CN108245817B - 一种消防力量预测系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消防力量预测系统及其应用，包括主控模块、火灾现场信息采集模块、灭火剂需求预测模块、消防冷却水需求预测模块、消防装备需求预测模块和消防人员需求预测模块，主控模块分别信号连接火灾现场信息采集模块、灭火剂需求预测模块、消防冷却水需求预测模块、消防装备需求预测模块和消防人员需求预测模块，主控模块通过无线传感器网络信号传输模块模块连接后台监控中心；本发明能够在事故发生后能立即根据事故类型，储存物质类型等，计算出消防资源，消防力量理论用量以及预测用量，从而给予事故现场合理准确的消防力量预测。
Description
技术领域
本发明涉及消防力量预测技术领域，具体为一种消防力量预测系统及其应用。
背景技术
随着我国工业的不断发展，国家的综合实力不断提升，其中石化企业的快速建设和发展，对于国防安全和促进经济高速发展具有重要意义，所以大型石化企业安全的重要性也与日剧增。如何做好日常消防监督管理，并且一旦发生重大事故时，迅速有效地做出正确、科学的应急决策，高效调度消防部门和其他部门，及时疏散人群，已经成为当前大型石油化工企业安全生产所要考虑的首要问题。目前，石化企业在发生火灾事故时，传统消防资源，力量的配置，分布都是基于现场指挥员的经验以及图片资料，并没有形成系统化，理论化的体系，往往增加了救援的难度和时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消防力量预测系统及其应用，以解决现有技术中一般是通过人员经验判断救援时间和所需能源，导致判断不精确，能源浪费和效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种消防力量预测系统，包括主控模块、火灾现场信息采集模块、灭火剂需求预测模块、消防冷却水需求预测模块、消防装备需求预测模块和消防人员需求预测模块，所述主控模块分别信号连接火灾现场信息采集模块、灭火剂需求预测模块、消防冷却水需求预测模块、消防装备需求预测模块和消防人员需求预测模块；所述主控模块通过无线传感器网络信号传输模块连接后台监控中心。
优选的，所述无线传感器网络信号传输模块包括在油罐区内安置无线传感器，无线传感器节点可以有效采集到节点附近环境的温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这6个物理量参数。当发生火灾时传感器采集信号，采集到的数据，可以通过构建的无线网络传输到后台监控服务器端，后台观察接收到的节点处的环境参数数据，再通过消防力量预测模块计算出理论用量以及预测用量。
所述灭火剂需求预测模块包括灭火剂理论需求计算DLL函数和灭火剂预测需求计算DLL函数，其中，灭火剂理论需求计算DLL函数为：
a、固定顶立式罐的燃烧面积：A＝πd2/4；式中A为火灾面积；d为储罐直径；
b、油池的燃烧面积：A＝a×b；式中A为火灾面积；a为油池长度；b为油池宽度；
c、固定顶立式罐灭火需用泡沫量：Q1理＝A1×q1×T1；
d、扑灭液体流散火需用泡沫量：Q2理＝A2×q2×T2；式中：Q1、2为扑灭储罐、流散火需用泡沫量；A1、2为储罐、流散火燃烧液面积；
灭火剂预测需求计算DLL函数：
式中φ为泡沫炮有效作用系数；
所述消防冷却水需求预测模块包括冷却消防水理论需求计算DLL函数和冷却消防水预测需求计算DLL函数，其中，冷却消防水理论需求计算DLL函数：
a、着火罐冷却水用量计算：Q着＝nπDqT1或Q着＝nAqT1
式中：Q着为着火罐冷却用水量；n为同一时间内着火罐的数量；D为着火罐直径；q为着火罐冷却水供给强度；A为着火罐表面积；T1为冷却水的连续供给时间；
b、邻近罐冷却用水量计算：
Q邻＝0.5nπDqT2或Q邻＝0.5nAqT2，其中，Q邻为邻近罐冷却用水量；n为需同时冷却的邻近罐的数量；D为邻近罐直径；q为邻近罐冷却水供给强度；A为邻近罐表面积；T2为冷却水的连续供给时间；
c、配制泡沫的灭火用水量：
Q灭火剂＝a×Q混；式中：Q灭为配制泡沫的灭火用水量；a为泡沫混合液中含水率；Q混为泡沫混合液量；
d、总用水量：QW理论＝Q灭火剂+Q着+Q邻；
冷却消防水预测需求计算DLL函数：
式中φ为水炮有效作用系数；
所述消防装备需求预测模块包括消防装备需求计算DLL函数、水罐车数量DLL函数、泡沫消防车数量DLL函数；其中，消防装备需求计算DLL函数：
