摘要：针对外浮顶油罐密封圈火灾特点，研究提出了外浮顶油罐火灾扑救的具体方法和技战术措施，为消防部队扑救此类火灾提供参考。
关键词：外浮顶油罐；密封圈火灾；消防设施；灭火救援
浮顶油罐浮顶的外缘环板与罐体内壁之间设有宽200—300mm的间隙(大型油罐可达500mm)，其间安装随浮顶上下移动的环形密封装置，该环形区域发生的火灾即为密封圈火灾，是浮顶罐尤其是外浮顶罐最常见的火灾类型。一般情况下，虽然油罐密封圈火灾危险性较小，所需的应对资源也较少，但火灾发生概率大，如果处置不当就会造成事故升级，因此预防和扑救密封圈火灾是油罐消防保护的重点工作。本文就外浮顶油罐密封圈火灾的扑救技术进行讨论。
由于外浮顶罐密封装置的设计存在缺陷以及磨损、泄漏等原因，有些情况下在油罐密封圈区域会形成油品蒸气，遇雷击、外来点火源等发生火灾。从多起外浮顶油罐密封圈火灾事故经验可知，密封圈火灾发生初期形成的燃烧段，短则2～3m，长则10余米，有时会存在多处燃烧。若扑救不及时，燃烧段向两端蔓延增长，甚至整个密封圈都可能陷入燃烧状态。但只要浮顶的固有浮力不受影响，几乎所有的密封圈火灾都能被安全扑灭，这是因为油罐暴露于火灾、发生燃烧风险的部位将局限于设置了密封装置的区域，其面积通常小于油罐横截面积的2%。经验表明，如果油罐的设计、维护得当，油罐间距符合规范，则发生密封圈火灾后能持续燃烧很长时间(有些案例中长达数天、数周)，而不会升级为全液面火灾、或者使相邻油罐由于受其辐射热影响而引发多油罐火灾。外浮顶罐密封圈火灾如果没有得到及时、恰当的处置，也会升级为全液面火灾，这些情况包括：油品蒸气进入浮顶的某个受损船舱内形成可燃混合物而导致爆炸，失于维护的油罐在火灾中失去机械完整性、或者机械强度减弱无法抵御由火灾所引发的爆炸，灭火行动中在浮顶上施加了过量的水或泡沫导致浮顶发生沉没或部分沉没。
泡沫灭火剂是油罐火灾最重要和最常用的灭火剂。固定式泡沫灭火系统由固定安装的水或泡沫混合液泵、泡沫比例混合器、泡沫产生器和管道等组成。根据泡沫施加位置及灭火系统安装位置的不同，其消防设施可分为不同种类。外浮顶罐的固定式泡沫灭火系统样式比较多，从泡沫最终施加位置的角度，适用于外浮顶油罐的固定或半固定泡沫灭火系统可以分为以下两类¨：①泡沫系统从密封装置(主要指密封装置的挡雨板、机械密封装置、二次密封)上方的位置施加泡沫，如图1(a)所示，这类系统通常与泡沫堰板联合使用；②泡沫系统从密封装置部件的下方施加泡沫，即：低于机械密封装置直接施加到油品液面上，或者从挡雨板下方施加到管式密封件上，如图1(b)所示，或者从二次密封下方施加到一次密封的上方。
油罐传统的固定式泡沫灭火系统分为壁挂式泡沫系统和浮盘边缘式泡沫系统。壁挂式泡沫系统如图2所示，泡沫喷射口设置在罐壁顶部，产生的泡沫对着火的密封圈进行覆盖灭火。
无论油罐浮顶处于高液位还是低液位，无论采用固定、半固定装置或移动灭火装备，在使用泡沫灭火剂扑救油罐火灾时都应该达到尽量快速、尽量柔和地施加泡沫的要求。因此，在传统固定泡沫系统的基础上，又陆续出现了一些设计更为复杂的泡沫灭火系统，其中典型的是被称之为catenarysystems的浮盘边缘式泡沫系统，如图3所示。该系统包括一组以相同间距、紧邻油罐浮顶的密封装置、安装于浮顶之上的泡沫产生器，产生的泡沫通过导流管覆盖着火密封圈进行灭火。泡沫产生器与泡沫混合液分配管相连，而后者与附着在浮顶转动扶梯上的泡沫混合液输送柔性软管相连，泡沫输送软管可随扶梯升降至不同的液位高度。
