遠程大流量供水系統(tǒng)應用技術研究

程 鈞，王麗晶

（應急管理部上海消防研究所，上海 200032）

21 世紀以來，我國經濟持續(xù)高速增長，石油化工儲罐和裝置區(qū)的數量越來越多，火災風險越來越高，石油化工儲罐和裝置區(qū)火災事故呈現出突發(fā)性強、爆炸危險性大、滅火技術要求高、處置難度大和作戰(zhàn)時間長等特點，一旦發(fā)生火災，可能造成人員重大傷亡或者財產重大損失。水是火災撲救最基本的滅火劑，石油化工儲罐和裝置區(qū)火災撲救對消防隊伍供水能力是巨大的考驗，這對各類供水裝備（包括遠程大流量供水系統(tǒng)、大流量供水消防車、固定消防系統(tǒng)和移動供水裝備等）及其應用技術提出了極高的要求。遠程大流量供水系統(tǒng)作為大型火場供水的后援保障車輛，是消防隊伍火場供水的重要一環(huán)。針對石油化工儲罐和裝置區(qū)重特大火災撲救過程中遇到的供水難題，有必要系統(tǒng)地研究遠程大流量供水系統(tǒng)的應用技戰(zhàn)術[1]。石油化工火災撲救中，遠程大流量供水系統(tǒng)的合理應用將為人民生命和財產安全，城市穩(wěn)定運行，社會和經濟持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

根據GA 39—2016《消防車 消防要求和試驗方法》要求，“遠程大流量供水消防車”這一術語中，遠程是指供水距離大于3 km，大流量是指流量大于200 L/s，供水系統(tǒng)要求出口壓力大于0.2 MPa。國外工業(yè)發(fā)達國家，如荷蘭、美國等，對于火場大流量供水技術研究較早，已經研制出大流量供水泵站或泵浦車。國內最初是遼寧消防救援總隊配置了進口遠程供水系統(tǒng)。截至2021 年8 月，我國消防救援隊伍總共配備了417 套遠程大流量供水系統(tǒng)，這些裝備在重特大火災撲救及抗洪排澇中發(fā)揮了重要作用。例如，2015 年7 月16 日，山東日照石大科技石化有限公司液化烴球罐泄漏引發(fā)火災，山東消防總隊現場調集4 套遠程供水系統(tǒng)，累計供水4 萬多t[2-3]；2014 年1 月11 日，云南省香格里拉縣獨克宗古城倉房社區(qū)池廊碩8 號“如意客?！庇捎陔娖魇褂貌划斠l(fā)火災，而附近4 個古城專用消防系統(tǒng)消火栓均無水供應，迪慶藏族自治州消防救援支隊利用遠程供水車輛到離現場1.5 km 外龍?zhí)逗舆h距離供水。遠程大流量供水系統(tǒng)有效地解決了火災現場取水距離遠、供水量不足等難題。

1 遠程大流量供水系統(tǒng)組成部分

遠程大流量供水系統(tǒng)主要由取水模塊、增壓模塊、水帶收放裝置、吊臂系統(tǒng)及其他附件組成[4]。其中，取水模塊的主要功能是從水平距離較遠或者垂直距離較深的水源處吸水；增壓模塊的主要功能是將吸上來的水二次加壓，通過供水管路供應到火場。某型液壓馬達驅動遠程大流量供水系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 遠程大流量供水系統(tǒng)

1.1 取水模塊

遠程大流量供水系統(tǒng)的取水模塊包括控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、浮艇泵（即漂浮式潛水泵）及其他附件，其核心部件是動力系統(tǒng)和浮艇泵。傳統(tǒng)自吸泵由于其工作前須保證泵體內儲有定量引液，前期準備時間長，且有吸深限制，因而不適用于處置火災撲救這類的緊急情況。液壓馬達驅動浮艇泵的出現解決了上述難題，是目前最常用的取水設備，如圖2 所示。

圖2 液壓馬達驅動浮艇泵

然而，液壓馬達驅動潛水泵也存在一些缺點，比如，整套裝備笨重，進出液壓油管、水帶管路交錯，布置時間長等。集成電機潛水泵是將電機和水泵集成在一起，整個裝備輕巧機動，面對情況瞬息萬變的火場，消防隊伍可快速展開裝備，投入滅火救援工作；且不受液壓管路長度的限制，可以很好地適應現代火場的復雜作戰(zhàn)條件。集成電機潛水泵已經成為遠程大流量供水系統(tǒng)用消防泵的發(fā)展方向，如圖3 所示。

