Технологии обнаружения пожаров на угольных складах: тепловизоры, БПЛА и прогнозная аналитика

5 часов назад

© Сгенерировано ИИ

Тепловизоры, беспилотники и прогнозная аналитика позволяют выявлять температурные аномалии на угольных складах до появления дыма и открытого пламени. Однако возможности технологий различаются: одни обеспечивают непрерывный контроль поверхности штабелей, другие обследуют большие территории с воздуха, третьи оценивают вероятность развития опасного процесса. RUБЕЖ сравнил пять российских решений, рассмотрел практические результаты их применения и выяснил у эксперта, почему для предупреждения самовозгорания необходим комплексный мониторинг.

Самовозгорание угля остается одним из рисков эксплуатации открытых складов, топливных хозяйств тепловых электростанций и морских терминалов. Очаг нагрева может формироваться внутри штабеля задолго до появления дыма и открытого пламени. Поэтому традиционные средства пожарной сигнализации не всегда позволяют выявить опасность на ранней стадии.

Для предупреждения таких происшествий предприятия применяют стационарные тепловизоры, беспилотные летательные аппараты, интеллектуальную видеоаналитику и системы прогнозирования на основе производственных данных.

RUБЕЖ изучил решения DIVITEC, «Билайн Big Data & AI», Т2 и «Эн+ Телеком», Всероссийского теплотехнического института (ВТИ) и ГК «Борлас».

Самовозгорание угля: причины и сложности раннего обнаружения

При длительном хранении уголь взаимодействует с кислородом воздуха. Процесс окисления сопровождается выделением тепла. Если теплоотвод недостаточен, температура внутри штабеля постепенно повышается, ускоряя дальнейшее окисление. При неблагоприятном сочетании характеристик топлива, условий хранения и доступа воздуха процесс может перейти в тление и открытое горение.

На вероятность самовозгорания влияют марка угля, его влажность, гранулометрический состав, продолжительность хранения, размеры штабеля и метеорологические условия. Особого внимания требуют угли, склонные к самонагреванию, в том числе отдельные виды бурого угля.

Главная сложность ранней диагностики заключается в расположении очага. Температура внутри угольной массы может значительно превышать показатели на поверхности. Тепловизор при этом регистрирует инфракрасное излучение доступной для наблюдения поверхности, а не непосредственно температуру глубинных слоев.

Поэтому отсутствие выраженной тепловой аномалии на термограмме не гарантирует отсутствия внутреннего самонагревания. Для повышения достоверности мониторинга тепловизионную съемку целесообразно дополнять контактными измерениями, газовым анализом и оценкой изменения температуры во времени.

Еще одна проблема — влияние окружающей среды. Солнечное излучение, осадки, ветер, пыль и работающая техника могут изменять тепловую картину склада. Система должна не просто фиксировать превышение установленного температурного порога, но и различать потенциально опасный нагрев и внешние воздействия.

Сергей Грибанов, основатель INSYTE Electronics, компании-производителя систем автоматизации зданий, обращает внимание на принципиальное различие между самонагреванием угля и пожаром:

«Самонагревание угля — это еще не пожар, а медленная химическая реакция. Пожарная сигнализация реагирует на продукты горения, а к их появлению очаг внутри штабеля развивается уже неделями».

По словам эксперта, на начальной стадии процесс можно контролировать: выявить проблемный участок, организовать охлаждение, уплотнение или приоритетную отгрузку угля. Однако по мере повышения температуры окисление ускоряется, а риск перехода к тлению и горению возрастает.

Традиционный контроль с помощью термоштанг позволяет измерять температуру внутри угольной массы, но имеет два существенных ограничения: измерения проводятся в отдельных точках с определенной периодичностью, а их качество зависит от действий персонала.

Тепловизионный контроль угольных складов: возможности и ограничения

«Тепловизор и визуальный осмотр видят только поверхность, а она обманчива: темный уголь греется на солнце, дождь и ветер его охлаждают. Горячее ядро проявляется снаружи, когда процесс уже перешел в активную фазу».

— отмечает Сергей Грибанов.

