油罐火災(zāi)撲救滅火陣地的設(shè)置研究

王 鐵

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

油罐火災(zāi)撲救滅火陣地的設(shè)置研究

王 鐵

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

油罐火災(zāi)是近年來發(fā)生比較頻繁的一類安全事故。油罐火災(zāi)撲救過程中存在很多危險(xiǎn)因素，而正確設(shè)置滅火陣地是保障消防人員人身安全的重要措施之一。以油罐敞開式燃燒為例對(duì)滅火陣地的設(shè)置進(jìn)行了介紹，提出了根據(jù)滅火作業(yè)距離和安全距離計(jì)算出滅火共享區(qū)來確定滅火陣地的方法。

油罐；火災(zāi)；滅火陣地

0 引言

油罐火災(zāi)是消防部隊(duì)經(jīng)常面對(duì)的火災(zāi)之一，消防部隊(duì)在油罐火災(zāi)撲救的過程中也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但在現(xiàn)場(chǎng)撲救的過程中傷亡事故仍然時(shí)有發(fā)生，一則說明消防人員對(duì)油罐火災(zāi)發(fā)展的規(guī)律還不熟悉，二則說明現(xiàn)有消防撲救措施并不是完全得力，消防人員沒有考慮到油罐的大小、油位的高低、燃燒形態(tài)、射水器具的射程、風(fēng)速等因素對(duì)火災(zāi)撲救的影響。本文通過對(duì)滅火作業(yè)距離和安全距離之間關(guān)系的研究，來確定滅火力量在火場(chǎng)的設(shè)置位置。從而有效的提高撲救油罐火災(zāi)的效能，使油罐火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)方法更加完善，更加具有針對(duì)性。

滅火陣地是指在滅火戰(zhàn)斗行動(dòng)中，車輛、分水器、水槍和水炮布置的位置。在撲救油罐火災(zāi)時(shí)，為了達(dá)到便于觀察、便于噴射滅火劑、便于進(jìn)攻、轉(zhuǎn)移和撤離的目的，正確的設(shè)置滅火陣地對(duì)于取得最終撲救火災(zāi)的全面勝利顯得尤為重要。

1 確定滅火作業(yè)距離

滅火作業(yè)距離是指在油罐火災(zāi)的撲救過程中，滅火陣地距離目標(biāo)油罐的距離。滅火作業(yè)距離可以通過噴射器具的有效射程和油罐高度來確定。

1.1 噴射器具的有效射程

有效射程是指噴射器具對(duì)預(yù)定目標(biāo)射擊時(shí)能達(dá)到預(yù)期滅火效能要求的一定距離。它與噴射器具的工作壓力、流量、火場(chǎng)風(fēng)速等因素有關(guān)。常用噴射器具的參數(shù)和滅火效能見表1、表2。

表1 各種射水器具的參數(shù)

表2 各種泡沫噴射器具的參數(shù)

1.2 油罐高度

我國(guó)大部分油罐容積為3 000～150 000 m3，罐高處于12～23 m之間，但隨著國(guó)家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目的實(shí)施，我國(guó)于1985年引進(jìn)了100 000 m3浮頂罐的設(shè)計(jì)施工技術(shù)，此后大型油罐逐漸增多，且單罐容量越來越大，個(gè)別容量高達(dá)200 000 m3，油罐高度也隨之逐漸增高[1]。常見的油罐高度如表3所示。

表3 常見油罐高度

1.3 計(jì)算滅火作業(yè)距離

通過噴射器具的射程和油罐高度可以確定消防裝備的滅火作業(yè)距離：如圖1所示，可得：

式中S為噴射器具的滅火作業(yè)距離；Sk為噴射器具的有效射程；H為油罐高度。通過上述可知噴射器具的有效射程和油罐的高度，再將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入式(1)就可以計(jì)算出該噴射器具的作業(yè)距離。以19mm直流水槍為例，冷卻一個(gè)10 000m3的立式浮頂罐的汽油罐火災(zāi)，罐高H為14m，通過表1可知Sk=17m,代入式(1)得S=9.6m。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算和測(cè)試可以得到各種槍炮的作業(yè)距離，如表4、表5所示。

圖1 噴射器具的作業(yè)距離的確定

型號(hào)QZ19QJ32SP30SP40SP50SP60作業(yè)距離/m10～1640～4445～4950～5457～5967～69

表5 泡沫噴射器具能夠達(dá)到目標(biāo)油罐的作業(yè)距離

2 確定安全距離

安全距離是指在進(jìn)行滅火戰(zhàn)斗時(shí)，保證消防員不受火焰熱輻射傷害而必須保持的一定空間距離。油罐火災(zāi)多在防火堤所限制范圍內(nèi)發(fā)生,其上部空間沒有限制, 空氣供應(yīng)充足, 燃燒完全, 形態(tài)上看呈圓柱形或圓錐形, 是一種池火災(zāi)。在這種情況下, 池火災(zāi)對(duì)油罐區(qū)的影響主要在于其高能量的熱輻射[2]。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，在撲救火災(zāi)時(shí)，強(qiáng)烈的輻射熱甚至能將距離油罐40m以外的消防車噴漆烘烤脫落[3]。分析熱輻射的傷害準(zhǔn)則一般考慮熱通量準(zhǔn)則。穩(wěn)態(tài)火災(zāi)作用下的傷害準(zhǔn)則見表6。

