氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统与流程

本发明涉及消防安全防控，具体地，涉及一种用于碳纤维预氧化过程中预防火灾和爆炸的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统。

背景技术：

1、碳纤维材料有着重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优异性能，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧、驱动轴、球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。

2、碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气体中经高温碳化而形成的纤维状碳化合物。碳纤维制备工艺主要分为预氧化处理、碳化处理和石墨化处理。预氧化处理过程中原丝经过高温加热氧化，使热塑性大分子转换成耐热性结构，使其在高温下不融不燃，保持纤维形状，热力处于稳定状态再进行碳化处理。在预氧化过程中，原丝会脱去少量氮、氢、氧等非碳元素，此时，氧化炉腔内会产生可燃气体和有毒气体。由于氧化炉腔内主要气体为空气，且温度较高，可燃气体的增加可能会引发火灾甚至爆炸，有毒气体的溢出也会威胁操作人员的人身安全。

3、原丝预氧化过程为放热反应，在研究碳纤维生产过程中发现若预氧化过程中气流带走的放热热量太低，或张力太高锁住了热量，或炉子中有持续的纤维加捻、折叠或重叠等，都可能使纤维预氧化过程发生得太快。此时，炉内局部温度会升高，可燃气体和有毒气体的浓度也会上升，就有可能引发火灾甚至爆炸。因此，预氧化过程中的预防火系统的重点就是是通过监控氧化炉的温度、气流、氧气浓度、排废强度、张力等参数来监控放热反应。

4、总而言之，火灾及爆炸是由于放热反应失控而发生的最终反应。如何有效监控放热失控后还没有发生火灾或爆炸前的氧化炉中技术参数，迅速将原丝冷却并隔绝空气，进而控制火灾或爆炸的发生，是本领域亟待解决的问题。

5、目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于碳纤维预氧化过程中预防火灾和爆炸的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种氧化炉预防火消防系统，包括：控制器以及分别与所述控制器连接的温度传感器、转速传感器、负荷传感器、流量传感器、有毒气体检测仪、傅里叶红外光谱气体分析仪、喷淋系统和急停按钮；其中：

3、所述温度传感器，分别安装于所述氧化炉的风道和炉体内部，用于获取所述氧化炉内任意区域的温度数据；

4、所述转速传感器，安装于所述氧化炉的风机处，用于获取所述氧化炉的风机转速数据；

5、所述负荷传感器，安装于所述氧化炉的驱动辊子上，用于获取所述氧化炉内的的丝束张力数据；

6、所述流量传感器，安装于所述氧化炉的排废管道上，用于获取所述氧化炉的排废流量数据；

7、所述有毒气体检测仪，安装于所述氧化炉靠近进丝端与出丝端位置上，用于检测氧化炉外有毒气体的浓度数据；

8、所述傅里叶红外光谱气体分析仪，安装于所述氧化炉的炉体内部，用于获取所述氧化炉内生成气体的气氛组成和浓度数据；

9、所述喷淋系统的一端与消防管路末端连接，所述喷淋系统的另一端安装有锥形雾化喷嘴，所述锥形雾化喷嘴安装于所述氧化炉的炉体内部；

10、所述急停按钮，安装于所述氧化炉的炉体四周设定位置上，用于对氧化炉进行紧急停车控制；

11、控制器分别接收所述温度数据、风机转速数据、丝束张力数据、排废流量数据、急停信号、炉外有毒气体的浓度数据以及炉内气氛组成和浓度数据，并根据预设的报警条件，输出报警信息、生产线控制指令和喷淋系统控制指令。

12、优选地，所述温度传感器采用热电阻。

13、优选地，所述控制器采用plc控制器。

14、优选地，所述控制器中预设的报警条件，包括如下任意一项或任意多项：

15、-超过温度阈值，所述温度阈值设有三级阈值，其中第一级阈值主要用于输出报警信息，第二级阈值和第三级阈值主要用于输出报警信息、喷淋系统控制指令和生产线控制指令；

16、-低于风机转速阈值，所述风机转速阈值设有一级阈值，用于输出喷淋系统控制指令和生产线控制指令；

17、-超出丝束张力阈值，所述丝束张力阈值设有两级阈值，其中，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令；

18、-低于排废流量阈值，所述排废流量阈值设有两级阈值，其中，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令；

19、-高于炉外有毒气体安全阈值，所述有毒气体浓度阈值设有一级阈值，用于输出报警信息；

20、-高于炉内各组成气氛安全阈值，所述气氛安全阈值设有两级阈值，其中，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令；

