一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置及方法

本发明属于储罐火灾领域，具体是一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置及方法。

背景技术：

1、随着经济的发展，各国对石油能源的需求与日剧增。为满足能源存储需求，国家兴建了大量的石油储罐，其单体容量及数量不断上升。然而，近年来石油储罐火灾爆炸事故不断发生，严重威胁着我国能源储运的安全。

2、目前针对储罐火灾的灭火手段主要有两种：固定灭火装置灭火(固定在储罐罐顶上的灭火装置)和移动装置灭火(外界消防装备灭火)。固定灭火装置灭火是通过固定在储罐顶部四周的固定灭火装置进行灭火，在储罐火灾发生时，直接开启固定灭火装置向储罐内部注入泡沫液实现快速灭火。但由于实际火灾中火势极大，且在火灾前期有爆炸可能，固定灭火装置极易被火羽流破坏。移动装置灭火则是在储罐火灾发生后，通过外界消防队和园区消防部调度消防车和高喷车，对着火储罐进行远距离喷射灭火。这种移动装置灭火方法，不仅会因人员调度、设备调试、现场布局等问题耗费时间从而错过最佳灭火时机，也会严重威胁着消防人员的生命安全，更重要的是高喷消防车远距离喷出的泡沫，很容易被罐内的羽流吹散，喷射的泡沫无法进入罐体内部，造成灭火效率低下。

3、为了克服上述灭火装置的不足，已有学者做出了相关的研究及改进。高学农等人发明了一种大型原油储罐固定灭火系统(授权公告号cn115581871a)，该灭火系统通过在大型储罐周围布置固定式消防装置来替代传统的高喷射消防车(高喷车)和固定灭火装置，解决了固定灭火装置易被烧坏和高喷车受水源供应限制等问题，从而有效提高灭火救援效率。谈龙妹等人发明了一种储罐灭火装置(授权公告号cn110870955a)，该发明通过在外部设置固体粉末状灭火剂单元和泡沫灭火剂单元，实现快速降温灭火，解决灭火过程中的沸溢喷溅问题。史波波和周福宝发明了一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统(授权公告号cn106552386b)，该系统通过液氮替代泡沫对油罐进行灭火，解决泡沫灭火响应慢、灭火效率低的问题，达到油罐内自动高效灭火、抑爆的目的。程超申请了一种固定可升降泡沫灭火实用新型设备(授权公告号cn2787249y)，该实用新型通过将灭火设备固定在安全位置远程灭火，从而降低火灾对设备的影响，同时能提高现场的消防调度效率。

4、通过对上述专利和现有技术的调研分析可知，现有针对储罐火灾的灭火装置在结构和功能上都具有一定的局限性。一方面，现有的固定灭火装置易被火场强辐射影响发生破坏的问题仍未被有效解决，目前的改进措施通常为改进灭火装置的喷射效率或将固定灭火装置从罐顶改为布置在储罐周围；对于移动装置灭火，往往通过缩短消防人员调度时间并加强高喷车喷射流量，提升移动装置灭火效率，但这种灭火方法仍无法解决泡沫无法高效进入罐体内部、易被储罐火羽流吹散的问题，灭火效率低下。

5、另一方面，为降低储罐火对消防救援人员的伤害，我国大力推进智能化灭火设备的应用，但现有的储罐智能灭火装置并没有真正实现智能化和自动化，其操作过程主要受人员远程遥控。例如，2021年北京消防科技实战演习中出动的消防机器人，是由消防员利用遥控器远程控制进行灭火作业，未实现机器人智能化，且其控制距离也不能在实际储罐火灾中保证负责远控的消防员人身安全。

