（安全技术及工程专业论文）石油化工储罐区火灾事故灭火救援（圈）研究.pdf

沈日l 航空i ：业学院硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h ef i r ea c c i d e n t so f p e t r o c h e m i c a ls t o r a g et a n ka r e a t e n dt oh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i i g ht e c h n i q u er e q u i r e m e n t , h a r dt 0t r e a t , l o n gt i m et o e x t i n g u i s h , e r e ，a n dt h e yn e e dh i g h e rq u a l i f i c a t i o n sf o rf i r e f i g h t i n ga n dr e s c u e f o rg e n e r a l f i r e ，a c c o r d i n gt od i s t r i c tp r i n c i p l e ，f i r e - f i g h tt r o o p sc a r r yo u th a n d yr e s c u e b u ta st h ec h a n g e o fc i t yp l a n n i n g ，f i r ef o r c ed i s t r i b u t i o nf a l l sb e h i n d t h ep r e s e n tf i r ec o m p a n yc a n j n s tm e e t t h ed e m a n d so fg e n e r a lf i r e - f i g h t i n g s oi tc a l l td e a l 惭t l ll a r g e s c a l ef i r ed i s a s t e ri t s e l f t h i s t a s ko f t e nn e e d st h ec o o p e r a t i o no fs e v e r a lf i r ec o m p a n i e s t h o u g ha i ll e v e l so f g o v e r n m e n t s h a v ep u tp a r t i c u l a re m p h a s i so nf i r e f i g h t i n ga n dr e s c u ea c r o s sd i s t r i c t s ，m o s to f t b e ma r ej u s t o nt h es t a g eo fe m e r g e n c yp r o g r a m sa n ds i m p l ed r i l l i n g f i r et r o o p sa l eh a r dt op u ti n t o p r a c t i c e t or e s o l v et h ei m b a l a n c eb e t w e e na b i l i t ya n dr e q u i r e m e n ti nf i r e f i g h t i n ga n dr e s c u e ， b a s e do nt h et h e o r y ；o fc o o p e r a t i o na c r o s sd i s t r i c t s ，t h et h e o r yo fd y n a m i cf i r e f i g h t i n ga n d r e s c u el o o pe x e r t sr e l a t i v ep r e d o m i n a n c ea m o n gt h ef i r e da n ds u r r o u n d i n ga r e a s t h et h e o r y m a k e sf u l ln s eo fs u r r o u n d i n gr e s o u r o e 8 ，a n da c h i e v e sh i g he f f i c i e n c ya n dw e l le c o n o m i c a l e f f i c i e n c yi nt h ec o n d i t i o no f m e e t i n gt h ef i r e f i g h t i n gr e q u e s t s b a s e do nt h et h e o r yo ff i r e f i g h t i n ga n dr e s c u el o o p ，t h ep a p e re s t a b l i s h e dam o d e lo fa r e a lf i r e - f i g h t i n ga n dr e s c