國外儲罐消防系統(tǒng)新技術(shù)綜述

段秋生 張智 王志斌 曾英林 馬偉平

（1.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司；2.中國石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉儲分公司；3.中國石油西氣東輸管道公司南昌管理處；4.中國石油管道科技研究中心）

國外儲罐消防系統(tǒng)新技術(shù)綜述

段秋生1張智1王志斌2曾英林3馬偉平4

（1.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司；2.中國石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉儲分公司；3.中國石油西氣東輸管道公司南昌管理處；4.中國石油管道科技研究中心）

儲罐火災(zāi)爆炸事故極易造成人員傷亡和巨大損失，保證大型石油儲罐設(shè)施運行安全具有重要意義。通過闡述國外儲罐消防系統(tǒng)的新技術(shù)，包括大功率、高供給強度的移動式消防炮、適用于撲救儲罐密封圈火災(zāi)的浮盤邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)、固定頂儲罐液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)、新型儲罐自動滅火系統(tǒng)，以及柴油機快速驅(qū)動消防泵技術(shù)等。結(jié)合國內(nèi)儲罐消防技術(shù)實際情況，借鑒國外儲罐消防技術(shù)的先進經(jīng)驗，對于提升國內(nèi)儲罐安全管理水平、提高儲罐安全等級和可靠性具有重要意義。

儲罐；消防技術(shù)；消防炮；液下泡沫注入；自動滅火系統(tǒng)

隨著我國石油戰(zhàn)略儲備實施，儲罐建設(shè)趨于大型化，大型浮頂儲罐容量已達(dá)15×104m3。保證大型石油儲罐設(shè)施運行安全具有重要意義，大型儲罐事故極易導(dǎo)致人員傷亡、巨額損失和環(huán)境污染，2010年大連“7·16”油庫火災(zāi)爆炸事故損失2.2億元，1名消防員犧牲，幾百方原油流入渤海灣[1]；日本北海道直徑42 m的原油儲罐火災(zāi)燃燒了42 h后坍塌，使用了約120 m3泡沫液，動用了幾百名消防人員和20輛消防車，造成嚴(yán)重的空氣污染問題；美國路易斯安娜州奧里諾科直徑80 m汽油儲罐火災(zāi)燃燒了13 h，儲罐嚴(yán)重受損，滅火期間消防供水系統(tǒng)發(fā)生故障，同樣造成嚴(yán)重的空氣污染問題。大型儲罐運行管理難度和安全風(fēng)險增加，應(yīng)研究借鑒國外儲罐消防系統(tǒng)的新技術(shù)和先進經(jīng)驗，以提升儲罐安全管理水平。

1 移動式消防炮

國內(nèi)大型儲罐均設(shè)置固定式消防系統(tǒng)，大功率移動式消防設(shè)備較少。大型儲罐如發(fā)生全面積敞口火災(zāi)撲救難度大，特別是原油儲罐會發(fā)生沸溢問題，持續(xù)燃燒時間長，儲罐財產(chǎn)損失巨大。固定式消防系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)是撲救密封圈火災(zāi)，撲救大型儲罐全面積火災(zāi)可行性有待驗證[2]。國外應(yīng)用移動式大流量泡沫炮撲救大型儲罐全面積火災(zāi)：美國使用巨型泡沫炮成功撲救直徑60 m的油罐火災(zāi)，射程152 m，流量250 L/s；沙特阿莫科公司撲救直徑60～100 m浮頂罐火災(zāi)，使用流量260～930 L/s消防炮。建議借鑒國外配備大功率移動式消防設(shè)備，用以撲救儲罐全面積火災(zāi)。

2 浮盤邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)

國內(nèi)大部分儲罐固定式消防系統(tǒng)均為罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)，應(yīng)用效果存在以下問題：

