張?jiān)撇?江西省贛州市消防救援支隊(duì)，江西 贛州 341000)

0 引言

在當(dāng)前石油工業(yè)飛速發(fā)展的新時(shí)代下，成品油及原油等可燃液體的儲(chǔ)存量日益增多，油罐數(shù)量越來越多。這些可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)通常極易出現(xiàn)燃燒，甚至爆炸事故，且往往會(huì)伴隨出現(xiàn)有毒氣體或物質(zhì)的泄漏。為最大程度地減少可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)事故，既要控制好防火間距，做好相關(guān)安全布置工作，也必須配備足夠的消防降溫設(shè)施。

另外，一些建設(shè)年代較早的可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)已經(jīng)不滿足儲(chǔ)存量日益增多的需求，需要對(duì)罐區(qū)進(jìn)行擴(kuò)建或改造。因此，需要控制的閥門及設(shè)備越來越多，加之操作時(shí)間長，工藝復(fù)雜，很容易出現(xiàn)操作失誤，這就要求在規(guī)劃、設(shè)計(jì)罐區(qū)時(shí)充分考慮到安全消防保障因素。

1 消防系統(tǒng)的組成

1.1 水消防系統(tǒng)

在可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)消防設(shè)施中，水消防系統(tǒng)的主要作用是冷卻消防罐和相鄰儲(chǔ)罐或稀釋泄漏出來的可燃液體。天然水源、外部供水管網(wǎng)、自帶消防水池，這3 種水源是水消防系統(tǒng)的主要給水來源?！队蛶煸O(shè)計(jì)規(guī)范》中指出，罐壁高度大于或等于17 m 的油罐，以及容積大于或等于5 000 m3的單罐都必須配置相應(yīng)的固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

1.2 泡沫消防系統(tǒng)

泡沫消防系統(tǒng)也是處理可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)事故必不可少的一項(xiàng)設(shè)施。泡沫消防設(shè)施的工作原理是：在空氣的作用下，泡沫會(huì)附著在可燃液體表面，將空氣與可燃液體隔絕開，以達(dá)到滅火效果，加之消防冷卻水具有冷卻的功效，可以達(dá)到更好的滅火效果。大型可燃液體罐區(qū)地址、罐箱位置相對(duì)固定，加上安全系數(shù)更高、操作方法較簡單、運(yùn)營費(fèi)用較低。因此，固定式、半固定式的空氣泡沫滅火系統(tǒng)較為常用。根據(jù)《油庫工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》，倘若油罐箱的單罐容積超過了1 000 m3，則必須配置固定式空氣泡沫滅火系統(tǒng)[1]。

1.3 消防系統(tǒng)供水壓力形式選擇

在消防冷卻水系統(tǒng)中，主要有穩(wěn)定高壓供水管理系統(tǒng)、臨時(shí)高壓供水信息系統(tǒng)和低壓供水系統(tǒng)。它們各有利弊。穩(wěn)定高壓供水管理系統(tǒng)盡管穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高，但存在組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用高等問題。而使用低壓供水系統(tǒng)滅火時(shí)，必須對(duì)消防管網(wǎng)實(shí)施臨時(shí)加壓，需要用機(jī)動(dòng)消防泵或消防車來實(shí)現(xiàn)這一過程。由此可見，這一系統(tǒng)存在諸多不足之處，如操作需要耗費(fèi)較多物力和時(shí)間，且并不安全。而臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn)在短期內(nèi)迅速滿足消防滅火時(shí)對(duì)水流量和水壓的需求，而且具有良好的安全生產(chǎn)性能。該系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)投資少，操作簡單便利，運(yùn)營費(fèi)用低等優(yōu)勢。因此，綜合各方面的因素來考慮，臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)是最優(yōu)選擇。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

