郎需慶

(中石化安全工程研究院有限公司化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266104)

0 前言

為了減少罐區(qū)VOCs無組織排放量，現(xiàn)階段石化企業(yè)儲(chǔ)罐多數(shù)采用密閉儲(chǔ)存，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐逐步采用全接液式浮盤、氮封或儲(chǔ)罐氣相連通等技術(shù)措施，以減少油氣揮發(fā)[1-3]。目前，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐約占石化企業(yè)儲(chǔ)罐總數(shù)量的70%以上，單個(gè)罐組的儲(chǔ)罐數(shù)量最多可達(dá)16座[4-5]。原油、燃料油等油品采用外浮頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，多數(shù)四罐一組[6-7]。精細(xì)化工企業(yè)多數(shù)采用幾百立方米到幾千立方米的小型儲(chǔ)罐，主要采用拱頂罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐布置密集，儲(chǔ)存介質(zhì)類型多，且多數(shù)是有毒、揮發(fā)性和腐蝕性強(qiáng)的化工類液體[8-10]。

罐區(qū)是石化企業(yè)易燃易爆介質(zhì)高度集中的區(qū)域，燃爆風(fēng)險(xiǎn)高，屬于重大危險(xiǎn)源。煉化企業(yè)的罐區(qū)與生產(chǎn)裝置交錯(cuò)布置，這些儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，往往會(huì)造成鄰近的生產(chǎn)設(shè)施和工藝管線破壞，進(jìn)而形成區(qū)域性多災(zāi)種事故，誘發(fā)生產(chǎn)區(qū)域的多米諾骨牌效應(yīng)[11-12]。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，國內(nèi)外發(fā)生了多起罐區(qū)重特大火災(zāi)爆炸事故，如2005年英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)事故、2009年印度齋普爾油庫火災(zāi)事故、2010年大連中石油某公司輸油管道“7·16”爆炸火災(zāi)事故、2021年河北滄州某石化公司“5·31”火災(zāi)事故等，這些事故充分暴露出儲(chǔ)罐火災(zāi)處置過程的難點(diǎn)及消防裝備的薄弱環(huán)節(jié)，這對(duì)石化罐區(qū)消防技術(shù)研究提出了新要求。

本文將著重梳理我國石化罐區(qū)火災(zāi)特點(diǎn)及處置難點(diǎn)，探索石化消防技術(shù)研究新方向，為提升我國石化企業(yè)罐區(qū)火災(zāi)處置技術(shù)提供支持。

1 儲(chǔ)罐區(qū)重大事故類型

罐區(qū)重大事故往往由單罐火災(zāi)向多罐火災(zāi)事故發(fā)展，儲(chǔ)罐內(nèi)燃燒介質(zhì)由罐內(nèi)擴(kuò)散至罐外，形成大范圍、高強(qiáng)度的燃燒區(qū)域，同時(shí)，儲(chǔ)罐因變形、附件損毀等造成罐內(nèi)隱蔽燃燒，增加了事故風(fēng)險(xiǎn)與處置難度。從事故案例分析情況看，罐區(qū)重大事故類型如下。

1.1 儲(chǔ)罐溢油

因儲(chǔ)罐液位監(jiān)控系統(tǒng)故障導(dǎo)致的儲(chǔ)罐溢油是近些年國內(nèi)外罐區(qū)火災(zāi)事故的主要原因，儲(chǔ)罐溢油事故極易造成儲(chǔ)存介質(zhì)突破罐區(qū)四級(jí)防護(hù)系統(tǒng)，導(dǎo)致油料在罐區(qū)失控?cái)U(kuò)散[13]。

