一种用于化工厂区的智能消防系统及其控制方法与流程

本发明涉及消防系统，特别是指一种用于化工厂区的智能消防系统及其控制方法。

背景技术：

1、由于化工厂区存在众多的化工原料，而化工原料具有易燃、易爆的特性，化工生产装置也会因超温、超压等因素而发生爆炸。同时，化工原料具有易泄、易淌、易流的特性，化工生产装置又多为竖直筑架，管道纵横交错，孔洞缝隙互为贯通，当有火灾发生时易形成立体燃烧，立体燃烧具有灭火难度大、危险传递速度快等特性。另外，液态的化工原料发生漏料、冒料、跑料时会引发流淌火灾，特别是在火灾发生后会导致化工原料容器破损，极易形成流淌火灾。因此，化工厂区的火灾发生形式多样，火情极其复杂，传统技术中单一灭火介质的消防设置无法快速、高效地控制火情。

2、因此，现有技术中出现了多种双灭火介质消防系统，如申请公布日为2021.07.20、申请公布号为cn 113134189 a的中国发明专利申请，以及该发明专利申请的背景技术中引用的多种其他类型的双灭火介质消防系统。而该发明专利申请公开的是一种喷射混合消防装置，包括喷水嘴和喷粉嘴，喷水嘴环绕设置于喷粉嘴的外部，喷粉嘴的喷粉口设置于喷水嘴喷水口的后方，喷粉嘴内喷出的灭火剂粉末与喷水嘴内喷出的水流在消防装置外的空中混合，灭火剂粉末优选是聚丙烯酸钠树脂粉末。即，上述技术方案采用水-固基灭火剂，由于聚丙烯酸钠树脂粉末遇水后会急速膨胀，因此将喷水嘴环绕设置于喷粉嘴的外部且喷粉嘴的喷粉口设置于喷水嘴喷水口的后方，防止水与聚丙烯酸钠树脂粉末过早接触而发生阻塞。

3、但是，上述发明专利申请的技术方案仍存在以下不足：

4、第一，虽然采用水和聚丙烯酸钠树脂粉末两种灭火介质，在两种灭火介质喷出混合后形成凝胶，但是起主要灭火作用的仍是凝胶中储存的水冷降温作用，而凝胶只能附着在物体表面，其实质只是水冷和隔氧式的物理灭火形式，无法对化工厂区形成的立体燃烧进行有效控制。

5、第二，只能适用于聚丙烯酸钠树脂粉末这种高吸水性的粉末灭火介质，无法适用于切断燃烧链的超细干粉灭火剂，若超细干粉灭火剂裹挟在水柱之中，则超细干粉灭火剂中的无机盐的挥发性分解物难以分解，则与燃烧过程中燃料所产生的自由基或活性基团发生化学抑制和负催化作用，也就无法使燃烧的链反应中断而灭火。

6、第三，如其说明书所记载，在其技术方案中水和聚丙烯酸钠树脂粉末两种灭火介质混合效果不如现有套管式混合射流系统，聚丙烯酸钠树脂粉末需要在水柱到达着火点的过程中大量吸收水柱中的水分子，在附着到着火物体之后仍要继续吸收水分子，不仅导致灭火的作用效率较低，而且与水冷降温灭火的目的相驳。

7、综上所述，设计一种适用于化工厂区流淌燃烧、立体燃烧灭火，且能适用于高吸水性树脂粉末灭火剂、超细干粉灭火剂的高效的复合射流消防系统是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于化工厂区的智能消防系统及其控制方法及其监测方法，本发明解决了现有消防系统无法适用于化工厂区流淌燃烧、立体燃烧灭火，且能适用于高吸水性树脂粉末灭火剂、超细干粉灭火剂的技术问题。