a、冷却着火罐所需移动炮数量：
式中：N冷着为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷着为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；φ为水炮有效作用系数；λ为综合影响系数，取1.05；
b、冷却邻近罐所需移动炮数量：
式中：N冷邻为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷邻为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；λ为综合影响系数，取1.05；
c、冷却需要移动炮总数：N水炮＝N冷着+N冷邻，N水炮为冷却需要水炮总数；
d、移动泡沫炮数量：
式中：N炮为消防泡沫炮需求，q炮为泡沫炮的实际流量；
水罐车数量DLL函数：N水罐＝QW/q水罐车，式中：N水罐为水罐车台数，Q水罐为水罐车的出水量；
泡沫消防车数量DLL函数：N泡沫消防车＝QEx实/q泡沫车；式中：N泡沫消防车为泡沫消防车数量；q泡沫车为泡沫消防车流量。
优选的，所述消防人员需求预测模块包括消防人员需求计算DLL函数：N消防人员＝N水冷+N泡沫+N罐车+N其他人员；式中：N消防人员为消防应急人员需求最少量；N水冷为操作水枪水泡所需人员数量；N泡沫为操作泡沫枪泡沫炮所需人员数量；N其他人员为消防指挥人员、通信人员，火情侦察人员数量。
优选的，所述消防力量预测系统在火灾救援现场的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明工作效率高，当大型石油化工储罐发生火灾事故时，传统消防资源，力量的配置，分布都是基于现场指挥员的经验以及图片资料，并没有形成系统化，理论化的体系，往往增加了救援的难度和时间，而本发明能够在事故发生后能立即根据事故类型，储存物质类型等，计算出消防资源，消防力量理论用量以及预测用量，从而给予事故现场合理准确的消防力量预测。
(2)本发明采用的信号传输模块抗干扰能力强，能够提高采集信号传输的稳定性，进一步提高了预测信息的采集效率，能够提高后台监控效率。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、2，本发明提供一种技术方案：一种消防力量预测系统，包括主控模块1、火灾现场信息采集模块2、灭火剂需求预测模块3、消防冷却水需求预测模块4、消防装备需求预测模块5和消防人员需求预测模块6，所述主控模块1分别信号连接火灾现场信息采集模块2、灭火剂需求预测模块3、消防冷却水需求预测模块4、消防装备需求预测模块5和消防人员需求预测模块6；主控模块1通过信号传输模块7连接后台监控中心8。
本发明中，信号传输模块7包括在油罐区内安置无线传感器，无线传感器节点可以有效采集到节点附近环境的温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这6个物理量参数。当发生火灾时传感器采集信号，采集到的数据，可以通过构建的无线网络传输到后台监控服务器端，后台观察接收到的节点处的环境参数数据，再通过消防力量预测模块计算出理论用量以及预测用量。本发明采用的信号传输模块抗干扰能力强，能够提高采集信号传输的稳定性，进一步提高了预测信息的采集效率，能够提高后台监控效率。
本发明中，灭火剂需求预测模块3包括灭火剂理论需求计算DLL函数和灭火剂预测需求计算DLL函数，其中，灭火剂理论需求计算DLL函数为：
a、固定顶立式罐的燃烧面积：A＝πd2/4；式中A为火灾面积；d为储罐直径；
b、油池的燃烧面积：A＝a×b；式中A为火灾面积；a为油池长度；b为油池宽度；
c、固定顶立式罐灭火需用泡沫量：Q1理＝A1×q1×T1；
d、扑灭液体流散火需用泡沫量：Q2理＝A2×q2×T2；式中：Q1、2为扑灭储罐、流散火需用泡沫量；A1、2为储罐、流散火燃烧液面积；
灭火剂预测需求计算DLL函数：
式中φ为泡沫炮有效作用系数，单只泡沫炮流量小于50L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.6，扑灭流淌火φ＝0.9；单只泡沫炮流量50L/s<q<100L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.75，扑灭流淌火φ＝0.9；单只泡沫炮流量100L/s<q<200L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.85，扑灭流淌火φ＝0.95；单只泡沫炮流量q>200L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.9，扑灭流淌火φ＝0.95，λ为综合影响系数，取1.05；q取值为(d<45m，q＝10；45≤d<60m，q＝11；60≤d<105m，q＝12；d>105m，q＝12.9)。
