CN106730489A - 一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，该系统包括天然水源、输水系统、智能火灾扑救平台、火灾远场指挥中心；本发明研制的超视距智能火灾扑救系统，针对以PX项目为代表的石油化工企业在消防安全方面的迫切需求，实现向高危火场快速、持续大流量供水，保证消防员和工程师在远场安全区内，超视距执行各项高危作业，以远程遥控或任务指挥的模式，通过智能火灾扑救平台完成喷水降温、泡沫隔氧、排烟化毒、堆沙堵漏、火场数据上传等火灾扑救任务。该系统将无人机技术引进至消防设备中，通过超视距的远程控制系统，可以极大的降低人员伤亡，并可以更加准确的制定灭火措施。

Description

一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统

技术领域

本发明涉及石油化工企业的安全消防领域，具体涉及一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，对于石油化工类产品需求正在稳定、持续增长，国内以PX项目为代表的石油化工企业发展迅速。但是由于配套的消防安全技术的相对落后，该类企业对于火灾、爆炸等突发紧急事件的应对措施并不完善。当石油化工企业遇到易燃、易爆及有毒化学物质泄漏、燃烧、爆炸，管道受热变形坍塌等险情时，消防人员和现场工程师将直接面对高温、浓烟、有毒等危害环境，人员伤亡风险极大。而且在石油化工企业发生该类险情时，往往高危区域覆盖范围广、燃烧爆炸威力巨大，消防人员和工程师很难及时撤离至安全距离，因此，以PX项目为代表的石油化工企业对于消防安全技术的配套设备有着迫切的需求。

从石油化工企业生产技术特点考虑，该类企业生产的原料和中间体具有易燃易爆、剧毒、腐蚀性等特性，且生产工艺复杂，大多需要高温、高压、低压、高速、深冷冻等各种严苛条件，有些反应剧烈，极易失控，原料和产品存储也有非常严格的标准。因此在险情出现时，必须要通过专业的工程师对现场情况进行判断，选择正确的火灾扑灭方式，不然就有可能导致更加严重的火灾事故，例如乙烯、丙烯、乙醚、液化石油气等装置的火情，不能用水和泡沫扑救，只能用干粉、二氧化碳等灭火剂进行隔氧处理。

目前石油化工企业的火灾扑救主要依靠消防员与专业工程师，采用“以大对大，以快制快”的策略。先通过前沿观察小组，采用各种仪器对现场进行观察采样，之后迅速制定对策，调集消防设备、人员集中灭火。该策略在应付火势缓和、火源情况明确的火灾中，非常实用；但是在应对火势迅猛、火源情况不明的火灾扑救中，则存在极大的人员伤亡风险，其中最著名的案例就是2015年发生在天津港的爆炸事件，该事件直接导致天津港消防中队的重大人员伤亡。因此，对于该类火灾，无人操作、稳定可靠的超视距智能火灾扑救系统具有非常大的优势。

目前国内外工业消防机器人的致命缺点是：遥控距离短，仅为100米左右；吨位小，储水、喷射功率小，灭火效率低；功能单一，实际操作性差。正因为上述缺陷，导致了工业消防机器人的市场普及率不高，在消防灭火过程中，不能起到良好的灭火效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，通过超视距的远程控制系统，可以极大的降低人员伤亡，并可以更加准确的制定灭火措施。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，包括天然水源、输水系统、智能火灾扑救平台、火灾远场指挥中心；

所述智能火灾扑救平台用于火灾扑救作业，其包括底盘单元，以及底盘单元上搭载的火源感测设备、消防设备、无线通讯设备、智能控制单元；其中，所述底盘单元为一个能够移动行走的底盘，所述火源感测设备用于感测火源信息，并与智能控制单元连接，将火源信息传输至智能控制单元；所述智能控制单元分别连接消防设备和底盘单元，并控制消防设备和底盘单元工作；所述无线通讯设备与智能控制单元连接，用于将火源信息和消防设备信息传送至火灾远场指挥中心；