实践中，少数油罐采用浮盘边缘式泡沫系统。其使用受到限制的原因在于：①对于直径<35m的外浮顶罐，泡沫设计量宜为全液面覆盖。既然针对全液面火灾扑救，则设定灭火时浮顶已经发生沉没，故泡沫产生器应安装在罐壁顶端而不是在浮顶上；②对于直径>60m的超大型油罐，建议应安装多个泡沫供给线，所联动的泡沫产生器彼此间隔安装，这种方式能防止单独一套泡沫系统发生故障后，油罐整体丧失泡沫保护。这些泡沫产生器也应安装在罐壁顶端而不是在浮顶上，因为如果将这类泡沫产生器安装在浮顶上，无法保证维护人员总能顺利接触到泡沫系统，进行必要的定期维护和测试，安装在浮顶上的泡沫系统所使用的泡沫软管的可靠性也难以保证。而且如果浮顶一旦发生沉没，泡沫系统也会随之沉入油面之下而无法使用。
扑救油罐密封圈火灾最常见、最有效的方法就是通过固定消防设施施加泡沫。然而有不少消防人员对于固定泡沫系统的有效性发生质疑，其主要原因是即便对于结构简单的固定式泡沫系统，也会由于一些基本设计或维护失误而导致系统在火灾发生时无法正常启动，所以在实践中应该注意避免以下问题：(1)浮顶上泡沫堰板高度低于密封圈密封装置的顶部。尤其是对于设置了二次密封的油罐，经常会出现这类失误。按照我国相关消防规范的规定，泡沫堰板应该比密封装置高出20cm，美国消防协会的标准对这个高差的规定为50cm，最理想的情况是高出100cm。(2)泡沫堰板底部的排水孔过多或过大。设置泡沫堰板的目的就是把泡沫限制于密封圈环形区域内，使泡沫在发挥出最大灭火效率的同时，又不能为浮顶增加不必要的外来荷载。面积和间距符合规范要求的排水孔能排出堰板内的雨水；而如果堰板底部的排水孔过大，则相当数量的泡沫会溢出至浮顶上。(3)泡沫喷射口的间距不正确。合格的泡沫如果配比正确的话，应该能够流出30m以上，但如果泡沫类型、泡沫配比、甚至水压发生变化，都会随之改变泡沫的流动性质致使泡沫有可能无法闭合。(4)泡沫喷射口的设置方式造成泡沫的强施加或者无规律施加。施加泡沫时，泡沫应该沿罐壁柔和地流入密封圈区域并在此形成深度均匀的泡沫覆盖层，如果泡沫喷射口的导流方向设置不恰当，就可能会造成泡沫在施加的过程中聚集于密封装置顶部而难以散开，造成泡沫喷溅、或者分散到浮顶上等减损泡沫灭火效率的现象。(5)泡沫喷射口在罐壁上的设置位置过高，导致泡沫喷射容易遭受风力影响。(6)泡沫混合液供给管道的竖管和水平管之间采用“硬管”交接。这些位置处宜连接金属软管，目的在于发生地震等自然灾害或发生火灾时，不会致使泡沫供给管道的竖管和水平面管之间发生错位，引起供给管道破裂，造成泡沫灭火系统的瘫痪。即便是能够正常启动，壁挂式固定泡沫灭火系统对于处于半液位及以下液位油罐的密封圈火灾的扑救，也较为困难。这是因为随着油罐浮船下降，罐内空间增大，泡沫由于受到罐内热紊流的影响，有些情况下甚至50%以上的泡沫会散落到浮顶上、而不能流入泡沫堰板内，灭火效率大大降低，而如果盲目加大泡沫注入量则有可能导致浮顶沉没，使事故升级。针对此类现象，应采用移动装备进行灭火，同时配合加大罐壁外部的冷却作业。半固定式系统是由固定的泡沫产生器与部分连接管道、泡沫消防车或机动消防泵用水带连接组成灭火系统，适用于较小油罐。在另一类半固定式系统中，设置固定的中央泡沫站，泡沫液经管道与泡沫炮、泡沫干线等移动的泡沫产生装备相连，适用于较大型油罐，一般需要与登顶灭火战术同时使用。建议在大型油罐的罐顶，最好在罐梯平台上，安装泡沫消防栓。