罐內(nèi)液體從罐頂溢出后，沿罐壁邊緣板呈瀑布狀向罐外傾泄，在罐外開放空間形成霧狀氣體四處飄散，在罐區(qū)地面上形成巨大的蒸氣云團(tuán)并四處蔓延。如英國2005年邦斯菲爾德油庫溢油蔓延80 000 m2，遇到點(diǎn)火源后形成了群罐火災(zāi)與池火，20多座油罐被燒毀，英國消防人員調(diào)集了遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)及多臺(tái)消防炮實(shí)施滅火，火災(zāi)持續(xù)了60 h。大連中石油某公司因輸油管道爆炸造成罐區(qū)火災(zāi)事故，儲(chǔ)罐及管道內(nèi)油料在罐區(qū)沿地勢蔓延，擴(kuò)散至泵房、配電室、泡沫站等區(qū)域，形成大面積地面池火，300多輛消防車、2 000多名消防官兵經(jīng)15 h完成滅火。2001年9月1日沈陽市某石油公司因倒油過程汽油外溢，油氣擴(kuò)散至160 m遠(yuǎn)外的車庫被引燃，罐區(qū)8座儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸火災(zāi)事故，9 h完成滅火。

儲(chǔ)罐溢油事故的最大處置難點(diǎn)是燃燒區(qū)域分散、燃燒面積大，固定式消防系統(tǒng)因燃燒與爆炸而受損概率大、難以發(fā)揮作用，消防道路堵塞，現(xiàn)場作業(yè)困難[14]。在這種情況下，全部依靠移動(dòng)式消防裝備實(shí)施滅火，對(duì)現(xiàn)場泡沫液供給、消防水供給、人員防護(hù)、應(yīng)急指揮等造成了極大的挑戰(zhàn)。

1.2 極端天氣造成外浮頂儲(chǔ)罐浮盤傾斜引發(fā)全面積火災(zāi)

在暴雨與臺(tái)風(fēng)狀況下，罐區(qū)浮盤上雨水短時(shí)間內(nèi)超量集聚，同時(shí)，在臺(tái)風(fēng)作用下，浮盤上的積水向下風(fēng)向集聚，導(dǎo)致浮盤失穩(wěn)，另外，若浮盤的浮艙蓋密封不嚴(yán)，雨水還會(huì)灌入浮艙內(nèi)，造成浮盤傾斜或沉沒[15]。

浮盤傾斜后，罐內(nèi)油料將溢流至浮盤上面，巨大液面裸露在大氣中，遇到雷電、靜電等點(diǎn)火源，極易造成浮頂儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)事故[16-17]。從外浮頂儲(chǔ)罐的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，浮盤傾斜或沉沒是造成大型浮頂儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)的主要因素。

2001年6月7日美國路易斯安娜州某煉油廠一座外浮頂儲(chǔ)罐(直徑82.4 m、高9.8 m)因暴雨導(dǎo)致浮盤部分沉沒，雷擊引起罐內(nèi)汽油著火，著火時(shí)罐內(nèi)液位8.5 m，采用2臺(tái)大流量泡沫炮在65 min內(nèi)完成滅火。2003年9月日本北海道某浮頂油罐(直徑42.7 m，高24.4 m)因地震造成浮盤沉沒，罐內(nèi)石腦油油面裸露，消防員向油面噴射泡沫覆蓋油面，風(fēng)力將泡沫層吹開，發(fā)生火災(zāi)。調(diào)查認(rèn)為可能是泡沫消泡后成為水溶液，水滴沉入石腦油中時(shí)，石腦油沉降帶電，產(chǎn)生的電荷蓄積在殘留的泡沫中，在這些泡沫與罐璧或接觸罐壁的泡沫之間放電，導(dǎo)致火災(zāi)。

1.3 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐罐內(nèi)爆炸造成的罐內(nèi)多燃燒區(qū)域火災(zāi)

當(dāng)前內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐多數(shù)采用鋁制組裝式浮盤或全接液式不銹鋼浮盤，浮盤均為多個(gè)浮力單元組裝而成，罐內(nèi)浮盤上部油氣空間發(fā)生閃爆后，浮盤極易被爆炸沖擊波破碎為多塊碎片或沉沒，浮盤碎片、浮盤密封圈等會(huì)在油面上堆積，同時(shí)，罐頂受爆炸沖擊后，罐頂可能會(huì)掀落至地面或掀開一個(gè)開口，然后罐內(nèi)持續(xù)燃燒[18-19]。因罐頂塌陷、浮盤破碎或沉沒、罐壁變形，罐內(nèi)液面上形成了多區(qū)域多障礙物的復(fù)雜燃燒空間，罐外泡沫難以覆蓋罐內(nèi)液面每個(gè)角落，形成滅火死角，如滅火不徹底，還會(huì)發(fā)生復(fù)燃[20]。