所述输水系统用于将天然水源的水输送至智能火灾扑救平台，其包括输水管道，所述输水管道一端设置汲水设备，另一端连接智能火灾扑救平台的消防设备，所述汲水设备设置在天然水源处；

所述火灾远场指挥中心用于获取智能火灾扑救平台得到的火源信息，并对智能火灾扑救平台进行指挥，其包括主控设备，以及与主控设备连接的无线传输设备；所述无线传输设备用以接收智能火灾扑救平台的无线通讯设备发送的火源信息和消防设备信息，并传输给主控设备；主控设备根据接收到的火源信息和消防设备信息制定灭火措施，并将控制指令通过无线传输设备发送给智能火灾扑救平台。

所述智能控制单元集成有数据采集模块、火源定位模块、底盘控制模块、消防系统控制模块、远场数据通讯模块、远场控制模块，所述数据采集模块用于从火源感测设备感测的火源信息中采集火源参数和火场图像的信息；所述火源定位模块用于测算火源与火灾扑救系统之间的距离；所述底盘控制模块用于调整智能火灾扑救平台的朝向和进退；所述消防系统控制模块用于控制消防设备进行工作；所述远场数据通讯模块与无线通讯设备连接，用于回传火源信息和消防设备信息，并通过无线通讯设备传送至火灾远场指挥中心；所述远场控制模块接收线通讯设备传送来的火灾远场指挥中心的控制指令，并将控制指令传送至消防设备和底盘单元。

所述汲水设备为提升泵；所述提升泵为多个，每个提升与天然水源之间均设置有一个过滤器，多个过滤器通过集流阀集流，连接输水管道，所述输水管道上沿水流方向依次设置有至少一组可调节流阀、流量计、加压模块、压力表，所述输水管道的尾部通过分流阀分离为至少两股分流，最后与水箱连接；水箱设置于智能火灾扑救平台；其中，相邻的加压模块之间的距离为5公里。

所述消防设备包括高压射流水炮、排烟风机、灭火剂存储罐、水箱。

所述火灾远场指挥中心设置在工程机械运输车内，通过UPS不间断电源进行供电。

所述无线通讯设备为基于DSP技术的无线数传电台。

所述火源感测系统由红外热成像仪和可见光摄像头组成；或者至少包括红外热成像仪和可见光摄像头，以及能见度传感器、GPS定位接收器、化学物质泄漏探测传感器中的一种或多种。

所述红外热成像仪设置在云台上，所述云台连接智能控制单元，智能控制单元控制云台转动，并带动红外热成像仪转动巡检火源。

所述主控设备为便携式工控机。

所述无线传输设备包括无线视频传输设备、以太网高速数据无线传输设备、串口低速数据无线传输设备；所述无线视频传输设备通过信号线将视频数据传输给主控设备，所述以太网高速数据无线传输设备通过信号线将高速数据回传给主控设备，所述串口低速数据无线传输设备通过信号线将低速数据回传给主控设备。

本发明的有益效果是：

1、水源供给方面：

目前石油化工企业的消防供水系统均由企业自主设计搭建，管路走向较为复杂，与高危化工管道有交错并行的情况。当发生火灾爆炸事故时，这些消防供水管路难免遭到不同程度破坏，可能出现供水不足、管道破裂甚至阻塞的情况，极大的增加了火灾扑救难度。消防车所携带的应急水箱容量较小，无法长时间大流量持续供水。

本发明采用长距离高压输水方案，输水系统独立于厂区的供水管道体系，可以确保在出现险情时依然水量充足，即便该管道遭到破坏，由于管路简单，抢修也十分方便。

2、现场指挥方面：

目前在石油化工企业的火灾扑救过程中，消防员与工程师必须在火源现场进行应急措施制定和火灾扑救作业；另外，目前工业灭火机器人的遥控方式采用的是RFID射频技术，只传输简单的开关信号控制指令。由于射频遥控有效距离最远仅100米左右，在石油化工企业特别是PX项目的火灾中，该遥控距离仍处在高危区域内，起不到保护消防员和工程师的作用。

