制約固定消防設施及時響應石化類火災事故的原因及對策

周廣連

摘要：以調研所掌握情況為基礎，結合標準規范及事故案例，基于自動消防系統基本工作原理詳細分析制約固定消防設施及時響應火災事故的原因，提出包括環境污染治理與消防隱患整改“四同時”等在內的意見建議。

關鍵詞：石化企業火災；固定消防設施；及時有效響應

石化類生產儲存場所，根據物料理化性能和存儲裝置的特點，設置的固定消防設施主要包括消火栓（消防水炮）滅火系統、水噴淋（水噴霧）消防冷卻水系統、低倍數泡沫滅火系統、蒸汽滅火系統等。事故之初，它們通過施放泡沫隔絕空氣、噴水冷卻罐體來控制消滅火災。

1 控制流程

近幾年發生的大連“7·16”、響水“3·21”等幾起重特大石化類爆炸火災事故，暴露出固定消防設施發揮不了作用的問題，其原因值得深思。以低倍數泡沫滅火系統為例，通過實地調研多家大型石化企業，發現火災報警控制器設置在DCS控制中心或儲罐區；消防給水、泡沫站控制部分設置DCS控制中心、泵站現場。其控制流程包括火災探測—報警確認—啟動設施—施放泡沫噴水冷卻4個環節，見圖1。

2 原因分析

經過實地檢查和測試，發現制約固定消防設施及時響應火災事故的原因涉及多個方面。

2.1? 自動探測功能缺失

按照GB50160—2008（2018版）《石油化工企業設計防火規范》第8.12.4、8.12.5條和GB50074—2014《石油庫設計規范》第12.6.4、12.6.5條要求，石化企業罐區用于探測火災的觸發器件是線型光纖光柵感溫探測器和手動火災報警按鈕。前者需火災產生的高溫作用到光纖光柵才能發出報警信號，后者則需要人工操作報警，因此，兩者不能實現對火災形成條件的預先自動探測。用于檢測有毒有害氣體、可燃氣體泄漏的氣體探測報警系統屬于安全事故預警系統，庫區CCTV視頻監控屬于人工巡視及遠程確認系統，同樣不具備自動探測火災的功能。

2.2? DCS系統功能有缺項

接到火災報警信號后，單位可通過分散型控制系統（DCS）手動“一鍵啟動”消防泵。但通過查看消防設施監測界面，發現DCS能遠程手動啟動消防泵，但無法監測消防泵吸水管、出水管閥門狀態，見圖2；在消防泵房現場發現，消防水泵出水管采用手動控制閥，且處于30%開度，甚至完全關閉。此情形下，DCS“一鍵啟動”的也只能是消防水泵和部分受控電動閥門，處于關閉狀態的手動控制閥無法將消防水泵吸取的水供入給水管網系統，導致無法形成泡沫混合液和冷卻水流。

2.3? 管理模式制約及時響應

以某單位制定的火災自動報警系統管理規定為例，火災報警控制器的更新由機械動力處負責（管更新計劃），運行管理由安全環保處負責（管檔案臺賬），維護檢修由電氣設備儀表分廠負責（管控制器鑰匙），日常使用由生產車間負責（管控制器面板）。消防泵電氣控制柜的開門維護檢修權限屬于電氣設備儀表分廠，消防泵因電源開關斷開而停泵時，如果檢修人員不在場，水泵操作員是無法進行合閘操作的，此時，即使水源充足、閥門狀態正常，也會因消防泵無法啟動而喪失加壓供水的作用。

2.4? 操作規程明顯錯誤

操作規程是基于固定消防設施工作原理和具體設備操作步驟，結合單位具體崗位而制定的，它的主要作用是指導操作人員按步驟開展工作。調研發現，某單位制定的石腦油泡沫站操作規程如圖3所示，DCS“一鍵啟動”消防泵后，消防水供入泡沫站，如按圖3規定的流程操作，其結果是僅能滅1個石腦油儲罐火災的泡沫混合液流向3個石腦油儲罐，不能滅火的同時，還污染了另外2個儲罐中的成品油。

