劉釔池，貝雅梅，劉江波，張福強(qiáng)，馬偉平

(1. 河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河北 任丘 062552；2. 渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062552；3. 中國(guó)石油工程建設(shè)公司，北京 100120；4. 中國(guó)石油天然氣管道局第四工程分公司，河北 廊坊 065000；5. 中國(guó)石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000)

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淺析大型儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)新技術(shù)進(jìn)展

劉釔池1，貝雅梅2，劉江波3，張福強(qiáng)4，馬偉平5

(1. 河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河北 任丘 062552；2. 渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062552；3. 中國(guó)石油工程建設(shè)公司，北京 100120；4. 中國(guó)石油天然氣管道局第四工程分公司，河北 廊坊 065000；5. 中國(guó)石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000)

介紹了國(guó)外新型儲(chǔ)罐泡沫滅火技術(shù)現(xiàn)狀和適用范圍，包括液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)、移動(dòng)式消防設(shè)施以及CFITM，TANK GUARD和SEF泡沫滅火系統(tǒng)。提出了提高儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)可靠性和應(yīng)急保障能力的建議，包括推廣應(yīng)用浮盤(pán)邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)，儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)泡沫混合液供給強(qiáng)度應(yīng)不小于4 L/(min·m2)，冷卻水供給時(shí)間不少于15 h以及配備柴油儲(chǔ)備量能滿(mǎn)足消防泵運(yùn)轉(zhuǎn)不低于6 h的柴油機(jī)泵等。

儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)泡沫滅火系統(tǒng)

鑒于國(guó)內(nèi)原油戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備庫(kù)需求和儲(chǔ)罐大型化發(fā)展趨勢(shì)，最大浮頂儲(chǔ)罐容積已達(dá) 1.5×105m3，儲(chǔ)罐運(yùn)行管理難度和安全風(fēng)險(xiǎn)增大。另一方面，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不斷提高，國(guó)內(nèi)部分已建油庫(kù)消防系統(tǒng)不滿(mǎn)足規(guī)范要求，例如消防水池容量、泡沫罐容量達(dá)不到最低容量要求；冷卻水、泡沫供給系統(tǒng)不合理，消防泵房?jī)?nèi)無(wú)備用消防泵，未采用雙電源或者柴油消防泵；消防給水系統(tǒng)不獨(dú)立，與生活給水系統(tǒng)公用等[1]。此外儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)維護(hù)、檢測(cè)和演練有待改進(jìn)，不能完全掌握泡沫滅火系統(tǒng)實(shí)際滅火能力，存在消防設(shè)備陳舊、技術(shù)人員檢修不及時(shí)的問(wèn)題，消防系統(tǒng)長(zhǎng)期處于喪失工作能力狀態(tài)。

儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)按照設(shè)置型式可分為罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)和浮盤(pán)邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)。借鑒國(guó)內(nèi)外管道行業(yè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和推薦做法，提高儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)急保障能力具有重要意義。

1　儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1難以應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)

儲(chǔ)罐火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明： 密封圈雷擊著火是浮頂罐最常見(jiàn)的火災(zāi)類(lèi)型[2]；其次是浮頂和中央排水管故障、罐底和罐壁腐蝕以及閥門(mén)損壞、管線(xiàn)斷裂引起的火災(zāi)事故。API 對(duì)1951—1995 年發(fā)生的81 起直徑超過(guò)30 m的大型浮頂儲(chǔ)罐火災(zāi)事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，密封圈火災(zāi)占統(tǒng)計(jì)事故的72.8%。2007年5月24日和6月24日鎮(zhèn)海國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)47號(hào)外浮頂罐連續(xù)兩次遭雷擊，儲(chǔ)罐邊緣密封圈處著火[3]。國(guó)外有浮頂下沉伴隨火災(zāi)發(fā)生，最終形成儲(chǔ)罐全面積敞口火災(zāi)的案例，例如1981年美國(guó)Amoco石油公司某煉油廠(chǎng)一個(gè)1×105m3原油浮頂罐發(fā)生了浮頂沉沒(méi)，導(dǎo)致火災(zāi)失控。