u el o o pa n dar e i n f o r c e m e n tl o o pf o rp e t r o c h e m i c a ls t o r a g et a n kf i r e a c e i d e n t a i m e da tp r o v i d i n gar e a s o n a b l em e t h o do fr e s o u r c e sd i s t r i b u t i o nf o rf t r e f i g h t i n g o ns t o r a g et a n kf i r e ，t h ep a p e rc a l c u l a t e dr e q u i r e df i r er e s o u r c e sa n df i r e f i g h t i n ga b i l i t i e s a m o n gs u r r o u n d i n gf i r ec o m p a n i e s t h e nt a k i n gt h es t o r a g et a n ka r e aa st h ec e n t e r , i nt h e c o n d i t i o no f m e e t i n gt h er e q u i r e m e n t so f f i r e f i g h t i n g ，t h ep a p e rc a l c u l a t e dt h er a d i u s e so f a l l k i n d so ff i r er e s o u r c e s ，a n dr e s o l v e dt h ei n c o n s e q u e n c eo fr e s o u r c e sd i s t r i b u t i o ni nt a n kf i r e i nt h eo p t i m i z e dm o d e l ，am e t h o df o ri n v e s l m e n ta n df i r e h o u s ed i s t r i b u t i o nh a db e e n p r o v i d e d ae a s ea b o u ts h e n y a n gd a l o n g y a n go i ld e p o th a sb e e nd i s c u s s e da tt h ee n do f t h i sp a p e r t h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yh a db e e np r o v e db yt h i sc a s e t h er e s u l to ft h i sr e s e a r c hi n d i c a t e s 沈阳航空工业学院硕士论文 t h a tb yo p t m l i z i n gf i r er e s o u r c e s , f i r e - f i g h t i n ga n dr c s c u ec o u l db ef a s t e r , n l c 噶e 街c i e n t , b e t t e ro r d e r e d , a n da c h i e v e st h eb e t t e rs h a r i n go fr e s o u i c sl i k ep e r s o n n e l ，e q u i p m e n t s ， f i r e - e x t i n g u i s h i n ga g e n t s ，e t c t h i sm e t h o dc o u l ds t r e n g t h e nt h ea b i l i t yo ft r e a t i n gt h ef i r e a c c i d e n t so f p e t r o c h e m i c a ls t o r a g et a n ka r e a s k e y w o r d s ：s t o r a g et a n ka r e a , f i r er e s o u r c e ，o p t i m a lc o n f i g u r a t i o n , f i r e - f i g h t i n ga n d r e s c u el o o p - 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完 成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品或成果，也不包含本人为获得其他学位而使 用过的成果。对本文研究做出重要贡献的个人或集体均已在论文中进 行了说明并表示谢意。本声明的法律后果由本人承担。 