表6 穩(wěn)態(tài)火災(zāi)作用下的傷害準(zhǔn)則

從表6中可以看出穩(wěn)態(tài)火災(zāi)作用下不同的熱通量對(duì)人員和設(shè)備的傷害。可見熱輻射通量是確定安全距離的一項(xiàng)重要指標(biāo)。確定安全距離有很多種方法，在滅火實(shí)踐中大多數(shù)是通過計(jì)算法、儀器測(cè)量法和軟件模擬來確定。

2.1 計(jì)算法

油罐火災(zāi)熱輻射的計(jì)算包括火焰表面的熱輻射和距火焰一定距離處受到的熱輻射。火焰表面的熱輻射通量與燃料性質(zhì)、燃燒充分程度、火焰的幾何形狀等因素相關(guān)，本文中研究的重點(diǎn)是油罐火災(zāi)的危險(xiǎn)性，所關(guān)心的是火焰對(duì)外部的熱輻射通量，所以在計(jì)算中，針對(duì)著火罐火焰輻射出的那部分熱量進(jìn)行研究。假設(shè)全部的輻射熱量都由液池中心某處釋放出來，距油池中心某處的熱輻射強(qiáng)度采用下式計(jì)算[4]。由圖2可知安全距離Sa：

式中：H為火焰高度；h為油罐高度；D為油罐直徑。

其中火焰高度H：

式中：Qr為熱釋放速率。石油及石油產(chǎn)品的熱釋放速率可采用質(zhì)量損失速率法計(jì)算，其計(jì)算公式為：

式中：Af為液面面積；G為單位面積的液面上的蒸發(fā)速率；ΔHr為罐內(nèi)液體燃燒熱。

圖2 點(diǎn)源模型

通常認(rèn)為總熱量的30%以輻射熱的方式向外傳遞，則輻射熱速率Qr=0.3GΔHrAf。

所謂點(diǎn)源法既是假定是從火焰中心軸上離液面高度為H/2處的點(diǎn)源發(fā)射出。因此，離點(diǎn)源輻射熱通量Q為[5]：

取立式汽油罐發(fā)生敞開式燃燒，直徑D=20m, 罐高h(yuǎn)=12m，單位面積的液面上蒸發(fā)速率G=0.058kg·(m2·s)-1,汽油燃燒熱為ΔHr= 45kJ·g-1，試確定該著火罐的安全距離。(查表6得安全區(qū)域Q=4kW·m-2)

根據(jù)式(3)得：火焰熱釋放速率Qr= 819 540kW，帶入式(5)得：R≈70m，根據(jù)式(3)得火焰高度H=32.95m。

安全距離Sa由式(2)得：

2.2 儀器測(cè)量法

對(duì)于著火油罐熱輻射的測(cè)量,消防部隊(duì)通常所用的儀器為熱通量計(jì)。熱通量計(jì)也稱熱流計(jì)(HeatFlowCalorimeter,HeatFluxMeter)、熱流儀，其全稱是熱流密度計(jì)。熱通量計(jì)是熱能轉(zhuǎn)移過程的量化檢測(cè)儀器，是用于測(cè)量熱傳遞過程中熱遷移量的大小、評(píng)價(jià)熱傳遞性能的重要工具，即熱流(密度)的大小表征熱量轉(zhuǎn)移的程度。換句話說，熱流計(jì)是測(cè)量在不同物質(zhì)間熱量傳遞大小和方向的儀器。熱通量計(jì)能滿足對(duì)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射的單獨(dú)測(cè)量或上述兩者或三者的綜合測(cè)量。熱輻射通量計(jì)有多種類型，下面以HFM-4R多通道輻射熱通量計(jì)為例進(jìn)行說明。如圖3所示。

圖3 HFM-4R多通道輻射熱通量計(jì)

HFM-4R多通道輻射熱通量計(jì)的結(jié)構(gòu)及其操作使用方法：HFM-4R多通道輻射熱通量計(jì)主要由DaqPRO5300記錄儀、1片帶熱沉的TS-30總輻射熱流傳感器、usb電纜三部分組成。當(dāng)測(cè)量著火罐輻射熱時(shí)，可以將輻射熱流傳感器用電纜和記錄儀連接好，然后架設(shè)在油罐附近即可在記錄儀上讀出該處的熱輻射通量，可單點(diǎn)測(cè)量也可多點(diǎn)測(cè)量。

使用儀器確定安全距離前進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證其準(zhǔn)確性，使用時(shí)注意熱通量計(jì)的量程。所以使用前應(yīng)對(duì)每個(gè)通道的輸入設(shè)置高低限報(bào)警，當(dāng)溫度超過量程時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。使用過程中指揮員要安排專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2.3 軟件模擬法