6、近两年本课题组一直开展与储罐火灾相关的研究，并针对储罐火灾研发了一种模拟储罐侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置(授权公告号cn106552386b)。课题组利用该装置开展了一系列缩尺度储罐火灾实验，并进行了大量全尺度储罐火仿真模拟，研究发现：在储罐火灾中，下风侧位置受到火焰的辐射影响大，布置在储罐火下风侧的消防装置损毁的可能性更大。同时发现在储罐火灾发生时，储罐火会出现“下探”现象，即火焰会在储罐内部间歇性出现。这一现象会在储罐内部消耗大量的氧气，使得着火储罐内部出现局部压差，形成“进气通道”和“羽流通道”。“进气通道”(负压)会卷吸外部空气进入储罐内部维持储罐火灾的燃烧，而燃烧产物会受到“羽流通道”(正压)的影响从储罐内部“吹出”。这一现象会直接影响高喷车喷射灭火(移动装置灭火)的效率，当高喷车的喷射位置在“进气通道”附近时，喷射的泡沫会随外部空气直接被卷吸入储罐内部，实现快速灭火；相反高喷车的喷射位置在“羽流通道”附近时，泡沫会受到羽流影响难以进入储罐内部，造成灭火效率低下。因此，根据这一现象研发一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，通过流场信息实现最佳喷射灭火位置的智能判定，并根据储罐火灾内部流场情况确认“进气通道”，实现高效灭火。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有储罐火灾领域存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述智能高效灭火装置在全液面储罐火灾发生时，可根据储罐火灾中的流场情况，智能移动至合适灭火位置，并结合储罐内部流场情况将泡沫精准喷入储罐内部，解决泡沫无法精准高效喷入储罐内部、灭火泡沫容易被火羽流吹散的技术难题，极大提高了储罐灭火效率并有效节约泡沫使用量。

2、本发明还旨在提出一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火方法。

3、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，包括：智能感知系统，所述智能感知系统用于获取所述着火储罐内外部流场信息，进而判断着火储罐的上风侧位置以及着火储罐内部“进气通道”位置，从而实现对所述智能高效灭火装置移动路线的规划和泡沫喷头喷射角度的确定；动力驱动系统，所述动力驱动系统用于提供能源并带动所述智能高效灭火装置移动；智能控制系统，所述智能控制系统用于接收并识别储罐的运行状态情况并智能控制所述智能高效灭火装置各系统的作业；泡沫系统，所述泡沫系统用于对着火储罐喷射泡沫；固定系统，所述固定系统用于将所述智能高效灭火装置固定在着火储罐周围；支撑升降系统，所述支撑升降系统用于带动降温喷头和消防水炮的升降和/或旋转；防护系统，所述防护系统用于对所述智能高效灭火装置进行保护和降温，保证所述智能高效灭火装置在高温环境中正常作业。

4、有利地，所述智能控制系统可用于监测识别储罐的运行状态情况，通过确定着火储罐的数量及坐标，自动规划所述智能高效灭火装置的移动路线并控制所述智能高效灭火装置进行移动。

5、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述智能感知系统包括风向及流场测量装置和压力及流场测量装置。所述风向及流场测量装置布置在自动伸缩管道上，用于收集着火储罐外部流场及风向信息，进而确认着火储罐上风侧位置；所述压力及流场测量装置布置在泡沫喷头上，用于测量着火储罐内部的流场分布情况，进而确认“进气通道”的位置。

6、有利地，所述智能高效灭火装置可根据所述风向及流场测量装置在着火储罐附近获取的风向及流场信息移动至着火储罐的上风侧位置，可有效降低火羽流对所述智能高效灭火装置的破坏。

7、有利地，通过所述压力及流场测量装置对储罐内部压力及流场信号变化的感知，从而获取储罐内部压力及流场情况。根据内部流场情况调节所述自动伸缩管道和转向器改变所述泡沫喷头的位置和方向，进而使泡沫在储罐内部流场卷吸作用下进入储罐内部，降低所述泡沫被热羽流吹散的概率。

8、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述动力驱动系统包括动力底盘和电源，所述动力底盘用于带动所述智能高效灭火装置行进和/或转向；所述电源，用于为所述智能高效灭火装置提供能源。

9、可选地，所述动力底盘可以选择机动车，确保所述智能高效灭火装置快速的行进和/或转向，这里不做具体限制。

10、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述智能控制系统位于所述动力底盘上，所述智能控制系统用于监测识别储罐的运行状态情况；所述智能控制系统还用于获取并识别所述智能感知系统的信息，进而规划所述动力底盘行进的路线和所述消防水炮的方向；所述智能控制系统还用于控制所述动力底盘行进和/或转向，进而带动所述智能高效灭火装置的移动；所述智能控制系统还用于控制所述泡沫系统中的泡沫剂供给罐向消防水炮供给泡沫液，所述智能控制系统还用于控制所述消防水炮的伸缩、转向和喷射泡沫；所述智能控制系统还用于控制所述固定系统中的伸缩杆伸缩，并用于控制电磁铁吸附装置吸附储罐侧壁；所述智能控制系统还用于控制支撑升降系统升降和/或旋转；所述智能控制系统还用于控制所述防护系统中的水泵的开关。