火灾远场指挥中心与智能火灾扑救平台的通讯采用的是基于DSP技术的无线数传电台，其通讯距离可达5公里以上。通过无线数传电台将火场实时图像、数据回传给指挥中心，工程师和消防员就可以在安全的距离上远程执行火灾扑救任务，极大的避免了人员伤亡。

3、火灾扑救执行方面：

目前在石油化工企业的火灾扑灭过程中，主要依靠消防员和消防车进行现场作业；即便采用工业灭火机器人，依然需要消防员在现场对火源进行人眼识别后再进行遥控。

智能火灾扑救平台的火源感测系统采用机器视觉系统技术，通过高分辨率的红外热成像仪和可见光摄像头来感测火源情况，消防员和工程师不需要去火源现场就可以很准确的观察火情。该平台的消防设备控制系统可以智能自主进行火灾扑救，也可以接受指挥中心的全权控制，执行各种具体操作。如果火情复杂，仍然需要消防员和工程师到场，智能火灾扑救平台还可以充当一个安全可靠的防火工事。

附图说明

图1为超视距智能火灾扑救系统结构示意图；

图2为长距离输水系统管路图；

图3为火灾远场指挥中心系统框图；

图4为智能火灾扑救平台控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统包括天然水源、输水系统、智能火灾扑救平台、火灾远场指挥中心；

所述智能火灾扑救平台用于火灾扑救作业，其包括底盘单元，以及底盘单元上搭载的火源感测设备、消防设备、无线通讯设备、智能控制单元；其中，所述底盘单元为一个能够移动行走的底盘，所述火源感测设备用于感测火源信息，并与智能控制单元连接，将火源信息传输至智能控制单元；所述智能控制单元分别连接消防设备和底盘单元，并控制消防设备和作底盘单元工作；所述无线通讯设备与智能控制单元连接，用于将火源信息和消防设备信息传送至火灾远场指挥中心；

所述输水系统用于将天然水源的水输送至智能火灾扑救平台，其包括输水管道，所述输水管道一端设置汲水设备，另一端连接智能火灾扑救平台的消防设备，所述汲水设备设置在天然水源处；

所述火灾远场指挥中心用于获取智能火灾扑救平台得到的火源信息，并对智能火灾扑救平台进行指挥，其包括主控设备，以及与主控设备连接的无线传输设备；所述无线传输设备用以接收智能火灾扑救平台的无线通讯设备发送的火源信息和消防设备信息，并传输给主控设备；主控设备根据接收到的火源信息和消防设备信息制定灭火措施，并将控制指令通过无线传输设备发送给智能火灾扑救平台。

根据石油化工企业选址标准，在厂房及化工设施所在地10公里范围内必须有天然水源。在灭火过程中必须有稳定持续的大流量供水，本发明的水源供给采用长距离抽取天然水源的方法。该输水系统通过多个漂浮提升泵同时汲水，通过集流阀汇聚至中继加压模块，然后通过分流阀连接消防水喉，传输至智能火灾扑救平台。中继加压模块采用大功率柴油机驱动抽水泵。若以10公里的输送距离为标准，在输送管道中，每隔5公里的位置安置一个中继加压模块。

火灾远场指挥中心设置在工程机械运输车内，该运输车负责将1～3辆智能火灾扑救平台运输至火场。到达火场后，该车卸下所有智能火灾扑救平台，连接好各平台的灭火剂管路(包括供水管、化学试剂贮存瓶)，并迅速撤离至500～2000米外的安全距离；在撤离的同时，车内的指挥中心启动人工远程操作模式或向各扑救平台下达智能自主作业指令。

火灾远场指挥中心根据所控制的智能火灾扑救平台数量，以相应数量的便携式工控机为主控端。每套工控机系统均搭载无线视频传输设备、以太网高速数据无线传输设备、串口低速数据无线传输设备，用以与各火灾扑救平台进行无线实时交互。指挥人员可以在远场指挥中心对各扑救平台传回的实时图像和数据进行分析，并及时制定扑救应对措施。