中國某大型油庫工程始建于20 世紀(jì)90 年代，后隨著市場需求的增長，經(jīng)過多次擴(kuò)建，最終發(fā)展成現(xiàn)有規(guī)模。當(dāng)前，該儲(chǔ)油庫區(qū)有3 萬立方米的鋼制浮頂罐6 個(gè)和4 萬立方米的鋼制浮頂罐4 個(gè)，總庫容達(dá)30 多萬立方米，庫區(qū)占土面積為近30 萬平方米。現(xiàn)有的消防設(shè)施是采用固定式冷卻水和泡沫來進(jìn)行消防安全保障，此外，還有企業(yè)自配的消防標(biāo)準(zhǔn)泵房1 座、3 座1 500 立方米的消防保障水池、與之配套的消防管網(wǎng)設(shè)施、罐上消防機(jī)器操作系統(tǒng)。另外，消防泵房內(nèi)還配有3 臺(tái)規(guī)格不同、材料各一的消防泵，分別是泡沫混合泵、冷卻循環(huán)水泵和公共使用備用泵。這些泵配備的是7 000 V 的高壓電機(jī)。泵房內(nèi)的全部相關(guān)設(shè)施設(shè)備比如閥門、儲(chǔ)罐切斷閥和儲(chǔ)罐內(nèi)部裝載的控制閥等的運(yùn)行操作均需通過手動(dòng)操作控制。鑒于油庫離城區(qū)有較遠(yuǎn)距離，離最近的消防站大約5 km，該油庫自配1 輛泡沫消防車。

2.2 原有操作方式存在的問題

此油庫原本采用的運(yùn)行流程及消防應(yīng)急管理方法是：萬一罐區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)， 立即通知或電話呼叫消防車值班員，通知變電站值班員接通電源(因?yàn)橥ǔＧ闆r下高電壓設(shè)備是不能常合的)；變電站值班員接通電源后，消防值班員要不斷嘗試試跳和盤車。之后在變電站值班服務(wù)人員的監(jiān)督下啟動(dòng)泵，并逐個(gè)打開出口閥。大概五分鐘可以完成這一操作流程。在進(jìn)行這一操作的過程中，需要一名具有滅火消防知識(shí)的消防安全人員(避免企業(yè)出現(xiàn)操作失誤)快速來到罐區(qū)，結(jié)合出現(xiàn)火災(zāi)事故的消防罐具體狀況，合理關(guān)閉部分冷卻水隔斷閥及泡沫混合物，之后方能將冷卻水箱控制閥、泡沫上罐控制閥打開。與消防泵房相距最遠(yuǎn)的儲(chǔ)油罐是最難的火災(zāi)控制點(diǎn)。此外，泡沫和冷卻水上罐還需要一定的時(shí)間，這樣一來，又延遲了滅火的時(shí)間。即使5 km 外的消防車同時(shí)出發(fā)救援，能在最短的5～10 min 內(nèi)到達(dá)火災(zāi)事故現(xiàn)場，但也只能作為后期輔助滅火的救援工具。因此，原有的設(shè)計(jì)和操作方式不能起到快速滅火的功能和效果，存在造成重大損失的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于當(dāng)時(shí)的年代和設(shè)計(jì)、技術(shù)水平的局限，我國油庫的整體自控程度都較低，都存在以下共性問題：

(1)由于罐區(qū)體積過大，僅依靠人工巡查無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些火災(zāi)隱患。

(2)各種備用的消防滅火設(shè)施不能保證在火災(zāi)發(fā)生后立即啟動(dòng)和運(yùn)行，因而延誤滅火和救援的寶貴時(shí)機(jī)。以往事實(shí)證明：儲(chǔ)油罐如果出現(xiàn)火災(zāi)事故，罐壁溫度會(huì)快速升高，導(dǎo)致油罐鋼板強(qiáng)度降低。倘若罐壁溫度超過700 ℃，則會(huì)降低油罐鋼板強(qiáng)度9 成以上，如此一來，油罐就會(huì)有變形斷裂的危險(xiǎn)。倘若油罐變形斷裂，高溫原油就會(huì)發(fā)生溢出或泄漏，那火災(zāi)就會(huì)更加嚴(yán)重，所造成的危害是不可估量的[2]。

(3)滅火救援是需要多人參與，共同作業(yè)。通常情況下，消防泵房是需要24 h 有人值班，而且每班至少要有兩個(gè)人以上，以保證在火災(zāi)發(fā)生初期能快速處理。但消防泵房的值班人員在通常情況事情不多，因此，會(huì)有警惕性不高、應(yīng)急反應(yīng)不快等問題。

2.3 改造設(shè)計(jì)規(guī)劃

現(xiàn)參照相關(guān)消防規(guī)范和要求，擬對(duì)該油庫實(shí)施消防設(shè)施和操作系統(tǒng)進(jìn)行改造和完善。

消防設(shè)施和操作系統(tǒng)改造和完善要點(diǎn)：

(1)消防泵房面積和位置。消防泵房的選址至關(guān)重要?？傮w上說，要根據(jù)油罐區(qū)總體區(qū)域的大小、各油罐的大小和分布狀況等，同時(shí)結(jié)合消防管道的布置、油罐防火分區(qū)和整個(gè)油庫平面分布圖等因素，來確定消防泵房的面積大小和區(qū)域分布。