论文作者签名：制，f 乇 瑚7 年) 月) 8 日 版权授权说明 本人授权学校“有权保留送交学位论文的原件，允许学位论文 被查阅和借阅，学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以影 印、缩印或其他复制手段保存学位论文”；愿意将本人学位论文电 子版提交给研究生部指定授权单位收录和使用。学校必须严格按照 授权对论文进行处理，不得超越授权对毕业论文进行任意处置。 授权人：们t f 屯 胗7 年) 月) g 日 沈h i 航空1 i 业学院硕十论文 第1 章绪论 我国是一个石油化工生产大国，目前拥有大、中型石油化工企业1 0 0 多个，每年为 国家提供大量的石油产品、合成纤维、塑料和化肥等基本化工原料，为我国国民经济的 迅速发展和人民生活的改善做出了巨大贡献。石油化工行业作为我国现代化建设的一个 支柱产业，对国民经济的发展起着举足轻重的作用，随着我国加入世贸组织和经济的发 展，我国的石化工业还会有更大、更快的发展。 与此同时，石化原料、产品的火灾爆炸危险性也是显而易见的。我国现已列出的常 用的1 2 0 0 多种易燃易爆化学品，其中多数是石油化工原料或产品。 作为石化企业原料、中间产品和成品的储存装置，石油化工储罐随处可见，如生产 场所、提炼厂和化工厂、装卸码头和消费领域( 如供暖、汽车燃油、塑料、油漆、医药 等) 。石化原料、产品在储罐中受到复杂的内、外部因素影响，火灾和爆炸事故极易发 生。储罐火灾的特点是火势猛、燃烧温度高、时间长，爆炸危险性大，火灾损失大、影 响面广，且在灭火过程中难度大、消防力量耗费多，易发生沸溢或喷溅，使储存品溢出， 导致火灾扩大，经常是。一罐失火，四邻遭灾”，殃及周围储罐和建筑物。这些都决定 了石化储罐一旦发生火灾都将是毁灭性的、灾难性的，造成重大损失。根据中国石油化 学工业总公司在1 9 8 3 年- - 1 9 9 3 年统计资料，在所统计的1 1 4 3 起各类石化事故中，火灾、 爆炸事故占2 3 6 “，损失却占4 0 1 2 1 。储罐区具有较大的火灾危险性，而且事故后果严 重，扑救储罐火灾是十分艰巨的任务，灭火扑救难度大、要求高。 而我国消防部队在石化储罐区灭火救援行动中，常常由于消防资源相对不足、灭火 预案不完善等原因导致火场消防资源调配不合理，不能科学地利用周边消防资源，不利 于石化储罐火灾扑救，甚至会造成更大的损失。 1 1 课题研究背景 1 1 1 石油化工储罐区火灾事故频发、后果严重 石油化工储罐区在石化生产中十分常见，同时也是火灾爆炸危险的多发区域。石油 化工锗罐区通常储存有大量易燃易爆物质，铭罐一旦着火，蔓延很快，扑救困难。燃烧 沈日航空f ：业学院硕十论文 储罐对邻近罐的威胁很大，其辐射热常常引起邻近罐的损坏、坍塌，进而燃烧、爆炸。 使得火势扩大，难于扑救。而且储罐发生火灾事故时，会产生有毒烟气，像云一样笼罩 在大气中，有毒液体也会排到水源和河流中。所以石化储罐一旦发生火灾，必须在短时 问内进行冷却和灭火，否则将难以控制，不但会引起人员伤亡，影响正常生产，造成巨 大的经济损失，还会造成周边环境的污染。 1 9 8 2 年1 2 月1 9 h ，委内瑞拉首都加拉加斯附近一座大型电厂的石油储罐发生爆炸， 造成1 4 5 人死亡，其中4 3 名消防人员殉难，5 0 0 多人受伤，大火迫使加拉加斯市一半地区 停电，直接经济损失5 2 1 亿元。1 9 8 9 年青岛黄岛油库因为雷击起火。油罐罐顶炸裂，原 油沸溢，引起邻近罐着火爆炸。大火燃烧了5 天4 夜才被扑灭，造成惨重的经济损失，仅 消防队员就有8 0 多人死亡，1 2 辆消防车被毁。由于5 号储罐的沸溢，喷溅的原油沿着公 路、山坡四处流淌，而且泄漏的原油污染了周围大片海域。1 9 9 8 年3 月5 日，西安煤气公 司液化石油发生爆炸，随后又发生两次猛烈爆炸，两次形成时长约1 0 秒的火柱，“蘑菇 云”高达1 5 0 _ - 2 0 0 所，最后一次爆炸造成“人死亡，其中7 名消防官兵牺牲。2 0 0 1 年9 月 1 日，沈阳市发生了有史以来最严重的一次爆炸火灾，于洪区沈新路1 4 0 号沈阳大龙洋石 油有限公司数个油罐起火爆炸，为了扑救此次火灾，沈阳消防支队共调集了1 7 个公安消 防中队、2 个企业消防队、8 4 台消防车、5 8 0 名消防官兵投入战斗，并增派周边消防支队 及时增援，才得以扑灭火灾，保护 t 3 0 多平方公里内的人民生命和财产安全。1 9 9 3 年1 0 月2 1 日，南京炼油厂一座7 0 0 0 嘲5 罐突然爆炸，其左右有3 个万吨级油罐和其他小油罐。 江苏省公安厅急调镇江、扬州、常州、无锡、苏州等地的消防干警，公安部命令上海和 安徽的马鞍山，芜湖，滁州、合肥、安庆、巢湖的消防队急赴南京。火灾现场集中了1 9 2 辆消防车，1 5 1 0 名消防官兵和专职消防队员，并通过空军紧急调运了2 5 台移动泡沫炮， 经过2 0 个小时才扑灭大火。 1 1 2 目前消防灭火救援存在主要的问题 进入全面建设小康社会的新时期，公安消防部队灭火救援任务只益繁重，相比当前 世界上一些发达国家都制定有抢险救援的法规和预案，如美国二十七个州的联合救援方 案，法国的红色计划，同本的紧急救援法等，我国缺乏科学的灭火救援方案。虽然近年 来公安部消防科研所、消防局及下属的各省消防总队投入了巨大的人力物力研究灭火应 急预案，如辽宁省就完善了火灾事故应急救援辅助决策系统；江苏省也大力推道消防数 沈日l 航空【。