本发明中，消防冷却水需求预测模块4包括冷却消防水理论需求计算DLL函数和冷却消防水预测需求计算DLL函数，其中，冷却消防水理论需求计算DLL函数：
a、着火罐冷却水用量计算：Q着＝nπDqT1或Q着＝nAqT1
式中：Q着为着火罐冷却用水量；n为同一时间内着火罐的数量；D为着火罐直径；q为着火罐冷却水供给强度；A为着火罐表面积；T1为冷却水的连续供给时间；
b、邻近罐冷却用水量计算：
Q邻＝0.5nπDqT2或Q邻＝0.5nAqT2，其中，Q邻为邻近罐冷却用水量；n为需同时冷却的邻近罐的数量；D为邻近罐直径；q为邻近罐冷却水供给强度；A为邻近罐表面积；T2为冷却水的连续供给时间；
c、配制泡沫的灭火用水量：
Q灭火剂＝a×Q混；式中：Q灭为配制泡沫的灭火用水量；a为泡沫混合液中含水率；Q混为泡沫混合液量；
d、总用水量：QW理论＝Q灭火剂+Q着+Q邻；
冷却消防水预测需求计算DLL函数：
式中φ为水炮有效作用系数，单只水炮流量小于50L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.6，扑灭流淌火φ＝0.9；单只水炮流量50L/s<q<100L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.75，扑灭流淌火φ＝0.9；单只水炮流量100L/s<q<200L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.85，扑灭流淌火φ＝0.95；单只水炮流量q>200L/s时，扑灭油罐火灾φ＝0.9，扑灭流淌火φ＝0.95；λ为综合影响系数，取1.3。
本发明中，消防装备需求预测模块5包括消防装备需求计算DLL函数、水罐车数量DLL函数、泡沫消防车数量DLL函数；其中，消防装备需求计算DLL函数：
a、冷却着火罐所需移动炮数量：
式中：N冷着为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷着为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；φ为水炮有效作用系数；λ为综合影响系数，取1.05；
b、冷却邻近罐所需移动炮数量：
式中：N冷邻为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷邻为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；λ为综合影响系数，取1.05；
c、冷却需要移动炮总数：N水炮＝N冷着+N冷邻，N水炮为冷却需要水炮总数；
d、移动泡沫炮数量：
式中：N炮为消防泡沫炮需求，q炮为泡沫炮的实际流量；
水罐车数量DLL函数：N水罐＝QW/q水罐车，式中：N水罐为水罐车台数，Q水罐为水罐车的出水量；
泡沫消防车数量DLL函数：N泡沫消防车＝QEx实/q泡沫车；式中：N泡沫消防车为泡沫消防车数量；q泡沫车为泡沫消防车流量。
本发明中，消防人员需求预测模块6包括消防人员需求计算DLL函数：N消防人员＝N水冷+N泡沫+N罐车+N其他人员；式中：N消防人员为消防应急人员需求最少量；N水冷为操作水枪水泡所需人员数量；N泡沫为操作泡沫枪泡沫炮所需人员数量；N其他人员为消防指挥人员、通信人员，火情侦察人员数量。
实验例：
在GB50151-2010泡沫灭火系统设计规范下，以2万m3的外浮罐为例，其直径为40m，罐高为17m，储存物质为原油，使用水成膜泡沫灭火剂进行扑救。假设灭火时间为30min，灭火后持续冷却时间为2h。
储罐内火灾：密封圈：假设从管壁到浮泡沫堰板为0.5m。可释放泡沫的环形区域面积为：
消防泡沫量的计算：
泡沫供给强度以12.5L/(min·m2)即0.21L/(s·m2)，以6％泡沫进行计算：
泡沫液流量:Q1＝A1×q1＝63×0.21＝13.23L/s
泡沫液中水的流量：Q1水＝0.94×Q1＝0.94×13.23＝12.44L/s