智能火灾扑救平台以机器视觉作为火源感测的主要手段，通过数字图象识别及处理技术搜索并锁定火源，并根据火源特征智能选择灭火措施。平台采用工程机械底盘，载重可达8吨。平台搭载的关键灭火设备是高压射流水炮，通过高压射流的方式对最远170米距离外的火源进行灭火。该智能扑救平台还可以根据火场的特殊需求，配备大功率轴流排烟风机，装载1～2吨沙土、500公斤左右的各型化学中和剂贮存瓶。

智能控制单元集成有数据采集模块、火源定位模块、底盘控制模块、消防系统控制模块、远场数据通讯模块、远场控制模块，所述数据采集模块用于从火源感测设备感测的火源信息中采集火源参数和火场图像的信息；所述火源定位模块用于测算火源与火灾扑救系统之间的距离；所述底盘控制模块用于调整智能火灾扑救平台的朝向和进退；所述消防系统控制模块用于控制消防设备进行工作；所述远场数据通讯模块与无线通讯设备连接，用于回传火源信息和消防设备信息，并通过无线通讯设备传送至火灾远场指挥中心；所述远场控制模块接收线通讯设备传送来的火灾远场指挥中心的控制指令，并将控制指令传送至消防设备和底盘单元。

红外热像仪安装在美国的FLIR自稳云台上，智能控制单元的自动跟踪控制模块控制云台带动红外热像仪系统自动巡检，通过图像处理机器视觉的轮廓法模式识别或者RGB方法检测火源，锁定火源位置，在大火浓烟情况下，通过能见度传感器以及GPS定位器的辅助定位作用，配合图像处理，识别火源，锁定火源，自动或手动控制水炮喷水灭火；同时通过可见光摄像机与红外热像仪的配合使用，区别明火与阴燃；将采集的火焰图像、视频、火焰成份等信息通过无线数传电台发送至远程指挥中心，相应的指挥人员就可以在1.5公里以外根据传回的图像视频以及各种参数信息进行远程指挥灭火操作，控制水炮的的水平角度以及俯仰角度，控制底盘单元的朝向以及前进后退，同时根据水流落水点与火焰位置通过负反馈控制使水炮射流落水点精确在灭火范围之内。

图2为长距离输水系统的管路图，如图所示，分布在天然水源水面上的提升泵将水通过集流阀汇聚至加压模块1；加压模块1和加压模块2均为大功率康明斯柴油机驱动的加压水泵，驱动功率为800千瓦；经过加压模块1和加压模块2的中继加压，供水通过分流阀连接消防水喉，传输至智能火灾扑救平台内置的水箱。

图3为火灾远场指挥中心控制系统结构框图，火灾远场指挥中心依靠UPS不间断电源进行供电，主控端为便携式工控机系统，装备无线视频传输设备、以太网高速数据无线传输设备、串口低速设局无线传输设备，并通过各型无线数传电台与智能火灾扑救平台进行交互。

图4为智能火灾扑救平台控制系统框图，包括底盘单元，以及底盘单元上搭载的火源感测设备、消防设备、无线数传电台、智能控制单元。火灾扑救平台采用液压马达作为运行动力，液压马达由80千瓦康明斯柴油机泵提供液压力，大功率消防设备采用蓄电池供电，蓄电池系统采用144V高压锂电池系统，底盘液压系统通过CAN总线与智能控制单元进行通讯。

火源感测设备常配设备包括可测温、测距型红外热像仪，可见光监控摄像机；选配设备包括：能见度传感器、GPS定位接收器；选配专业探测器包括各型化学物质泄漏探测传感器。火源感测设备采集的火源信息，依次通过智能控制单元、无线数传电台，传输至火灾远场指挥中心。通过无线数传电台将火场实时图像、数据回传给指挥中心，工程师和消防员就可以在安全的距离上远程执行火灾扑救任务，极大的避免了人员伤亡。