2.5? 消防設備易被破壞

除浮頂罐外，固定頂罐、內浮頂儲罐上部氣相空間均存在可燃易燃液體蒸汽，當其濃度達到爆炸極限時，遇點火源極易產生“先炸后燒”的事故。事故產生的沖擊波將直接摧毀安裝在罐頂上的橫式泡沫產生器和冷卻水管，見圖4。同時，罐體變形導致附著在管壁上的豎管與固定在防火堤管墩上的水平管產生斷裂，見圖5。此情形下，即使DCS能正常啟動泡沫滅火系統，也因泡沫產生器的損壞、泡沫管線的斷裂而無法產生具備滅火效果的空氣泡沫，反而將不具滅火效果的泡沫混合液噴入罐內、或流入防火堤，在不能滅火、冷卻的同時，將加快現場泡沫藥劑的損耗。

2.6? 消防動力存有隱患

消防泵的配電采用兩路電源供電，有的甚至還增配柴油發電機作為備用動力或采用柴油機直接拖動。供電形式見圖6，圖中a所示為2段母線獨立運行，分別承擔2臺電動消防泵的供電，由于消防系統設計的泵組運行模式是3用1備，因此，當1#母線斷電檢修時，將導致1#、2#泵無法運行，消防系統的供水流量將縮減一半。b所示為消防泵的雙電源在區域變電站中實現首端自動切換，從變電站消防泵配電柜至消防泵房電氣控制柜只有一條供電線路，當此供電線路出現故障，將直接導致消防泵無法啟動運行。因此，DCS“一鍵啟動”消防泵后，極有可能因消防配電裝置檢修、供電線路故障而無法運行。除此之外，柴油消防泵現場儲油量不能保證其連續運行6h，柴油消防泵常用功率448kW，按照規范要求，設計儲油量應為448×1.5×6=4032L，現場儲油量為4032×50%=2016L，但現場實際儲油量僅770L，這將導致柴油消防泵因缺油而停運。

2.7? 環保工程帶來挑戰

為減少儲罐的VOCs排放量，石化企業通常采用罐頂油氣連通與VOCs集中處理的方式來滿足國家和地方的VOCs排放標準。罐頂油氣連通方案有氣相平衡管、單罐單控、單呼閥或直接連通共用切斷閥等，見圖7。罐頂油氣連通的安全風險就是可能發生重大“群罐火災”。由于固定消防設施是基于罐區單個最大儲罐發生火災而設計的，因此，一旦發生“群罐火災”，既有的固定消防設施如低倍數泡沫滅火系統，其流量、壓力將不能滿足撲救多個同時起火儲罐的需要，這也將導致固定消防設施滅火失敗。

2.8? 維保服務質量低劣

儲罐區低倍數泡沫滅火系統的泡沫混合液管線、水噴淋冷卻水系統配水管網平時處于不受壓的空管狀態。消防管道焊接處、弧形消防管道內壁等鍍鋅層遭受破壞的地方，很容易遭受揮發性化學氣體、泡沫混合液的腐蝕，生銹嚴重，管道耐壓強度、管網嚴密性均會下降。為防止物料遭受污染，維保機構很少開展混合液管線嚴密性、耐壓強度測試，致使管道耐壓強度不足、嚴密性下降的隱患無法及時發現和消除。這就造成火災時，空氣泡沫產生器因管道泄漏導致進口壓力不足而無法吸入空氣產生泡沫；冷卻水因壓力不足無法形成噴灑面積和冷卻強度。

3 意見建議

針對以上原因，從提高固定消防設施的實用性、針對性和完好有效性出發，提出如下建議：

3.1? 組織多方專項調研

以固定消防設施為例，從設計到投運，涉及單位、行業眾多，僅消防救援部門1家單位開展調研，很難系統掌握所有情況，對發現的問題也難以快速推動整改。為實現隱患見底，切實提升監督指導質量、提高服務對象安全水平，建議消防救援部門邀請規范編制組相關內容的編制者、設計單位具體設計人員、施工方技術負責人、單位管理責任人、企業專職消防隊員、消防技術服務人員、地方環保及應急部門人員、石化行業系統科研人員、消防科研院所人員共同參加“會診式”調研指導，針對調研中發現的涉及自身領域制約因素，當場提出改進方案，指導單位落實整改；需要多部門協調的，各部門現場會商解決。通過這種“會診式”調研指導活動，不但指導幫扶了服務對象，還有助于參加人員更深入了解、改進自身工作的方向，并借助他們推動其他石化企業提升安全水平。

