化工園區(qū)火災場景分析及滅火技術(shù)研究

唐小榮(江蘇省常州市消防救援支隊，江蘇 常州 213022)

0 引言

化工園區(qū)是我國化工產(chǎn)業(yè)的主要載體，園區(qū)內(nèi)放置著許多化工生產(chǎn)設備和原材料，因此化工園區(qū)火災具有蔓延迅速、立體火災和爆炸事故多發(fā)等典型特征，這導致救火救援工作難度較大，對廣大人民生命和財產(chǎn)安全造成巨大威脅[1]。為全面提升化工園區(qū)防滅火質(zhì)量，現(xiàn)就化學園區(qū)火災場景進行深度分析，試圖通過建構(gòu)完善的災害救援體系，制定合理的滅火技術(shù)方案，在優(yōu)化配置各項滅火資源的基礎上，切實增強化工園區(qū)火災事故的處置能力，以實現(xiàn)及時、高效滅火救援。

1 化工園區(qū)及化工園區(qū)火災特點

化工園區(qū)，是現(xiàn)代化學工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定程度所建立起來的，以大型化、集約化、國際化和效益最大化等為典型特征的，技術(shù)、資源和人工密集的生產(chǎn)經(jīng)營區(qū)域[2]。化工企業(yè)入駐園區(qū)后形成規(guī)模化經(jīng)營，但因為化工工業(yè)生產(chǎn)工藝流程復雜，生產(chǎn)原料較為集中，化工園區(qū)也是火災等嚴重事故的易發(fā)區(qū)。化工園區(qū)火災不僅對園區(qū)本身造成極大的安全威脅，還會妨礙當?shù)厣鐣陌踩€(wěn)定。因此，化工園區(qū)消防安全管理責任重大。

1.1 擴展性強，易形成連鎖反應

化工園區(qū)火災擴展性強且容易形成連鎖反應。這是因為化工園區(qū)內(nèi)一般會有多家化工企業(yè)，這些企業(yè)在日常生產(chǎn)經(jīng)營活動中往往會涉及到眾多易燃易爆、毒害性強的化學生產(chǎn)材料，例如表面活性劑、粘接劑、印刷油墨助劑等。上述材料本身的化學性質(zhì)不夠穩(wěn)定，屬于重大危險源。再加之化工園區(qū)又是規(guī)模化生產(chǎn)經(jīng)營，危險化學品數(shù)量遠遠超出國家規(guī)定的臨界值，一旦園區(qū)發(fā)生火災，這些生產(chǎn)材料會加劇火災蔓延速度，部分易爆材料還會因為受到熱輻射、熱沖擊而造成更嚴重的連鎖事故，對整個化工園區(qū)的安全穩(wěn)定造成嚴重威脅。

1.2 危害嚴重，應急處理較為困難

通常情況下，化工園區(qū)會附帶一系列衍生產(chǎn)業(yè)以吸引更多的人員、財產(chǎn)投資，其周邊會形成一片較為密集的產(chǎn)業(yè)集群。園區(qū)內(nèi)存放了大量化工原料，一旦其中發(fā)生火災，在起火初期如果未被快速撲滅，火災就會在短時間內(nèi)快速蔓延，這不僅會導致園區(qū)內(nèi)部遭受災害，周邊地區(qū)也容易受到波及，甚至可能因火災引發(fā)爆炸、化工原料泄漏、水體以及土地二次污染，造成嚴重的經(jīng)濟損失和負面影響。

1.3 火情復雜，立體火災頗為常見

立體火災，主要是指在火災中大火在垂直方向及其周邊同時燃燒所形成的火災。從化工園區(qū)的常規(guī)布置來看，由于入駐企業(yè)主要從事化工生產(chǎn)，園區(qū)內(nèi)危險物種類繁多且數(shù)量龐大，一旦受到火災沖擊波以及熱輻射影響，這些危險物很可能被引燃，若是未能及時撲滅，極易造成多點同時起火從而形成立體火災,給消防救援工作帶來更多困難。