2010年5月9日，上海某公司5 000 m3石腦油內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐因硫化亞鐵自燃引發(fā)罐內(nèi)爆炸著火事故，罐頂部分掀開，罐壁嚴(yán)重變形，固定式消防系統(tǒng)損毀，塌陷的罐頂及內(nèi)浮盤與變形的罐壁之間形成多個(gè)隱蔽火點(diǎn)，大火在罐內(nèi)多個(gè)半封閉空間內(nèi)燃燒，罐外泡沫炮無法針對(duì)這些隱蔽火點(diǎn)實(shí)施滅火，中間發(fā)生復(fù)燃一次，最終依靠消防員爬上著火罐罐頂利用泡沫鉤管完成滅火，事故處置耗時(shí)11 h。2002年3月中石油某公司一臺(tái)5 000 m3石腦油儲(chǔ)罐爆炸時(shí)罐內(nèi)裝有384 t油，罐頂開口很小，罐壁變形導(dǎo)致罐頂泡沫產(chǎn)生器完全損壞，經(jīng)過車載泡沫炮和移動(dòng)泡沫炮15 h噴射完成滅火。這類儲(chǔ)罐盡管罐容不大，但是泡沫難以有效射入罐內(nèi)，滅火難度大，極易引發(fā)周圍儲(chǔ)罐火災(zāi)。

1.4 儲(chǔ)罐沸溢

原油、重質(zhì)油、燃燒油等儲(chǔ)罐發(fā)生全面積火災(zāi)后，如不能及時(shí)滅火，液面形成熱波層向罐底傳遞，熱波層遇到罐底積水層后，罐內(nèi)水會(huì)立即氣化膨脹，罐內(nèi)油料飛出罐外，形成沸溢事故。在燃燒過程，會(huì)發(fā)生多次沸溢[21]。另外，高溫油罐在燃燒過程，若向罐內(nèi)噴射含水量較高的濕泡沫，泡沫析出的水在向油層內(nèi)沉降時(shí)，會(huì)受熱膨脹，體積膨脹1 000倍，將罐內(nèi)油料帶出罐外，形成潑濺[22]。儲(chǔ)罐沸溢潑濺事故極易造成群罐火災(zāi)，對(duì)消防人員與裝備威脅很大。

2021年5月31日，河北滄州某公司的4座儲(chǔ)存稀釋瀝青的固定頂儲(chǔ)罐(罐容為2 000 m3)因違章作業(yè)引發(fā)火災(zāi)，滅火過程中發(fā)生了多次沸溢噴濺(火焰高達(dá) 50～200 m，輻射熱影響范圍最高達(dá) 1 000 m)，共 351 輛消防車、1 547 名消防指戰(zhàn)員參與火災(zāi)撲救，歷經(jīng)84 h完成滅火。

1.5 群罐火災(zāi)

因儲(chǔ)罐氣相連通、硫化亞鐵自燃等單臺(tái)儲(chǔ)罐火災(zāi)引發(fā)多個(gè)儲(chǔ)罐同時(shí)著火時(shí)，儲(chǔ)罐燃燒面積大，固定式消防系統(tǒng)已無法滿足多臺(tái)儲(chǔ)罐滅火需求，只能依靠移動(dòng)式消防裝備實(shí)施分區(qū)域滅火?，F(xiàn)場供水、供泡沫液量大、輸送距離長，作業(yè)空間有限，主動(dòng)滅火難度高[23-25]。

2010年8月29日中石油大連某公司一臺(tái)20 000 m3儲(chǔ)存柴油的內(nèi)浮頂罐(直徑40.5 m)因進(jìn)油流速過快產(chǎn)生靜電引發(fā)罐內(nèi)火災(zāi)事故，儲(chǔ)罐發(fā)生閃爆，罐底撕裂出一條長約7.1 m，最高約0.20 m的裂縫，罐底板最高處翹起1.12 m，罐體變形坍塌，在防火堤內(nèi)形成大面積池火，多臺(tái)儲(chǔ)罐受損燒毀。

