摘要：从防火间距、防火堤有效容积、泡沫系统和消防冷却水参数等方面，对比分析国内外大型浮顶罐区相关标准规范要求，提出应基于火灾场景风险分析优化罐区布局和消防资源配置。同时，针对大型浮顶油罐区火灾风险特征，结合罐区的消防系统配置，给出了典型初始火灾场景的发展趋势及其影响因素。在此基础上，提出了消防系统预防罐区初始火灾升级影响因子的确定方法，有助于分析评估罐区消防系统的有效性，提高石化罐区火灾风险的综合防范水平。
随着全球经济的迅速发展以及石油化工行业能源储备的战略需求，石油储罐的单罐容积和数量不断攀升，库区、罐区规模不断扩大，呈现出大型化、综合化的特点，多种储罐型式并存，由此导致的石油罐区火灾爆炸事故风险呈不断上升趋势，给石油罐区火灾预防和扑救带来新的挑战。目前，储存原油的最大浮顶储罐已达20×104m3，储运成品油的最大内浮顶储罐也已达到5×104m3。如我国某石油储备基地共建有10×104m3及以上的储罐近150个，库容达到了1480×104m3。由国际资源保护组织(RPI)负责，BP、Shell等16家石油公司组织开展的LASTFIRE项目表明每年发生15～20起大型石化储罐火灾事故。近年来我国油罐火灾爆炸事故不断，特别是油罐改造、施工、作业等过程中存在极大的火灾隐患。笔者分析了大型浮顶油罐国内外消防规范的技术要求，基于罐区火灾风险特征和初始火灾场景发展趋势，重点探讨了罐区消防系统对典型火灾场景发生概率的影响，有助于优化罐区消防系统配置，提高火灾防控能力。
适当的防火间距是降低着火罐辐射热对邻罐威胁的有效措施之一，不同国家的气候和消防技术条件存在差异，储罐防火间距的设定依据也各不相同。通常确定防火间距需考虑四个要素：着火油罐能否引起相邻油罐爆炸起火；满足消防操作要求；采取的消防设施能力；经济成本。经济成本是影响美国防火间距设定的根本因素，以NFPA和API防火规范体系为主；日本没有强制性的储罐防火间距规定，根据业主的不同而有所不同，通常为1D；欧洲没有明确指出防火间距的设定原则，但对储罐之间最小防火间距给出了相关建议，要求储罐全液面火灾场景防火间距能够防止发生倾斜的火焰接触到邻近储罐，且满足消防员对邻近储罐进行冷却作业的空间需求。我国GB50737～2011《石油库储备库设计规范》、GB50160《石油化工企业设计防火规范》等规范要求对于大型浮顶储罐防火间距不应小于0.4D(D为最大罐直径)。对于大型浮顶油罐区，消防冷却水可以冷却着火储罐和周邻储罐，有效降低热辐射危害，起到类似于防火间距的防护作用。罐区储料一旦大量泄漏，防火堤有效容积是防止大规模流淌的主要措施。对于油类储罐，多采用低倍数泡沫灭火系统。表1给出了各国对大型外浮顶储罐防火间距、防火堤有效容积、低倍数泡沫供给参数和消防冷却水等的不同要求。其中，[ ]内为石化安[2011]754号要求。由表1可以看出，对于大型浮顶油罐，我国防火间距的要求低于美国和日本；防火堤有效容积与美国相当，略低于日本；低倍数泡沫灭火系统的泡沫混合液供给强度和供给时间略高于NFPA 30的要求，但石化行业的供给时间提高了1倍。NFPA 30对于设置了储液池的着火储罐和毗邻储罐需要消防冷却水，且供给量很大，防火间距为1/4(D1+D2)时通常不需要冷却。我国仅对着火油罐进行消防水冷却，毗邻罐可不冷却，但冷却水供给强度低于日本和法国。为此，要基于火灾风险分析优化设计罐区的防火间距、防火堤容积及低倍数泡沫灭火系统和消防冷却水系统的配置。
从大型油罐泄漏模式看，主要是罐顶泄漏、沉顶、罐壁或管道泄漏；从初期火灾类型来看，主要是密封圈火灾、浮顶泄漏火灾、防火堤内火灾、沉盘全表面火灾等，其中密封圈火灾是主要事故类型，机械故障是罐顶泄漏的主要事故模式。LASTFIRE项目收集了1981—1995年2420座直径大于40m的外浮顶储罐运行33909(罐·年)的事故数据，单罐密封圈火灾、浮顶泄漏火灾、防火堤内小火、防火堤内大火及部分或全液面火灾的年发生事故频率分别为1.0×10-3、3.0×10-5、9.0×10-5、6.0×10-5和3.0×10-5。从罐区火灾场景发展趋势来看，任何初期火灾场景，若不能有效控制和扑救，都有可能演化为单罐或多罐全液面火灾。笔者基于案例统计分析给出初期火灾场景的发展事件树，如图1～图4所示。大型浮顶储罐一旦发生火灾，初始密封圈火灾、浮顶泄漏火灾可能升级为全液面火灾，热辐射、沸溢等可能导致多罐火灾。