涉及多米諾骨牌效應的化工廠火災救援工作評估

滕振(江蘇省常州市武進區消防救援大隊，江蘇 常州 213100)

0 引言

化工廠的火災危險主要來自儲存的大量危險化學品，包括易燃氣體、易燃液體、易燃物質、自燃物質、遇水釋放易燃氣體的原材料、成品和中間化學品物質等，大多有毒、有腐蝕性、易燃、易爆。此外，化工廠的制造過程需要特殊的操作條件和大量復雜的設備。當事故發生且未得到正確控制時，火災會迅速蔓延并導致爆炸。在化工廠火災和爆炸中，消防員未能及時評估救援的安全距離，往往導致消防員傷亡。特別是，涉及多米諾效應的事故對消防員構成致命威脅。因此，應認真研究涉及多米諾效應的化工廠火災救援的安全距離評估工作[1]。

多米諾效應是指初始事故，如火災(池火、噴射火、火球和閃火)、爆炸(如：機械爆炸、受限爆炸、沸騰液體膨脹蒸汽爆炸和蒸汽云爆炸)或有毒或有害物質泄漏直接或間接傳播到相鄰設施、儲罐、管道或管道的情況，由于物理誘發因素的升級(如：火災沖擊、碎片、超壓和輻射)、地理位置、建筑物的相鄰位置或危險物質的儲存位置而導致的設備事故。這種環境導致危險情況升級超過臨界值，引發第二次甚至第三次事故，擴大事故影響或影響鄰近地區，從而導致比初始事故更具災難性的事故。化工廠火災通常是由泄漏、火災或爆炸等相對較小的事故引起的，爆炸會造成災難性的多米諾骨牌效應。救援人員，特別是消防員，經常處于事故擴大過程中，無法保持更安全的救援距離，生命受到嚴重威脅。統計數據顯示，在過去五年中，化工廠事故往往始于最初的事故(如：化學品泄漏、火災或爆炸)，由于升級因素(如：輻射、超壓)而加劇，由于多米諾效應超過臨界值，最終成為災難[2]。

此外，對相關文獻的研究表明，對多米諾效應的研究側重于確定由此類效應引發的威脅以及個人和社會風險，建立評估多米諾影響可能性的標準，采用主動(如灑水器)或被動(如：安全距離、防火墻和防爆墻)策略來防止這些影響持續擴大，并采用這些策略來遏制液態石油氣和丙烷儲罐底座或腐蝕管道。簡言之，這些研究提出了防止大氣或壓力儲罐和管道產生多米諾效應的策略。然而，當發生多米諾效應時，這些策略無法為救援人員，特別是消防員提供即時信息，以在災難擴展期間實現控制，或者無法為他們提供安全距離的可視化演示以及人員和救援車輛的順利部署計劃。

易燃、易爆和有毒影響評估套件(SAFETI)可以根據燃燒材料的物理和化學特性以及環境特征、氣象數據和周邊的地形特征，模擬火災和爆炸對救援人員和設備的影響。隨后，SAFETI可以在地圖上疊加地理信息，以得出火災和爆炸引起的熱輻射和爆炸超壓波的影響范圍。因此，本研究利用SAFETI在地圖上模擬和可視化化工廠火災和爆炸引起的熱輻射和爆炸超壓的影響范圍，包括災難性多米諾骨牌效應。然后，提出了一種綜合評估方法，用于確定涉及多米諾效應的火災和爆炸中更安全的救援距離，以便消防員能夠立即識別和可視化事故的影響范圍，并規劃進行更安全救援的最有效部署區。

1 研究方法

這項研究綜合了涉及多米諾效應的事故頻率、事故期間的環境條件以及化學品的物理和化學性質。為了確定對救援人員和設備的影響，推導了公式，以計算由可燃物質引發的火災和爆炸引起的熱輻射和爆炸超壓波的可能影響范圍。還查閱了2016年版《應急響應指南》中規定的在事故現場安全進行救援的距離。因此，本研究提出的改進綜合評估方法可以使救援人員清楚地識別事故凹痕的影響范圍，并規劃最有效的部署區域，以進行更安全的救援[3]。

2 模擬站點的描述

2.1 消防部門進行的救援

模擬在一家化工廠，攪拌化學精胺的過程導致意外爆炸，點燃了儲存在鄰近地區的正丁醇、間二甲苯和二氯甲烷(DCM)。當消防隊員到達現場時，他們聽到不斷的爆炸聲，并觀察到火勢不斷蔓延。根據危險品原則，即危險識別、行動計劃、分區、事故管理、協助和終止，指揮官指定了一個距離現場60米的逆風區域，用于集合人員、車輛和齒輪，并在距離現場100米的逆流處設立了一個指揮站。營救持續了3小時7分鐘[4]。

2.2 化工產品的工廠配置和儲存

工廠的兩棟建筑為三層鋼筋混凝土結構。工廠南段是使用鋼筋混凝土建造的溶劑儲存區、露天儲存區和使用涂漆波紋板建造的溶劑存儲區。工廠北段是一座兩層的辦公樓，鋼筋混凝土結構上覆蓋著油漆波紋板[5]。