國(guó)內(nèi)應(yīng)對(duì)大型儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)的首選方式是固定式消防系統(tǒng)，但固定式消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是撲救密封圈火災(zāi)。根據(jù)大量火災(zāi)事故案例，儲(chǔ)罐泡沫滅火系統(tǒng)在撲救油罐高液位密封圈火災(zāi)時(shí)效果顯著，儲(chǔ)罐低液位時(shí)，上部噴射的泡沫下降過(guò)程中易被火焰吹開(kāi)而很難落入密封圈或液面上，儲(chǔ)罐液上噴射泡沫滅火設(shè)施不能有效撲救在浮頂下降、傾斜及全面池火時(shí)浮頂油罐火災(zāi)[2]。

此外，GB 50151—2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定固定式泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足在泡沫泵或泡沫混合液泵啟動(dòng)后，將泡沫混合液或泡沫輸送到保護(hù)對(duì)象的時(shí)間不超過(guò)5min[4]。對(duì)于大型儲(chǔ)罐、低液位和儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)情形下，泡沫供給強(qiáng)度可能不滿(mǎn)足文獻(xiàn)[4]的要求，存在安全隱患[5]。

1.2罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)缺陷

國(guó)內(nèi)大部分浮頂儲(chǔ)罐采用罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在以下缺陷：

1) 泡沫噴射口設(shè)置在罐頂沿罐周等角均布，如外界風(fēng)力較大，雖泡沫噴射口設(shè)有泡沫導(dǎo)流板，泡沫仍易被風(fēng)吹散，造成大量泡沫損失。

2) 啟動(dòng)滅火系統(tǒng)后，泡沫沿罐壁流至浮盤(pán)泡沫堰板與罐壁之間的環(huán)形空間，形成一定厚度泡沫帶淹沒(méi)密封圈后，泡沫從密封圈頂部裂口溢流進(jìn)入密封圈內(nèi)部實(shí)施滅火。研究表明： 對(duì)于1.5×105m3大型浮頂儲(chǔ)罐，泡沫在環(huán)形空間匯集至少需要9min，特別是密封圈著火點(diǎn)不正對(duì)泡沫噴射口正下方時(shí)，很可能錯(cuò)過(guò)最佳的滅火時(shí)機(jī)[5]。

3) 雷電引起的密封圈火災(zāi)可能伴隨大雨，噴射泡沫會(huì)被雨水稀釋?zhuān)绊憸缁鹦Ч?/p>

1.3浮盤(pán)邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)僅少數(shù)浮頂儲(chǔ)罐采用浮盤(pán)邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫噴射口設(shè)置在泡沫堰板與二次密封支撐板之間的開(kāi)放空間，噴出泡沫直接覆蓋在油面實(shí)施滅火，避免外界風(fēng)力和雨水對(duì)泡沫的影響，但仍不能完全解決泡沫只有完全淹沒(méi)金屬支撐板后才能進(jìn)入密封圈內(nèi)部滅火的問(wèn)題。泡沫管線(xiàn)穿越二次密封金屬支撐板處需有效密封，否則導(dǎo)致密封圈內(nèi)油氣從穿越處泄漏。此外，只有在儲(chǔ)罐檢修期間才能對(duì)泡沫管線(xiàn)進(jìn)行維修，泡沫管線(xiàn)耐腐蝕、耐高溫、耐高壓等性能要求高，造價(jià)高，從而限制了應(yīng)用范圍。

1.4泡沫供給強(qiáng)度

儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)主要是泡沫滅火系統(tǒng)和水噴淋系統(tǒng)，針對(duì)泡沫液供給強(qiáng)度、供給時(shí)間和鄰近儲(chǔ)罐冷卻等問(wèn)題，GB 50074—2014《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]規(guī)定如下：

1) 著火的固定頂儲(chǔ)罐以及距離該儲(chǔ)罐罐壁不大于1.5D(D為著火儲(chǔ)罐直徑)范圍內(nèi)的相鄰儲(chǔ)罐，均應(yīng)冷卻。

2) 著火的外浮頂、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐應(yīng)冷卻，相鄰儲(chǔ)罐可不冷卻。

3) 著火的固定頂儲(chǔ)罐和內(nèi)/外浮頂罐的固定式冷卻水供給強(qiáng)度分別為不小于2.0L/(min·m2)和2.5L/(min·m2)，相鄰儲(chǔ)罐冷卻水供給強(qiáng)度為不小于2.0L/(min·m2)。