2 儲(chǔ)罐火災(zāi)處置的主要難點(diǎn)

儲(chǔ)罐區(qū)重大火災(zāi)事故往往造成固定式消防系統(tǒng)失效而主要采用移動(dòng)式消防裝備，儲(chǔ)罐燃燒面積大、熱值高、次生事故風(fēng)險(xiǎn)大，在處置過程中存在滅火劑消耗量大、補(bǔ)給困難、精準(zhǔn)滅火難度高等難點(diǎn)，另外，這類重大事故發(fā)生概率低，消防指戰(zhàn)員的經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)薄弱。從事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，儲(chǔ)罐滅火處置的主要難點(diǎn)如下。

2.1 罐上噴射泡沫因障礙物而難以完全覆蓋罐內(nèi)著火

內(nèi)浮頂罐因罐頂塌陷、罐壁變形、浮盤碎片在燃燒油面堆積等造成罐內(nèi)液面被分隔為多塊區(qū)域，有些燃燒區(qū)域可能位于塌陷罐頂?shù)撞康姆忾]空間內(nèi)或液面上的障礙物阻擋泡沫，從罐頂射入的泡沫難以覆蓋所有燃燒液面，存在滅火盲區(qū)[26]。

外浮頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤落地后，浮盤與油面之間存在較大油氣空間，罐內(nèi)發(fā)生全液面火災(zāi)，受浮盤的阻擋，罐上部無法噴射泡沫滅火，且罐內(nèi)液面距離罐壁下部人孔較小，液面注入泡沫后極易造成罐內(nèi)殘油溢出罐外，形成地面流淌火，對(duì)鄰近儲(chǔ)罐的影響較大[27]。

2.2 罐內(nèi)易復(fù)燃

向著火儲(chǔ)罐噴射泡沫后，罐內(nèi)火焰逐漸變小，直到消失，消防指揮人員往往認(rèn)為儲(chǔ)罐滅火完成。實(shí)際上，在有些情況下，罐內(nèi)還存在零散的微小火焰，燃燒面積很小，熱量有限，在罐外往往難以發(fā)現(xiàn)，若遺漏，會(huì)復(fù)燃[28]。這些殘火包括：

a) 罐壁因冷卻不徹底，罐壁與液面交界處的泡沫層受高溫壁面破壞，泡沫層與罐壁間存在較大縫隙，縫隙內(nèi)存在燃燒液面的邊緣火。

b) 儲(chǔ)存的低沸點(diǎn)液體在滅火后的液面上還處于沸騰狀態(tài)，如正戊烷、環(huán)氧丙烷等，液面與泡沫層之間的蒸氣壓較高，油料蒸氣極易穿透泡沫層，擴(kuò)散至泡沫層頂部，并形成穩(wěn)定燃燒，即為閃火。實(shí)驗(yàn)表明，低沸點(diǎn)液體表面即使覆蓋了超過500 mm的泡沫層，依然存在泡沫層表面閃火現(xiàn)象，隨著閃火的持續(xù)，泡沫層上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)持續(xù)燃燒區(qū)域，泡沫層被破壞，失去覆蓋作用，形成更大范圍的燃燒。

c) 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤密封圈的橡膠材料，如油氣膈膜，橡膠刮板等，殘留在燃燒液面上部持續(xù)燃燒，泡沫層無法覆蓋這些高于液面的燃燒著的橡膠碎片，這些橡膠片是罐內(nèi)的二次點(diǎn)火源，當(dāng)橡膠碎片周圍的泡沫層析液后露出液面，這些液面會(huì)發(fā)生二次燃燒。