业学院硕十论文 字化建设，南通支队先后投资3 0 万元，于2 0 0 4 年在1 1 9 指挥中心建立了g p s 卫星定位系统 终端，安装了电子地图和卫星定位系统，并在全省率先为全市6 6 辆消防执勤车辆安装了 6 p s 卫星定位仪。但是与国外的火灾事故灭火救援体系比较，我国消防部队灭火救援工 作存在以下两个显著的特点： 一是起步较晚，但发展迅速。火灾事故灭火救援与现代工业生产存在一定的联系。 国外的现代工业生产已经发展到了一个极高的水平，它们的火灾事故灭火救援响应系统 在产生后已经历了一段较长的发展和完善期，现在无论是管理体制、人员组织和相关科 学技术已经趋于成熟和稳定。而我国是在改革开放以后，在独立自主的基础上，通过合 理的借鉴国外先进经验的基础上逐步建立起来的。经过多年的努力，现在已经制定和颁 布了一批与国际接轨的火灾救援及其他火灾管理方面的法律、法规和标准，逐步完善了 相关体制。 二是中央政府集中程度高。我国的国情决定了，我国在发展本国的火灾事故救援系 统时，是以中央政府部门制定指导性政策、法律法规和标准，各级地方政府分级执行中 央政府部门的政策、法律法规和标准为主要形式。国外的中央政府的职能则以更多的形 式分配给地方各级州、市政府。这种不同是由我国和外国不同的发展阶段产生的必然结 果。例如，美国的化学应急响应系统已经发展到很高的水平，而且国家的管理体制、教 育水平等基础好，所以，中央政府的职能以适当地组织和协调为主。 现在。我们充分应用现代科学技术，研制使用了灭火救援辅助决策系统等软件， 使其形成计算机网络化，达到方便、准确、快捷、高效的目的，便于操作使用，使调度 指挥更加科学、规范、有效、合理。即便如此，随着消防部队灭火救援工作不断发展， 面对不断发生变化的各种火灾事故，由于执行任务的种类不同，参与战斗的车辆不同， 尤其是大型灭火救援现场，需要使用多个战斗单元或多兵种作战等纷繁复杂的险情，消 防部队灭火救援表现出一些问题： 1 消防资源相对欠缺，经费不足 由于我国幅员辽阔，人口众多，有限的警力，远远不能适应灭火和抢险救援的需要。 近几年现役消防人员增编很少，目前市区公安消防中队一般只有2 5 人，县级中队只有1 8 人左右，扣除火警调度、炊事员以及其他公差等，平时参加值勤的人员就更少了。现有 的消防中队，除省会城市和沿海经济发达城市的消防装备好一些以外，其余消防中队只 沈目l 航空1 ：业学院硕十论文 装备了一些简单的器材和常嫂器材，不能满足复杂、艰巨的灭火和抢险任务的需要。我 国消防装备最好的北京、上海、天津等大城市与西方经济发达国家城市相比，装备数量 平均相差5 倍以上。目前，我国消防员数量仅占总人数的万分之零点九一，而西方发达 国家消防员数量约占总人口的万分之十【5 l 。特别是内陆省份和经济条件不发达地区，地 方政府对消防的投入非常有限，消防部队只能维护正常的业务运转，不能将有限的经费 投入到消防队伍的建设、装备、训练上来。世界主要城市消防技术装备情况比较如表1 1 所示： 表1 1 世界主要城市消防技术装备情况比较( 1 9 9 5 年) 城市人口万人消防车辆辆万人 北京1 0 5 71 9 30 1 8 天津 8 9 01 3 9 o 1 6 上海1 2 9 52 4 80 1 9 香港6 5 05 9 60 9 2 纽约8 0 08 6 71 0 8 巴黎6 5 07 4 11 1 4 2 城市布局的变化加剧消防资源分配的不合理 一是未及时编制和完善消防规划，导致城镇公共消防设施没有与城镇建设同步规 划、同步建设、同步发展。二是忽视公共消防设施建设，导致旧账不补，又添新帐，如 消防站布局不合理，消防通道不畅，水源缺少，通信指挥系统不完善，消防队伍灭火力 量薄弱等。对于一般火灾，消防部队实行辖区原则进行就近救援，能够在最短的时间出 水灭火，有助于对火势的控制。但是随着经济的快速发展，城市布局的不断变化，消防 力量的布局略微滞后，造成了消防中队保护面积过大或本辖区中队并非最快达到的出动 力量等情况，为了克服这些不足，需要把周边消防资源更科学地调配，以应对城市布局 的变化。动态灭火救援圈理论( 将在第3 章详述) 针对灭火救援中存在的能力和需求的 不匹配，基于区域合作的理论，充分发挥着火区域及周边区域的相对优势，做到资源互 补、相互协助，实现良好的经济性和高效率。 3 火灾规模的扩大对消防部队跨区域作战提出更高要求 消防作战体系由消防局、总队、支队、中队构成，中队是最基础的作战单位。由于 城市消防设施建设滞后于社会经济的飞速发展，城市内消防力量有限，特勤装备器材不 足，使现有消防支( 中) 欧执勤力量作战能力仅麓满足扑救一般火灾需要，无法单独完 4 沈圈i 航空1 【：业学院硕十论文 成大型灾害事故的灭火救援处置，需要多种力量跨区域协同完成灭火救援任务。 从我国的消防情况看，5 0 年代至7 0 年代初，灭火对象主要是棚户区及砖木结构等一 般火灾，单车、单个执勤中队就能完成灭火任务；8 0 年代以后，灭火对象发生了变化， 各种新材料、新工艺、新能源、新技术被广泛利用，火灾事故发生频率大大增加，呈现 出突发性强、危害性大、灭火技术要求高、处簧难度大、作战时间长等特点，对灭火救 援的行动提出更高的要求【刀。 