4) 直徑大于20m固定頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂罐的消防冷卻水最小供給時(shí)間不小于9h，其他儲(chǔ)罐不少于6h。

以“大連7.16油庫(kù)火災(zāi)事故”為例[7]，在對(duì)著火儲(chǔ)罐進(jìn)行滅火同時(shí)對(duì)鄰近受到威脅的6座儲(chǔ)罐及輸油管道進(jìn)行冷卻，滅火用時(shí)15h，使用泡沫1300t、用水約6×104t，計(jì)算泡沫混合液供給強(qiáng)度為4.3L/(min·m2)。該事故中泡沫液供給強(qiáng)度和供給時(shí)間均高于文獻(xiàn)[6]的規(guī)定，著火浮頂罐可不冷卻的規(guī)定也與實(shí)際消防要求有差距。此外儲(chǔ)罐滅火后還應(yīng)向著火儲(chǔ)罐補(bǔ)充噴射泡沫，避免油氣揮發(fā)，冷卻罐壁降至室溫。建議在條件允許的情況下，消防水池和泡沫罐的容積應(yīng)適當(dāng)增加，以增加泡沫液供給強(qiáng)度和供給時(shí)間。

1.5消防泵

針對(duì)消防冷卻水泵和泡沫消防水泵的設(shè)置，文獻(xiàn)[6]規(guī)定一級(jí)油庫(kù)應(yīng)各設(shè)1臺(tái)備用泵，二、三級(jí)油庫(kù)可共用1臺(tái)備用泵，四、五級(jí)油庫(kù)可不設(shè)備用泵，備用泵量程不小于最大主泵的工作能力。消防水泵應(yīng)為正壓?jiǎn)?dòng)或自吸啟動(dòng)，采用自吸啟動(dòng)時(shí)，自吸時(shí)間不宜大于45s。一、二、三級(jí)油庫(kù)的消防水泵有2個(gè)獨(dú)立電源供電時(shí)，主泵應(yīng)為電動(dòng)泵，備用泵可為電動(dòng)泵或柴油機(jī)泵；只有1個(gè)電源供電時(shí)，消防水泵應(yīng)采用下列方式之一： 主泵和備用泵均為柴油機(jī)泵；電動(dòng)機(jī)泵和柴油機(jī)泵互為主泵和備用泵。

油庫(kù)消防系統(tǒng)采用雙電源或雙回路供電方式，應(yīng)對(duì)配電設(shè)施進(jìn)行改造，或者設(shè)計(jì)較大容量的變配電措施。消防泵偶爾使用，采用雙電源或雙回路供電方式不經(jīng)濟(jì)。此外，很多火災(zāi)事故初期火勢(shì)并不大，但由于電纜損壞，消防系統(tǒng)無(wú)備用動(dòng)力源，造成火災(zāi)擴(kuò)大[7]，提高消防系統(tǒng)供電可靠性具有重要意義。實(shí)踐證明柴油機(jī)泵操作維護(hù)簡(jiǎn)便，作為消防水泵具有明顯優(yōu)勢(shì)。俄羅斯應(yīng)用柴油燃料的發(fā)電機(jī)快速啟動(dòng)消防泵的技術(shù)成熟，柴油儲(chǔ)備量能滿(mǎn)足消防泵運(yùn)轉(zhuǎn)不低于6h，確保發(fā)生火災(zāi)和電力中斷情況下驅(qū)動(dòng)消防泵，建議國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)柴油機(jī)消防泵的油料儲(chǔ)備量應(yīng)適當(dāng)增加。

2　國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐泡沫消防系統(tǒng)新技術(shù)

2.1液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)

液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)是在可燃液體下部注入泡沫，泡沫受浮力作用上升到液體表面并擴(kuò)散，形成泡沫層的滅火系統(tǒng)，液下滅火設(shè)施宜應(yīng)用于撲救拱頂油罐火災(zāi)。伊朗國(guó)家石油規(guī)范規(guī)定原油固定頂儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置由泡沫消防水泵、 泡沫比例混合裝置、 高背壓泡沫產(chǎn)生器等組成的液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)[8]。該滅火方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 泡沫管線(xiàn)和泡沫噴射口在儲(chǔ)罐底部，儲(chǔ)罐火災(zāi)狀態(tài)下不易損壞。

