CN111437543A - 一种用于压裂车的消防装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂车的消防装置及其控制方法，包括压裂车，压裂车上设置有消防控制箱7，触发控制线束5，灭火喷射装置6，热像仪1；热像仪1将相关信号传至控制器分析，温度达到报警设定值后，蜂鸣器11响，指示灯14亮，温度达到设定触发值且延时时间到后，控制器经触发控制线束5传输执行信号，灭火喷射装置6内部的气溶胶便迅速覆盖火灾区域；控制箱7同时输出台上发动机熄火信号，切断压裂车上油路与散热风扇主动力；参数值通过PC机下载至控制器，对发动机、传动箱、压裂泵等不同区域分设不同的温度阈值，依据绝对温度与温升速率并用的规则来判断与预测火情；该消防装置解决了压裂车火灾检测误报漏报和灭火效率低的问题。

Description

一种用于压裂车的消防装置及其控制方法

技术领域

本发明属于石油、页岩气、煤层气开发设备技术领域，涉及一种压裂车的消防装置。

背景技术

压裂车是提高油气采收率以及页岩气开发生产的重要装备，我国目前已进入“工厂化压裂”时代，大排量、高压力的压裂工艺使得由发动机、传动箱、压裂泵等压裂设备引起的火灾事故时有发生，因此压裂车急需要一套能有效防止火灾发生、能快速灭火的消防装置，目前压裂车随车配备的消防装置多是手持式干粉灭火器，没有相应的自动检测火灾元件接入，无法实现火灾预防；针对火灾检测，通常采用气体传感器、烟感探测器，虽能起到火灾的报警功能，但不适合于户外压裂井场空气流通这种场所，且手持式干粉灭火器覆盖面小，效率上较差，无法及时灭火，维护性能也欠佳，每半年就要检查一次，每一年就要更换一次药剂，给使用者带来不便。

另一方面，压裂车顶部散热器内防冻液、底部油箱内柴油、润滑油箱内机油等在高温下均属易燃液体，压裂车台上发动机在正常作业下的转速为1900rpm，当火灾发生时如果发动机没有快速停机，散热管路内含有防冻液的冷却水、润滑管路内的机油、柴油机输油管路内的柴油就仍在发动机动力驱动下高速循环流动，当火灾发生后这些液体在内部管道一定压力下喷射而出，遇明火就会形成流动的火龙，在高速旋转的散热风扇驱动下，流动的火势更具扩散性，加剧了火情，因此压裂车急需要一套不仅能灭火，还能快速使台上发动机停机的消防装置以阻止单台车辆的火势扩散。

因此设计一种能高效防火灭火的装置是目前压裂车消防面临的一个现实难题，压裂车用的消防装置要能随时预防火情，及时扑灭火灾，发生火灾后第一时间内能使车台发动机熄火，且不影响后续正常作业，维护简便易行，最终也提高了压裂车的整体工作稳定性，为长时间不间断的“工厂化压裂”提供了有力的装备保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种压裂车的消防装置及其控制方法，解决了现有压裂车在使用过程中出现的火灾检测漏报与误报以及灭火效率低的问题，不仅能及时灭火，还能在火灾发生前根据趋势提供报警信号警示操作人员，有效预防火灾的发生，同时不对压裂车电气线路形成伤害，对环境无污染。本发明的技术方案是，一种压裂车的消防装置及其控制方法，包括压裂车，所述压裂车上设置有灭火喷射装置6，触发控制线束5，热像仪1，控制线束2，网线3，控制箱7；可选的PC机4设在仪表车上进行远程监控，所述的灭火喷射装置6内部存储有一定量的气溶胶灭火材料，灭火喷射装置6在受到电触发启动后气溶胶体积增大并释放出来，迅速覆盖火灾区域以达到灭火目的；所述的触发控制线束5负责向灭火喷射装置6传输触发信号，由多根一定长度(比如3米)为一组的电缆组合而成；所述的热像仪1随车固定安装在监测区域上方附近位置，其中网线3传递温度信号、热像图、视频信号，控制线束2提供电源与开关量输出信号，监测区域包括车台发动机、传动箱与发动机表面，非接触式检测设备表面温度是否达到所设火灾报警与灭火触发温度值；所述的控制箱7是整个消防装置的控制中心，箱内有嵌入式控制器、IO接线板、以太网接口板、电源等，当检测到温度值达到设定报警值后，系统发出声光报警信号提示人们有可能发生火灾，起到预防作用，当检测到温度值达到设定触发值，在设定延时时间到后，控制箱自动输出信号至灭火喷射装置6执行灭火，工作期间，可选PC机运行软件通过网线在仪表车内与消防控制箱联网监测管理整个状态。