2 化工園區(qū)消防管理的基本現(xiàn)狀

化工園區(qū)消防安全管理一直都是社會關(guān)注的焦點。為了保障化工園區(qū)建設和生產(chǎn)經(jīng)營安全，在化工園區(qū)建構(gòu)完善的防滅火體系，始終是化工園區(qū)經(jīng)營管理的重中之重。但是必須看到，部分化工園區(qū)的防滅火體系建設仍存在著一定的不足，亟待加強和改善。

2.1 園區(qū)安全責任落實不到位

責任落實是園區(qū)實現(xiàn)安全管理的最佳策略，是將火災預防落到實處的重要保障。當前，雖然在應高度重視消防安全管理這一點上已經(jīng)達成普遍共識，化工園區(qū)管理層會成立專門的安全領(lǐng)導小組，通常由第一法人擔任小組長，主抓安全生產(chǎn)的負責人擔任副組長，但仍尚未建立起完善的責任體系，并未就責任人所承擔的具體責任做出細致、具體的規(guī)定。如責任人未能履行相關(guān)責任，需要接受何種懲罰，以及若是較好地保障了園區(qū)安全生產(chǎn)，又會給予哪些獎勵等。以上安全管理只是寫進化工園區(qū)年度計劃的“口號”、停留在園區(qū)內(nèi)安全生產(chǎn)宣傳條幅上的“文字”而已。

2.2 化工園區(qū)消防布局不合理

化工園區(qū)的消防系統(tǒng)工程布局是園區(qū)規(guī)劃的重點所在。但在化工園區(qū)設計初期，基于企業(yè)營利的根本屬性，部分園區(qū)仍將便于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理放在首位，鮮少以可持續(xù)的眼光進行園區(qū)內(nèi)部規(guī)劃，這樣就可能造成消防布局不合理。比如部分化工園區(qū)未按照危險類別分類設置企業(yè)位置，生產(chǎn)車間之間安全距離不足，分隔墻以及防火設備自身性能存在問題等，以上這些都是潛在的消防隱患。

2.3 消防基礎設施配置不科學

消防基礎設施配置不科學，這在一定程度上是對消防資金和資源的浪費。化工園區(qū)為了通過消防檢查，大多都會投入大量資金來加強消防基礎設施建設，但很可能因為在設計之初未進行充分調(diào)研和論證，或是沒有考慮到化工園區(qū)企業(yè)的實際情況，或是照搬照抄城市消防站的設置原則，導致設計方案不夠?qū)I(yè)和靈活，出現(xiàn)部分區(qū)域重復建設，而其他部分區(qū)域卻又配置不足的情況，從而降低了消防基礎設施的利用率。一旦園區(qū)內(nèi)發(fā)生火情，無法提供及時有效的滅火服務。

2.4 消防安全管控智能化不足

信息技術(shù)是當今時代發(fā)展中最寶貴的成果之一，將信息技術(shù)引入消防安全管控是提高化工園區(qū)安全管理效能的關(guān)鍵舉措。但目前大部分化工園區(qū)缺乏與時俱進的意識，園內(nèi)的重大危險源安全檢測系統(tǒng)以及應急預案系統(tǒng)不足，“智慧”消防安全管理系統(tǒng)尚未建構(gòu)，缺少應急響應中心，未能跟上智慧城市建設的步伐。

3 化工園區(qū)火災場景的分析及原理定位

目前看來，消防管理部門和化工園區(qū)管理者已經(jīng)基本認識到了化工園區(qū)火災的嚴重危害性，現(xiàn)就化工園區(qū)火災場景進行全面細致分析，以便為火災撲滅和救援工作提供支持。

