基于模糊綜合評價的冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊封閉方案優(yōu)選

郝玉澤 王彪 周琪

(中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

冶金企業(yè)早期建設(shè)的皮帶通廊普遍處于敞開和半敞開狀態(tài)，在輸送物料時沿途存在撒料及揚塵問題，不僅污染空氣，還造成物料浪費，在大風(fēng)、雨雪天氣下工人巡檢或檢修也不安全。近年來，隨著環(huán)保管控措施的提檔升級，國家和地方環(huán)保部門對冶金皮帶通廊的揚塵問題越來越重視，提出了皮帶通廊全封閉的嚴(yán)格要求。其中，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的通知》(國發(fā)〔2016〕65號)對于鋼鐵行業(yè)提出了“原料轉(zhuǎn)運設(shè)施建設(shè)封閉皮帶通廊”的明確要求。同時，國家生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣〔2019〕35號)，明確規(guī)定了無組織排放控制措施：“鐵精礦、煤、焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、石灰石、白云石、鐵合金、高爐渣、鋼渣、脫硫石膏等塊狀或粘濕物料，應(yīng)采用管狀帶式輸送機等方式密閉輸送，或采用皮帶通廊等方式封閉輸送”。

對此，各地冶金企業(yè)積極開展自查自糾，并采取了形式多樣的皮帶通廊封閉措施，但在實現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)的同時，也帶來了新的消防問題。例如，采用可燃性封閉材料會增加皮帶通廊的火災(zāi)危險性，也不符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；采用彩鋼瓦等不燃材料全封閉又會增加皮帶通廊火災(zāi)的撲救難度等。因此，選擇何種既安全環(huán)保又經(jīng)濟(jì)節(jié)能的皮帶通廊封閉形式，是冶金企業(yè)當(dāng)前面臨的共同難題。

針對上述問題，本文以冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊為例，在分析其火災(zāi)危險性及消防要求基礎(chǔ)上，對目前常見的符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求的封閉方案及其優(yōu)缺點進(jìn)行分析，并運用模糊綜合評價模型對封閉方案進(jìn)行優(yōu)選。

1 模糊綜合評價模型

美國加利福尼亞大學(xué)控制論專家扎德于1965年首先提出了模糊集合論，其目的是要從數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上為人工智能的發(fā)展開辟道路。模糊數(shù)學(xué)的誕生為人類架起了一座連接定性與定量的橋梁。模糊綜合評價基于模糊數(shù)學(xué)，為定性評價向定量評價轉(zhuǎn)換提供了手段。模糊綜合評價的基本步驟[1]包括：

(1)因素集的建立。因素集通常用U表示，是影響評價結(jié)果的各種模糊性要素的集合。影響要素若用u1、u2、...、un表示，則因素集可記為U= {u1，u2，...，un}。

(2)權(quán)重集的建立。因素集U中的各影響要素對評價結(jié)果的影響程度不盡相同。用以反映影響程度的數(shù)即為各影響要素的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)的集合稱為權(quán)重集，通常用A表示，即A= {a1，a2，...，an}。各權(quán)數(shù)非負(fù)，且權(quán)數(shù)之和為1。權(quán)數(shù)的確定方法通常包括專家審議法、層次分析法、熵權(quán)法和判斷表法。

其中，判斷表法是將各要素的重要性兩兩比較，同等重要各給2分；某一項重要者則分別給3分和1分；某一項比另一項重要得多，則分別給4分和0分。將上述對比的給分填入表中，經(jīng)統(tǒng)計計算即可得到各要素的權(quán)數(shù)。判斷表如表1所示。

表1 判斷表

(3)評價集的建立。評價集是各種可能的評價結(jié)果所組成的集合，通常用W表示。若各種評價結(jié)果用w1，w2，...，wn表示，則評價集可記為W= {w1，w2，...，wn}。

(4)單因素模糊評價。對單一要素進(jìn)行評價，即為單因素模糊評價。單因素模糊評價結(jié)果是某一要素對評價集的隸屬度。假設(shè)對因素集U中第i個要素ui進(jìn)行評價，若ui對評價集W中第j個元素wj的隸屬度記為rij，則ui的模糊評價結(jié)果可表示為Ri={ri1，ri2，...，rin}。