罐区密封圈火灾是主要事故场景，我国大多数浮顶罐均针对密封圈火灾设防，而LASTFIRE项目事故频率调查中55起密封圈火灾，只有1起升级为全液面火灾，相对升级条件概率非常低。但是，一旦发生浮顶泄漏火灾，若没有扑救全液面火灾的固定消防系统，其升级为全液面火灾的几率非常高。为此，降低火灾升级为全液面火灾的最好方法之一是将罐体内油料抽空，减少可能的燃烧油料总量。从浮顶罐火灾案例分析看，影响罐体初期火灾场景升级的风险因素包括密封圈、浮顶类型及附件、防火间距、防火堤、风、储料、储罐运行条件及附件、消防系统有效性等。密封圈状况、储罐运行条件及消防系统有效性是影响火灾升级的主要因素，这里仅从消防系统火灾预测预警及灭火角度分析其影响初期火灾升级的效果。大型浮顶罐体火灾事故探测主要是油料泄漏探测和火灾探测，前者包括气体探测和液体探测，后者包括热感、火焰探测、热成像和视频监控等。其火灾预测预警系统主要是关注初期密封圈火灾，通常罐区油料泄漏探测系统很少安装。不同的火灾探测系统对初始火灾发生频率的降低因子评估，如表2所示。
我国大型浮顶罐区的消防灭火系统通常是固定密封圈灭火系统、消防冷却水系统和移动消防炮等，国外的还包括全液面灭火系统、防火泡沫灭火系统、密封圈火灾气体灭火系统等。LASTFIRE基于案例分析，给出了罐区消防系统设施运行可靠性估算因子，如表3所示。笔者提出了大型浮顶罐体消防系统设施有效性评估模型，可表征消防系统设施对浮顶油罐初始火灾场景及发展趋势发生频率的影响程度，如式(1)所示。式中：P终为大型浮顶罐体最终火灾场景的发生频率，起/(罐·年)；P初为罐体初始火灾场景的发生频率，起/(罐·年)；C为罐区火灾预测预警系统对初始火灾发生频率的降低因子，见表2；P升级为罐体初始火灾场景升级的条件概率，见图1～图4；P为消防系统设施发挥作用的可靠性因子，若没有对应的设施该项为0，见表3。
某原油商业储备库，大型浮顶罐体直径均为80m，采用了密封圈泡沫灭火系统、水喷淋冷却系统和消防炮系统。罐区消防报警系统采用人工手动报警按钮、光纤光栅感温报警系统及电话报警。评估结果见表4，可以看出罐区消防系统的有效性配置对降低初始火灾事故发生频率和控制火灾升级至关重要。
通过对大型浮顶罐区国内外消防标准规范对比可知，我国罐区防火间距的要求低于美国和日本，防火堤有效容积基本相近，在泡沫混合液供给强度和供给时间以及消防冷却水方面存在差异。建议基于罐区火灾场景风险评估分析，优化储罐布局和合理配置消防系统设施，综合提高罐区的火灾风险防范水平。笔者提出的大型浮顶罐区消防系统有效性评估方法可客观反映罐区消防系统的配置水平，有利于辨识影响火灾场景升级的风险因素，进一步优化降低火灾风险的防范措施。建议针对大型储罐火灾配置高效的大功率消防装备，增强移动消防力量，充分利用园区的监测监控和应急救援资源。
——————————————————————————本文主要内容来自于：任常兴(公安部天津消防研究所，天津300381)中图分类号：X924.4。TU892文献标志码：A 文章编号：1009—0029(2014)01—0076—04------------------------------------------------------------------------------关于PFAS(PFOS、PFOA等）消防领域更多危害科普文章如下：在21世纪，消防所面临的挑战日益严峻并且仍在不断发生变化。这不仅涉及灭火材料本身的性能，而且对灭火解决方案的环保性、社会认同性方面提出了更高的要求。预防性和防御性的消防任务特别复杂，并且解决方案需要考虑到各种细节。特别是在工业方面，只能通过丰富多样、成熟的产品，来实现灭火效率更高，成本更低廉的解决方案。从早期Richard.Sthamer博士创立公司，直至现在公司第5代管理人，我们的目标始终如一：提供高标准、高质量的产品，并且始终尽最大努力满足各类客户的不同需求。自公司于1886年成立于汉堡起，我们始终致力于研制优质的泡沫灭火剂。如今，Dr.Sthamer公司已经是主流的泡沫灭火剂制造商之一。作为一家中型、家族式企业，Dr.Sthamer具备充分的灵活性是商业成功并且使世界各地客户均满意的保证。
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