21、-通过急停按钮的紧急停车控制，直接输出生产线控制指令和喷淋系统控制指令。

22、优选地，所述温度阈值中，第一级阈值为255℃，第二级阈值为260℃，第三级阈值为270℃。

23、优选地，所述风机转速阈值为60r/min。

24、优选地，所述丝束张力阈值中，第一级阈值为200cn，第二级阈值为350cn。

25、优选地，所述排废流量阈值中，第一级阈值为2700m3/h，第二级阈值为2400m3/h。

26、优选地，所述炉外有毒气体hcn安全阈值为3～6ppm；

27、优选地，所述炉内各组成气氛安全阈值中，第一级阈值为nⅹ(1+5％)，第二级阈值为nⅹ(1+10％)，其中，n为各组成气氛的正常值。

28、优选地，所述炉内组成气氛包括：hcn、nh3、co、co2、h2o、ch4、h2s、no、o2和h2。

29、优选地，所述炉内各组成气氛的正常值分别为：

30、hcn：500ppm；

31、nh3：300ppm；

32、co：200ppm；

33、co2：800ppm；

34、h2o：-25℃；

35、ch4：100ppm；

36、h2s：50ppm；

37、o2：20％；

38、h2：50ppm。

39、优选地，所述温度传感器共22个，其中，在所述氧化炉两端的第一风道、中间风道和最高风道中各安装3个所述温度传感器，在所述氧化炉的炉体中部安装4个所述温度传感器。

40、根据本发明的另一个方面，提供了一种氧化炉预防火方法，包括：

41、获取氧化炉的任意区域温度数据、风机转速数据、丝束张力数据、排废流量数据、氧化炉外有毒气体浓度数据以及氧化炉内生成气体的气氛组成和浓度数据；

42、预设报警条件，根据获得各项数据，输出报警信息、生产线控制指令和喷淋系统控制指令，实现对用户氧化炉的预防火控制。

43、优选地，所述预设报警条件，根据获得各项数据，输出报警信息、生产线控制指令和喷淋系统控制指令，包括：

44、当所述温度数据超过温度阈值时，输出报警信息、喷淋系统控制指令和生产线控制指令；其中，所述温度阈值设有三级阈值，第一级阈值主要用于输出报警信息，第二级阈值和第三级阈值主要用于输出报警信息、喷淋系统控制指令和生产线控制指令；

45、当所述风机转速数据低于风机转速阈值时，输出喷淋系统控制指令和生产线控制指令；其中，所述风机转速阈值设有一级阈值，用于输出喷淋系统控制指令和生产线控制指令；

46、当所述丝束张力数据超出丝束张力阈值时，输出报警信息和生产线控制指令；其中，所述丝束张力阈值设有两级阈值，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令；

47、当所述排废流量数据低于排废流量阈值时，输出报警信息和生产线控制指令；其中，所述排废流量阈值设有两级阈值，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令；

48、当所述氧化炉外有毒气体浓度高于安全阈值时，输出报警信息；

49、当所述养护炉内生成气体的各组成气氛的浓度高于各组成气氛安全阈值时，输出报警信息和生产线控制指令；其中，所述气氛安全阈值设有两级阈值，其中，第一级阈值用于输出报警信息，第二级阈值用于输出生产线控制指令。

50、根据本发明的第三个方面，提供了一种氧化炉预防火集散控制系统，包括监控终端以及上述任一项所述的氧化炉预防火消防系统；其中：

51、所述氧化炉预防火消防系统的控制器与所述监控终端之间通过通讯系统数据连接，实时将获取的数据以及输出的报警信息和控制指令发送至所述监控终端进行显示和存储；

52、所述监控终端根据现场情况通过所述氧化炉预防火消防系统的控制器实时输出生产线控制指令。

53、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

54、本发明提供的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统，能够实现对原丝预氧化过程的参数进行全程监控，将多种技术参数与工艺结合，提供预防火控制策略和工艺管理策略。

55、本发明提供的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统，能够为用户提供查看预氧化工程中相关技术参数的功能，有效监控放热失控后还没有发生火灾或爆炸前的氧化炉中技术参数，迅速将原丝冷却并隔绝空气，进而控制火灾或爆炸的发生。

56、本发明提供的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统，可以实现对预氧化炉生产过程中全程监控，对各个参数实现透明化和数字化，为生产工艺改进提供数据支持。对各类数据进行储存分析，以便于分析生产过程中的化学变化，为生产管理者提供改进策略。

57、本发明提供的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统，可以通过监控炉子中的加热温度、氧气浓度、排废强度、张力等技术指标来防止火灾的发生，通过监控炉子中的爆炸性气体浓度来防止爆炸的发生。本发明可以减少火灾损失和避免人员伤亡。

58、本发明提供的氧化炉预防火消防系统、方法以及集散控制系统，通过各个传感器的检测，使之各部分安全联锁动作，如报警、启动喷淋以及全线停车等，能够及时快速的响应动作，可以有效预防操作人员意外忽略或操作延误的问题，同时，精准有效检测与动作响应，有利于遏止起火因素的产生，大大的减少火灾的发生。