1）泡沫噴射口沿罐周等角均布，若風(fēng)力較大，泡沫易被風(fēng)吹散，造成大量泡沫損失。

2）系統(tǒng)啟動后，泡沫先流入浮盤泡沫堰板與罐壁之間的環(huán)形空間，淹沒密封圈后再從密封圈頂部裂口流入密封圈內(nèi)部實施滅火。大型儲罐泡沫填充環(huán)形空間至少需要9 min，很可能錯過有效滅火時機[3]。

3）雷電引起的儲罐火災(zāi)可能伴隨大雨，噴射泡沫會被雨水稀釋，影響滅火效果。

近年來國外儲罐應(yīng)用了浮盤邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)，泡沫噴射口安裝在泡沫堰板與二次密封支撐板之間的開放空間，泡沫直接噴射在油品表明進行滅火，消除了外界風(fēng)力和雨水的影響。該技術(shù)仍不能解決泡沫完全淹沒金屬支撐板后才能進入密封圈內(nèi)部滅火的問題，泡沫管線穿越二次密封金屬支撐板處需進行高質(zhì)量的密封，否則密封圈內(nèi)的油氣可能從穿越處泄漏，此外只能在儲罐檢修期間才能對泡沫管線進行維修，泡沫管線耐腐蝕、耐高溫、耐高壓要求高，工程造價高，國內(nèi)儲罐應(yīng)用范圍較少。

3 液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)

國內(nèi)浮頂儲罐固定式液上泡沫滅火系統(tǒng)比較完善，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)。該方法的優(yōu)點是泡沫管線和泡沫噴射口在儲罐底部，儲罐火災(zāi)狀態(tài)下不易損壞；泡沫受高溫和輻射熱破壞影響小，滅火效率高。該滅火方法需解決的主要問題是防止泡沫夾帶過多油品成為可燃泡沫而失去滅火能力，只能選擇同時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)油品滲漏問題。伊朗某油田儲罐在止回閥后設(shè)置超壓爆破片，可有效防止油品泄漏[4]。

國內(nèi)固定頂儲罐應(yīng)用液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)較少，GB 50151—2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》關(guān)于液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)技術(shù)要求如下：

1）液下噴射系統(tǒng)適用于固定頂儲罐，應(yīng)選用氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液。

2）泡沫進入甲、乙類液體的速度不大于3 m/s；泡沫進入丙類液體的速度不大于6 m/s。

3）泡沫噴射口應(yīng)安裝在高于儲罐積水層0.3 m位置，泡沫噴射口數(shù)量見表1。

4）液下噴射系統(tǒng)的泡沫管道應(yīng)設(shè)置鋼質(zhì)控制閥和逆止閥。

表1 泡沫噴射口設(shè)置數(shù)量

EN 13565-2—2009《固定式消防系統(tǒng)-泡沫系統(tǒng)-第2部分：設(shè)計、施工和維護》規(guī)定了新建低、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)檢查和維護的基本要求，包括儲罐液下泡沫滅火系統(tǒng)的技術(shù)要求：

1）泡沫液下注入方式不適用于儲存溫度高于80℃、黏度大于100 mm2/s的油品，以及閃點小于25℃、沸點大于40℃的烴類燃油。

2）針對閃點小于25℃、沸點大于40℃的燃油，泡沫注入速度不得超過3 m/s；其它燃油，泡沫注入速度不得超過6 m/s。

3）泡沫噴射口應(yīng)至少高于儲罐最低允許液位300 mm以上，以免罐底沉積物堵塞泡沫噴射口。

4）泡沫管道均應(yīng)配備截斷閥、爆破片和單向閥。爆破片應(yīng)安裝在泡沫管道的單向閥上游側(cè)，爆破片材質(zhì)應(yīng)能承受儲罐內(nèi)油品熱脹冷縮的熱應(yīng)力要求，高背壓泡沫產(chǎn)生器在給定的設(shè)計壓力條件下引爆爆破片。