Стационарные тепловизоры

Современные решения используют разные физические принципы обнаружения опасных процессов. Одни регистрируют повышение температуры, другие анализируют газовый состав, третьи оценивают вероятность самовозгорания по совокупности параметров.

Стационарные радиометрические тепловизоры обеспечивают автоматизированный контроль температуры видимой поверхности угольных штабелей. Они позволяют выявлять локальные зоны перегрева и отслеживать динамику температурных показателей.

В зависимости от конфигурации оборудование может обеспечивать непрерывное наблюдение за определенным участком или последовательный контроль нескольких зон.

Преимущество технологии — возможность автоматического обнаружения температурных аномалий и передачи тревожных сообщений без постоянного участия оператора.

Ограничение — невозможность непосредственного измерения температуры внутри штабеля. Кроме того, результаты зависят от расположения камер, погодных условий и геометрии складируемого угля.

БПЛА с тепловизионными камерами

Беспилотники позволяют обследовать протяженные склады, включая участки, недоступные для стационарных камер.

По результатам полета формируются температурные карты, которые можно сравнивать с предыдущими обследованиями. Это помогает выявлять новые зоны нагрева и отслеживать изменение температуры.

Основные ограничения — зависимость от погодных условий, продолжительности полета и периодичности обследований. Между вылетами непрерывный контроль отсутствует.

Видеоаналитика и компьютерное зрение

Алгоритмы компьютерного зрения используются для автоматического распознавания дыма, пламени и других визуальных признаков возгорания.

Такие системы могут работать на базе существующей инфраструктуры видеонаблюдения. Однако обычные оптические камеры не позволяют обнаруживать скрытое самонагревание до появления видимых признаков пожара.

Поэтому видеоаналитику целесообразно рассматривать как дополнительный уровень контроля.

Прогнозная аналитика

Прогнозные системы анализируют совокупность параметров: температуру, характеристики угля, продолжительность хранения и метеорологические условия.

Их задача — оценить вероятность развития опасного процесса и сформировать предупреждение до появления выраженных признаков возгорания. Достоверность прогноза зависит от качества исходных данных, применяемой модели и результатов ее проверки в условиях конкретного предприятия.

Газовый мониторинг и контактная термометрия

Газоанализаторы позволяют выявлять изменение концентрации газов, связанных с окислением и тлением угля. Контактные датчики и термоштанги обеспечивают измерение температуры непосредственно внутри угольной массы, но только в точках контроля.

Оба метода могут дополнять дистанционный мониторинг и использоваться для подтверждения обнаруженных аномалий.

Сравнение технологий для ранней детекции самовозгорания угля

Российские решения: от стационарных тепловизоров до прогнозной аналитики

DIVITEC: тепловизионный контроль угольных штабелей с PTZ-камерами

Компания «Контур СБ» представила решение для мониторинга угольных складов на базе двухспектральной поворотной камеры DIVITEC DT-GLZ-5064M105-46.

Комплекс предназначен для дистанционного наблюдения за видимой поверхностью штабелей, контроля технологических зон и выявления локальных температурных аномалий. Тепловизионный канал фиксирует распределение температуры, а оптическая камера позволяет оператору визуально проверить причину тревоги.

Тепловизионная матрица имеет разрешение 640×512 пикселей, температурная чувствительность составляет 35 мК. Диапазон измерения температуры — от −20 до +550°C. Камера оснащена моторизованным тепловизионным объективом с фокусным расстоянием 21–105 мм и оптическим каналом с 46-кратным увеличением.

Оборудование может устанавливаться на мачтах, фасадах зданий и технологических конструкциях. Предусмотрены фиксированное наблюдение и автоматический обход заданных зон.

Для угольного склада важна возможность измерения температуры в отдельных точках, линиях и областях изображения. Это позволяет отслеживать нагрев определенных участков и передавать сигнал при превышении заданных значений. Вместе с тем поворотная камера последовательно наблюдает разные сектора, поэтому при маршрутном обходе отдельные участки временно остаются вне поля зрения.

При проектировании необходимо учитывать высоту установки, рельеф штабелей, перекрытие зон обзора и периодичность возвращения камеры к контрольным точкам.

