大型可燃液體罐區消防安全的規劃與設計

張云波(江西省贛州市消防救援支隊，江西 贛州 341000)

0 引言

在當前石油工業飛速發展的新時代下，成品油及原油等可燃液體的儲存量日益增多，油罐數量越來越多。這些可燃液體儲罐區通常極易出現燃燒，甚至爆炸事故，且往往會伴隨出現有毒氣體或物質的泄漏。為最大程度地減少可燃液體儲罐區火災事故，既要控制好防火間距，做好相關安全布置工作，也必須配備足夠的消防降溫設施。

另外，一些建設年代較早的可燃液體儲罐區已經不滿足儲存量日益增多的需求，需要對罐區進行擴建或改造。因此，需要控制的閥門及設備越來越多，加之操作時間長，工藝復雜，很容易出現操作失誤，這就要求在規劃、設計罐區時充分考慮到安全消防保障因素。

1 消防系統的組成

1.1 水消防系統

在可燃液體儲罐區消防設施中，水消防系統的主要作用是冷卻消防罐和相鄰儲罐或稀釋泄漏出來的可燃液體。天然水源、外部供水管網、自帶消防水池，這3 種水源是水消防系統的主要給水來源。《油庫設計規范》中指出，罐壁高度大于或等于17 m 的油罐，以及容積大于或等于5 000 m3的單罐都必須配置相應的固定式消防冷卻水系統。

1.2 泡沫消防系統

泡沫消防系統也是處理可燃液體儲罐區火災事故必不可少的一項設施。泡沫消防設施的工作原理是：在空氣的作用下，泡沫會附著在可燃液體表面，將空氣與可燃液體隔絕開，以達到滅火效果，加之消防冷卻水具有冷卻的功效，可以達到更好的滅火效果。大型可燃液體罐區地址、罐箱位置相對固定，加上安全系數更高、操作方法較簡單、運營費用較低。因此，固定式、半固定式的空氣泡沫滅火系統較為常用。根據《油庫工程設計技術規范》，倘若油罐箱的單罐容積超過了1 000 m3，則必須配置固定式空氣泡沫滅火系統[1]。

1.3 消防系統供水壓力形式選擇

在消防冷卻水系統中，主要有穩定高壓供水管理系統、臨時高壓供水信息系統和低壓供水系統。它們各有利弊。穩定高壓供水管理系統盡管穩定性好、安全系數高，但存在組成結構復雜、費用高等問題。而使用低壓供水系統滅火時，必須對消防管網實施臨時加壓，需要用機動消防泵或消防車來實現這一過程。由此可見，這一系統存在諸多不足之處，如操作需要耗費較多物力和時間，且并不安全。而臨時高壓給水系統則可以實現在短期內迅速滿足消防滅火時對水流量和水壓的需求，而且具有良好的安全生產性能。該系統風險投資少，操作簡單便利，運營費用低等優勢。因此，綜合各方面的因素來考慮，臨時高壓供水系統是最優選擇。

2 工程實例

2.1 工程概況

中國某大型油庫工程始建于20 世紀90 年代，后隨著市場需求的增長，經過多次擴建，最終發展成現有規模。當前，該儲油庫區有3 萬立方米的鋼制浮頂罐6 個和4 萬立方米的鋼制浮頂罐4 個，總庫容達30 多萬立方米，庫區占土面積為近30 萬平方米。現有的消防設施是采用固定式冷卻水和泡沫來進行消防安全保障，此外，還有企業自配的消防標準泵房1 座、3 座1 500 立方米的消防保障水池、與之配套的消防管網設施、罐上消防機器操作系統。另外，消防泵房內還配有3 臺規格不同、材料各一的消防泵，分別是泡沫混合泵、冷卻循環水泵和公共使用備用泵。這些泵配備的是7 000 V 的高壓電機。泵房內的全部相關設施設備比如閥門、儲罐切斷閥和儲罐內部裝載的控制閥等的運行操作均需通過手動操作控制。鑒于油庫離城區有較遠距離，離最近的消防站大約5 km，該油庫自配1 輛泡沫消防車。