按照以上方法，可以得到每一個要素的模糊評價結(jié)果。將所有評價結(jié)果組成矩陣，即可以得到評價矩陣R。

(5)模糊綜合評價。模糊綜合評價結(jié)果通常由評價矩陣R和權(quán)重集A計算得出，計算模型為：B=A·R。根據(jù)B和W，即可得出模糊綜合評價結(jié)果。

2 冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊的火災(zāi)危險性及消防要求

2.1 冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊的火災(zāi)危險性

皮帶通廊內(nèi)通常存在運輸皮帶、電氣線纜、潤滑油、燒結(jié)礦料等，依據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)判定，皮帶通廊的火災(zāi)危險性類別應(yīng)為丙類。

在實際生產(chǎn)過程中，容易引發(fā)皮帶通廊大火的原因[2-4]有很多，例如：皮帶機滾筒軸承停轉(zhuǎn)，皮帶長時間摩擦靜止?jié)L筒；皮帶機電氣系統(tǒng)過載或短路；設(shè)備故障或人員操作失誤造成紅料下料；動火作業(yè)(如電氣切割鋼結(jié)構(gòu)等)。

由于皮帶通廊的傾斜布置，火災(zāi)時極易形成“煙囪效應(yīng)”。尤其是當(dāng)通廊上方有孔洞或損壞的門窗時，風(fēng)助火勢形成巨大的上升氣流(浪)，火頭就會沿筒形通廊向上方迅速蔓延，直至燒毀通廊。當(dāng)通廊內(nèi)存在其他可燃物質(zhì)時，燃燒會更加猛烈[5]。

2019年10月24日，河北興華鋼鐵有限公司煉鐵廠燒結(jié)車間成品皮帶通廊發(fā)生一起火災(zāi)事故，造成7人死亡、1人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約930萬元。事故的直接原因為燒結(jié)車間崗位工違章操作造成大量燒結(jié)礦紅料引燃皮帶通廊內(nèi)皮帶防塵罩護(hù)皮護(hù)簾、成品皮帶，當(dāng)班班長組織指揮本班人員冒險施救，處置不當(dāng)，造成人員傷亡。

2.2 冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊的消防要求

(1)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》第8.2.1條規(guī)定，運輸煤、焦炭和礦石的帶式輸送機通廊、轉(zhuǎn)運站和帶式輸送機驅(qū)動站可不設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。

(2)自動水滅火系統(tǒng)。GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)均未規(guī)定冶金企業(yè)皮帶通廊需要設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。而參照GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.8條規(guī)定，僅易自燃煤種的封閉式運煤棧橋、運煤隧道、皮帶頭部及尾部需要設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)或水噴霧滅火系統(tǒng)。

(3)防火分隔水幕。GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)第6.6.3條規(guī)定，封閉棧橋與建筑物連接處的門洞，均宜采取防止火災(zāi)蔓延的措施。

(4)建筑材料燃燒性能。GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)第6.6.1條規(guī)定，供輸送可燃材料的棧橋，均應(yīng)采用不燃材料。

根據(jù)以上要求可知，封閉冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊必須使用不燃材料。皮帶通廊可僅利用室外消火栓系統(tǒng)開展火災(zāi)撲救，不需要設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動水滅火系統(tǒng)，但封閉皮帶通廊與建筑物連接處的門洞宜采取防止火災(zāi)蔓延的措施(如設(shè)置防火分隔水幕)。

3 冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊常見封閉方案及其優(yōu)缺點分析

目前常見的符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求的冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊封閉方案包括鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+鋁合金百葉窗封閉、鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+可開啟玻璃窗封閉、鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+不燃可熔采光帶封閉以及鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦全封閉等，其優(yōu)缺點對比見表2。

表2 4種封閉方案的優(yōu)缺點對比

(1)方案1：鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+鋁合金百葉窗封閉。此封閉方案雖然可以有效改善廠區(qū)內(nèi)揚塵情況，也可以保證皮帶通廊內(nèi)部可見光亮度，但不能嚴(yán)格滿足國家有關(guān)皮帶通廊應(yīng)采用封閉輸送的要求。同時，在火災(zāi)撲救過程中，外部消防水很難打入。