3.1 化工火災場景模型定位

從理論層面上來講，化工園區(qū)火災本身具備突發(fā)性以及較大危險性，在火災救援及前期預防的工作中，應對化工火災的特點以及具體的場景演變規(guī)律進行分析，以便在火災實際發(fā)生時能夠快速、準確地做出判斷，制定科學有效的救援方案。另外，還應充分考慮化工火災現(xiàn)場的各項變動性因素，這是因為火災蔓延實際情況存在極大的不定性，在火災發(fā)生的不同階段組織實施救援，會產(chǎn)生不同的效果，因此預先進行全面合理的分析，將有助于更高效地實施防滅火管控。

如圖1所示，依據(jù)不同階段劃分出化工園區(qū)火災情景模型。從模型設置來看，化工火災在不同階段有著不同的起火及蔓延特征。消防部門可以針對火災發(fā)生前、發(fā)生時和發(fā)生后的具體情況采用不同的防滅火計劃：在火災發(fā)生前，要做好安全隱患分析，依據(jù)隱患的具體特點以及發(fā)生規(guī)律來制定火災預防方案；在火災發(fā)生時，需要及時了解火場現(xiàn)場的實際情況，以便快速地判斷起火原因并定位危險源，迅速采取滅火救援舉措，否則火情必然會繼續(xù)蔓延并引發(fā)嚴重后果；在火災發(fā)生后，此時可能已經(jīng)造成了一定的人員傷亡以及財產(chǎn)損失，但事故的嚴重程度會逐步下降并最終歸零，消防部門應就引發(fā)火災的原因進行回溯，發(fā)現(xiàn)問題并及時整改，只有汲取教訓，才能避免火情的再次發(fā)生。

圖1 化工園區(qū)火災情景模型

3.2 化工火災演化相關(guān)因素分析

化工火災演化是防滅火控制的重點，在這一過程中各相關(guān)因素都會對火災的后續(xù)變化產(chǎn)生一定影響，因此要對這些相關(guān)因素進行全面分析。這些因素不僅來自化工園區(qū)火災本身，也涉及到外部各項救援決策。當然，化工園區(qū)內(nèi)部因素仍是導致火災演化最不可控、最為關(guān)鍵的因素。這些因素對火災演化產(chǎn)生的影響可以分成初始階段、中間演化階段、事故后果階段。在初始階段，常規(guī)化工生產(chǎn)中涉及了大量化工設備和原材料，其中液體原料存在高揮發(fā)性、易燃易爆、有毒等特點，如果初始階段液體出現(xiàn)泄漏，就將成為火災演化的誘因。在中間演化階段，受到高溫以及明火的影響，部分液體材料可能會直接引發(fā)火情，基于不同液體化學材料的性質(zhì)，又可以預測為立即點火、延遲點火、火災加速這三個不同的演化方向，以上又將對應不同的事故后果。再如，在化工生產(chǎn)過程中涉及到部分氣體加工環(huán)節(jié)，其中的氣體要素可能具備高度易燃、加壓液化、壓縮、有毒等特性，在火災初發(fā)階段，很可能會導致氣體持續(xù)泄漏、瞬間泄漏等問題；而在中間演化階段，這些氣體材料可能會導致立即點火、延遲點火、火焰加速、火勢減弱(二氧化碳)等演變方向，最終所造成的后果又可以分為有毒物質(zhì)擴散、噴射火、爆炸、閃火、無后果等相關(guān)影響。從外部決策角度來看，火災發(fā)生之后的應急處理能力、火情控制方法、救火材料、救火組織方式、救火時間等也都是影響火災事故演化的重要因素。