2) 泡沫受高溫和輻射熱破壞影響小，滅火效率高。

該滅火方式需解決的主要問(wèn)題是防止泡沫夾帶過(guò)多油品成為可燃泡沫而失去滅火能力，只能選擇同時(shí)具有疏水性和疏油性的氟蛋白泡沫，泡沫發(fā)泡倍數(shù)控制在3倍較為適宜。此外，泡沫噴射口的止回閥容易密封不嚴(yán)，可能導(dǎo)致罐內(nèi)油品滲漏問(wèn)題。伊朗某油田儲(chǔ)罐在止回閥后設(shè)置超壓爆破片，可有效防止油品泄漏[9]。

2.2移動(dòng)式消防設(shè)施

外浮頂罐發(fā)生全面積敞口火災(zāi)難于撲救，特別是原油罐長(zhǎng)時(shí)間大火會(huì)發(fā)生沸溢。國(guó)外已有應(yīng)用移動(dòng)式大流量泡沫炮成功撲救大型儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)的事故案例。例如： 美國(guó)曾成功撲救過(guò)直徑60.96m的油罐火災(zāi)，使用了巨型泡沫炮，射程152m，流量在250 L/s以上。沙特阿莫科公司推薦撲救直徑60～100m浮頂罐火災(zāi)，可使用流量260～930L/s消防炮。移動(dòng)式消防設(shè)備泡沫供給強(qiáng)度明顯高于固定式消防系統(tǒng)，例如美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 11—2016StandardforLow-，Medium，andHigh-ExpansionFoam[10]規(guī)定: 針對(duì)原油儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)，采用固定式泡沫滅火系統(tǒng)，泡沫混合液的供給強(qiáng)度為4L/(min·m2)，持續(xù)供給時(shí)間為55min。采用泡沫炮滅火，泡沫混合液供給強(qiáng)度為6.5L/(min·m2)，持續(xù)供給時(shí)間為65min。為彌補(bǔ)泡沫液損失量，泡沫炮實(shí)際泡沫供給強(qiáng)度通常需提高至 10 L/(min·m2)以上[11]。

2.3CFITM氣體滅火系統(tǒng)

荷蘭SAVAL 公司開(kāi)發(fā)的CFITM氣體滅火系統(tǒng)包括氣體滅火劑儲(chǔ)存罐、感溫探頭、滅火劑噴頭、管線(xiàn)等，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　CFITM氣體滅火系統(tǒng)示意

滅火劑噴頭與感溫探頭一起敷設(shè)，探頭間距約2 m，單個(gè)系統(tǒng)可覆蓋40m罐周，安裝系統(tǒng)數(shù)量取決于儲(chǔ)罐大小。發(fā)生密封圈火災(zāi)時(shí)，火焰熱量使一個(gè)或多個(gè)探頭/裝置啟動(dòng)，氣體滅火劑通過(guò)噴頭直接噴射到火焰上，滅火劑儲(chǔ)存罐設(shè)有液位和壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)維護(hù)方便，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，可靠性高，滅火速度快，不需額外動(dòng)力，自動(dòng)檢測(cè)滅火，不需水源，適合水源缺乏地區(qū)，在沙特和伊朗應(yīng)用較多。

2.4TANK GUARD泡沫滅火系統(tǒng)

環(huán)球技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的TANK GUARD泡沫滅火系統(tǒng)包括泡沫液儲(chǔ)罐、線(xiàn)性感溫報(bào)警系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　TANK GUARD泡沫滅火系統(tǒng)示意

線(xiàn)性感溫報(bào)警系統(tǒng)在密封圈內(nèi)，泡沫噴頭穿過(guò)金屬支撐板進(jìn)入密封圈內(nèi)部，密封圈內(nèi)出現(xiàn)火焰時(shí)泡沫直接噴射至油面滅火。泡沫液儲(chǔ)罐容量250L，儲(chǔ)存200L泡沫混和液，液體上方充裝高壓氣體，探頭間距約2 m，單個(gè)系統(tǒng)可覆蓋40m罐周，TANK GUARD泡沫滅火系統(tǒng)在西亞應(yīng)用較多。

2.5FoamFatale(SEF)泡沫滅火系統(tǒng)