2、本技术的技术方案为：

3、一种用于化工厂区的智能消防系统，包括与控制单元相连的消防射流单元，所述射流单元包括喷粉通道、喷水通道，所述喷水通道嵌套在喷粉通道的外周；即喷水通道包络在喷粉通道的外周，其中喷粉通道与喷水通道优选采用为同心设置，喷粉通道的截面为圆形或环形，则喷水通道的截面为环形，两者同心设置，则喷粉通道的各处外缘距离喷水通道的对应内缘之间的距离相同。所述喷水通道与高压水泵送单元、泡沫灭火剂高压泵送单元相连，所述喷粉通道与超细干粉灭火剂泵送单元、高吸水性树脂粉末灭火剂泵送单元相连；即喷水通道同时与高压水泵送单元和泡沫灭火剂高压泵送单元相连，但是在消防系统启动时，可以控制喷水通道单独与高压水泵送单元连通或单独与泡沫灭火剂高压泵送单元连通，高压水泵送单元和泡沫灭火剂高压泵送单元不会同时与喷水通道连通。所述喷粉通道与喷水通道之间嵌套有第三通道，所述第三通道与液氮高压泵送单元、液态二氧化碳高压泵送单元相连；即第三通道同时与液氮高压泵送单元、液态二氧化碳高压泵送单元相连，但是在消防系统启动时，可以控制第三通道单独与液氮高压泵送单元、液态二氧化碳高压泵送单元连通，液氮高压泵送单元、液态二氧化碳高压泵送单元不会同时与第三通道连通；其中，所述第三通道优选采用与喷粉通道、喷水通道同心设置，即喷粉通道的截面为圆形或环形，则喷水通道的截面为同心的环形，第三通道的截面也为同心的环形。所述喷粉通道的外壁上设置有旋流叶片，所述旋流叶片通过电磁单元的驱动插入第三通道的流通截面内或缩入喷粉通道的外壁内；即通过电磁单元的磁力作用，所述旋流叶片可以隐藏在喷粉通道的外壁内而不遮挡第三通道内的灭火介质射流，使喷粉通道射出的灭火介质通过第三通道产生的灭火介质射流屏障而与喷水通道射出的灭火介质相互隔离，所述旋流叶片也可以插入第三通道的流通截面内而与其中的灭火介质相互作用，使第三通道内的灭火介质射出后形成旋流，使喷粉通道射出的灭火介质通过第三通道产生的灭火介质旋流而与喷水通道射出的灭火介质充分混合。

4、进一步地，所述喷粉通道的外壁包括相互嵌套的主壁和旋转套，所述旋流叶片设置在旋转套上。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的结构形式，即将喷粉通道的外壁设置为两部分，一部分为位置始终固定不变的主臂，另一部分为转动套接在主壁外周的旋转套，当旋流叶片插入第三通道的截面内时，则第三通道内的灭火介质冲击旋流叶片后，会带动旋转套相对主壁旋转，进而使第三通道内的灭火介质产生更加强烈的旋流，相比于周向位置固定设置的旋流叶片而言，可以使喷粉通道射出的灭火介质与喷水通道射出的灭火介质混合的更加高效、充分。

5、进一步地，所述旋转套的内壁设置有旋转环槽，所述主壁的外周设置有与旋转环槽配合的环形凸起，所述环形凸起设置在阶梯形的主壁的小径段，所述主壁的大径段的外径与所述旋转套的外径相等。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的结构形式，即旋转套通过旋转环槽与环形凸起实现轴向定位，而不用通过电磁单元或其他结构对旋转套进行轴向定位；同时，将主壁设置为与旋转套相匹配的阶梯形，可以保证第三通道内射出的灭火介质不会因通道内壁尺寸不规则而产生不必要的旋流，只有在旋流叶片伸出时才会激发出所需的涡流。

6、进一步地，所述旋转套设置在主壁的喷射端口处，阶梯形的主壁的台阶面与旋转套的内端面之间相互背离倾斜设置，所述台阶面与内端面之间形成通向旋转套内环面的楔形通道，所述旋转套的旋转套外端面与主壁的主壁外端面构成流线型轮廓面。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的结构形式，所述楔形通道具有两个显著的作用效果，第一个作用效果是使旋转套的旋转更加顺畅，原因在于第三通道内的灭火介质能够通过楔形通道进入旋转套的内壁与主壁的外壁之间，进而形成液膜或气膜，进而避免旋转套余主壁之间产生硬摩擦，也无需设置其他类型的润滑结构，另外，第三通道输送的灭火介质也限制了其他润滑结构的设置；第二个作用效果是在旋转套与主壁之间的出口位置形成了气刀膜或液刀膜，进一步增强了隔离效果，即充分保证了所述喷粉通道射出的灭火介质通过第三通道产生的灭火介质射流屏障而与喷水通道射出的灭火介质相互隔离的效果。同时，所述流线型轮廓面也能避免在射流端口处产生不必要的涡流，进一步提升两种灭火介质的隔离效果。

7、进一步地，所述旋转套的周向方向上设置有径向贯通的旋流叶片安装孔，所述旋流叶片安装孔的内端部设置有堵头，所述堵头连接有用于牵引旋流叶片缩入旋流叶片安装孔的拉簧。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的结构形式，径向贯通旋转套的旋流叶片安装孔不仅便于加工，而且便于旋流叶片、拉簧的安装与调试；同时，拉簧可以始终拉紧旋流叶片，当旋流叶片无需插入第三通道时，通过拉簧即可保证其隐藏于旋流叶片安装孔内，不用通过电磁单元吸附所述旋流叶片。当然，所述电磁单元中吸附旋流叶片隐藏在旋流叶片安装孔的磁吸控制，也可以与拉簧同时作用。