3.3 化工火災場景分析軟件

在分析化工火災場景時，可以利用信息化軟件進行火災模擬，以更準確地判斷化工火災場景變化，迅速制定科學的防滅火方案，并隨時依據(jù)火情變化進行方案調(diào)整。現(xiàn)選用ALOHA軟件針對化工園區(qū)各個場景的影響因素進行建模分析，按照數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)推斷出最終的結(jié)果。具體的操作步驟為：首先，將化工園區(qū)的地理環(huán)境、生產(chǎn)線、不同廠區(qū)類型、材料堆放區(qū)域、生產(chǎn)設備等各項參數(shù)輸入到仿真軟件中；接下來仿真軟件會依據(jù)上述參數(shù)自動生成三維立體圖像，模擬化工園區(qū)中的實際圖景[3]；若園區(qū)內(nèi)某一點出現(xiàn)火情，系統(tǒng)平臺會直接聯(lián)動現(xiàn)場監(jiān)控設備，初步判斷起火的原因，并且按照最大影響標準進行后續(xù)模擬推理，分析起火點周邊的生產(chǎn)設施、生產(chǎn)線和原材料，快速預判火情可能發(fā)生的后續(xù)變化。另外，也可以利用現(xiàn)場監(jiān)控設備實時監(jiān)測火災現(xiàn)場的熱輻射值，聯(lián)動周邊自動滅火裝置進行自啟動滅火，還可以在滅火的過程中分析熱輻射值的變化情況，確定是否需要啟動更高一級的緊急預案。

4 化工園區(qū)火災滅火方案及戰(zhàn)術(shù)分析

在化工園區(qū)火災場景分析的基礎上，相關(guān)人員可以綜合導致火災蔓延和擴散的各項因素，并利用智能化控制系統(tǒng)進行現(xiàn)場控制，以制定科學完善的滅火方案，切實提高火災救援的有效性，進一步消除火災的負面影響。

4.1 滅火戰(zhàn)術(shù)分析

在化工園區(qū)起火的過程中，設定滅火戰(zhàn)術(shù)應遵循“先控制、后撲滅”這一原則，立足于實際情況，科學地分配冷卻力量以及消防資源，再采取有效的滅火措施進行撲滅。首先，要快速分析著火點周邊的生產(chǎn)線以及材料堆放位置，打開周邊滅火設備以及鄰近的自動噴淋系統(tǒng)進行火場溫度冷卻，降低熱輻射值。其次，對于沒有附帶自動滅火設備的著火區(qū)域，要及時調(diào)配周邊的消防設備以及消防人員快速滅火。需要注意的是要結(jié)合火災的起因選擇滅火器材，例如，部分化工生產(chǎn)線上的材料一旦泄漏和二氧化碳進行反應會加劇燃燒，這時就應當選擇二氧化碳滅火裝置或泡沫滅火器[4]。另外，確定滅火材料和裝置之后，要結(jié)合實際火情選擇具體的噴射方法，例如，儲罐著火應從下方進行噴射，加工生產(chǎn)線著火應對加工設備四周進行噴射，小面積起火通常在上風口進行滅火，還應合理控制滅火距離，確保滅火材料可以準確覆蓋到起火面上。

4.2 全面化滅火組織方案

做好火情判斷以及細節(jié)分析，是成功撲救火災的重要前提。建議結(jié)合自動響應系統(tǒng)檢測以及人工判斷結(jié)果做出綜合分析，以便在消防力量有限的情況下，確保所有救援力量在第一時間應用到火災撲救的重點上，這樣才能迅速控制火情的蔓延。具體步驟如下：第一，科學確定撲救方式。為了快速撲滅火情，在相關(guān)生產(chǎn)設備被引燃之后，首選的撲滅方式應是從外圍開始控制火情，進而向中間逐步推進，直至將火焰全部撲滅。第二，合理控制滅火方向。為了避免火情蔓延，降低對救助人員造成的安全威脅，建議從上風側(cè)開始，逐漸向下風向進攻，直至完成救火任務；第三，準確把握撲救重點。若起火點在較為危險的生產(chǎn)線或者危險源附近，需要結(jié)合實際情況先對重點位置進行撲救，最大可能地避免因熱輻射以及明火引發(fā)的材料爆炸、生產(chǎn)設備損毀等次生災害。

