环境中，生产装置高大密集、管线错综复杂，仅靠人员巡检和固定式喷淋系统，无法实现火灾早期快速响应与精准抑制。因此，集成先进感知技术、智能判断算法和快速响应装置的自动灭火系统逐渐成为煤化工企业安全保障的核心装备，它能够在火灾萌芽阶段即实现自动探测、定位与扑救，有效遏制火势蔓延，为企业安全生产提供至关重要的技术保障。

2 系统设计架构与关键技术

2.1 系统整体架构

现代煤化工企业自动灭火系统采用分层分布式架构，通过多种感知设备的融合与系统联动，实现从火灾监测、预警到扑救的全流程自动化。该系统通常由感知探测层、控制分析层和执行灭火层三个核心部分组成，形成完整的闭环控制。

感知探测层是系统的"感官"，由多种传感器构成，负责实时采集火灾特征参数。目前先进的自动灭火系统不再单一依赖传统感温或感烟探测器，而是采用多信号融合探测技术。例如，云南解化化工分公司在甲醇罐区、成品原料库等核心区域，设置了85台紫外火焰探测器（通过捕捉25米内紫外光谱实现5毫秒极速报警）与76台搭载AI图像识别的火眼探测器，形成"光谱+视觉"双保险预警功能。在配电室、控制室、办公区域等电气、人员密集场所，则设置827个点型感烟、感温探测器，通过定温（54℃）与差温（5.5℃/min）双模式实时监控；在输煤隧道内，还增设了缆式线型感温探测器，以±1米精度实时追踪皮带摩擦或煤炭过热引发的温度异常。

控制分析层作为系统的"大脑"，负责处理感知层传输的数据并进行智能判断。中煤科工集团重庆研究院开发的矿用本安型区域自动喷气灭火装置控制器，能够实时分析来自火焰传感器、烟雾传感器和温度传感器的数据。煤炭科学研究总院提出的基于DTS分布式光纤测温的系统，更通过上位机软件实现火情分析和超前预警，大大提高了火灾识别的准确性。现代控制系统还引入了AI智能研判算法，能自动识别并选取触发区域算法探测器周边的其他火灾探测器，智能分析探测器信号变化规律，判断是否符合火灾烟雾蔓延规律，从而甄别真实警情，将误报率压降至0.3%以下。

执行灭火层根据控制层的指令，启动相应的灭火装置进行精准扑救。针对不同火灾类型和保护区特点，系统整合了多种灭火方式，包括喷淋系统、泡沫灭火系统、干粉灭火系统以及二氧化碳灭火系统等，形成多策略灭火能力。

3 典型应用场景分析

煤化工企业生产区域广阔，不同区域的火灾特性与防护需求各不相同，因此需要根据具体场景特点设计定制化的自动灭火方案。以下是几个典型应用场景的技术分析：

3.1 储罐区灭火系统

储罐区作为煤化工企业的重大危险源，其火灾风险主要来源于易燃液体泄漏形成的池火、罐体破裂导致的喷射火以及相邻罐体受热引发的沸溢喷溅。针对这类风险，凯越煤化公司采用泡沫消防系统为成品罐区与中间罐区的甲醇储罐提供消防保障。该系统设计严格遵循《泡沫灭火系统技术标准》及《石油化工金属管道布置设计规范》要求，通过一系列技术改造显著提升了系统可靠性：将主用与备用泡沫泵的动力源分别改为电动机和水轮机，确保在任何情况下都能提供稳定泡沫混合液；在泡沫混合液主管道加装流量检测仪，实时监控系统状态；将回流管道止回阀改至水平管段安装，防止气蚀和液锤现象。这种设计保证了在火灾发生时，系统能够迅速覆盖甲醇液面，形成隔绝氧气的泡沫层，实现快速灭火。

储罐区自动灭火系统的另一个关键技术是火灾探测的准确性与快速性。云南解化化工分公司在甲醇罐区设置的紫外火焰探测器能够在25米内捕捉紫外光谱，实现5毫秒极速报警，与AI图像识别的火眼探测器形成"光谱+视觉"双保险。这种双重探测策略极大地降低了漏报和误报风险，确保泡沫灭火系统能够在火灾初期及时启动，有效防止火势扩大。

3.2 生产装置区灭火系统

生产装置区包括反应器、塔器、加热炉等工艺设备，该区域特点是设备密集、管线错综复杂、火源类型多样。针对这些特点，神木煤化工电化公司研发的"汽轮机主油箱细水雾灭火系统"提供了一种创新解决方案。该系统将油箱本体外部缠绕设置感温光缆，并将感温光缆、报警器、火焰探测器以及细水喷雾单元均与控制器相连，有效避免了传统探测器距离主油箱太近导致的误动作问题。细水雾灭火技术利用水雾吸热冷却、隔绝氧气和阻隔辐射热的三重机理，具有用水量少、灭火效率高、对设备损害小的特点，特别适用于电气设备和控制室等场所。

对于高大装置区，新疆天池南矿运营厂引进的防爆图像型自动跟踪定位射流灭火系统展现了显著优势。该系统采用防爆红外热成像摄像机实时检测煤仓温度，并辅以温度传感器和烟雾探测器，提高检测的准确性。一旦检测到火源，系统自动启动灭火程序，快速锁定位置，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮的喷射角度，实现精准灭火。这种自动跟踪定位射流灭火系统特别适用于空间高大的煤化工装置区，能够有效克服传统喷淋系统在高大空间中水滴落程不足、分布不均匀的问题。

3.3 输煤系统与电缆设施灭火系统

输煤系统是煤化工企业的燃料供应动脉，其中输煤隧道、转运站和煤粉制备区域因煤炭自燃和粉尘爆炸风险而成为火灾重点防控区域。在这些区域，缆式线型感温探测器发挥了重要作用。云南解化化工分公司在输煤隧道内增设的这类探测器能以±1米精度实时追踪皮带摩擦或煤炭过热引发的温度异常。这种分布式测温能力可以准确识别过热点的具体位置，为早期干预提供精准信息。

对于电缆夹层和电缆沟的火灾防控，中煤科工集团重庆研究院开发的系统具有电缆夹层、电缆沟火灾自动监测与报警功能。煤炭科学技术研究院有限公司提出的基于DTS分布式光纤测温和联动控制技术的煤矿井下外因火灾智能防控系统，通过分布式感温光纤、烟雾、火焰等传感器对井下火灾参数进行监测，利用上位机软件实现火情分析和超前预警。这种系统能够实时掌握电缆温度变化趋势，在温度异常升高阶段即发出预警，避免电缆过热引发火灾。

3.4 地下硐室与有限空间灭火系统

煤矿井下的变电所、注氮硐室等有限空间因设备密集、通风条件特殊，存在较高的火灾风险。晋能控股煤业集团白洞矿业公司服务二队的技术人员通过将井上烟雾喷淋洒水灭火装置改造升级，应用于井下注氮硐室的灭火。每当发生火灾时，通过烟雾传感器感应侦测烟雾浓度，如果烟雾浓度达0.65—15.5%FT报警值时，将反馈到电磁阀工作，发出声音或闪烁灯光警告，同时第一时间给自动控制式的消防喷淋系统发送打开水源指令自动喷水。这种系统设计完全符合煤矿井下安全生产中的消防和降尘等要求，为有限空间提供了经济有效的灭火解决方案。