11、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述泡沫系统包括所述泡沫液供给罐、泡沫液供给管路和所述消防水炮，所述泡沫液供给罐用于储存和供给泡沫液，所述泡沫液供给罐包括泡沫液供给法兰口，所述泡沫液供给法兰口用于外接泡沫液基站向所述泡沫液供给罐输入泡沫液；所述泡沫液供给管路两侧分别与所述泡沫液供给罐和所述消防水炮连接；所述消防水炮用于将向着火储罐内部喷射泡沫，所述消防水炮包括所述自动伸缩管道、所述转向器和所述泡沫喷头，所述自动伸缩管道布置在升降平台上，用于将所述转向器、所述泡沫喷头和所述压力及流场测量装置探出或缩回；所述转向器设置在所述自动伸缩管道顶部，并与所述泡沫喷头连接，所述转向器用于调节所述泡沫喷头的喷射方向和所述压力及流场测量装置的监测角度；所述泡沫喷头用于打散并喷射泡沫。

12、可选地，所述自动伸缩管道选择电控伸缩管道，可被所述智能控制系统智能控制，这里不做限制。

13、可选地，所述泡沫液供给管路可选伸缩式软管，能够在所述支撑升降系统升降范围内自由活动，所述泡沫液供给管路不影响所述支撑升降系统的升降，这里不做具体限制。

14、有利地，所述泡沫喷头可拆卸，当所述泡沫喷头损坏时可现场拆卸更换。

15、有利地，所述自动伸缩管道可带动所述压力及流场测量装置伸入至储罐内部，提高对储罐内部流场的识别能力。

16、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述固定系统包括所述伸缩杆和所述电磁铁吸附装置，所述伸缩杆位于所述动力底盘一侧，用于调节所述电磁铁吸附装置位置；所述电磁铁吸附装置位于所述伸缩杆顶部，用于吸附储罐侧壁，使所述动力底盘固定在储罐周围。

17、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述支撑升降系统包括所述升降平台、旋转装置和自动升降支杆，所述升降平台固定在所述自动升降支杆顶部，用于放置并固定所述消防水炮、所述智能感知系统和所述降温喷头；所述旋转装置用于带动所述升降平台的旋转，进而调节所述消防水炮的喷射方向；所述自动升降支杆用于带动所述升降平台升降，进而带动所述消防水炮、所述降温喷头和所述智能感知系统的升降。

18、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火装置，所述防护系统包括水箱、所述水泵、伸缩供水管路、降温喷头和水循环装置，所述水箱放置在所述动力底盘上，用于储水和供水，所述水箱包括供水法兰口和供水管路，所述供水法兰口用于外接供水设备向所述水箱供水，所述供水管路两侧分别与所述水箱和所述伸缩供水管路连接；所述水泵两端分别与所述伸缩供水管路和所述水循环装置连接，用于从所述水循环装置抽水供给至所述降温喷头中；所述伸缩供水管路用于将水供给至所述降温喷头；所述降温喷头固定在在所述升降平台上，用于喷射降温水雾；所述水循环装置用于收集所述降温喷头喷出的水。

19、可选地，所述伸缩供水管路可选伸缩式软管，能够在所述支撑升降系统升降范围内自由活动，所述伸缩供水管路不应影响所述支撑升降系统的升降，这里不做具体限制。

20、可选地，所述水循环装置可选择不同形状的金属蓄水池，固定在所述动力底盘上，不易受到火焰辐射影响破损或变形；所述水循环装置大小应覆盖所述降温喷头喷水半径，以收集大部分所述降温喷头喷出的水，提高水资源利用率，降低所述降温喷头因缺水失效的概率。

21、有利地，所述降温喷头喷射的水雾能够轻易覆盖所述智能高效灭火装置，以隔绝降低火羽流并降低所述智能高效灭火装置的表面温度。

22、根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火的方法，包括以下步骤：当储罐火灾发生时，智能控制系统用于监测识别储罐的运行状态情况，确认着火储罐位置，并控制智能高效灭火装置向着火储罐移动；智能高效灭火装置移动至着火储罐附近后，通过风向及流场测量装置判断着火储罐的上风侧位置；智能控制系统控制智能高效灭火装置移动至上风侧，并控制固定系统与储罐侧壁吸附固定；智能控制系统控制防护系统进行喷淋降温作业；智能控制系统控制支撑升降系统将消防水炮抬升至储罐罐顶位置；智能控制系统控制自动伸缩管道将压力及流场测量装置和泡沫喷头伸入储罐内部；智能控制系统控制转向器转动以调节压力及流场测量装置的监测角度；智能控制系统控制消防水炮喷射泡沫。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。