8、进一步地，所述第三通道的外壁的外端口与喷水通道的外壁的外端口平齐，所述喷粉通道的外壁的外端口位于第三通道的外壁的外端口内侧。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的结构形式，既在旋流叶片未作用时提升了两种灭火介质相互隔离的效果，又在旋流叶片作用时提升了两种灭火介质相互混合的效果。

9、进一步地，所述电磁单元包括与第三通道的外壁形成的第一电磁套筒、与主壁形成的第二电磁套筒，所述电磁单元控制第一电磁套筒与第二电磁套筒内外壁的磁性变化。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的控制形式，分别设置第一电磁套筒和第二电磁套筒，两者可以与所述拉簧相互作用，提高旋流叶片的响应速度、降低旋转套的摩擦阻力；即当需要旋流叶片伸出时，第一电磁套筒产生吸附所述旋转套和旋流叶片的磁力，同时第二电磁套筒产生排斥所述旋转套和旋流叶片的磁力；当需要旋流叶片隐藏在旋流叶片安装孔内时，既可以控制第一电磁套筒产生排斥所述旋转套和旋流叶片的磁力，同时第二电磁套筒产生吸附所述旋转套和旋流叶片的磁力，又可以控制第一电磁套筒产生排斥所述旋转套和旋流叶片的磁力，而第二电磁套筒不作用，还可以控制第一电磁套筒不作用，而控制第二电磁套筒产生吸附所述旋转套和旋流叶片的磁力，还可以仅靠拉簧的作用将旋流叶片隐藏在旋流叶片安装孔内。

10、进一步地，所述喷水通道的流通截面大于喷粉通道的流通截面及第三通道的流通截面，所述第三通道的流通截面小于喷粉通道的流通截面，所述第一电磁套筒的厚度、主壁的厚度均大于喷水通道外壁的厚度。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的控制形式，所述流通截面的大小关系是基于各个通道内灭火介质的不同、隔离目的、混合目的的综合考虑而设计的，例如当喷粉通道喷射高吸水性树脂粉末灭火剂、第三通道喷射液氮、喷水通道喷射水时，由于高吸水性树脂粉末灭火剂具有强吸水性和保水性，能吸收自身质量几百倍甚至上千倍的水，因此喷水通道的流通截面要大于喷粉通道的流通截面，由于液氮具有超低温性能和极易挥发性，若其流量大则会导致相邻的喷水通道内的水结冰，则会影响高吸水性树脂粉末灭火剂吸水；液氮也是丙烯酸酯基或丙烯酰胺基聚合物的引发剂，会使其中的丙烯酸酯基或丙烯酰胺基发生聚合反应，生成高分子量的聚合物，这种聚合反应可以在常温常压下进行，不需要高温高压等极端条件，液氮引发聚合反应的优点在于液氮的温度极低，可以有效地降低聚合反应的活化能，从而促进聚合反应的进行，这种聚合反应能够提高聚合物的分子量，从而改善聚合物的物理和化学性能，如强度、韧性、耐腐蚀性等，液氮引发丙烯酸酯基或丙烯酰胺基聚合物后生成的聚合物，使其性能变得更好，但是若液氮的量过大则会导致高吸水性树脂粉末灭火剂变差，因此所述喷水通道的流通截面大于喷粉通道的流通截面及第三通道的流通截面，所述第三通道的流通截面小于喷粉通道的流通截面。同样地，当喷粉通道喷射超细干粉灭火剂、第三通道喷射液态二氧化碳、喷水通道喷射泡沫灭火剂时，由于超细干粉灭火剂是用于阻断燃烧链，因此可以用于立体火情灭火，若超细干粉灭火剂混入泡沫灭火剂射流内，则一部分超细干粉灭火剂微粒无法从泡沫灭火剂中飞出来而影响灭火效果，若超细干粉灭火剂混入泡沫灭火剂射流后从泡沫灭火剂内中飘飞出来，则形成云团状的气溶胶，无法实现将远距离喷射，也无法与泡沫灭火剂协同灭火，因此上述流通截面的大小就是保证了超细干粉灭火剂既能够随液态二氧化碳射流而实现远距离喷射，又避免了超细干粉灭火剂混入泡沫灭火剂射流而无法逃逸或逃逸后形成云团状的气溶胶。同时，由于液态二氧化碳也具有低温性质和易挥发的性质，但是温度相对液氮大大升高，能够降低泡沫灭火剂中泡沫的韧性，但又不至于使其完全失去韧性，因此能够提升泡沫灭火剂的灭火效果，因此液态二氧化碳的流量要小于超细干粉灭火剂的流量及泡沫灭火剂的流量。所述主壁的厚度也是基于各个通道内灭火介质的不同、隔离目的、混合目的的综合考虑而设计的。