5）泡沫液下注入噴射口的個數(shù)見表2。

表2 泡沫液下注入噴射口數(shù)量

由表2可知，我國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)針對儲罐液下泡沫注入系統(tǒng)的注入速度、泡沫噴射口安裝高度基本一致，針對泡沫噴射口數(shù)量，歐洲標(biāo)準(zhǔn)按照油品閃點確定噴射口數(shù)量，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)無此規(guī)定。此外歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了直徑大于42 m的固定頂儲罐的噴射口的數(shù)量。近年來，浮頂罐由于具有不存在油氣空間、操作安全性高等優(yōu)點，國內(nèi)大型儲罐基本以浮頂罐為主，因此關(guān)于噴射口數(shù)量的規(guī)定我國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)差異不大。儲罐液下泡沫注入系統(tǒng)應(yīng)用的主要技術(shù)問題是泡沫管線的密封性，歐洲標(biāo)準(zhǔn)建議在單向閥上游側(cè)安裝爆破片，伊朗儲罐也采用該技術(shù)，建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)借鑒參考。

4 儲罐自動泡沫滅火系統(tǒng)

傳統(tǒng)常規(guī)的泡沫-水消防系統(tǒng)存在以下缺陷：供水管網(wǎng)、泵、泡沫發(fā)生器、消防車輛和監(jiān)視系統(tǒng)不完善，技術(shù)設(shè)備繁瑣，多系統(tǒng)相互影響可靠性；準(zhǔn)備時間長（有時長達(dá)幾個小時）；滅火時間很長（有時長達(dá)幾天）；消防人員人數(shù)不夠等。

4.1 希臘FoamFatale TM技術(shù)

希臘FoamFatale TM技術(shù)最顯著的優(yōu)點是無需消防水、電力和其他設(shè)備（泵、混合器、抽吸裝置），探測到火災(zāi)信號后5～10 s內(nèi)自動啟動；滅火速度極快（最長2 min）；滅火過程無需人員參與；空氣污染??；對罐體和管內(nèi)油品影響小；維護簡便成本低，可靠性高。FoamFatale TM技術(shù)滅火試驗見圖1。

圖1 希臘FoamFatale TM技術(shù)滅火試驗

1） 自膨脹泡沫供應(yīng)系統(tǒng)。NFPA 11—2016《低、中、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)》規(guī)定針對原油儲罐全面積火災(zāi)，采用固定式泡沫滅火系統(tǒng)，泡沫混合液的供給強度是4 L/(min·m2)，持續(xù)供給時間是55 min。采用泡沫炮滅火，泡沫混合液供給強度是6.5 L/(min·m2)，持續(xù)供給時間是65 min，為彌補泡沫液損失量，泡沫炮實際泡沫供給強度往往需提高至 10 L/(min·m2)以上。FoamFatale TM研究認(rèn)為，泡沫供給強度如達(dá)到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定值的2～3倍，能夠大大提高滅火概率。FoamFatale TM泡沫供給強度高達(dá)20～30 L/(min·m2)。與傳統(tǒng)的泡沫供給系統(tǒng)不同，泡沫不是在火災(zāi)事故現(xiàn)場配置，而是預(yù)先配置好，儲存在壓力容器中。

2）分布式線性噴射口。為保證高強度泡沫流量，該系統(tǒng)設(shè)計了分布式線性噴射口，泡沫管道沿罐周安裝在靠近罐壁的位置，噴射口平均分布在泡沫管道上，泡沫管道直徑取決于泡沫供給強度。

3）操作方法。發(fā)生火災(zāi)后，溫度傳感器探測火災(zāi)信號，啟動控制閥。自膨脹泡沫在管道內(nèi)完成膨脹，通過噴射口向罐體中心射出，泡沫在極短時間內(nèi)擴散完畢，在罐內(nèi)液體表面形成泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，實施滅火，同時冷卻罐體表面溫度。

4.2 CFITM氣體滅火系統(tǒng)

與FoamFatale TM技術(shù)類似的是荷蘭SAVAL公司研究院研制的CFITM氣體滅火系統(tǒng)，包括氣體滅火劑儲罐、感溫探測探頭、滅火劑噴頭、管道系統(tǒng)等，見圖2。