2.2 原有操作方式存在的問題

此油庫原本采用的運行流程及消防應急管理方法是：萬一罐區出現火災時， 立即通知或電話呼叫消防車值班員，通知變電站值班員接通電源(因為通常情況下高電壓設備是不能常合的)；變電站值班員接通電源后，消防值班員要不斷嘗試試跳和盤車。之后在變電站值班服務人員的監督下啟動泵，并逐個打開出口閥。大概五分鐘可以完成這一操作流程。在進行這一操作的過程中，需要一名具有滅火消防知識的消防安全人員(避免企業出現操作失誤)快速來到罐區，結合出現火災事故的消防罐具體狀況，合理關閉部分冷卻水隔斷閥及泡沫混合物，之后方能將冷卻水箱控制閥、泡沫上罐控制閥打開。與消防泵房相距最遠的儲油罐是最難的火災控制點。此外，泡沫和冷卻水上罐還需要一定的時間，這樣一來，又延遲了滅火的時間。即使5 km 外的消防車同時出發救援，能在最短的5～10 min 內到達火災事故現場，但也只能作為后期輔助滅火的救援工具。因此，原有的設計和操作方式不能起到快速滅火的功能和效果，存在造成重大損失的風險。

鑒于當時的年代和設計、技術水平的局限，我國油庫的整體自控程度都較低，都存在以下共性問題：

(1)由于罐區體積過大，僅依靠人工巡查無法及時發現一些火災隱患。

(2)各種備用的消防滅火設施不能保證在火災發生后立即啟動和運行，因而延誤滅火和救援的寶貴時機。以往事實證明：儲油罐如果出現火災事故，罐壁溫度會快速升高，導致油罐鋼板強度降低。倘若罐壁溫度超過700 ℃，則會降低油罐鋼板強度9 成以上，如此一來，油罐就會有變形斷裂的危險。倘若油罐變形斷裂，高溫原油就會發生溢出或泄漏，那火災就會更加嚴重，所造成的危害是不可估量的[2]。

(3)滅火救援是需要多人參與，共同作業。通常情況下，消防泵房是需要24 h 有人值班，而且每班至少要有兩個人以上，以保證在火災發生初期能快速處理。但消防泵房的值班人員在通常情況事情不多，因此，會有警惕性不高、應急反應不快等問題。

2.3 改造設計規劃

現參照相關消防規范和要求，擬對該油庫實施消防設施和操作系統進行改造和完善。

消防設施和操作系統改造和完善要點：

(1)消防泵房面積和位置。消防泵房的選址至關重要。總體上說，要根據油罐區總體區域的大小、各油罐的大小和分布狀況等，同時結合消防管道的布置、油罐防火分區和整個油庫平面分布圖等因素，來確定消防泵房的面積大小和區域分布。

(2)按照油庫罐區量來規劃應對一次火災發生所需的泡沫混合物和冷卻水的消耗量，并根據在最不利點將泡沫混合物和冷卻水等放入罐中的時間要求來全面規劃相關設施和器材的選擇。

(3)依據油罐區對冷卻水的最大需求量，來設置對應的消防水池的容量。

(4)為實現在消防控制室對相關消防設施、器材的集中、遠距離的操控，在泵出口閥、泡沫混合控制閥、冷卻水箱控制閥和主分區控制閥等應該配備遙控式電動閥[3]。

(5)應將部分可燃氣體報警器設置于油罐區內，同時將感溫電纜安裝于各罐箱上。一旦溫度升高到一定數值時，就會觸發報警信號，消防控制室可利用網絡電纜接收到報警信號。萬一消防控制室的操作技術人員未接收到火災報警信號，還可借助電視監控系統來了解、核實是否出現火災事故，如發現火災事故，也可第一時間預警，并及時通知滅火。

(6)在消防控制室中還要安裝一整套自動消防系統，以便火災作業程序可進行自動檢測和控制。

(7)應將攝像頭安裝于罐區內各角落，配置相關的工業電視監視系統，確保在消防值班室內可準確監測到罐區內情況，安排工作人員對罐區進行24 h 不間斷的監控，一旦出現火災，可在第一時間內發現并及時報警。

3 工業電視監視系統

隨著各類技術的發展，很多大型油庫都設計和配備了工業電視監控系統，通過這些監控設備，管理者可以實時監測油庫內的所有設施設備的運行情況，及時發現火災隱患和初期火災，并采取科學有效的應對措施。一旦發生火災，該系統分析可以同時監控、記錄火災情況，并及時發出警示，加之配置的固定式消防控制操作系統、火災自動報警控制環境系統、電視監控系統，這三者共同組成了一個較為完善的自動消防系統，可實現對火災的實時監控和處理。電視監控系統主要由如下5 部分組成：一是室外前端設備；二是彩色監視器；三是室內前端設備；四是攝像頭；五是系統矩陣主機。