3.2? 加強火災探測研究

民用建筑中設置的火災自動報警系統，因感煙火災探測器能在煙霧濃度上升到設定值時自動發出報警信號，而具備了自動探測、報警、聯動控制等功能。生產裝置區、儲罐區依規設置的火災報警系統，只有當人工按下手動火災報警按鈕才能發出報警信號，不具備自動探測、報警的功能，算不上火災自動報警系統。以儲存汽油、石腦油等易揮發、閃點較低輕質油品的常壓內浮頂儲罐為例，浮盤與罐頂之間存在一個相對密閉的氣相空間，空氣與油氣在氣相空間形成混合氣體，當混合氣體濃度達到一定量值時，遇點火能量（外來火源、靜電放電、硫化亞鐵自燃等）就燃燒甚至爆炸。基于此，建議組織消防行業、石化行業等相關科研院所，開展科技攻關，重點解決采用何種手段精準探測浮頂罐上部氣相空間的特征參數如易燃可燃氣體濃度、外來火焰、靜電電位、硫化亞鐵晶體等；如何快速抑爆止爆；如何降低因滅火導致泡沫污染油品等問題。

3.3? 加快標準修訂完善

除GB50160—2008《石油化工企業設計防火規范》于2018年修訂發布外，其他涉及固定消防設施的規范最近發布施行日期距今也有6年，遠的近10年，隨著對事物認識的不斷加深，新產品新技術的不斷研發應用，規范的有些條款沒有跟上石化企業消防安全現實需要，有些甚至還起到了阻礙作用。1998至2010年中國石化有多家煉廠儲存輕質石腦油儲罐發生爆炸起火事故，其主要原因是內浮頂上方的氣相空間存在爆炸性氣體。但關于內浮頂罐上部氣相空間如何設置火災探測器及實現何種消防聯動控制功能，至今無解。對于橫式泡沫產生器容易遭受爆炸沖擊波被摧毀的現實，GB50151—2010《泡沫滅火系統設計規范》第3.6.1條只規定“固定頂儲罐、按固定頂儲罐對待的內浮頂儲罐，宜選用立式泡沫產生器”，沒有作出強制性要求。建議各級消防救援部門邀請規范編制人員、設計單位參與火災事故延伸調查、火災撲救戰評等活動，以事故案例推動規范制修訂、提高設計人員安全底線意識，消除先天性隱患。

3.4? 基于事故推動技改

1997年，某石化廠4#原油罐由于罐底搭接焊縫開裂24.5m，造成大量原油泄漏，1500t原油流入污油池，5500t原油流入水庫；1998年，該石化廠1#原油罐由于罐基礎局部下沉，罐底搭接焊縫開裂，造成大量原油泄漏，1000t原油流入隔油池，400t原油流入污油池，3000t原油流入水庫。因此，有關規范規定防火堤有效容積應不小于罐組內1個最大儲罐的容積。火災事故處置時，固定消防設施、移動滅火設備滅火而產生的泡沫混合液、消防冷卻水也將流入防火堤，侵占有效容積。對于比重小于水的物料，滅火產生的混合液體將抬升物料液面，直接導致物料漫堤流出，形成大面積流淌火，威脅作戰安全。建議石化行業監管部門聯合設計單位，參照火災事故處置滅火藥劑實際使用量，重新計算確定防火堤的最小有效容積和其他可行的解決方案。單位結合雨污分流、污水排放等環保治理工程，有序推到改造。有地基沉降、地面塌陷現象的儲罐區，每年應進行一次防火堤靜水承載試驗，防止出現潰堤。單位結合罐體維修，對泡沫產生器“橫改立”、罐壁消防豎管與水平管“硬改軟”工程做到同步設計、同步施工、同步驗收，根除基礎隱患。

3.5? 規范DCS系統框架

關于固定消防設施響應火災事故的時間，GB50160—2008（2018版）《石油化工企業設計防火規范》第8.3.7條規定“消防水泵應在接到報警后2 min以內投入運行。”GB50151—2010《泡沫滅火系統設計規范》第4.1.10條規定“固定式泡沫滅火系統的設計應滿足在泡沫消防水泵或泡沫混合液泵啟動后，將泡沫混合液或泡沫輸送到保護對象的時間不大于5min。”由于目前火災報警是依靠人工巡視發現，報警時間已明顯滯后火災發生時間，因此，建議行政監管部門發布基于“2min啟泵，5min噴泡沫”的消防應急響應DCS系統框架，消防救援部門會同行政監管部門按照“火災發現—報警確認—啟動設施—施放泡沫”的全過程對單位DCS進行驗收測試，測出DCS響應火災事故的真實時間，找出超時產生的原因，提出設施設備改進方案和泵站泡沫站優化布局。