«Билайн Big Data & AI»: интеллектуальная система мониторинга угольных штабелей

В 2023 году «Билайн» представил систему тепловизионного мониторинга, внедренную на промышленном предприятии в Сибири.

Комплекс объединяет тепловизионное оборудование, видеонаблюдение, алгоритмы анализа изображений и средства передачи данных. Его задача — круглосуточно отслеживать температурное состояние складируемого угля и своевременно предупреждать персонал о возможном самонагревании.

Система контролирует динамику температуры штабелей, а не только достижение фиксированного порогового значения. Такой подход позволяет выявлять участки, температура которых постепенно повышается.

По информации разработчика, измерительный диапазон комплекса составляет от −40 до +550 °C, погрешность измерения — не более 0,6 °C. Отдельное внимание уделено снижению количества ложных тревог. Алгоритмы должны учитывать появление в зоне наблюдения транспорта, сотрудников, птиц и других объектов, способных влиять на результаты автоматического анализа.

Данные поступают операторам, а информация о потенциально опасных событиях может передаваться в другие информационные системы через программные интерфейсы. Практическое преимущество такого подхода — непрерывный мониторинг без необходимости регулярного приближения сотрудников к потенциально опасным штабелям.

Один из наиболее показательных российских примеров применения беспилотников реализован в 2026 году на производственном участке Мугунский филиала «Разрез „Тулунуголь“» компании «Эн+ Уголь» в Иркутской области.

Для контроля состояния бурого угля используется беспилотный летательный аппарат с тепловизионной камерой. Дрон выполняет облет склада по заданному маршруту, собирает изображения и передает информацию для последующего анализа.

Аппарат выполняет обследование два раза в неделю. Процедура занимает примерно 20 минут. Ранее ручные измерения температуры на складе протяженностью около 900 метров занимали 2,5–3 часа. Кроме того, если раньше сотрудники дважды в месяц обходили склад, бурили контрольные скважины в штабелях и опускали в них термометры, то теперь тепловизионная съемка проводится автоматически.

За один полет аппарат выполняет до 400 снимков. Программное обеспечение объединяет их, сопоставляет с предыдущими обследованиями и формирует отчет о температурном состоянии склада. Информация передается сотрудникам технического контроля и руководству предприятия.

Сокращение продолжительности обследования с 2,5–3 часов до 20 минут означает уменьшение времени одной процедуры примерно на 87–89%. При этом сравнение не учитывает последующую обработку данных и не характеризует общую экономию трудозатрат.

В отличие от стационарных камер, беспилотник позволяет обследовать штабель с разных ракурсов и получить более полную картину распределения температуры на его поверхности.

ВТИ: объединение тепловизионного контроля и трехмерного моделирования

Всероссийский теплотехнический институт (АО «ВТИ») разработал концепцию информационно-измерительной системы для мониторинга угольных складов тепловых электростанций.

В отличие от решений, ориентированных преимущественно на обнаружение перегрева, система ВТИ объединяет несколько задач: тепловизионный контроль, геометрические измерения, определение объемов топлива и наблюдение за состоянием складской инфраструктуры.

В состав комплекса входят беспилотные летательные аппараты, тепловизоры, средства трехмерного сканирования и специализированное программное обеспечение. По результатам обследования формируется цифровая модель склада. Она позволяет оценивать геометрию штабелей, рассчитывать объемы угля и отслеживать изменения между последовательными измерениями.

Тепловизионные данные используются для поиска поверхностных аномалий, которые могут свидетельствовать о развитии самонагревания. По информации ВТИ, по итогам предварительных испытаний погрешность расчета объемов угля не превышала 5%. Разработчики рассматривали возможность проведения обследований не реже одного раза в неделю с увеличением частоты до ежедневных полетов при необходимости.

Для владельцев угольных складов преимущество подобного комплекса заключается в совмещении функций промышленной безопасности и производственного учета.

ГК «Борлас»: прогнозирование самовозгорания на основе параметров угля и окружающей среды

Группа компаний «Борлас» разработала автоматизированную систему прогнозирования самопроизвольного возгорания угля на складах открытого хранения.