4.3 其他滅火組織方案

化工園區(qū)起火的第一時間就要快速聯(lián)動報警系統(tǒng)，及時通知專業(yè)消防人員進行現(xiàn)場撲救。但在消防人員到來前，為了第一時間遏制火災演變的誘因，化工園區(qū)安全管理部門應組織隊伍對火場進行初步控制[5]：首先，所有進入火場進行撲救的人員要配備齊全的救援設備，帶好防毒器以及防高溫設備。其次，救援車輛停靠在起火點的上風側(cè)方向，避免阻礙救援道路。最后，采取分段指揮救援的方式，要確保全體救援人員都明確指揮信號以及撤離路線，在救援期間保持密切聯(lián)系，滅火行動必須統(tǒng)一，切不可各自為戰(zhàn)。

同時，在火災發(fā)生第一時間應快速疏散園區(qū)無關(guān)人員，關(guān)停生產(chǎn)線，快速啟動緊急應急預案，避免因火災不可控而導致更大的人員傷亡。一旦火災救援過程中出現(xiàn)了較為嚴重的材料泄漏以及爆炸現(xiàn)象，要保證全體人員在短時間內(nèi)快速遠離火場并撤離到安全地帶，還應及時通知周邊企業(yè)以及相關(guān)部門快速撤離。

4.4 打造滅火資源共享體系

從當前部分化工園區(qū)的防滅火體系建設情況來看，既有消防資源不足、資源配備不合理也是影響成功救援的重要因素。園區(qū)可以嘗試打造滅火資源共享體系，實現(xiàn)區(qū)域合作以及優(yōu)勢互補，以降低重復建設、減少消防冗余操作，提高消防資源的利用效率。消防部門應成立化工園區(qū)火災應急指揮中心，立足于不同化工園區(qū)的實際情況，統(tǒng)一進行資金投入以及物資調(diào)配，科學規(guī)劃區(qū)域消防資源分配，避免消防資源浪費。首先，打造信息交流與共享平臺，順暢的信息溝通與共享通道平臺能夠確保統(tǒng)一指揮中心命令的順利發(fā)布和傳遞，使區(qū)域內(nèi)的救援活動在統(tǒng)一指揮和調(diào)配下得以順利推進。其次，建立消防人力資源共享機制，實現(xiàn)全區(qū)域整體性的消防人力資源調(diào)度，依據(jù)滅火救援工作的現(xiàn)實需要來組建滅火救援隊伍，靈活調(diào)整崗位設置以適應消防隊伍人員不足的現(xiàn)狀。現(xiàn)階段我國消防部門人力資源匱乏已經(jīng)是一個共性問題，因此區(qū)域內(nèi)發(fā)生火情時通常需要申請外調(diào)消防人員，而區(qū)間實施人力資源共享，能夠在一定程度上緩解園區(qū)消防人員不足及專業(yè)能力參差不齊的問題。再次，建立區(qū)域內(nèi)消防資源共享機制。加大資金投入力度是解決消防設備以及相關(guān)器材不足的根本辦法，但資金畢竟有限，部分小型的化工園區(qū)仍缺乏應對大型化工火災的實力，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)消防資源共享是一個較好的解決策略。建議整合區(qū)域內(nèi)的消防資源，制定應急以及長期調(diào)配方案，通過合理分配以及科學調(diào)配的方式來緩解資源不足的困境，以解決小型化工園區(qū)防滅火體系不完善的現(xiàn)實問題，實現(xiàn)對既有消防資源的高效利用[6]。

5 結(jié)語

在化工園區(qū)中打造完善的消防安全管理系統(tǒng)已經(jīng)成為消防管理部門、地方政府及化工行業(yè)所關(guān)注的重點。化工園區(qū)必須充分認識到化工火災的危害，深入探究火災的演變規(guī)律，積極建構(gòu)人工和信息技術(shù)相結(jié)合的智慧消防系統(tǒng)，全力打造完善的滅火資源、設備、人員共享體系，以便在出現(xiàn)火災隱患時能夠及時發(fā)現(xiàn)并做出有效應對，提供全方位的支援計劃和滅火組織方案，切實提升化工園區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營的安全穩(wěn)定性，全力保障廣大人民群眾生命和財產(chǎn)安全。