智能火灾扑救平台核心控制目标及主要功能如下：

1、通过远程操控或无人驾驶的方式行动至消防员无法靠近的火源近场；

2、通过机器视觉系统探测感知火场状况，并通过远程操控或自动判别的方式对火场状态采取应对措施；

3、在智能模式下，可以智能自主选择灭火手段，在现场能见度极低情况下，依然能够正确找到火源并进行灭火。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，包括天然水源、输水系统、智能火灾扑救平台、火灾远场指挥中心；

所述智能火灾扑救平台用于火灾扑救作业，其包括底盘单元，以及底盘单元上搭载的火源感测设备、消防设备、无线通讯设备、智能控制单元；其中，所述底盘单元为一个能够移动行走的底盘，所述火源感测设备用于感测火源信息，并与智能控制单元连接，将火源信息传输至智能控制单元；所述智能控制单元分别连接消防设备和底盘单元，并控制消防设备和底盘单元工作；所述无线通讯设备与智能控制单元连接，用于将火源信息和消防设备信息传送至火灾远场指挥中心；

所述输水系统用于将天然水源的水输送至智能火灾扑救平台，其包括输水管道，所述输水管道一端设置汲水设备，另一端连接智能火灾扑救平台的消防设备，所述汲水设备设置在天然水源处；

所述火灾远场指挥中心用于获取智能火灾扑救平台得到的火源信息，并对智能火灾扑救平台进行指挥，其包括主控设备，以及与主控设备连接的无线传输设备；所述无线传输设备用以接收智能火灾扑救平台的无线通讯设备发送的火源信息和消防设备信息，并传输给主控设备；主控设备根据接收到的火源信息和消防设备信息制定灭火措施，并将控制指令通过无线传输设备发送给智能火灾扑救平台。

2.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述智能控制单元集成有数据采集模块、火源定位模块、底盘控制模块、消防系统控制模块、远场数据通讯模块、远场控制模块，所述数据采集模块用于从火源感测设备感测的火源信息中采集火源参数和火场图像的信息；所述火源定位模块用于测算火源与火灾扑救系统之间的距离；所述底盘控制模块用于调整智能火灾扑救平台的朝向和进退；所述消防系统控制模块用于控制消防设备进行工作；所述远场数据通讯模块与无线通讯设备连接，用于回传火源信息和消防设备信息，并通过无线通讯设备传送至火灾远场指挥中心；所述远场控制模块接收线通讯设备传送来的火灾远场指挥中心的控制指令，并将控制指令传送至消防设备和底盘单元。

3.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述汲水设备为提升泵；所述提升泵为多个，每个提升泵与天然水源之间均设置有一个过滤器，多个过滤器通过集流阀集流，连接输水管道，所述输水管道上沿水流方向依次设置有至少一组可调节流阀、流量计、加压模块、压力表，所述输水管道的尾部通过分流阀分离为至少两股分流，最后与水箱连接；水箱设置于智能火灾扑救平台；其中，相邻的加压模块之间的距离为5公里。

4.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述消防设备包括高压射流水炮、排烟风机、灭火剂存储罐、水箱。

5.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述火灾远场指挥中心设置在工程机械运输车内，通过UPS不间断电源进行供电。

6.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述无线通讯设备为基于DSP技术的无线数传电台。

7.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述火源感测系统由红外热成像仪和可见光摄像头组成；或者至少包括红外热成像仪和可见光摄像头，以及能见度传感器、GPS定位接收器、化学物质泄漏探测传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述红外热成像仪设置在云台上，所述云台连接智能控制单元，智能控制单元控制云台转动，并带动红外热成像仪转动巡检火源。

9.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述主控设备为便携式工控机。

10.根据权利要求1所述的石油化工企业的超视距智能火灾扑救系统，其特征在于，所述无线传输设备包括无线视频传输设备、以太网高速数据无线传输设备、串口低速数据无线传输设备；所述无线视频传输设备通过信号线将视频数据传输给主控设备，所述以太网高速数据无线传输设备通过信号线将高速数据回传给主控设备，所述串口低速数据无线传输设备通过信号线将低速数据回传给主控设备。