泡沫液用量：Q1′＝Q1×T1＝13.23×30×60＝23814L＝24t
泡沫原液用量：Q′1泡沫＝0.06×Q′1＝0.06×24＝1.44t
B、消防水的用量的计算：
灭火用水量：Q′灭水＝Q′1×0.94＝24×0.94＝22.56t
冷却水用量：着火罐冷却用水流量：Q着＝nπDq＝1×π×40×0.8＝100.6L/s
着火罐冷却用水量：Q′着＝Q着T3＝1×π×40×0.8×570×60＝4297698L＝4298t
临近罐冷却用水流量：Q邻＝0.5nπDq＝0.5×3×π×40×0.7＝132L/s
临近罐冷却用水量：
Q′邻＝Q邻T3＝0.5×3×π×40×0.7×150×60＝1187522L＝1188t
总用水量：Q总＝Q灭水+Q′着+Q′邻＝8.883+4295+1188＝5495t。
水枪水炮数量计算：
冷却供给强度选择的为冷却水枪φ19mm时，水枪流量为7.5L/s；冷却着火罐水枪数量：
邻罐冷却选择自摆炮，冷却邻罐水枪数量：
泡沫枪炮数量计算：
人员数量计算：N人＝N冷着+3×N冷邻+1×N枪＝14+3×7+1×3＝38。
全液面：着火液面面积
消防泡沫量计算：泡沫灭火供给强度选择GB50151-2010中的0.1L/(s·m2)，连续供给时间为30min，以6％泡沫进行计算：
泡沫液流量:Q1＝A1×q1＝1257×0.1＝125.7L/s
泡沫液中水的流量：Q1水＝0.94×Q1＝0.94×125.7＝118.2L/s
泡沫液用量：Q′灭＝Q1×T1＝125.7×30×60＝226260L＝226.26t
泡沫原液用量：Q′1泡沫＝0.06×Q′1＝0.06×226.26＝13.6t
消防水的用量计算：
灭火用水量：Q灭水＝0.001×Q1×0.94＝0.001×226260×0.94＝213t
冷却水用量：
着火罐冷却用水流量：Q着＝nπDq＝1×π×40×0.6＝76L/s
着火罐冷却用水量：Q′着＝Q着T3＝1×π×40×0.6×150×60＝678584L＝679t
临近罐冷却用水流量：Q邻＝0.5nπDq＝0.5×3×π×40×0.7＝132L/s
临近罐冷却用水流量：
Q′邻＝Q邻T3＝0.5×3×π×40×0.7×150×60＝1187522L＝1188t
总用水量：Q总＝Q灭水+Q′着+Q′邻＝213+679+1188＝2080t
水枪水炮数量计算：冷却供给强度选择的为冷却水枪φ19mm时，水枪流量为7.5L/s
冷却着火罐水枪数量：
邻罐冷却选择自摆炮，冷却邻罐水枪数量：
泡沫枪炮数量计算：
人员数量计算：N人＝N冷着+3×N冷邻+1×N炮＝11+3×7+1×2＝34。
出现地面流淌火：假设地面流淌火为1000m2，实际面积由现场确定，以6％泡沫进行计算。
泡沫液流量:Q2＝A2×q2＝1000×0.2＝200L/s
泡沫液中水的流量：Q2水＝0.94×Q2＝0.94×200＝188L/s
泡沫液用量：Q2′＝A2×q2×T2＝1000×0.2×30×60＝360000L＝360t
泡沫原液用量：Q′2泡沫＝0.06×Q′2＝0.06×360＝21.6t
计算消防水的用量
灭火用水量：Q灭水＝0.001×Q′2×0.94＝0.001×360000×0.94＝338.4t
泡沫枪炮：
人员：N人＝1×N炮＝1×5＝5。
本发明工作效率高，当大型石油化工储罐发生火灾事故时，传统消防资源，力量的配置，分布都是基于现场指挥员的经验以及图片资料，并没有形成系统化，理论化的体系，往往增加了救援的难度和时间，而本发明能够在事故发生后能立即根据事故类型，储存物质类型等，计算出消防资源，消防力量理论用量以及预测用量，从而给予事故现场合理准确的消防力量预测。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种消防力量预测系统，其特征在于：包括主控模块(1)、火灾现场信息采集模块(2)、灭火剂需求预测模块(3)、消防冷却水需求预测模块(4)、消防装备需求预测模块(5)和消防人员需求预测模块(6)，所述主控模块(1)分别信号连接火灾现场信息采集模块(2)、灭火剂需求预测模块(3)、消防冷却水需求预测模块(4)、消防装备需求预测模块(5)和消防人员需求预测模块(6)；所述主控模块(1)通过无线传感器网络信号传输模块(7)连接后台监控中心(8)；
所述无线传感器网络信号传输模块(7)包括在油罐区内安置无线传感器，无线传感器节点可以有效采集到节点附近环境的温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这6个物理量参数；