4 灭火救援预案不完善制约战斗的开展 ( 1 ) 缺乏相应的标准 灭火救援是一项社会性工作，涉及面广，情况复杂。在工业发达国家，灭火应急救 援工作已经成为整个国家危机处理的一个相当重要的组成部分。例如，美国、日本和欧 盟的一些国家形成了比较完善的应急救援系统，并且逐渐向建立标准化应急管理体系 ( s e m s ) 方向发展，使整个应急管理工作更加科学、规范和高效。 目前，我国除消防灭火救援和基层警官训练等教材介绍了灭火预案的编制 外，至今还没有制定统一的专门编制灭火预案的相关文件。因此导致预案编制不够规范， 使我国在消防救援能力以及整体综合协调能力方面仍存在不少问题，严重影响了我国近 年来的一些重大火灾救援行动。 ( 2 ) 预案不完善【6 】 总队、支队、中队编制预案数量的比例严重失调。由于各地对编制灭火救援预案的 数量和比例缺乏控制，造成目前绝大部分编制灭火预案的任务落在了消防中欧，从而导 致中队编制预案的任务过重，疲于应付。尽管各级政府对跨区域救援已引起高度重视， 但大多是停留在编制一至两个预案和简单的演习之上，且可操作性不强，或是无从下手。 当遇到大的灾难事故需要跨区域调动消防力量时，往往出现以下问题： 1 ) 应急预案操作性差，应急难以有序进行； 2 ) 应急装备数量落后和准备不足，救援能力差； 3 ) 应急救援力量分散，应急指挥职能交叉； 4 ) 各中队力量赶赴现场而缺乏合理调配，反而造成资源混乱，甚至出现因未参战 车辆堵塞通道，阻挡灭火关键设备进入火场而延误战机的情况。 一，一 沈日j 航空i ：业学院硕十论文 l 。1 3 滂防资源区域优化配置的重要性 1 资源优化模型是灭火救援计算机辅助决策系统的薄弱环节 虽然在灭火救援辅助决策系统等软件中提出了灭火救援消防资源以中队为单位的 模块调动，但是如何采用更细致合理的模型来调配资源，一直没有较科学的方法，是整 个计算机辅助灭火系统的一个薄弱环节。消防灭火救援力量的合理最优配置，以往无科 学的定量配置标准。对于一般的火灾扑救和抢险救援活动，传统的处理方法显示了它所 特有的优势。但随着社会的进步和城市的发展，尤其是在复杂情况下扑救重特大火灾，就 显得有些力不从心了。因此，采用科学的模型来解析现代火灾扑救的规律，运用科学的 方法指导火场力量的定量分配显得非常重要。 2 区域资源优化是我国灭火救援的趋势 为适应大型和特殊火灾事故及抢险救援的需要，跨区域灭火救援作战是一种常见的 战斗模式，同时也是应对重大火灾事故的有效手段。据不完全统计，大中城市内中队之 间联合作战占灭火救援战斗总次数的1 0 左右，大队之间、支队之间以及总队之间灭火 救援联合作战次数也在逐年增加。一个普通城市支队( 中队) 目前不可能完全具备各类 灾害事故处置装备和技术手段，在当前面临诸多困难下，要在短期内建设大而全的消防 支队( 中队) ，既没有经费保证也没有必要。这凸显区域资源优化的重要性和必要性。 湖南衡阳火灾，广东总队特勤增援参战；1 9 9 9 年贵州的铁路隧道火灾，四川总队远距离 增援；梨子园隧道火灾、德阳新场井喷事故等大型的火灾事故，都调集了多个支队参战。 大型火灾事故对人员、装备配置、药剂配备、供水量、通讯设施的需求往往是很大 的，需要建立跨区域扩充资源供给，提高灭火救援能力，而此时资源的优化整合显得尤 为重要。为全面加强紧急救援的各项准备工作、提高快速反应、跨区域增援、统一指挥、 有效处置的能力，2 0 0 1 年公安部消防局将全国划分为七个救援区域，并开展了一系列有 效的工作。按照“确定重点、区域增援”的原则，以北京、上海、重庆、广州、乌鲁木 齐、沈阳、武汉七个城市为重点将全国划分为七个救援区域【7 1 。 1 2 课题研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外已经丌始研究跨区域的资源优化配胥。2 0 0 1 年的“9 1 1 ”事件，美国几乎动用 沈日l 航空j ：业学院硕+ 论文 了全国的紧急救援力量前往纽约支援，来自其他地区的搜救队纷纷出现在纽约世贸中心 的废墟现场。自此之后，各国更是开始关注联合救援，目前，法国、德国等西欧国家都 建立了国际救援中心，美国、加拿大的一些地区也建立了联合救援机构【8 】。 美国灭火救援系统中最具规模的是多机构协作系统( m a c s ) ，将资源分为五级进 行管理，即本地资源、合作地区资源、整个区域资源、州级资源、联邦级资源。不同等 级的资源有着具体的规定，其调动也有着相应的规定，从而提供资源系统化的输送、组 织和运作，以促进灭火及救助并减轻灾害影响，在多机构、多区域协作方面做出了很好 的典范。 1 2 2 国内研究现状 现在国内各省消防总队也开始研究跨区域的资源优化，并进行多次演习。辽宁省 每年调动各个市的消防力量，举行一次灭火救援演习。四川、江苏、上海等消防局也经 常举行跨区域演习。我国专家利用集合覆盖法( s e t - c o v e r i n g ) 和p 中值法( p m e d i a n ) ， 提出了基于城市区域火灾风险等级的城市消防站优化布局方法和区域灭火救援装备及 人员优化配置方法。通过引入最不利火灾规划场景的概念，提出了区域灭火救援装备及 人员需求模型，并开发城市救援力量优化布局。 