本发明的用于压裂车的消防装置及其控制方法，其特征还在于：

所述的控制箱其面板布置有电源开关5，PC通讯口12，紧急灭火键10，蜂鸣器11，电源指示灯13，报警指示灯14，热像仪异常指示灯15，灭火剂释放指示灯16，灭火剂释放指示灯17。

所述的嵌入式控制器内置的运行软件具有多重报警触发方式，按不同等级报警输出；对发动机、传动箱、压裂泵不同区域分设不同的报警值，报警规则采用绝对值与相对值(温升速率)并用；软件同时具有分析存储的功能，在热像仪对首先起火的着火点探测后，发生时间与起火位置以及热像视频均自动保存。

所述的嵌入式控制器在检测分析到温度异常需要灭火后，在发出灭火触发控制信号同时，也发出使压裂车发动机紧急熄火的信号，且控制器同时有三种灭火控制模式：自动灭火控制模式、手动灭火控制模式、远程灭火控制模式，自动控制灭火模式是在热像仪检测温度达到设定值后，自动触发灭火，手动灭火控制模式是在按下面板紧急灭火，无需延时，远程灭火控制模式是通过远程PC运行管理软件立即灭火，无需延时。

所述的触发控制线束5包括DEUTSHCH电气插接件23，每组单元电缆终端均预制有DEUTSHCH电气插接件23，线束可由多组电缆经电气插接件组合而成。

所述的热像仪1既可采用以太网通讯传输温度信号，也可通过控制线束只发出达到设定温度值后的开关量信号；也可通过网线向PC机传输热像图信号与视频信号。

所述的网线与控制线束采用M12接头的预制电缆，安装时只需要在终端旋转插入即可，螺纹连接保证了信号传输在物理上的可靠。

所述的灭火喷射装置6采用对人体无伤害对环境无污染的气溶胶，气溶胶中所含固体颗粒直径小于1μm，具有气体流动性，对设备无腐蚀，沉降少，不伤害压裂车电气元件。

本发明的有益效果是，包括以下几个方面：

1)有效预防火灾，在压裂车上布置热像仪可实时监测发动机、传动箱、压裂泵等重要敏感设备的表面温度，实时在线检测到温度达到报警值而非触发灭火值时只报警而不灭火，以提醒操作人员进行检查维护从而避免设备继续恶化为火灾。

2)高效灭火，根据监测范围大小，在压裂车上敏感区域布置多个灭火喷射装置，四边对角状覆盖保护区后，灭火器喷射出的气溶胶流动性好，可绕过障碍物很快全淹没保护区，迅速扑灭火势。

3)有效避免误报漏报，对保护对象不同区域分设不同的报警值，报警规则采用绝对值与相对值(温升速率)并用，可有效区分正常工作状态与火灾状态，避免了不报警和误报警。

4)阻止压裂车火情蔓延，在检测到火灾发生后，第一时间内切断压裂车动力源即发动机，使散热风扇不再转动，油管不再供油，从而阻止单台压裂车的火势蔓延至邻近压裂车上。

5)安装与维护便捷，灭火器与感温元件均采用总线型电气连接，一根线束中通过插接件快速互连和插拨，安装快；所用灭火喷射装置15年才更换一次灭火材料，且常温常压下安装存储，维护便利。