В отличие от тепловизионных решений, ориентированных на регистрацию текущего температурного состояния, разработка предназначена для оценки вероятности возникновения опасного процесса в будущем.

Система непрерывно анализирует температуру штабелей, характеристики угля и метеорологические параметры. На основе полученных данных рассчитываются прогнозные значения контролируемых показателей и вероятность самовозгорания.

При повышении расчетного риска система формирует предупреждение, позволяющее персоналу организовать дополнительную проверку потенциально опасного участка.

Разработчик заявляет точность определения возможности возгорания на уровне 80%. Основное отличие системы «Борлас» заключается в переходе от регистрации тепловой аномалии к прогнозированию развития опасного процесса. При этом достоверность прогноза зависит от качества исходных данных, характеристик конкретного угля и условий эксплуатации склада.

Почему тепловизор не заменяет контроль температуры внутри штабеля

Тепловизионные камеры позволяют выявлять температурные аномалии на поверхности, но не обеспечивают непосредственного измерения температуры в глубине угольной массы.

Это ограничение имеет принципиальное значение при самонагревании. Внутренний очаг может длительное время не создавать заметного повышения температуры на поверхности, особенно при значительной высоте штабеля и сложных условиях теплообмена.

Поэтому эффективность мониторинга определяется не только разрешением тепловизионной матрицы и температурной чувствительностью, но и расположением оборудования, периодичностью обследований и алгоритмами обработки данных.

Сергей Грибанов считает, что периодический мониторинг с БПЛА не может полностью заменить ручные измерения температуры внутри угольной массы:

«Дрон с тепловизором — та же поверхностная термометрия, только быстрее и с полным покрытием. Он хорошо отвечает на вопрос „где искать“: за один облет дает термокарту всего склада, показывает аномалии и их динамику от облета к облету. Но температуру на глубине двух-трех метров он физически не измерит».

По словам эксперта, оптимальная схема предполагает последовательное применение дистанционного и контактного контроля:

«Рабочая связка выглядит так: дрон находит подозрительный участок, а штанга или стационарный зонд подтверждает глубину и температуру».

При использовании дронов важно соблюдать сопоставимые условия съемки. Обследования желательно проводить в одно время суток, предпочтительно утром, чтобы уменьшить влияние солнечного нагрева. Кроме того, периодический аэромониторинг не обеспечивает наблюдения между полетами, а сильный ветер и осадки могут препятствовать использованию БПЛА.

Как построить комплексную систему раннего обнаружения самовозгорания

По словам Сергея Грибанова, надежность мониторинга обеспечивает не отдельная технология, а сочетание нескольких методов, основанных на разных физических принципах:

«Надежность дает не одна „правильная“ технология, а перекрестная проверка разными физическими принципами. Я бы строил систему в четыре слоя».

Эксперт выделяет четыре уровня контроля.

1. Мониторинг температуры внутри штабеля. Для угольных масс длительного хранения могут использоваться термозонды и термокосы с автономным питанием и беспроводной передачей данных. При этом размещение оборудования необходимо согласовывать с технологией складирования. При переформировании штабелей датчики могут повреждаться работающей техникой.
2. Газовый мониторинг. Контроль газов позволяет получать дополнительные сведения о развитии процессов окисления и тления. В частности, изменение концентрации CO может служить индикатором самонагревания. Однако на открытых площадках результаты газового анализа существенно зависят от движения воздуха. Поэтому такой контроль особенно востребован в закрытых объемах, бункерах, силосах и при отборе проб непосредственно из угольной массы.
3. Контроль поверхности. Он включает стационарные тепловизоры и обследования с помощью БПЛА. Дополнительным инструментом может служить видеоаналитика дыма. Однако угольная пыль, пар и туман способны вызывать ложные срабатывания, поэтому алгоритмы требуют настройки под условия конкретного объекта.
4. Контроль узлов перегрузки. Конвейеры, бункеры и дробильное оборудование имеют собственные пожарные риски, отличающиеся от процессов самонагревания угольных штабелей. Для их контроля могут применяться линейные тепловые извещатели, аспирационные системы обнаружения дыма и детекторы искр и горячих частиц. Информация от различных средств обнаружения может поступать в единую диспетчерскую систему или специализированную платформу мониторинга.