11、进一步地，所述消防射流单元设置有若干个，各个消防射流单元均通过转向机构阵列设置在消防机架上，所述机架上设置有水幕射流单元，所述水幕射流单元包括若干个分别围绕各个射流单元的水幕射流组，所述控制单元通过火情监测模块独立控制各个消防射流单元和水幕射流单元。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了用于化工厂区的智能消防系统更优的控制形式，通过水幕射流组可以先在火源周围形成水幕，防止火焰和热气的蔓延，需要特别说明的是，所述水幕射流组并非是相互孤立的，而是可以灵活组合的，即水幕的长和宽均是灵活可调的，通过启动不同的电磁阀即可控制不同位置的水幕开启，因此可以便捷地与火情监测模块相互适配。

12、一种智能消防系统控制方法，采用上述智能消防系统，在常态时，所述旋流叶片在拉簧的作用下处于旋流叶片安装孔内，火情监测模块根据视频监测单元、温湿度检测单元及定位单元监测化工厂区的实时状态。

13、当火情监测模块监测到特定位置发生火灾时，控制系统首先控制围绕所述特定位置的水幕射流单元开启，同时通过控制转向机构将消防射流单元的射流口调节至指向所述特定位置，然后控制系统根据火情的不同分别启用不同的灭火模式。

14、当火情为非立体燃烧火情时，控制系统控制灭火模式一启动，控制高吸水性树脂粉末灭火剂泵送单元启动并与所述喷粉通道连通，控制液氮高压泵送单元启动并与第三通道连通，控制高压水泵送单元启动并与喷水通道连通，控制第二电磁套筒产生排斥旋转套及旋流叶片的磁力，控制第一电磁套筒产生吸附旋流叶片的磁力，旋流叶片伸入至第三通道的流通截面内，在喷粉通道的射流口处，高吸水性树脂粉末灭火剂射流与水射流之间通过液氮射流隔离，由于液氮射流冲击旋流叶片而带动旋转套旋转，液氮射流穿出第三通道后会形成液氮旋流，液氮同时提高高吸水性树脂粉末灭火剂分子量、降低水射流的温度，且液氮旋流在喷水通道外将高吸水性树脂粉末灭火剂混入水射流而形成低温的灭火凝胶，实现凝胶射流、水射流、液氮射流的协同灭火；

15、当火情为立体燃烧火情时，控制系统控制灭火模式二启动，控制超细干粉灭火剂泵送单元启动并与所述喷粉通道连通，控制液态二氧化碳高压泵送单元启动并与第三通道连通，控制泡沫灭火剂高压泵送单元启动并与喷水通道连通，控制第二电磁套筒产生吸附旋转套及旋流叶片的磁力，控制第一电磁套筒产生排斥旋流叶片的磁力，旋流叶片持续缩入旋流叶片安装孔内，在喷粉通道的射流口处，超细干粉灭火剂射流与泡沫灭火剂泵送单元之间通过液态二氧化碳射流隔离，在喷水通道外，液态二氧化碳射流降低泡沫灭火剂的张力、超细干粉灭火剂混入二氧化碳射流内，实现立体协同灭火。

16、与现有技术相比，本发明不仅解决了现有消防系统无法适用于化工厂区流淌燃烧、立体燃烧灭火的问题，而且能适用于高吸水性树脂粉末灭火剂、超细干粉灭火剂。本发明中的消防射流单元选用液态二氧化碳射流、超细干粉灭火剂射流、泡沫灭火剂射流的灭火模式时，既能实现超细干粉灭火剂射流的远距离喷射，又能增强泡沫灭火剂的灭火性能，同时还能避免超细干粉灭火剂射流混入泡沫灭火剂射流内无法逃逸或逃逸后形成云团状的气溶胶，进而实现远距离、大范围、立体空间的灭火。本发明中的消防射流单元选用液氮射流、高吸水性树脂粉末灭火剂射流、水射流的灭火模式时，既能在防止堵塞的前提下实现高吸水性树脂粉末灭火剂与水射流的充分混合吸水，又能实现远距离喷射，又能降低射流水及高吸水性树脂粉末灭火剂所吸收的水的温度，还能提升高吸水性树脂粉末灭火剂的物理和化学性能。