4 火災自動檢測系統

火災探測器的選取必須做到科學、合理，其在探測大型易燃液體儲罐初始火災中發揮著至關重要的作用。成品油及原油一旦出現燃燒情況，在燃燒初期會出現一個較為明顯的特征，即可以釋放的能量使環境不同溫度不斷升高，因此溫度變化檢測是油庫火災信號分析檢測中火災安全檢測的首選。目前我國主要采用如下3 種溫度傳感器探頭：一是溫度塞式氮氣檢測技術系統；二是點恒溫探測器；三是線性溫度探頭，又名溫度電纜[4]。如上3 種溫度探測器主要是通過溫度來確定是否發生火災。如果感溫探測器探測到的溫度未超過設定值，則控制管理系統會收到感溫探測器發出的數字火災信號，在對火災信號進行處理之后，火災自動報警功能控制網絡系統會發出聲光報警，延時確認之后再啟動救援服務系統進行滅火處理。應將感溫電纜纏繞于各個罐的浮板上沿罐壁上，一旦出現重大火災，感溫電纜在起火點的電阻會變小，控制室會收到火災信號。同時，應將可燃氣體報警器安裝于罐區內，一旦出現火災，值班人員可及時啟動消防系統進行滅火，保障人員生命安全。

5 消防自動控制程序

選擇PLC 對所有可燃氣體信號、溫度傳感網絡信號、消防泵和電動閥信號數據進行分析采集和編程，并與人機界面設計連接。PLC 軟件具有速度快、功能強等特點，而且擁有靈活、可靠的人機界面，能夠將設備的運行狀況、消防技術工藝的生產流程及各種環境參數充分展現出來并進行分析，一旦出現火災，人機界面會發出警報并閃爍，能夠幫助企業實現全方位的消防監控。操作員可以直接給出各種指令來打開和關閉閥門、啟動和停止泵以及啟動消防邏輯處理程序，所有這些功能都在屏幕上。選用觸摸屏，可實現便捷、靈活的操作。為了防止出現操作失誤，操作員通過人機界面可以一目了然的看到。

PLC 共設置了9 套控制審計程序，消防控制系統的啟動分別由9 個不同的HMI 鍵盤或按鈕來控制，同時也可實現自動啟動，這也是為了匹配不同社會消防水箱[2]。一旦監測到現場出現火災，或是發現現場可燃氣體濃度過高，PLC 系統就會發出警示，值班人員可利用人機界面或視頻監控系統對現場情況進行再次確認，一旦確認出現火災，可及時啟動消防安全系統，開啟消防泵，并將閥門逐一打開進行滅火。

6 設計中應注意的問題

(1)根據相關的消防標準和要求，一套泵的出口不應少于兩個。即使當某一個出水口出現故障時，另外的還能夠正常發揮作用，使水流通暢無阻。另外，應根據最壞情況來設計罐區管網直徑、消防水壓力、泵的出口主管直徑及消防水量。通常來說，如果所有管道均未受到破壞，那么同樣的流量在流經2 個管道后，水流量會減少50%，摩擦力也會隨之降低，管道的工作曲線也會隨之下降。噴嘴的出水量不可少于設定的出水量，然后加上總消防水量。也還可以選用在上水箱的冷卻水管上安裝一個恒壓閥限制流量的方法來增加保險系數。

(2)因為泡沫回收系統往往需要借助臨時高壓系統來運行，故一般情況下，泡沫系統管道不會有泡沫或泡沫混合物，只有在火災救援時才會溢出，這就需要耗費一些時間。《低膨脹泡沫滅火系統設計標準》中提到，應合理設置泡沫泵站的位置，確保5 min 內可將泡沫或泡沫混合物傳送到最遠維護位置。設計時要嚴格按照標準來設計。

7 結語

隨著經濟社會發展，成品油等大型可燃液體罐區日益增多，一旦發生泄漏或燃爆等事故，則會造成嚴重的后果。因此，做好其消防和安全系統的規劃和設計至關重要。文章著重從消防系統的組成、工程實例、工業電視監視系統、火災自動檢測系統、消防自動控制程序、設計中應注意的問題6 個方面進行了闡述，針對一些建設年代較早的可燃液體儲罐區的消防和安全系統的改造設計規劃提出了實用可行的方案。