现阶段对跨区域灭火救援有专家提出了动态灭火救援圈理论，能很好地解决跨区 域调动消防资源的问题，但是成型的算法还在研究之中，且现在没有实现程序化，能适 用于编制预案，而在火场则不易于操作。赵勤提出了全面提高部队灭火救援能力的八条 措施，包括以支队为主体，突出抓好特大灾害事故跨区域灭火作战预案制定和演练【h i ； 吴军提出，我国目前城市灭火救援力量布局中存在的问题有：我国灭火救援力量布局基 本是依据标准，但缺乏灵活性；目前布局很难说达到标准中提到的“5m n 消防”，从而 提出了基于风险的灭火救援力量布局【1 5 l 。 1 3 课题研究的意义 本课题的研究主要有以下几方面的意义： 一是在消防灭火救援中打破区域界限，提高整体作战能力； 二是编制灭火救援预案的需要； 三是现场指挥灭火、消防资源优化配置的需要； 沈日f 航空i 业学院硕士论文 四是能针对区域消防力量和资源的不足，找到促进消防投资合理使用和消防力量合 理布局的方法； 五是促进跨区域消防资源共享，避免重复建设。 1 4 本文主要工作 本文对储罐区火灾爆炸事故对消防资源的需求进行估算，并在此基础上建立跨区域 灭火救援圈，在灭火救援圈内为资源的更有效配置与整合提出定量的确定方法，通过跨 区域调集消防力量共同完成灭火救援任务，并通过模型的优化为消防投资、建设提供参 考依据。 本文为了应对储罐火灾的动态发展，设计了实际灭火救援圈和增援灭火救援圈两个 模型，能灵活针对火灾规模的发展变化而确定资源的调配；根据燃烧罐的不同距离对相 邻储罐的辐射热通量不同，提出储罐位置重要度概念，并进行计算，在资源调配中考虑 增加对周边影响大的储罐的保护；对不同的火灾情况设计出灭火资源优先次序和灭火救 援圈优先次序概念，能针对各种情况区分出资源和灭火救援圈的相对重要度，并据此在 资源调动中按资源利用率高低进行调配；对储罐火灾灭火资源进行分类、计算，特别是 提出对移动泡沫炮数量的计算，更加符合实际作战需要；在数学模型中提出了算法，进 行了m a 廿a b 程序编写，通过m a t l a b 程序，只需输入条件便可进行计算最终结果，方便了 应用推广。最后，通过实例验证了模型的合理性。 一8 一 沈日i 航空i ：业学院硕十论文 第2 章石油化工储罐区灭火需求估算 2 1 储罐区主要的火灾发展情况 2 1 1 储罐类型 石油化工储罐是储存各类石化产品的大型容器，储罐的类型可按埋设深度、建造材 料和结构形式等不同方面进行分类，如表2 1 所示： 表2 1 储罐分类 指储罐基础笤于或高于相邻区域( 距罐周围不小于4m 的范 地上储罐 嗣内) 设计标高的储罐 指储罐内最高液位低于相邻区域( 即储罐四周4m 范围内的 按 地下储罐 地面) 设计标高o 2m ，且罐顶覆土层的厚度不小于0 5m 的储罐 埋 设 深 指储罐埋设深度超过罐高的一半，且储罐内的晟高液面比相 度 分 半地下储罐 邻区域( 距罐不小于4 ? 的范围内) 设计标高不丈于3 , 的储罐 还有埋设在地下掩蔽室内或山洞内的洞室储罐，常见的有自 其他然洞油库储罐、地下水封式岩洞油罐、人工洞油罐等 储 指j 咐钢板、角钢等金属材料通过焊接而建造的各种储罐，常 罐 薹 金属储罐 见的金属储罐主要有丘式圆柱形、卧式圆柱形和特殊形三种 类藉 指采埘烧砖、石块管1 e 金属材料修建而成，如_ j 砖砌、孀水 类 雾 非金属储罐 泥做内抹面处理的储罐和_ j 钢筋混凝十建造的储罐等 型 义称 i 与i 定顶罐，主要形式为立式圆杵形。拱顶罐又包招桁架 拱顶罐 拱顶罐和无力矩拱项罐两种。桁架拱 负罐的储罐顶部t 【 j 桁架支撑： 无力矩拱项罐的特点是罐壁设有乖直立柱，罐顶内部无桁架支撑 按 罐顶漂浮在液面上，能随液位升高平降低而上下浮动的储罐。 结 由丁浮顶与液面之间基本上不存在气体空间，罐内液体不蒸发， 构浮顶罐 形 爆炸性混合气体无法形成，因而对减少火灾危险冈素十分有利 式 分 类 通常川丁小型分配油库，加油站，企事业单仿的附属油库笆。 卧式罐 在大型油库中常作为附属油罐使j l | ，如计量罐、： 萍皴罐等 一般川1 r 金属材料建造，形式有长方形、正方形、椭圆形等， 油池 其深度、人小各不相同 9 沈ri 航空一l ：业学院硕十论文 2 1 2 石化储罐火灾主要发展情况 如表2 2 所示，根据国内外储罐的火灾爆炸事故案例分析，石化储罐火灾大体有以下 五种情况： 表2 2 石化储罐火灾类型 火灾类型火灾原因及过程火灾事故案例 起火后被 可燃气体浓度朱达剑爆炸极限，发现火情及时，升采取了1 9 9 7 年大庆油田两库 扑灭适当的扑救措施 油罐火灾 罐内液位较高，气温较高时，轻质油会从油罐的呼吸阀、1 9 7 6 年茂名石油公司 起火后稳 量油孔等处挥发出大量油蒸气，液面上空间的油蒸气与空气的的1 0 6 号罐、 定燃烧混合浓度朱达至0 爆炸极限，遇明火起火后在液面上稳定燃烧 1 9 8 9 年黄岛油库的2 号和3 号罐着火 着火罐在燃烧中爆炸的主要原因是，燃烧中有人量的空气 冲入罐内，当罐内油蒸气浓度达到爆炸极限时产生瞬态爆炸， 或在高温作用下急剧增高的油蒸气压力超过了罐体的承压能力 2 0 0 6 年厦门海沧新阳 燃烧中 而发生罐体爆炸 工业区长天塑化公司 爆炸 相邻罐的爆炸主要是由着火罐的辐射热使得罐内油蒸气增一个化学品储罐闪爆 多，并与空气形成爆炸性混合气体，当遇明火或达到一定温度 着火 时即发生爆炸。