(2)按照油庫罐區(qū)量來規(guī)劃應(yīng)對(duì)一次火災(zāi)發(fā)生所需的泡沫混合物和冷卻水的消耗量，并根據(jù)在最不利點(diǎn)將泡沫混合物和冷卻水等放入罐中的時(shí)間要求來全面規(guī)劃相關(guān)設(shè)施和器材的選擇。

(3)依據(jù)油罐區(qū)對(duì)冷卻水的最大需求量，來設(shè)置對(duì)應(yīng)的消防水池的容量。

(4)為實(shí)現(xiàn)在消防控制室對(duì)相關(guān)消防設(shè)施、器材的集中、遠(yuǎn)距離的操控，在泵出口閥、泡沫混合控制閥、冷卻水箱控制閥和主分區(qū)控制閥等應(yīng)該配備遙控式電動(dòng)閥[3]。

(5)應(yīng)將部分可燃?xì)怏w報(bào)警器設(shè)置于油罐區(qū)內(nèi)，同時(shí)將感溫電纜安裝于各罐箱上。一旦溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，消防控制室可利用網(wǎng)絡(luò)電纜接收到報(bào)警信號(hào)。萬一消防控制室的操作技術(shù)人員未接收到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，還可借助電視監(jiān)控系統(tǒng)來了解、核實(shí)是否出現(xiàn)火災(zāi)事故，如發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故，也可第一時(shí)間預(yù)警，并及時(shí)通知滅火。

(6)在消防控制室中還要安裝一整套自動(dòng)消防系統(tǒng)，以便火災(zāi)作業(yè)程序可進(jìn)行自動(dòng)檢測和控制。

(7)應(yīng)將攝像頭安裝于罐區(qū)內(nèi)各角落，配置相關(guān)的工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，確保在消防值班室內(nèi)可準(zhǔn)確監(jiān)測到罐區(qū)內(nèi)情況，安排工作人員對(duì)罐區(qū)進(jìn)行24 h 不間斷的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，可在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)報(bào)警。

3 工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

隨著各類技術(shù)的發(fā)展，很多大型油庫都設(shè)計(jì)和配備了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，通過這些監(jiān)控設(shè)備，管理者可以實(shí)時(shí)監(jiān)測油庫內(nèi)的所有設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患和初期火災(zāi)，并采取科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施。一旦發(fā)生火災(zāi)，該系統(tǒng)分析可以同時(shí)監(jiān)控、記錄火災(zāi)情況，并及時(shí)發(fā)出警示，加之配置的固定式消防控制操作系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制環(huán)境系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)，這三者共同組成了一個(gè)較為完善的自動(dòng)消防系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和處理。電視監(jiān)控系統(tǒng)主要由如下5 部分組成：一是室外前端設(shè)備；二是彩色監(jiān)視器；三是室內(nèi)前端設(shè)備；四是攝像頭；五是系統(tǒng)矩陣主機(jī)。

4 火災(zāi)自動(dòng)檢測系統(tǒng)

火災(zāi)探測器的選取必須做到科學(xué)、合理，其在探測大型易燃液體儲(chǔ)罐初始火災(zāi)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。成品油及原油一旦出現(xiàn)燃燒情況，在燃燒初期會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的特征，即可以釋放的能量使環(huán)境不同溫度不斷升高，因此溫度變化檢測是油庫火災(zāi)信號(hào)分析檢測中火災(zāi)安全檢測的首選。目前我國主要采用如下3 種溫度傳感器探頭：一是溫度塞式氮?dú)鈾z測技術(shù)系統(tǒng)；二是點(diǎn)恒溫探測器；三是線性溫度探頭，又名溫度電纜[4]。如上3 種溫度探測器主要是通過溫度來確定是否發(fā)生火災(zāi)。如果感溫探測器探測到的溫度未超過設(shè)定值，則控制管理系統(tǒng)會(huì)收到感溫探測器發(fā)出的數(shù)字火災(zāi)信號(hào)，在對(duì)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行處理之后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警功能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，延時(shí)確認(rèn)之后再啟動(dòng)救援服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行滅火處理。應(yīng)將感溫電纜纏繞于各個(gè)罐的浮板上沿罐壁上，一旦出現(xiàn)重大火災(zāi)，感溫電纜在起火點(diǎn)的電阻會(huì)變小，控制室會(huì)收到火災(zāi)信號(hào)。同時(shí)，應(yīng)將可燃?xì)怏w報(bào)警器安裝于罐區(qū)內(nèi)，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，值班人員可及時(shí)啟動(dòng)消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火，保障人員生命安全。