圖3 集成電機潛水泵

便攜式的取水模塊可以快速進入天然水源，利用推力將水灌入大口徑水帶。目前，遠程大流量供水系統(tǒng)與天然水源的水平或垂直方向最大距離可以達到60 m。

1.2 增壓模塊

遠程大流量供水系統(tǒng)的增壓模塊包括控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、增壓泵及其他附件，其核心部件是動力系統(tǒng)和增壓泵[5]。取水模塊吸上來的水并不能克服遠程供水的水帶壓力損失，此時需要增壓模塊對管路中的水進行中繼增壓，進而實現遠程供水。增壓模塊一般安裝在運輸平臺上，通過電機或者發(fā)動機驅動。由于增壓泵出口壓力高達0.8~1.2 MPa，因而在設計階段應注意材料和結構的強度是否滿足設計要求。

1.3 水帶收放裝置

水帶收放裝置一般由水帶收放車輛底盤、水帶箱、自動收放機構及相關附件組成。作為遠程供水干線的輸送管路，遠程大流量供水系統(tǒng)一般選用耐高壓、耐腐蝕的大口徑水帶，目前常見的口徑有DN250、DN300和DN400。然而，選用如此大口徑的水帶，如果利用人工收放必將極大地降低作戰(zhàn)效率。水帶收放裝置解決了這一難題，水帶鋪設速度大致在10 km/h 左右，水帶回收速度大致在3 km/h 左右[6]。

1.4 吊臂系統(tǒng)等附件

在火災撲救過程中，遠程大流量供水系統(tǒng)需要配備一些附件才能實現遠程供水，常見的附件有吊臂系統(tǒng)、不同口徑的水帶、分水器、水帶護橋和扳手等。配備的吊臂系統(tǒng)主要用于裝卸較重的器材和設備，如潛水泵、分水器等。

2 遠程大流量供水系統(tǒng)性能對比

本文對比了國內市場主流廠家7 種規(guī)格的遠程大流量供水系統(tǒng)，見表1。遠程大流量供水系統(tǒng)流量一般為200~400 L/s，水帶口徑為250~400 mm，最大吸水深度可到達30 m。水帶鋪設車最長可鋪設水帶6 km（水帶口徑為300 mm）。以規(guī)格1 為例，流量400 L/s，吸水泵流量為200 L/s，吸水泵壓力為0.45 MPa，增壓泵流量為200 L/s，增壓泵壓力為1.2 MPa，水帶口徑為300 mm，末端出口壓力為0.3 MPa。流量是遠程大流量供水系統(tǒng)的關鍵性能參數，如美國優(yōu)艾斯遠程大流量供水系統(tǒng)單套最大流量分別為566 L/s 和694 L/s。

表1 部分品牌遠程大流量供水系統(tǒng)性能對比

3 遠程大流量供水系統(tǒng)在石化火災撲救中的應用

石油化工火災危險性大，燃燒速度快，易造成大面積流淌火和多火點立體火，撲救難度大。石化火災一旦發(fā)生，能否保障火場供水是火災撲救的關鍵因素。因此，研究如何適當地運用遠程大流量供水系統(tǒng)是非常有意義的?；馂膿渚葧r，消防員的首要任務是就近占據水源。然而，在現場實施過程中存在消火栓壓力不足、流量不夠甚至沒有水供應的情況?；馂默F場供水不足將對滅火戰(zhàn)斗力造成極大的影響，遠程大流量供水系統(tǒng)的應用將極大提高消防隊伍重特大火災現場的供水能力。

3.1 石化火災消防用水情況

面對石化火災中儲罐起火、大面積流淌火等情況，僅靠普通口徑水槍和泡沫管槍根本無法實施有效撲救和冷卻，必須以大流量固定消防炮、移動消防炮和車載炮為主攻力量實施冷卻滅火。這對火場供水提出了極高的要求。以“7·16”大連石化火災事故為例，從起火到火災基本被撲滅的15 h 中，火場平均供水強度近1 000 L/s，合計用水量大約6 000 t。

3.2 石化火災火場供水

石化區(qū)消防用水主要來自高壓消防給水系統(tǒng)、低壓消火栓系統(tǒng)、消防水鶴、陰井回流水、蓄水池、水罐消防車運水和天然水源取水碼頭等，采用直接供水、接力供水和運水供水等方法將水供到前場。石油化工園區(qū)一般都備有水和泡沫液，發(fā)生火災的短時間內，可以使用高壓消防給水系統(tǒng)及儲備的水、泡沫液。一旦火勢較大或者現場固定消防設施損壞，火場供水則需要遠程大流量供水系統(tǒng)提供支持。