圖2 CFITM氣體滅火系統(tǒng)示意圖

滅火劑噴頭與感溫探頭與儲罐主體工程同時安裝施工，探頭間隔約2 m，每個CFITM系統(tǒng)控制范圍為40 m罐周，安裝系統(tǒng)數(shù)量取決于儲罐直徑大小。儲罐如發(fā)生密封圈火災(zāi)時，火焰的熱量使1個或多個探頭/裝置自動啟動，氣體滅火劑通過噴頭直接噴射到火焰上，滅火劑儲存罐設(shè)有液位和壓力開關(guān)可進行遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)維護方便，可靠性高，滅火速度快，不需額外動力，自動檢測滅火，不需水源，適合水源缺乏地區(qū)，目前在西亞的沙特和伊朗油田儲罐應(yīng)用較多。

5 消防系統(tǒng)供電方式

由于供電電纜損壞、消防系統(tǒng)無備用動力源，儲罐火災(zāi)事故可能擴大而造成嚴(yán)重?fù)p失，提高消防系統(tǒng)的供電可靠性具有重要意義。GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定油氣站場消防泵應(yīng)滿足一級負(fù)荷供電要求，如二級負(fù)荷供電時，應(yīng)設(shè)柴油機驅(qū)動的備用消防泵。國內(nèi)油庫邊遠(yuǎn)地區(qū)不到一級負(fù)荷供電要求，如供電系統(tǒng)故障，消防泵無法啟動。消防泵使用次數(shù)有限，改造雙回路供電費用較高。國外使用柴油或丙烷為燃料的發(fā)電機快速啟動消防泵的技術(shù)比較成熟，柴油機油料儲備量可滿足消防泵連續(xù)運轉(zhuǎn)時間不低于6 h，確保發(fā)生火災(zāi)和電力中斷情況下驅(qū)動消防泵。

6 結(jié)論和建議

綜上所述，幾年來大型儲罐消防系統(tǒng)新技術(shù)和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面，建議國內(nèi)石油行業(yè)借鑒參考。

1）大型儲罐配備大功率、高供給強度的移動式消防炮用以撲救儲罐全面積火災(zāi)。

2）相對于罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)，浮盤邊緣式泡沫滅火系統(tǒng)更適用于補救大型儲罐的密封圈火災(zāi)，但應(yīng)進一步研究該系統(tǒng)設(shè)施的可靠性和穩(wěn)定性。

3）固定頂儲罐選擇液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)考慮泡沫液類型、泡沫注入速度、泡沫噴射口安裝位置和輸量，以及泡沫管線密封性等問題。

4）國外新型儲罐自動滅火系統(tǒng)啟動快、滅火效率高、不需外部能源和人員，適用于撲救浮頂罐密封圈初期火災(zāi)。

5）大型油庫消防泵優(yōu)先采用柴油機泵，柴油儲備量能滿足消防泵運轉(zhuǎn)不低于6 h。

[1]武銅柱.大連7·16油庫火災(zāi)事故教訓(xùn)及防范[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2012（1）：16-20.

[2]郎需慶，張衛(wèi)華，牟善軍.固定式消防系統(tǒng)應(yīng)對大型原油儲罐全面積火災(zāi)的探討[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2013，39（3）：22-24.

[3]郎需慶，劉全楨，宮宏.大型浮頂儲罐滅火系統(tǒng)的研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（5）：342-345.

[4]李莊.淺談油田儲罐液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)[J].工業(yè)用水與廢水，2014，45（1）：76-78.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.017

2016-11-15

（編輯 王古月）

段秋生，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)（俄語專業(yè)），從事長距離輸油氣管道工程監(jiān)理工作，E-mail：441926339 @qq.com，地址：河北省廊坊市中油朗威工程項目管理有限公司，065000。