5 消防自動(dòng)控制程序

選擇PLC 對(duì)所有可燃?xì)怏w信號(hào)、溫度傳感網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、消防泵和電動(dòng)閥信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析采集和編程，并與人機(jī)界面設(shè)計(jì)連接。PLC 軟件具有速度快、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，而且擁有靈活、可靠的人機(jī)界面，能夠?qū)⒃O(shè)備的運(yùn)行狀況、消防技術(shù)工藝的生產(chǎn)流程及各種環(huán)境參數(shù)充分展現(xiàn)出來并進(jìn)行分析，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，人機(jī)界面會(huì)發(fā)出警報(bào)并閃爍，能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)全方位的消防監(jiān)控。操作員可以直接給出各種指令來打開和關(guān)閉閥門、啟動(dòng)和停止泵以及啟動(dòng)消防邏輯處理程序，所有這些功能都在屏幕上。選用觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)便捷、靈活的操作。為了防止出現(xiàn)操作失誤，操作員通過人機(jī)界面可以一目了然的看到。

PLC 共設(shè)置了9 套控制審計(jì)程序，消防控制系統(tǒng)的啟動(dòng)分別由9 個(gè)不同的HMI 鍵盤或按鈕來控制，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，這也是為了匹配不同社會(huì)消防水箱[2]。一旦監(jiān)測到現(xiàn)場出現(xiàn)火災(zāi)，或是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場可燃?xì)怏w濃度過高，PLC 系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警示，值班人員可利用人機(jī)界面或視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行再次確認(rèn)，一旦確認(rèn)出現(xiàn)火災(zāi)，可及時(shí)啟動(dòng)消防安全系統(tǒng)，開啟消防泵，并將閥門逐一打開進(jìn)行滅火。

6 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

(1)根據(jù)相關(guān)的消防標(biāo)準(zhǔn)和要求，一套泵的出口不應(yīng)少于兩個(gè)。即使當(dāng)某一個(gè)出水口出現(xiàn)故障時(shí)，另外的還能夠正常發(fā)揮作用，使水流通暢無阻。另外，應(yīng)根據(jù)最壞情況來設(shè)計(jì)罐區(qū)管網(wǎng)直徑、消防水壓力、泵的出口主管直徑及消防水量。通常來說，如果所有管道均未受到破壞，那么同樣的流量在流經(jīng)2 個(gè)管道后，水流量會(huì)減少50%，摩擦力也會(huì)隨之降低，管道的工作曲線也會(huì)隨之下降。噴嘴的出水量不可少于設(shè)定的出水量，然后加上總消防水量。也還可以選用在上水箱的冷卻水管上安裝一個(gè)恒壓閥限制流量的方法來增加保險(xiǎn)系數(shù)。

(2)因?yàn)榕菽厥障到y(tǒng)往往需要借助臨時(shí)高壓系統(tǒng)來運(yùn)行，故一般情況下，泡沫系統(tǒng)管道不會(huì)有泡沫或泡沫混合物，只有在火災(zāi)救援時(shí)才會(huì)溢出，這就需要耗費(fèi)一些時(shí)間。《低膨脹泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中提到，應(yīng)合理設(shè)置泡沫泵站的位置，確保5 min 內(nèi)可將泡沫或泡沫混合物傳送到最遠(yuǎn)維護(hù)位置。設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，成品油等大型可燃液體罐區(qū)日益增多，一旦發(fā)生泄漏或燃爆等事故，則會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此，做好其消防和安全系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。文章著重從消防系統(tǒng)的組成、工程實(shí)例、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)檢測系統(tǒng)、消防自動(dòng)控制程序、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題6 個(gè)方面進(jìn)行了闡述，針對(duì)一些建設(shè)年代較早的可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)的消防和安全系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)規(guī)劃提出了實(shí)用可行的方案。