d) 罐內(nèi)泡沫層失效過快，主要原因是滅火結(jié)束后罐內(nèi)冷卻遲緩，尤其是儲(chǔ)罐處于中低液位時(shí)，罐內(nèi)液面以上的空白罐壁面積巨大，當(dāng)儲(chǔ)罐外壁設(shè)保溫層時(shí)，罐壁冷卻不充分，在儲(chǔ)罐滅火后短時(shí)間內(nèi)，罐壁溫度一直處于較高狀態(tài)，罐內(nèi)氣溫往往超過100 ℃，高溫壁面對(duì)泡沫層的熱輻射作用，使得泡沫層析液快，覆蓋能力減弱，裸露出液面后容易發(fā)生復(fù)燃。如，以5 000 m3儲(chǔ)罐處于50%液位時(shí)計(jì)算，儲(chǔ)罐直徑21 m，儲(chǔ)罐面積是347 m2，而空白罐壁高度設(shè)為8 m，則空白壁面的面積是527 m2，再加上罐頂?shù)拿娣e，泡沫層接收熱輻射的面積是其自身面積的2～3倍。

e) 外浮頂儲(chǔ)罐浮盤落地后，罐內(nèi)的浮盤支腿會(huì)對(duì)罐底液面滅火造成不利影響，支腿無法冷卻，在滅火后，支腿的高溫表面會(huì)破壞罐內(nèi)泡沫層，且浮盤底部溫度較高，對(duì)罐內(nèi)泡沫層的熱輻射影響較大，加速了泡沫層失效，復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)較高。

2.3 泡沫炮噴射泡沫損耗大

國內(nèi)外儲(chǔ)罐滅火絕大多數(shù)采用泡沫炮遠(yuǎn)程噴射泡沫。對(duì)于外浮頂儲(chǔ)罐的全面積火災(zāi)處置，國內(nèi)外均采用大流量遠(yuǎn)射程泡沫炮噴射滅火，因浮頂儲(chǔ)罐直徑較大，10×104m3浮頂儲(chǔ)罐燃燒面積超過5 000 m2，泡沫混合液供給強(qiáng)度一般在10 L/(min·m2)以上，泡沫炮的總流量在400 L/s，射程超過100 m[29]，據(jù)日本泡沫炮噴射測試結(jié)果，大流量泡沫炮遠(yuǎn)射程噴射時(shí)泡沫損耗在罐外的量約占60%，實(shí)際能進(jìn)入罐內(nèi)滅火的泡沫僅占30%左右。這造成大型儲(chǔ)罐滅火現(xiàn)場供水和供泡沫的負(fù)擔(dān)很重，除了儲(chǔ)罐滅火外，周圍大量儲(chǔ)罐和生產(chǎn)設(shè)施均需要冷卻，因此往往采用多套遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)供水、泡沫原液運(yùn)輸車輸送泡沫液。

從國內(nèi)大流量泡沫炮的應(yīng)用情況看，主要問題是遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)與泡沫炮的匹配性存在問題，遠(yuǎn)程供水的末端輸出壓力低于泡沫炮的入口壓力，導(dǎo)致射程降低，泡沫損耗量大，滅火效率低。

對(duì)于固定頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐滅火，當(dāng)罐頂部分掀開時(shí)，罐頂與罐壁之間的裂口較小，罐內(nèi)火焰在罐頂裂口處形成向外的強(qiáng)大熱氣流，火焰熱輻射很強(qiáng)，泡沫射流因揮發(fā)和熱氣流沖擊損耗量很高，進(jìn)入罐內(nèi)滅火的泡沫量不足，滅火能力不足。

2.4 消防污水造成環(huán)境污染

儲(chǔ)罐火災(zāi)事故現(xiàn)場會(huì)集聚大量消防污水，泡沫液是消防污水的主要污染物。當(dāng)前泡沫液絕大多數(shù)含以全氟辛烷磺酸(PFOS)及其鹽類為代表的氟碳表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣Ｒ訮FOS及相關(guān)鹽類為代表的氟碳表面活性劑存在嚴(yán)重的生態(tài)破壞力和環(huán)境污染問題[30]。

2006年歐盟頒布《關(guān)于限制全氟辛烷磺酸使用及銷售的指令》，限制PFOS類產(chǎn)品的使用和市場投放。2009年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署通過了《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》，將及其鹽類和全氟辛基磺酰氟(PFOSF)在內(nèi)的9類物質(zhì)列入持久性有機(jī)污染物名單。2001年美國環(huán)境保護(hù)署將PFOS列入持久性污染物黑名單，并規(guī)定截止到2015年，所有氟碳表面活性劑生產(chǎn)廠商要停止PFOS和PFOA的生產(chǎn)。