会造成罐顶塌陷，罐体破裂或位移，如果可燃 储品流散，还会引发流淌火 爆炸厉继一般是发生侄储罐爆炸之后，罐内液面较高和过低均易于1 9 8 9 年秦皇岛1 f 金属 续燃烧 燃烧 罐由雷击引发的火灾 其中有两种情况，一是罐内基本无油，温度低丁：闪点，油 爆炸后不 蒸气浓度处于爆炸极限内，明火引爆后不燃烧；二是有油的储 1 9 8 9 年黄岛油库 再燃烧 罐被引爆后，由于空气供应不足会山现爆后即灭的情况 4 号罐 2 2 石化储罐区自身主要消防资源和存在主要问题 石油化工储罐发生火灾，特别是初期火灾，应首先立足于利用自身消防设施扑灭 火灾，使用固定自动灭火装置灭火，一般可以自动灭火。石化储罐一般都装有固定或半 固定泡沫灭火装置，当储罐火灾处于初起阶段，在灭火装置没有遭到破坏且可以使用的 情况下，应先充分利用这一有利的条件，坚持“以固为主”的原则，辅以移动式泡沫炮 等设备，迅速、准确地启动灭火装置，同时还应注意观察灭火效果和注入的泡沫剂量， 防止泡沫失效、供给强度不足或注入泡沫量过大引起油品外溢等。如自动系统损坏时， 可以使用手动装置打丌灭火装冒灭火。有半固定灭火装置的，可与将到达火场的相应消 防车上的半固定装置接合器组合灭火。 沈日l 航空，l 二业学院硕十论文 除了固定自动灭火装置，石油化工储罐区通常还有其他比较完善的消防设施。储 罐区的规模不同，储存物质不同，储罐的形式不同，消防设施的种类办不同。国内外储 罐主要采用固定或半固定式液上泡沫灭火系统，固定式或半固定式液下喷射泡沫灭火系 统，以及移动式泡沫消防车和泡沫炮。此外，还有用于浮顶罐的1 2 1 1 自动灭火系统， 国外也有采用固定式干粉灭火系统的。我国天津消防科研所研制了油罐烟雾自动灭火装 嚣，整个装置漂浮在罐内油面中心。当油罐起火后，自动引燃烟雾灭火剂，产生大量烟 雾灭火气体，依靠灭火气体的压力，喷射到油面上空，致使火焰熄灭。 2 2 1 石化储罐区自身主要消防设施和资源 1 防火堤 为防止火灾情况下储存物质溢出，形成更大范围的地面流淌火，储罐区内地上储 罐与半地下储罐的储罐组，均都采用非燃烧材料建造防火堤。防火堤的有效容积，通常 不小于储罐组内一个最大固定储罐的容量，如是浮顶罐或内浮项储罐，其容量则不小于 储罐组内一个最大储罐容量的一半。防火堤内储罐数量较多和储存量较大时，均都设有 内隔堤，内隔堤的顶面标高比防火堤的顶面标高一般低o 2 - _ o 3m 。 过去，多数消防专业人士都把防火堤看成是次要的，但现在已经改变了看法。防 火堤的火灾事故经常迫使消防队员必须马上改变作战方案，火灾会毁坏水带和便携式设 备，个别的甚至会限制进一步作战的能力。防火堤的毁坏会使燃烧着的油品飞溅到未起 火的地方，从而造成火灾更快地蔓延，使事故快速升级。这些因素也都增大所在位置人 员的危险性。 2 固定泡沫灭火系统 固定泡沫灭火系统是普遍采用的一种灭火设备。火灾情况下如未被破坏，应及时启 动，且应优先投入使用。固定泡沫系统用于储罐灭火，能提供迅速有效的火灾防护，当 火势很小时能控制火情，避免火灾升级。 低倍数泡沫灭火系统，通常包括泡沫产生器，泡沫混合液输送管线和泡沫泵房。泡 沫灭火供给总量主要取决于着火储罐的燃烧液面积。泡沫液的储备量，一般都可满足储 罐区内一个最大储罐，连续喷射3 0m i n 的需要。 中倍数泡沫灭火系统。中倍数泡沫通常指发泡倍数在2 0 至2 0 0 倍的泡沫，中倍数 泡沫比低倍数泡沫发泡倍数大，泡沫比霞小，流动速度快，灭火时间短。 沈日l 航空j ：业学院硕十论文 氟蛋白泡沫液下喷射系统，可防止储罐爆炸起火时泡沫设备被破坏，保证火灾情况 下的灭火效能。 3 消防给水系统 储罐的消防给水系统，主要用于扑救火灾时配制泡沫和对储罐冷却保护。消防给水 系统主要包括喷水设施、消火栓、供水管道、消防供水泵房和消防水池。其中设在储罐 顶部或罐项下沿的水喷淋管，是对储罐喷水降温的冷却设施。其作用是高温季节对罐体 喷洒水，降低储存物质温度和罐内蒸气压，以减少挥发；火灾情况下，用来冷却罐体， 控制温度。 4 自身消防站 石油化工企业设计防火规范第7 2 1 条规定：石油化工企业应设消防站。消防 站的规模，应根据工厂的规模、火灾危险性、固定消防设施的设置情况，以及邻近单位 消防协作条件等因素确定1 6 1 。大中型石油、石油化工企业一般应具有独立的消防力量。 若邻近有较强大的移动消防供水力量和泡沫灭火力量，并且发生火灾后1 0m i n 内能到达 出水或2 0m i n 内到达罐区使用泡沫灭火，可考虑利用邻近的消防力量进行协同作战可能 性。但必须是邻近消防站具有扑灭该区的消防力量，同时经过公安部门同意，并建立协 作组织机构和制定配合作战的技术措施及细节。 消防站车辆的配黄数量，应根据灭火系统设置情况满足扑救最大火灾的要求。石油 化工企业消防车辆的车型配备，应以大型泡沫消防车为主，且应配备干粉或干粉一泡沫 联用车；大型石油化工企业宜配备高喷车和通讯指挥车。消防站内储存泡沫液量较多时， 宜设置向消防车快速灌装泡沫液的设施。一级消防站宜设置泡沫液罐拖车或运输车，且 车上应配备向消防车输送泡沫液的设施。 ( 1 ) 消防站的设置 消防站在石油、化工企业中的布置，应根据企业生产的火灾危险性、消防给水设施、 防火设施情况，全面考虑，合理布置。为发挥火场供水力量和灭火力量的战斗力，减少 灭火损失，宜采用“多布点，布小点”的原则，将消防力量分设于各个保卫重点区域， 以便及时地扑灭初期火灾。消防站应尽量靠近责任区内火灾危险性大，火灾损失大的重 点部位。并应靠近主要的交通线，便于通往重点保卫部位。 ( 2 ) 消防站的规模 一1 2 沈日f 航空i ：业学院硕十论文 石油、化工企业中的消防力量，应根据石油、石油化工企业的消防用水量及泡沫干 粉等灭火剂用量、灭火设施的类型、消防协作的力量等情况决定。 采用半固定灭火系统和移动式灭火系统时，消防力量应按最大一次火灾需要的消防 用水量及泡沫、干粉等灭火剂量来配备消防车辆；采用固定式消防灭火系统时，消防力 量可按第二大火( 仅次于最大火灾，因为全部设备均设有固定灭火系统，移动式消防力 量可适当减少) 消防用水量及泡沫、干粉等灭火剂量另配备消防车辆。每个消防站或消 防分站的最少车辆不宜少于两辆。 消防车数量应根据企业的消防用水量和泡沫混合液量以及每辆消防车在火场实战 中供水量，由计算决定。 1 ) 东风牌消防车供应冷却用水量按1 3 1 5l s 计。 2 ) 东风牌消防车供应泡沫混合液时，每辆消防车供应一个泡沫室使用，压力比较 稳定，容易控制，灭火效果较好。但混合液量超过1 5l s 时，若用一辆东风牌消防车供 应泡沫混合液，由于水带的水头损失较大，常不能保证泡沫室的标准压力要求，需要使 用两辆消防车并联工作供应一个泡沫室的混合液量。 3 ) 黄河牌消防车和交通牌消防车的冷却用水量可按3 5 - - 4 5 l s 计算。黄河牌消防车 和交通牌消防车的固定泡沫液的泡沫量可达3 0 0l s 。 2 2 2 目前储罐区固定灭火系统存在的主要问题 储罐区固定灭火系统在使用管理中存在的问题，导致在火灾初期未能及时控制乃至 扑灭火灾，不仅浪费了扑救火灾的宝贵时间，而且造成火灾规模的扩大，给消防部队灭 火救援带来更大的困难，造成更大的损失。 1 。主要技术参数达不到灭火要求。 2 施工质量差【4 3 1 。 一是施工不彻底；二是安装不规范；三是技术缺陷。 3 管理制度松懈。 一是消防意识淡薄；二是r 常消防管理制度不健全；三是消防演练内容单一。 4 设备完好率低1 4 3 1 。 一是维护保养不全面，检查检修不及时；二是检测方法不科学。 由于目前储罐区同定灭火系统存在以上问题，不足以保证在储罐发生火灾事故初期 一1 3 一 沈日f 航空i ：业学院硕十论文 扑灭火灾，因此凸显出消防部队储罐火灾灭火救援工作的重要性。 2 3 储罐区火灾灭火救援所需外部消防资源 由近年来储罐火灾事故分析表明，一旦储罐固定泡沫灭火系统出现比例混合器堵 塞、泡沫发生器失灵、泡沫灭火系统无法运行或泡沫供给强度达不到灭火要求等问题， 就无法在初期阶段扑救火灾，必须依靠消防部队进行灭火救援。 扑救储罐火灾的灭火技术主要有：泡沫灭火技术，泡沫是储罐灭火的主要灭火剂； 干粉灭火技术，采用干粉炮水平喷射灭火效果最佳，单独使用干粉灭油品火灾的最低供 给强度不小于8 3k g m i n m 2 ；喷雾水灭火技术，喷雾水枪的工作压力为6 8 6k p a 左右； 于粉、泡沫联用技术，当泡沫将火势控制在7 0 以后，再同时喷射于粉灭火效果最佳， 泡沫混合液供给强度为5l m i n m 2 ，干粉供给强度为3k g m m 为最佳。 储罐火灾灭火救援行动需要的主要消防资源及需要量如下。 2 3 1 消防用水量的计算 与燃烧罐的距离小于燃烧罐直径1 倍的相邻罐，在热辐射的作用下，一段时间后极 有可能引发爆炸、燃烧。因此，对小于燃烧罐直径1 5 倍距离的未燃相邻罐要及时喷水 进行冷却和覆盖罐顶孔口。重油罐壁外有保温层，用水冷却虽然不能直接作用于油罐壁， 但仍要向其受热面喷水冷却，以保护重油罐壁外保温层不被烧坏。 储罐区消防用水量包括配置泡沫的用水量和冷却用水量两部分。冷却用水量又分为 着火罐冷却用水量和邻近罐冷却用水量。即： q 2 q 灭火+ 线+ ( 2 1 ) 式( 2 1 ) 中：q 储罐区消防用水量( 上詹) ； 纹火配置泡沫灭火用水量( l 白) ； 。 蜴着火罐冷却用水量( 上詹) ； 旦l 邻邻近罐冷却用水量( l s ) 。 1 配置泡沫灭火用水量【j 7 1 配置泡沫灭火用水量，可按式( 2 2 ) 计算： 沈刚航空：业学院硕十论文 骇火砘9 4 纹 ( 2 2 ) 式( 2 2 ) 中：0 9 卜混合液中含水比例； q 挹储罐区需用泡沫混合液量( l s ) 。 其中，灭火用水常备量( 即配置泡沫灭火储水量) 可按式( 2 3 ) 计算： q * 鲁= 1 8 q 矢火 ( 2 3 ) 式( 2 3 ) 中：q 水鲁配置泡沫灭火储水量( 或，) 1 8 _ 3 0 肌加灭火用水系数( 储水量以m 3 或f 为单位，故号葛字即i 8 ) 。 2 着火罐冷却用水量【1 7 l ( 1 ) 着火罐冷却用水量，包括固定式设备和移动式设备，可按式( 2 4 ) 计算： 级2 舰d q ( 2 4 ) 式( 2 4 ) 中：栉同一时间着火罐的数量( 个) ，一般情况下为1 个，且为储罐区内 的最大罐； d