当发生火灾时传感器采集信号，采集到的数据，可以通过构建的无线网络传输到后台监控服务器端，后台观察接收到的节点处的环境参数数据，再通过消防力量预测模块计算出理论用量以及预测用量；
所述灭火剂需求预测模块(3)包括灭火剂理论需求计算DLL函数和灭火剂预测需求计算DLL函数，其中，灭火剂理论需求计算DLL函数为：
a、固定顶立式罐的燃烧面积：A1＝πd2/4；式中A1为固定顶立式罐燃烧面积；d为储罐直径；
b、油池的燃烧面积：A2＝a×b；式中A2为液体流散火燃烧面积；a为油池长度；b为油池宽度；
c、固定顶立式罐灭火需用泡沫量：Q1理＝A1×q1×T1；
d、扑灭液体流散火需用泡沫量：Q2理＝A2×q2×T2；式中：Q1理为扑灭固定顶立式罐需用泡沫量，Q2理为扑灭液体流散火需用泡沫量，A1为固定顶立式罐燃烧面积，A2为液体流散火燃烧面积，q1为固定顶立式罐灭火泡沫剂供给强度，q2为扑灭液体流散火泡沫剂供给强度，T1为扑灭固定顶立式罐泡沫剂的供给时间，T2为扑灭液体流泡沫剂的供给时间；
灭火剂预测需求计算DLL函数：
式中
为泡沫炮有效作用系数，单只泡沫炮流量小于50L/s时，扑灭油罐火灾
扑灭流淌火
单只泡沫炮流量50L/s<q<100L/s时，扑灭油罐火灾
扑灭流淌火
单只泡沫炮流量100L/s<q<200L/s时，扑灭油罐火灾
扑灭流淌火
单只泡沫炮流量q>200L/s时，扑灭油罐火灾
扑灭流淌火
λ为综合影响系数，取1.05；q为泡沫剂供给强度，T为泡沫剂供给时间；
所述消防冷却水需求预测模块(4)包括冷却消防水理论需求计算DLL函数和冷却消防水预测需求计算DLL函数，其中，冷却消防水理论需求计算DLL函数：
a、着火罐冷却水用量计算：Q着＝n1A4q4T4
式中：Q着为着火罐冷却用水量；n1为同一时间内着火罐的数量；A4为着火罐表面积；q4为以面积计算着火罐时的冷却水供给强度；T4为冷却水的连续供给时间；
b、邻近罐冷却用水量计算：
Q邻＝0.5n2A6q6T6，其中，Q邻为邻近罐冷却用水量；n2为需同时冷却的邻近罐的数量；A6为邻近罐表面积；q6为以面积计算临近罐时的冷却水供给强度；T6为冷却水的连续供给时间；
c、配制泡沫的灭火用水量：
Q灭火剂＝a×Q混；式中：Q灭火剂为配制泡沫的灭火用水量；a为泡沫混合液中含水率；Q混为泡沫混合液量；
d、总用水量：QW理论＝Q灭火剂+Q着+Q邻；
冷却消防水预测需求计算DLL函数：
式中
为水炮有效作用系数；所述消防装备需求预测模块(5)包括消防装备需求计算DLL函数、水罐车数量DLL函数、泡沫消防车数量DLL函数；其中，消防装备需求计算DLL函数：
a、冷却着火罐所需移动炮数量：
式中：N冷着为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷着为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；
为水炮有效作用系数；λ为综合影响系数，取1.05；
b、冷却邻近罐所需移动炮数量：
式中：N冷邻为冷却着火罐所需水炮数量；Q冷邻为火场冷却用水总量；q炮为冷却水炮流量；λ为综合影响系数，取1.05；
c、冷却需要移动炮总数：N水炮＝N冷着+N冷邻，N水炮为冷却需要水炮总数；
d、移动泡沫炮数量：
式中：N炮为消防泡沫炮需求，q炮为泡沫炮的实际流量，
为泡沫炮有效作用系数，为综合影响系数，取1.05，q为泡沫剂供给强度，T为泡沫剂供给时间，d为储罐直径；
水罐车数量DLL函数：N水罐＝QW/q水罐车，式中：N水罐为水罐车台数，q水罐车为水罐车的出水量，QW为总用水量；
泡沫消防车数量DLL函数：N泡沫消防车＝QEx实/q泡沫车；式中：N泡沫消防车为泡沫消防车数量；q泡沫车为泡沫消防车流量。
2.根据权利要求1所述的一种消防力量预测系统，其特征在于：所述消防人员需求预测模块(6)包括消防人员需求计算DLL函数：N消防人员＝N水冷+N泡沫+N罐车+N其他人员；式中：N消防人员为消防应急人员需求最少量；N水冷为操作水枪水泡所需人员数量；N泡沫为操作泡沫枪泡沫炮所需人员数量；N其他人员为消防指挥人员、通信人员，火情侦察人员数量。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的一种消防力量预测系统在火灾救援现场的应用。
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