國家發(fā)改委2011年發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》，將PFOS列為限制類產(chǎn)業(yè)，將PFOS及其鹽類替代品和替代技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用列為鼓勵(lì)類產(chǎn)業(yè)。

另外，在日常訓(xùn)練中，消防隊(duì)伍因環(huán)保問題也無法噴射泡沫演練，多數(shù)是噴水代替，影響了演練效果。

3 儲(chǔ)罐滅火技術(shù)領(lǐng)域研究重點(diǎn)

3.1 開發(fā)高效環(huán)保型無氟泡沫滅火劑

鑒于以PFOS為代表的長鏈氟碳表面活性劑的生態(tài)破壞力和環(huán)境污染問題，開發(fā)性能優(yōu)異且環(huán)境友好型的環(huán)保氟碳表面活性劑成為當(dāng)下迫在眉睫的研究課題[31]。

杜邦、3M以及道康寧等生產(chǎn)商都已推出了C6和C4替代品，展示出了良好的應(yīng)用前景，但是短氟碳鏈表面活性劑目前使用周期較短，是否對(duì)生態(tài)存在威脅尚不清楚。劉惠平等[32]以有機(jī)硅表面活性劑為關(guān)鍵組分，研究了有機(jī)硅表面活性劑、十二烷基磺酸鈉等原料組成的不同復(fù)配體系的發(fā)泡性、泡沫穩(wěn)定性、泡沫在汽油表面的鋪展性以及對(duì)汽油的密封性。

3.2 開發(fā)復(fù)合型泡沫滅火劑，提升泡沫滅火能力

當(dāng)前泡沫滅火的主要機(jī)理是覆蓋液面冷卻、隔離空氣、抑制油氣揮發(fā)，滅火機(jī)理相對(duì)單一。油料表面分子與泡沫滅火劑之間未發(fā)生作用，當(dāng)泡沫層受到火焰作用消泡后，泡沫基本失去滅火作用。

油面燃燒時(shí)，油面溫度在200～300 ℃，高溫液面對(duì)泡沫層的破壞性很強(qiáng)，初始落入燃燒液面的泡沫都?xì)饣瘬]發(fā)，經(jīng)泡沫射流不斷施加到液面后，持續(xù)降低液面溫度至約140 ℃ 后，泡沫層才可能停留在燃燒液面上，逐步在落點(diǎn)區(qū)域形成泡沫覆蓋層，此時(shí)泡沫滅火作用才剛剛開始。

由于泡沫層是可壓縮的軟流體，自身幾乎無動(dòng)能，主要靠噴射裝置的射流動(dòng)能推動(dòng)前進(jìn)，在泡沫噴出流動(dòng)到一定距離后，泡沫層越積越多，泡沫層的自身動(dòng)能逐漸消失，新噴入的泡沫幾乎無法推動(dòng)前面龐大的泡沫層繼續(xù)擴(kuò)散，此時(shí)泡沫層達(dá)到最大覆蓋面積，新噴入的泡沫將在落點(diǎn)處不斷堆積，而無法起到擴(kuò)大覆蓋面的作用。而且，先前噴出的泡沫層開始析液，泡沫的覆蓋能力在逐漸降低，而后續(xù)噴出的泡沫又無法補(bǔ)充，因此，“老”泡沫層逐漸失去滅火能力，先前已滅火的區(qū)域又重新燃燒，造成滅火前功盡棄，泡沫滅火過程如圖1所示。

圖1 罐內(nèi)泡沫層失效機(jī)制

目前泡沫滅火機(jī)理過于單一，已不滿足大型油罐滅火需求，通過改變滅火劑組分，從分子維度實(shí)現(xiàn)滅火劑分子主動(dòng)包覆油料分子，在微觀層面隔離油料分子，增加泡沫滅火劑的抑制油氣揮發(fā)能力，提升滅火劑的耐高溫能力，同時(shí)，降低泡沫倍數(shù)來提升泡沫在液面的流動(dòng)性，延長流動(dòng)距離及繞障能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)滅火死角的全覆蓋，是下一步研發(fā)重點(diǎn)。