(2)方案2：鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+可開啟玻璃窗封閉。此封閉方案既可以滿足皮帶通廊的封閉要求，也可以保證皮帶通廊內(nèi)光照要求。此外，在火災(zāi)撲救過程中，消防力量破拆也較容易，對外部消防水打入有利。但由于受熱不均勻等因素影響，火災(zāi)時玻璃窗極易炸裂、掉落，對救援人員安全不利。

(3)方案3：鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶封閉。此方案較方案2，還具有在高溫?zé)煔庾饔孟?，采光帶極易熔化，外部消防水容易打入的優(yōu)點。此外，采光帶熔化時無熔滴產(chǎn)生，安全性較好。

(4)方案4：鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦全封閉。此方案雖然較好解決了環(huán)保問題，但在內(nèi)部采光、消防撲救、排煙等方面存在明顯不足。此時，為滿足使用要求，通常需要采用人工照明，并不經(jīng)濟(jì)。

4 冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊封閉方案優(yōu)選

(1)建立冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊封閉方案評價因素集。影響皮帶通廊封閉方案選擇的要素即表2中的性能指標(biāo)——環(huán)保性、安全性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，分別記為u1、u2、u3、u4，因素集U= {u1，u2，u3，u4}。

(2)將影響要素u1、u2、u3、u4對應(yīng)的權(quán)數(shù)分別記為a1、a2、a3、a4，權(quán)數(shù)集A= {a1，a2，a3，a4}。本文在對5家冶金企業(yè)進(jìn)行調(diào)查后，定性確定出上述4個影響要素的重要程度為：安全性>環(huán)保性、安全性>經(jīng)濟(jì)性、安全性>節(jié)能性、環(huán)保性>經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性>節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性>節(jié)能性。運用判斷表法計算各影響要素權(quán)重如下(見表3)。

因此，權(quán)數(shù)集A= {0.37，0.37，0.07，0.19}。

(3)建立評價集。最終優(yōu)選結(jié)果為方案1最優(yōu)、方案2最優(yōu)、方案3最優(yōu)或方案4最優(yōu)。因此，評價集可記為W= {w1(方案1最優(yōu))，w2(方案2最優(yōu))，w2(方案3最優(yōu))，w4(方案4最優(yōu))}。

表3 影響要素權(quán)數(shù)判斷表

(4)單因素模糊評價。對表2中優(yōu)缺點對比結(jié)果進(jìn)行賦值后，即可得到評價矩陣R。對“好”、“較好”、“一般”、“較差”分別賦予4分、3分、2分、1分，則評價矩陣可記為

(5)模糊綜合評價。

=(1.63，2.32，3.37，2.68)

由模糊綜合評價結(jié)果可知，方案1、方案2、方案3和方案4得分分別為1.63、2.32、3.37和2.68。為得出各方案得分占4種方案總得分的比例，進(jìn)行相應(yīng)的換算：

根據(jù)此結(jié)果得出：16.3%的比例認(rèn)為方案1最優(yōu)，23.2%的比例認(rèn)為方案2最優(yōu)，33.7%的比例認(rèn)為方案3最優(yōu)，26.8%的比例認(rèn)為方案4最優(yōu)。

因此，冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊在不設(shè)置自動水滅火系統(tǒng)的前提下，目前常見的4種符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求的封閉方案中，方案3(鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶封閉)綜合性能最優(yōu)，推薦冶金企業(yè)采納。

5 結(jié)論

本文通過對冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊的火災(zāi)危險性及消防要求進(jìn)行分析，運用模糊綜合評價模型對常見封閉方案進(jìn)行比選，得出如下結(jié)論：

(1)冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊不設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動水滅火系統(tǒng)，而僅依托室外消火栓系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)撲救，符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)冶金企業(yè)燒結(jié)礦料皮帶通廊封閉必須使用不燃材料，且封閉皮帶通廊與建筑物連接處的門洞宜采取防止火災(zāi)蔓延的措施(如設(shè)置防火分隔水幕)。

(3)在不考慮設(shè)置自動水滅火系統(tǒng)的前提下，本文所述目前常見的4種符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求的封閉方案中，“鋼結(jié)構(gòu)+彩鋼瓦+不燃可熔性采光帶”封閉方案綜合性能最優(yōu)，推薦冶金企業(yè)采納。