3 結果與討論

3.1 第一次事故

工廠員工在攪拌精胺期間引發的爆炸點燃了儲存在工廠B中的正丁醇。采用SAFETI火災模型中的火球和池火模擬熱輻射。熱輻射與火源距離之間的關系如表1所示，火球的撞擊范圍如圖1所示。隨后，采用SAFETI爆炸模型模擬爆炸超壓。表2給出了爆炸超壓與與點火源距離之間的關系，圖2顯示了爆炸的沖擊范圍[6]。

表1 第一次事故引起的熱輻射與點火源距離之間的關系

圖1 第一次事故引起的火球撞擊范圍

表2 初始事故中誘發的爆炸超壓與火源距離之間的關系

圖2 第一次事故產生的爆炸超壓的影響范圍

簡而言之，SAFETI用于模擬第一次事故的沖擊范圍。結果表明，當熱輻射達到12.5 kW/m2或爆炸超壓達到0.020 68 MPa時，第二次事故往往會發生。當熱輻射為4.0 kW/m2或爆炸超壓為0.002 MPa時，如果沒有適當的設備，救援人員無法執行正常的救援工作。為了檢查第一次事故中熱輻射和爆炸超壓引起的多米諾效應范圍，并確定救援人員的初始安全距離，本研究參考了計算熱輻射和爆破超壓的公式所示的警告距離以及指南中的指示距離，其中未考慮點火源的環境數據[7]：

(1)多米諾效應：對熱輻射和爆炸超壓的影響進行了綜合評估，結果表明，第二次事故往往發生在距離火源32.1 m的范圍內。

(2)救援人員的初始安全距離：對熱輻射和爆炸超壓的影響以及指南中指示的警告距離進行了綜合評估，結果表明，救援人員執行救援工作的安全距離為164.1 m或以上。

3.2 第二次事故

儲存在B廠的正丁醇點燃后爆炸，現場15 m范圍內的熱輻射達到12.5 kW/m2，現場32.1m范圍內爆炸超壓達到0.021 MPa。因此，儲存在裝置A中的正丁醇和間二甲苯以及在撞擊范圍內的溶劑儲存區中的DCM相繼點燃，然后爆炸。火災模型中的火球和池火用于模擬熱輻射。

正丁醇、間二甲苯和DCM的點燃和燃燒產生的沖擊范圍使用熱輻射和爆炸超壓導出的方程進行計算。2016年《應急響應指南》建議，應關閉火源800 m范圍內的區域，并將其指定為評估區。總之，使用SAFETI模擬第二次事故的沖擊范圍。第二次事故往往發生在熱輻射達到12.5 kW/m2或爆炸超壓達到0.021 MPa時。此外，當熱輻射為4.0 kW/m2或爆炸超壓為0.02 MPa時，救援人員必須配備適當的設備，以進行正常的救援工作。因此，本研究引用了計算熱輻射和爆炸超壓以及指南中指示的警告距離的公式，其中未考慮點火源的環境數據。本研究還確定了第二次事故造成的多米諾效應以及救援的安全距離[8]。

(1)多米諾效應：對熱輻射和爆炸超壓的影響進行了綜合評估，結果表明，第二次事故往往發生在正丁醇點火源32.8 m范圍內、間二甲苯燃燒35.2 m范圍內以及DCM燃燒26.3 m范圍內。

(2)救援人員的安全距離：對熱輻射和爆炸超壓的影響以及指南中指示的警告距離進行了全面評估，結果表明，救援人員執行救援工作的安全距離為正丁醇點火源164.1 m，間二甲苯燃燒184.3 m，DCM燃燒132.3 m。根據圖1，救援人員和車輛應部署在間二甲苯引發爆炸(爆炸超壓0.5 MPa)產生的影響范圍之外，即距離燃燒間二甲苯184.3 m或更遠。

(3)模擬結果的信息顯示，在第一次事故和第二次事故期間，所有指揮站與正丁醇的綜合安全距離應為194.3 m或更大。

4 結語

在應對化工廠火災時，救援人員在試圖撲滅隱藏的火災時往往忽視更安全的部署距離。然而，多米諾效應不僅導致事故危險的擴大，而且對救援人員的安全構成嚴重威脅。本研究建立了一種綜合評估方法，并應用SAFETI模擬火災和爆炸造成的多米諾效應范圍。因此，該研究可以幫助消防救援人員在救援過程中確定此類影響的范圍。消防員可以移除易燃物品，設置移動炮塔，在工廠使用法律要求的消防安全設備，并采取其他消防措施，包括火源，防止多米諾效應繼續發生。此外，本研究還提供了用于解決其他類型事故的信息，使消防救援人員能夠根據最小安全距離正確部署救援人員、車輛和消防設備，防止救援人員在救援任務期間因與火源距離不足而面臨更大的致命威脅。