3.3 加快大流量壓縮氣體泡沫滅火技術(shù)在大型儲(chǔ)罐滅火的應(yīng)用

當(dāng)前大型儲(chǔ)罐火災(zāi)撲救主要為吸氣式泡沫，尤其在大流量噴射泡沫情況下，國內(nèi)單臺(tái)泡沫炮最大流量已達(dá)500 L/s，泡沫混合液射流與從外界吸入的空氣難以充分混合發(fā)泡，射流內(nèi)外層的發(fā)泡不均勻，泡沫氣泡均勻度差，泡沫穩(wěn)定性弱，滅火能力低，與當(dāng)前大型儲(chǔ)罐高效滅火的需要不適應(yīng)，泡沫發(fā)泡方式急需改進(jìn)。

壓縮空氣泡沫系統(tǒng)是一種更加高效的滅火系統(tǒng)，利用泡沫發(fā)生器將泡沫混合液和壓縮氣體充分均勻混合，產(chǎn)生均勻細(xì)膩、穩(wěn)定性好的泡沫。根據(jù)NFPA11的推薦值，固定頂儲(chǔ)罐應(yīng)對(duì)全面積火災(zāi)使用吸氣式泡沫系統(tǒng)，泡沫混合液最低供給強(qiáng)度為4.1 L/(min·m2)，若使用壓縮氣體泡沫系統(tǒng)，泡沫混合液最低供給強(qiáng)度為1.63 L/(min·m2)。同樣的火災(zāi)，壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的用水量遠(yuǎn)低于吸氣式泡沫系統(tǒng)。然而傳統(tǒng)的壓縮氣體泡沫滅火通常采用氣體壓縮機(jī)、高壓氣體管網(wǎng)或壓縮氣體鋼瓶等方式進(jìn)行供氣，而氣體壓縮機(jī)及壓縮氣體鋼瓶供氣量有限，無法滿足大流量、高壓力、長時(shí)間供氣的要求，且絕大多數(shù)場所沒有高壓氣體管網(wǎng)，空壓機(jī)的產(chǎn)氣能力限制了壓縮空氣泡沫系統(tǒng)在大型火災(zāi)撲救中的應(yīng)用，如何提供大流量的壓縮氣體是將壓縮氣體泡沫滅火技術(shù)應(yīng)用于石化領(lǐng)域重大火災(zāi)撲救的關(guān)鍵[33-34]。

目前，國內(nèi)壓縮氣體泡沫消防車泡沫混合液流量多數(shù)在30 L/s以下，相對(duì)于石化行業(yè)的常規(guī)泡沫消防車，其流量不足普通泡沫消防車流量的1/3，無法直接應(yīng)用于儲(chǔ)罐滅火，僅能處置規(guī)模較小的初期火災(zāi)和建筑物火災(zāi)。

近些年，歐洲在研究將壓縮氣體泡沫消防炮用于儲(chǔ)罐滅火，國外壓縮氣體泡沫裝置開發(fā)商開發(fā)了多款壓縮氣體泡沫滅火裝置，其最大流量也僅僅在60～80 L/s，與罐區(qū)滅火所需泡沫混合液流量差距還很大，這些消防裝備采用空壓機(jī)供氣，消防車的流量已達(dá)到極限。牟善軍等[35]研究采用液氮?dú)饣确绞酱婵諌簷C(jī)供氣，提供大流量壓縮氣體泡沫，研發(fā)了一套大流量液氮泡沫滅火裝置，最大泡沫混合液流量可達(dá)200 L/s以上，發(fā)泡倍數(shù)可調(diào)，可以產(chǎn)生干濕兩種狀態(tài)的泡沫。經(jīng)在直徑26 m油池上滅火實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，滅火時(shí)間僅為61 s，滅火能力遠(yuǎn)高于吸氣式泡沫[36]。另外，國內(nèi)多個(gè)消防裝備企業(yè)在開發(fā)壓縮氣體泡沫撬塊及高噴車等專用裝備，天津消防所牽頭編制了壓縮氣體泡沫滅火系統(tǒng)方面的技術(shù)要求，山東省發(fā)布了DB37/T 1916—2017《壓縮氣體泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》，旨在推動(dòng)壓縮氣體泡沫滅火技術(shù)在石化行業(yè)的應(yīng)用。