6)环保且不伤害压裂车电气系统，所用灭火剂为对人体无危害的气溶胶，对臭氧层不产生破坏，对压裂车设备无腐蚀，沉降物少，不影响电气元件正常工作。

7)方便火灾事故调查，在探测到火情后，自动进行热像视频录制，首火警点发生的时间与位置自动保存。

附图说明

图1是本发明的压裂车消防装置安装示意图；

图2是本发明的压裂车消防装置控制箱面板布局图；

图3是本发明的压裂车热像仪结构示意图；

图4是本发明的压裂车消防装置控制原理图；

图5是本发明的压裂车消防装置灭火喷射装置连接图。

图中，1.热像仪，2.控制线束，3.网线，4.PC机，5.触发控制线束，6.灭火喷射装置，7.消防控制箱，8.电源开关，9.复位键，10.紧急灭火键，11.蜂鸣器，12.PC通讯口，13.电源指示灯，14.报警指示灯，15.热像仪异常指示灯，16.灭火剂释放指示灯，17.灭火器故障指示灯，18.成像电路组件，19.安装支架，20.热成像镜头，21.红外探测器，22.M12连接器，23.DEUTSHCH电气插接件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的消防装置安装在压裂车上装设备上，首先将控制箱7安装在压裂车蓄电池附近，将热像仪1通过网线与控制线束从控制箱7引出后固定安装在保护对象附近上方，热像仪的安装数量与安装角度与高度根据监测范围适时调整，以能覆盖被保护对象或重点监测设备区域为准，重点监测设备区域包括发动机、传动箱、压裂泵表面，通常将热像仪安装在压裂车最高处一发动机水箱侧；将触发控制线束5从控制箱7中引出接至灭火喷射装置6上；灭火喷射装置6依火灾易发生程度布置在保护对象周围，可布置多个灭火器以覆盖发动机、传动箱、压裂泵等重点防火区域，灭火喷射装置6布置的最大数量以总触发电流不大于控制器驱动电流为限，通常是4个灭火喷射装置呈对角布置，这样灭火剂喷射覆盖范围最佳也最经济，多个灭火喷射装置通过触发线束1相互进行级联；作为可选项，PC机可通过网线在仪表车内运行管理软件对整套消防装置进行设置管理与状态监测，若没有PC机，控制箱也可独立完成消防监测与控制。

参照图2，本发明的消防装置控制箱面板布局，操作人员将整套消防装置安好打开电源开关，观察电源指示灯13为绿色表正常后，将网线插入PC通讯口，用PC机运行管理软件下载参数设定值给控制箱，控制箱内控制器自动执行设定程序；当热像仪检测到温度达到报警设定值时，报警灯10亮，蜂鸣器11响，温度达到触发设定值且当延时一定时间后触发喷射装置灭火、熄灭发动机，灭火喷射装置6喷射完后，灭火剂释放指示灯16亮；当遇到紧急情况下需要立即触发灭火时，按下紧急灭火键10，不需要延时就立刻触发灭火喷射装置6灭火与发动机熄火；系统还有自我检测功能，当检测到热像仪断路或短路等不正常工作时，热像仪异常指示灯15亮，检测到灭火喷射装置6断路或短路异常时，灭火剂释放指示灯17亮；当火警解除，按下复位键后声光报警装置恢复正常。

对照图3，热像仪由热成像镜头1，成像电路组件2，红外探测器3，M12连接器4，控制线束5，安装支架6组成。热成像镜头1主要实现压裂车上监控设备热辐射的汇聚成像，成像电路组件2由探测器接口板、主处理板、驱动板和电源板等组成，实现上电控制、信号采集、信号传输、信号转换和接口通讯等功能。红外探测器3主要将经热成像镜头传输汇聚的红外辐射信号转换为电信号，信号经M12连接器4与控制线束5传输至消防控制箱。