考慮到火災的風險，石油化工園區(qū)一般規(guī)劃在河、湖或者大海邊，這些自然水源有利于遠程大流量供水系統(tǒng)取水作業(yè)。遠程大流量供水系統(tǒng)具有遠距離、供水流量大的特點，在火災當量大、固定消防設施供水不足時，遠程大流量供水管路可以延伸到火場前端，可實現對火場的遠程供水?！?·16”大連石化火災事故撲救中，大連消防救援支隊裝備的遠程大流量供水系統(tǒng)從2 km 外的海中取水，提供了火災中近一半的用水量，另一半用水量則采取往返運水、供水近千臺次才勉強得到保障[7]。與傳統(tǒng)運水、供水方式相比，遠程大流量供水系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，發(fā)揮了重要的作用[8]。

3.3 遠程大流量供水系統(tǒng)應用及末端戰(zhàn)斗編成研究

石化火災發(fā)生時，燃燒熱值高，輻射熱大，為防止火勢進一步蔓延，需要對罐體、裝置噴射大量水進行冷卻。此時，流量小、滅火強度弱的普通消防槍和炮已不再適用，末端需要使用流量大、射程遠的消防炮，遠程大流量供水系統(tǒng)需要與末端滅火裝備流量匹配[9]。

由表1 可知，大多數品牌的遠程大流量供水系統(tǒng)可以保證供水距離達到6 000 m 時，末端流量達到400 L/s，出口壓力達到0.3 MPa。結合石化火災滅火需要和消防救援站車輛配置，末端布置水罐消防車出消防水炮，泡沫消防車出泡沫炮，舉高噴射消防車出水炮或泡沫炮等戰(zhàn)斗編成進行石化火災撲救。

以表1 中規(guī)格1 為例，其水罐消防車消防泵流量為100 L/s，泡沫消防車消防泵流量為60 L/s，舉高噴射消防車出水炮、泡沫炮流量為100 L/s。以流量為依據測算，在供水距離范圍內，1 臺400 L/s 的遠程大流量供水系統(tǒng)在流量最大時，可以滿足4 臺流量為100 L/s水罐消防車，或者6 臺流量為60 L/s 的泡沫消防車，或者4 臺流量為100 L/s 的舉高噴射消防車的用水需求，見表2。

表2 遠程大流量供水系統(tǒng)與末端戰(zhàn)斗編成流量匹配

3.4 末端滅火能力分析

在石化火災撲救過程中，依據消防炮或泡沫炮的壓力、流量等性能可以估算其滅火能力。這對制定石化區(qū)滅火救援的預案具有重要的指導作用。同樣，以表1中規(guī)格1 為例，末端為4 臺100 L/s 的水罐消防車，冷卻長度L 為

式中：Q1為水罐消防車消防泵流量，L/s；q1為冷卻強度，L/（s·m）。q1＝0.8 L/（s·m）時，由此可得，規(guī)格1 遠程大流量供水系統(tǒng)配合4 臺100 L/s 水罐消防車的冷卻長度L=500 m。

以表1 中規(guī)格1 為例，末端為6 臺60 L/s 的泡沫消防車，滅火面積A 為

式中：Q2為泡沫消防車消防泵流量，L/s；q2為滅火強度，L/（s·m2）。q2=1.2 L/（s·m2）時，由此可得，規(guī)格1 遠程大流量供水系統(tǒng)配合6 臺60 L/s 泡沫消防車的滅火面積L=300 m2。

4 結論

石化火災發(fā)生時，常規(guī)的供水方式不能滿足超大流量的供水需求，此時遠程大流量供水系統(tǒng)將發(fā)揮重要作用。在撲救突發(fā)的重特大火災時，消防隊伍需要結合滅火救援理論，合理布置戰(zhàn)術，充分發(fā)揮遠程大流量供水系統(tǒng)的優(yōu)勢。遠程大流量供水系統(tǒng)顯著地提高了消防隊伍應對重特大火災的能力。然而，目前遠程大流量供水系統(tǒng)還存在價格相對昂貴、展開時間長等問題，這些方面有進一步提升的空間。

本文介紹了多種類型遠程大流量供水系統(tǒng)，闡述其組成結構、性能參數及優(yōu)缺點。結合消防車、消防炮等常用滅火裝備，以流量為依據，分析末端戰(zhàn)斗編成布置技戰(zhàn)術。遠程大流量供水系統(tǒng)的應用為人民生命和財產安全，社會和經濟穩(wěn)定發(fā)展提供了有力的保障。