SEF滅火系統(tǒng)中，壓縮泡沫儲(chǔ)存在壓力儲(chǔ)罐內(nèi)，與儲(chǔ)罐通過(guò)管線(xiàn)相連，壓縮泡沫在罐內(nèi)壓力下快速到達(dá)罐頂，結(jié)構(gòu)如圖3所示。沿罐壁頂部設(shè)置環(huán)管，壓縮泡沫從環(huán)管線(xiàn)性開(kāi)口自動(dòng)膨脹為泡沫，沿罐壁呈瀑布狀快速流下，向罐中心匯集形成泡沫帶。該系統(tǒng)泡沫供給強(qiáng)度可達(dá)20～40 L/(min·m2)，覆蓋2000m2著火油面形成20cm的泡沫層僅需2min，該系統(tǒng)可用于撲救大型浮頂儲(chǔ)罐的全表面積火災(zāi)。

圖3　FoamFatale(SEF)泡沫滅火系統(tǒng)示意

3　結(jié)論和建議

1) 大型儲(chǔ)罐滅火系統(tǒng)基于撲救密封圈火災(zāi)，隨著儲(chǔ)罐大型化發(fā)展趨勢(shì)，儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)應(yīng)提高設(shè)計(jì)等級(jí)。

2) 浮盤(pán)邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)相對(duì)于罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)更適用于撲救大型儲(chǔ)罐的密封圈火災(zāi)，但應(yīng)致力于提高該滅火系統(tǒng)設(shè)施的可靠性和穩(wěn)定性。

3) 借鑒“大連7.16事故”經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)罐固定式消防系統(tǒng)泡沫混合液供給強(qiáng)度不應(yīng)小于4L/(min·m2)，冷卻水供給時(shí)間不少于15h，大型浮頂罐著火情況下應(yīng)對(duì)鄰近儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻。

4) 不具備雙回路供電方式的油庫(kù)消防泵優(yōu)先采用柴油機(jī)泵，柴油儲(chǔ)備量能滿(mǎn)足消防泵運(yùn)轉(zhuǎn)不少于6h。

5) 固定頂儲(chǔ)罐選擇液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)考慮泡沫液類(lèi)型、泡沫發(fā)泡倍數(shù)、泡沫管線(xiàn)防滲漏措施等。

6) 借鑒美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 11—2016，大型儲(chǔ)罐應(yīng)配備移動(dòng)式消防設(shè)備，泡沫混合液供給強(qiáng)度是6.5L/(min·m2)，持續(xù)供給時(shí)間是65min，用以撲救儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)。

7) 國(guó)外新型滅火系統(tǒng)啟動(dòng)快、滅火效率高，適用于撲救浮頂罐密封圈初期火災(zāi)。

[1]董林林.大型油庫(kù)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011，30(11)： 864-866.

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Review on New Technology of Fixed Fire-Fighting System for Large Scale Tanks

Liu Yichi1， Bei Yamei2， Liu Jiangbo3， Zhang Fuqiang4， Ma Weiping5

(1. Hebei Huabei Petroleum Ganghua Survey Planning & Design Co. Ltd.，Renqiu， 062552， China；2. No.4 Drilling Engineering Company， BHDC， Renqiu， 062552, China；3. China Petroleum Engineering & Construction Corp.， Beijing， 100120, China；4. China PetroleumPipeline No.4 Construction Company， Langfang， 065000, China；5. PetroChina Pipeline R&D Center， Langfang， 065000, China)

Abstracts： The current status and application scope of foreign new foam fire extinguishing technology are introduced including base injection foam extinguishing system， movable fire-fighting facilities， CFITM， TANK GUARD and SEF foam extinguishing system. Suggestions to improve reliability and emergency support capacity of tank fixed fire-fighting system are proposed including application of floating edge foam fire-fighting system. Foam supply strength is no less than 4L/(min·m2). Cooling water supply time is no less than 15 h and equipment of diesel fire pump with diesel storage capacity is no less than 6 h.

tank；fixed fire-fighting system；design；standard；foam extinguishing system

劉釔池(1987—)，女，河北滄州人，2010年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，主要從事油田地面工程設(shè)計(jì)工作，任工程師。

發(fā)展與評(píng)述

TU998.1

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1007-7324(2016)04-0001-04

稿件收到日期： 2016-04-12。