Особое значение имеет не только регистрация превышения температурных порогов, но и анализ динамики показателей. По мнению эксперта, система должна учитывать скорость повышения температуры и совпадение сигналов независимых каналов контроля.

Такой подход позволяет организовать дополнительную проверку при единичном отклонении и повысить уровень тревоги при подтверждении опасного процесса несколькими средствами измерения.

Какие нормативные требования необходимо учитывать

Автоматизированный мониторинг угольных складов находится на пересечении требований пожарной и промышленной безопасности, а также отраслевых правил эксплуатации оборудования.

Сергей Грибанов обращает внимание на то, что требования к хранению угля и контролю его состояния содержатся в нескольких нормативных документах.

К ним относятся Правила противопожарного режима в Российской Федерации, утвержденные постановлением Правительства РФ № 1479, отраслевые документы по хранению угля, а для соответствующих опасных производственных объектов — требования промышленной безопасности.

Для топливных хозяйств электростанций значение имеют правила технической эксплуатации и документы, регламентирующие хранение угля на открытых складах.

При этом необходимость применения конкретной автоматизированной технологии определяется с учетом статуса объекта, применимых требований, проектной документации и эксплуатационных регламентов.

Само по себе хранение угля не означает, что склад автоматически относится к опасным производственным объектам. Такой статус устанавливается по признакам, предусмотренным законодательством.

Отдельного внимания требуют системы мониторинга, интегрированные с автоматизированными системами управления технологическими процессами. Для объектов, подпадающих под законодательство о безопасности критической информационной инфраструктуры, необходимо учитывать соответствующие требования к информационной безопасности.

Таким образом, при проектировании важно определить не только состав оборудования, но и правовой статус объекта, порядок эксплуатации системы и ответственность персонала за реагирование на тревожные события.

Как оценить эффективность внедрения

Внедрение автоматизированного мониторинга требует инвестиций в оборудование, программное обеспечение, монтаж, интеграцию и обслуживание.

При этом экономический эффект может формироваться не только за счет предотвращения пожаров, но и благодаря сокращению продолжительности обследований, снижению трудозатрат и более эффективному управлению запасами топлива.

Сергей Грибанов предлагает оценивать результат автоматизации прежде всего по операционным показателям.

К ключевым метрикам можно отнести:

- температуру, при которой впервые обнаружен опасный очаг;

- время от первого сигнала до начала мероприятий;

- количество случаев, когда удалось устранить опасность без полноценного тушения;

- потери угля и снижение его теплотворной способности при хранении;

- процент ложных тревог и фактическую доступность датчиков.

Эксперт также обращает внимание на необходимость регулярных проверок работоспособности системы:

«Важно зафиксировать, что сигнал дошел до диспетчера и по нему кто-то отреагировал. Такой протокол и есть доказательство эффективности, в том числе для страховщика».

Заключение

Отечественные решения для мониторинга угольных складов демонстрируют несколько направлений развития технологий раннего обнаружения пожаров.

1. Переход от периодических ручных измерений к автоматизированному сбору данных.
2. Применение тепловизионной съемки для пространственной локализации температурных аномалий.
3. Анализ динамики показателей и прогнозирование опасных изменений.

Практические результаты уже проявляются в сокращении продолжительности обследований и возможности контролировать большие площади без постоянного присутствия персонала непосредственно на штабелях.

Однако для подтверждения эффективности систем в предотвращении пожаров необходимы результаты длительной эксплуатации, включая статистику обнаруженных очагов, ложных тревог и предотвращенных происшествий.

Главный критерий выбора технологии — не только способность обнаружить высокую температуру, но и возможность своевременно выявить опасную тенденцию, определить местонахождение очага и организовать проверку до перехода самонагревания в развитое горение.

При этом максимальную информативность обеспечивает сочетание дистанционного мониторинга с контролем температуры внутри угольной массы, газовым анализом и регламентированными действиями персонала.

Читайте также на сайте журнала RUБЕЖ: «Биометрический контроль доступа на гигафабрике «РЭНЕРА»: интеграция со СКУД»