3.6? 強化單位應急管理

針對單位固定消防設施存在“多頭管理”的現狀，建議督促單位按照“想全想細想萬一”的原則，重新編制火災事故應急處置預案。預案演練過程中，重點模擬消防水泵供配電故障、電氣控制柜故障、柴油消防泵啟動故障以及常開型大通徑手動閥門關閉等，來檢驗預案的可操作性、響應時間一致性。按照實戰化要求，全面檢驗各類消防設施設備應急操作規程的可靠性和有效性。按照最長火災事故延續時間，或可借鑒的事故處置時間，推演防火堤漫堤事故對消防泵站、消防值班室、消防配電室的影響程度，制定避險應急方案；制定確保柴油消防泵、柴油發電機持續可靠運行的燃油加注方案。按照爆炸沖擊波導致區域變電站跳閘斷電，制定臨時消防泵臨時供電方案。按照發生“群罐火災”導致固定消防設施滅火流量、壓力嚴重不足，制定消防應急加強措施并組織演練。按照污水集中處理系統發生管線爆炸事故，制定并演練消防應急處置預案等。

3.7? 綜合治理確保有效

石化企業一直是環保治理的重點單位，小化工進園區、VOCs油氣收集、工業廢水排放、土壤污染治理、工業廢料治理等雖是環保工程，但均涉及消防安全。響水“3·21”爆炸事故就是由工業廢料自燃引起。建議對環保工程進行專項安全評估，確保“藍天工程”與消防安全同規劃、同設計、同施工、同驗收，實現環境安全、消防安全同治共贏。

3.8? 提高檢查服務質量

《消防監督記錄表》作為基層監督人員開展執法檢查工作的一份具有法律效力的專用表格，雖包含了《消防監督檢查規定》中確定的檢查內容，但具體到石化企業，在檢查內容方面存在明顯漏項，以消防設施器材為例，石化企業普遍設置的可燃氣體探測報警系統、低倍數泡沫滅火系統、水噴淋冷卻水系統在表中沒有體現。還有涉及防火安全的阻火器、防火堤、水封井、防雷、防靜電等也未體現。建議消防救援部門會同行政監管部門，根據石化企業主要類別，專門制定石化類企業《消防監督檢查記錄表》，做到“一企一表”，規范檢查行為，提高檢查質量。同理，專門制定適用石化企業消防設施的維護保養管理規定，規范消防技術服務活動，提升消防設施完好率，壓實服務機構責任。

3.9? 強化防消聯勤聯訓

固定消防設施一旦發揮不了作用，就必須依靠企業專職消防隊、消防救援隊伍到場處置。石化企業的顯著特點是罐、塔、爐等容器之間通過管道直接相連。這就需要專職隊員、消防救援人員與單位工藝處置隊實行聯勤聯訓，爭取在第一時間協同作戰，關閉事故裝置的進料閥，切斷火災荷載供給；或者打開事故裝置的排放閥進行倒灌操作，降低財產損失。結合工藝裝置特點、物料理化性能、工作溫度、壓力的不同，在工藝處置隊的配合下，采取工藝冷卻方法，快速降低物料溫度；通過在工藝管線上設置應急供料閥門，方便通過管線向罐體定向施放滅火藥劑實施快速滅火等。最終，通過聯勤聯訓，實現兩方力量在火災事故處置時發揮“1＋1＞2”的消防快速處置能力。

4 結語

石化類火災事故的突發性決定了固定消防設施必須實現秒級響應，只有按照固定消防設施的基本工作原理和工作流程，進行全過程推演和實測，排查出可能的故障隱患點，制定出相應預案，才能確保在DCS“一鍵啟動”工藝處置的同時消防設施“隨鍵而啟”并持續可靠運行。

參考文獻：

[1]GB 50160—2008（2018年版），石油化工企業設計防火標準[S].

[2]GB 50074—2014，石油庫設計規范[S].

Reasons and countermeasures for

limiting the timely response of fixed fire

facilities to petrochemical-type fire accidents

Zhou Guanglian

（Wuxi Municipal Fire and Rescue Department， Jiangsu Wuxi 214000）

Abstract：Based on the research， the article analyzes in detail the reasons that restrict the timely response of fixed fire protection facilities to fire accidents based on the basic working principle of automatic fire protection system， and puts forward suggestions including environmental pollution control and "four simultaneous" correction of fire hazards.

Keywords：fire in petrochemical enterprises; fixed fire facilities; timely and effective response