参照图4，本发明的消防装置控制原理与控制方法是：

控制箱7内设置的嵌入式控制器内运行有底层程序，是整个消防装置的大脑，起核心运算作用，压裂车上监控设备的红外热辐射信号经成像电路组件转化为电信号传至消防控制箱后，经嵌入式控制器分析运算，当压裂车监控设备温度超过设定报警值时，控制箱面板报警指示灯亮，当温度超过设定触发值时，发出灭火控制信号，经触发电缆传送至灭火喷射装置后，释放汽溶胶进行灭火，声光报警装置发出火警报警声响，火警指示灯亮；同时嵌入式控制器通过IO接口板发出发动机熄火指令，发动机ECU装置自动将发动机停熄；报警信号与触发信号同时通过控制箱以太网接口和网线向仪表车或其它远程控制中心传输，上位机通过以太网与之通讯，采集报警与灭火等状态信息以及远程控制灭火。

报警温度值与灭火触发温度值的设定均是通过网线与上位机通讯，在上位机中设置好后下载至消防嵌入式控制器中运行，灭火触发值的设定依据采取两种规则：依据绝对温度值与温升速率(在设定时间内温度上升超过设定值)值判别，两种规则根据不同情况选取，绝对温度值与温升速率值均可独立设定。灭火触发值与报警温度值的设定根据不同区域分设，压裂车上发动机、传动箱、压裂泵等分设不同的报警与触发值，根据不同设备区域的分设值区分正常工作与火灾状态，以防止误报警和误触发灭火。

控制器软件还可对首先起火的着火点进行探测，在收到热像仪捕捉到的火警温度信号后，自动打开视频录制，发生时间与起火位置以及视频图像均自动保存。

控制器还有自我诊断功能，当灭火喷射装置与热像仪与正常阻值相差较大时，控制器会输出故障信号至面板，提醒更换灭火器或热像仪；

控制器有三种工作模式：自动灭火、手动灭火、远程灭火，三种模式同时工作。

1)自动灭火模式。

热像仪的温度信号经网线传至嵌入式控制器分析运算，若温度达到报警值后，输出信号至仪表车内的PC机进行报警显示，控制面板上的火警指示灯与蜂鸣器动作，提示有可能发生火灾，操作人员应检查设备；若温度达到触发值后，经设定的延时时间之后发出灭火信号与发动机熄火信号，设定延时是为了防止热像仪本身出故障或偶尔高温但仍属正常下出现误报警，延时时间的设定通过上位机设置进行。

2)手动灭火模式。

无论热像仪的温度信号是否达到设定值，只要按下相应键，嵌入式控制器不需要延时就直接输出灭火信号与发动机熄火信号，适用于紧急情况下，操作人员发现压裂车在控制器未发出火灾报警信号但有着火迹象时，按下压裂车消防装置控制箱面板上的紧急灭火键，紧急触发灭火喷射装置执行灭火。

3)远程灭火模式。

在仪表车或其它远离消防装置控制箱的地方，通过计算机运行控制软件，在必要时直接下发灭火指令，通过以太网远程传输信号至消防控制器后触发灭火喷射装置完成灭火。

参照图5，当需要布置多个灭火喷射装置以增大灭火覆盖范围时，多个灭火喷射装置可采用总线型结构，使用触发控制线束5中的DEUTSHCH电气插接件将多组单元电缆连成一条总线即可。

本发明所用的灭火喷射装置基主要成份为气溶胶，喷射出的气溶胶中所含固体颗粒直径小于1μm，远小于通常干粉灭火器所用固体颗粒直径，具有气体流动性，可迅绕过障碍物全淹没保护区，且持久性强，有效阻止复燃。