3.4 開發(fā)儲(chǔ)罐新型液下泡沫滅火技術(shù)，解決罐頂泡沫無法覆蓋盲區(qū)的難題

液下泡沫滅火技術(shù)一直是我國泡沫滅火系統(tǒng)的選項(xiàng)之一，然而，近十多年，液下泡沫滅火系統(tǒng)在國內(nèi)石化罐區(qū)應(yīng)用基本消失，主要原因是泡沫系統(tǒng)的泄漏等故障嚴(yán)重影響了儲(chǔ)罐長周期運(yùn)行，液下泡沫滅火基本退出了應(yīng)用市場，現(xiàn)有的液下泡沫滅火裝置存在嚴(yán)重缺陷，不滿足儲(chǔ)罐長周期運(yùn)行的需求。

當(dāng)前，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐數(shù)量越來越多，因浮盤破碎、罐頂塌陷等造成的液上滅火盲區(qū)，導(dǎo)致很多儲(chǔ)罐火災(zāi)難以徹底滅火，不得不采取燃盡結(jié)束的被動(dòng)滅火方式。在某些液上滅火無法解決的情況下，采用壓縮氣體泡沫滅火技術(shù)開發(fā)新型液下泡沫滅火系統(tǒng)，是對(duì)液上滅火系統(tǒng)的有益補(bǔ)充。包志明等[37-38]開展了壓縮空氣泡沫系統(tǒng)液下噴射的可行性研究，指出發(fā)泡倍數(shù)對(duì)滅火效果的影響起主導(dǎo)作用，泡沫含油率和泡沫覆蓋層穩(wěn)定性是導(dǎo)致存在適宜發(fā)泡倍數(shù)范圍的重要原因；不同類型、不同品牌泡沫滅火劑之間的滅火效果并無顯著差異；為保證滅火泡沫的疏油能力，液下噴射壓縮空氣泡沫應(yīng)按原設(shè)計(jì)混合比使用。儲(chǔ)罐進(jìn)出料管線管徑一般在200 mm以上，且多數(shù)儲(chǔ)罐有2根以上進(jìn)出料管線，利用管線向罐內(nèi)注入泡沫，實(shí)現(xiàn)液面快速覆蓋。

4 建議

儲(chǔ)罐區(qū)是石化企業(yè)生產(chǎn)物料的主要儲(chǔ)存區(qū)域，包括原料、中間產(chǎn)品及成品油等，罐區(qū)往往是石化企業(yè)的重大危險(xiǎn)源，是安全生產(chǎn)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。罐區(qū)火災(zāi)處置難度大，一方面是事故現(xiàn)場復(fù)雜，多災(zāi)種耦合，伴隨次生事故，風(fēng)險(xiǎn)高；另一方面是泡沫滅火技術(shù)與裝備急需提升。

針對(duì)儲(chǔ)罐火災(zāi)事故處置，提出如下建議：

a) 深入研究罐區(qū)火災(zāi)事故鏈，掌握儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的發(fā)展規(guī)律和事故特點(diǎn)，構(gòu)建儲(chǔ)罐事故預(yù)測量化模型，為事故預(yù)警提供技術(shù)支撐。

b) 利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，深度參與罐區(qū)安全生產(chǎn)過程，構(gòu)建數(shù)字孿生罐區(qū)，實(shí)現(xiàn)智慧應(yīng)急與消防，注重事故初期階段防控，加強(qiáng)事故預(yù)警技術(shù)研究，將工藝控制、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與應(yīng)急消防緊密結(jié)合，打造基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與保護(hù)層理念的石化消防應(yīng)急技術(shù)體系。

c) 針對(duì)新型泡沫滅火劑、新型消防技術(shù)與裝備等起草相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加快新技術(shù)新產(chǎn)品在石化行業(yè)消防領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。