除了上述兩種方法確定油罐火災(zāi)安全區(qū)域外，還可使用一些輔助決策系統(tǒng)，把火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)向、風(fēng)力等相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，經(jīng)過計(jì)算可得出不同風(fēng)向處的安全距離。如魏東教授等研究開發(fā)的《著火油罐火災(zāi)危險(xiǎn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)》，在系統(tǒng)中輸入溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力、油品種類等數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算可以得出危險(xiǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)，如圖4、圖5所示[6]。

3 確定滅火陣地

在油罐火災(zāi)撲救現(xiàn)場(chǎng)指揮員通過上述方法確定了射水器具的作業(yè)距離和安全距離后，一般會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是噴射器具的有效射程Smax大于安全距離Sa，如圖6(a)；二是安全距離Sa大于噴射器具的有效射程Smax，如圖6(b)所示。下面根據(jù)以上兩種情況分別進(jìn)行討論。

3.1 噴射器具的有效射程Smax大于安全距離Sa

此時(shí)火場(chǎng)上存在一個(gè)既能保證安全又能滿足滅火需要的共享區(qū)域。指揮員在設(shè)置滅火陣地時(shí)，要考慮把兵力盡可能的部署在共享區(qū)域內(nèi)。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入

圖5 危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)圖

(a)

(b)

3.2 安全距離Sa大于噴射器具的有效射程Smax

此時(shí)火場(chǎng)上沒有既能保證安全又能滿足滅火需要的共享區(qū)域，指揮員設(shè)置滅火陣地時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取一定的防護(hù)措施減少熱輻射對(duì)指戰(zhàn)員的傷害。安全防護(hù)措施應(yīng)主要考慮：一線救援人員要穿鋁鉑隔熱服等防熱服；組織水槍手利用噴霧水對(duì)一線水槍手進(jìn)行掩護(hù)；把水幕水帶、水幕水槍設(shè)置在著火罐與水槍手之間來減少輻射熱的傷害；合理利用地形地物進(jìn)行遮掩。

4 結(jié)論

在油罐火災(zāi)的撲救過程中，選擇好正確的進(jìn)攻路線和滅火陣地，是減少人員傷亡，成功撲滅火災(zāi)的重要措施。設(shè)置滅火陣地除了要考慮熱輻射的影響外，還要考慮爆炸、流淌火、沸溢、噴濺的傷害和風(fēng)力風(fēng)向等問題。所以在撲救油品儲(chǔ)罐火災(zāi)過程中，指揮員應(yīng)該根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況迅速確定滅火陣地：確定安全共享區(qū)域，兵力盡可能部署在此區(qū)域內(nèi)，如無安全共享區(qū)域，必須考慮安全防護(hù)和人員輪換問題；滅火陣地應(yīng)盡可能設(shè)置在上風(fēng)方向；消防車車頭應(yīng)朝向撤退方向，應(yīng)盡量停放在上風(fēng)方向和地勢(shì)較高處。本文僅對(duì)撲救立式油罐敞開型燃燒火災(zāi)的滅火陣地設(shè)置問題進(jìn)行了研究。在以后的工作中，還需要對(duì)火炬形燃燒、流散形燃燒、塌陷狀燃燒、立體式燃燒等類型的油罐火災(zāi)做更深入的研究。

[1] 張智,魏捍東.從大連油庫(kù)火災(zāi)談大型油(氣)罐庫(kù)區(qū)火災(zāi)撲救[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2011(12):1166-1169.

[2] 開方明,馬夏康,尹謝平,等.油罐區(qū)泄漏及火災(zāi)危險(xiǎn)危害評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2004(6):3-6.

[3] 李建華.滅火戰(zhàn)術(shù)[M].北京：中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2014.

[4] 傅智敏.油罐火災(zāi)熱平衡及輻射熱估算[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2001,20(3):11-13.

[5] 鄧曉莉,鄧雄,饒俊.點(diǎn)源法計(jì)算油罐火災(zāi)中的熱輻射[J].新西部，2007(2):225-226.

[6] 公安部天津消防所.《著火油罐火災(zāi)危險(xiǎn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)》V1.0版軟件測(cè)試報(bào)告[R].石油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)危害預(yù)測(cè)技術(shù)，2004.

(責(zé)任編輯 陳 華)

Firefighting Position Setting in Oil Tank Fires

WANG Tie

(DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

Recently, oil tank fires take place frequently. In the process to extinguish such fires, there are many hazards which may endanger the safety of firefighters. Correctly setting up the firefighting position is one of the most important measures to guarantee firefighter’s safety. This papers puts forward a method to set up the appropriate firefighting position to extinguish the oil tank fires in the open areas by finding the overlapping area between the firefighting position and safe zone.

oil tank fire; fire; firefighting position

2016-10-12

王鐵(1973— )，男，黑龍江寧安人，副教授。

D631.6

A

1008-2077(2017)02-0037-04