本发明所用的灭火剂对臭氧层不产生破坏，对压裂车设备无腐蚀，沉降物少，不影响电气元件正常工作。

本发明基于嵌入式控制技术结合热成像技术与最新气溶胶灭火材料，解决了压裂车在使用过程中出现的火灾检测慢与灭火效率低的问题，不仅有效预防了压裂车单车火灾的发生，还能及时切断压裂动力源不扩大火情进而及时灭火不复燃，同时不伤害压裂车电气系统，灭火后不影响压裂车的二次使用，灭火材料对环境无污染，提高了压裂车的安全性能，是目前压裂车实用可靠的消防解决方案。

Claims (8)

1.一种压裂车的消防装置及其控制方法，包括压裂车，所述压裂车上设置有灭火喷射装置6，触发控制线束5，热像仪1，控制线束2，网线3，控制箱7；可选的PC机4设在仪表车上进行远程监控，所述的灭火喷射装置6内部存储有一定量的气溶胶灭火材料，灭火喷射装置6在受到电触发启动后气溶胶体积增大并释放出来，迅速覆盖火灾区域以达到灭火目的；所述的触发控制线束5负责向灭火喷射装置6传输触发信号，由多根一定长度(比如3米)为一组的电缆组合而成；所述的热像仪1随车固定安装在监测区域上方附近位置，其中网线3传递温度信号、热像图、视频信号，控制线束2提供电源与开关量输出信号，监测区域包括车台发动机、传动箱与发动机表面，非接触式检测设备表面温度是否达到所设火灾报警与灭火触发温度值；所述的控制箱7是整个消防装置的控制中心，箱内有嵌入式控制器、IO接线板、以太网接口板、电源等，当检测到温度值达到设定报警值后，系统发出声光报警信号提示人们有可能发生火灾，起到预防作用，当检测到温度值达到设定触发值，在设定延时时间到后，控制箱自动输出信号至灭火喷射装置6执行灭火，工作期间，可选PC机通过网线在仪表车内与消防控制箱联网监测管理整个状态。

2.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的控制箱其面板布置有电源开关5，PC通讯口12，紧急灭火键10，蜂鸣器11，电源指示灯13，报警指示灯14，热像仪异常指示灯15，灭火剂释放指示灯16，灭火剂释放指示灯17。

3.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的嵌入式控制器内置的运行软件具有多重报警触发方式，按不同等级报警输出；对发动机、传动箱、压裂泵不同区域分设不同的报警值，报警规则采用绝对值与相对值(温升速率)并用；软件同时具有分析存储的功能，在热像仪对首先起火的着火点探测到后，发生时间与起火位置以及热像视频均自动保存。

4.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的嵌入式控制器在检测分析到温度异常需要灭火后，在发出灭火触发控制信号同时，也发出使压裂车发动机紧急熄火的信号，且控制器同时有三种灭火控制模式：自动灭火控制模式、手动灭火控制模式、远程灭火控制模式，自动控制灭火模式是在热像仪检测温度达到设定值后，自动触发灭火，手动灭火控制模式是在按下面板紧急灭火无需延时，远程灭火控制模式是通过远程PC运行管理软件立即灭火，无需延时。

5.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的触发控制线束包括防水电气插接件，每组单元电缆终端均预制有防水电气插接件，线束可由多组电缆经电气插接件组合而成，所述的灭火喷射装置6是用触发控制线束连接成总线结构。

6.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的热像仪1既可采用以太网通讯传输温度信号，也可通过控制线束只发出达到设定温度值后的开关量信号；也可通过网线向PC机传输热像图信号与视频信号；所述的网线与控制线束采用M12接头的预制电缆，安装时只需要在终端旋转插入即可。

7.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的灭火喷射装置6采用对人体无伤害对环境无污染的气溶胶。

8.根据权利要求1所述的压裂车用的消防装置及其控制方法，其特征在于，还包括所述的控制器具有自我诊断功能，当灭火喷射装置与热像仪与正常阻值相差较大时，控制器会输出故障信号至面板，提醒更换灭火器或热像仪。

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