如果在发生密封圈火灾时出现了固定泡沫系统喷射口被堵塞的情况，如果固定泡沫灭火系统无法有效扑灭角落处的残火，则这种泡沫消火栓有利于消防员登顶后手持泡沫干线灭火，同时也有利于减少登顶消防员携带的装备量。另一种作用类似的半固定式设施是在油罐抗风圈位置安装与泡沫系统主管道相连接的一个或多个泡沫混合液出液口，在连接长度适当的泡沫水带或软管后，可以向密封圈区域的所有部位施加泡沫。对于这些设施，需要注意的是在使用状态下必须确保相关的泡沫比例混合装备能够容纳泡沫流量的变化，也能容纳因为部分泡沫产生器发生堵塞现象而导致的流量变化。对于外浮顶罐密封圈火灾，从一定距离外，比如油罐防火堤之外，使用架设在地面上的移动炮、车载炮、臂架炮这些大型泡沫喷射装备施加泡沫，不是最适当的做法。使用移动装备很难能将泡沫准确施加到密封圈区域，更达不到尽量快速、尽量柔和地施加泡沫的要求，浮顶上如果泡沫过量会造成浮顶失稳、侧翻的风险，反而可能会导致事故升级。另外，密封圈火灾要求灭火必须彻底，需要对油罐密封装置进行冷却，因为其中的纤维、橡胶成分阴燃有可能导致火灾复燃，在使用地面泡沫炮灭火的战术中很容易忽略这一点。尽管不建议使用这种灭火战术，但在实践中，尤其对于直径<35m的外浮顶罐，在灭火人力资源充足的条件下，利用移动炮或泡沫喷枪灭火有很多成功案例。一些特殊情况，比如火灾的燃烧区域位于罐顶平台下方、使人员不能接近火点，则可以利用举高消防车上的泡沫枪或泡沫炮灭火。理想情况下，应该设置站在高位的观察员，监视泡沫的施加情况。外浮顶罐密封圈火灾一般发生在局部，指派消防员往罐顶铺设一条泡沫干线(有时需要与手持干粉灭火器联用)，从罐顶平台、抗风圈或者浮顶上对准密封圈发生火灾处喷射灭火剂灭火，是一项可选用的灭火战术。登顶作战应该制定预案，预案中应包括完整的任务安全分析。进行这个作业的消防员必须经过良好的专门培训，同时必须严格落实对登顶人员的安全保护措施。在登顶扑灭密封圈火灾之前，必须要进行现场侦查和风险评估。侦查和评估要考虑到登顶的各种风险，比如抗风圈安装有扶手，能对作战消防员起到防护作用；钢制的单盘式或双盘式油罐浮顶具有足够的浮力，而浅盘式和敞口隔舱式浮顶则应视为不具备固有浮力；浮顶服役年限超过10年后，一个或多个船舱因腐蚀而形成孔洞或因金属疲劳形成裂纹的几率增大，会导致在船舱内形成爆炸性混合气体，如果密封圈区域附近的船舱气密性受损，由于火灾热而造成船舱爆炸的可能性，就会对灭火消防员造成安全风险。
一般而言，在密封圈火灾发生时原则上不应该允许登顶消防员登上油罐浮顶，但在有些情况下，这实际上可能是唯一的选项，尤其在油罐抗风圈没有设置安全的通道，并且固定泡沫系统无法运行的情况下。前文分析了固定式泡沫系统在灭火实践中可能出现的种种问题，这就要求不仅要确保固定式泡沫系统投入使用前的验收检测以及投入使用后的定期检查，同时也应注重保持油罐抗风圈的可用性，能够确保消防员登顶灭火的条件要求。如果浮顶不再与油面接触，比如发生卡船、落底等现象，则罐内就有可能形成可燃的混合气体空间，这些情况下应严禁消防员在浮顶上行走。另外，要注意对登顶人员实施水喷雾保护和防跌落保护。如果密封圈火灾已经燃烧了较长的时间，则有必要在罐壁外施加冷却水，以防止复燃、以及高温金属罐壁对消防员的热灼伤。(1)泡沫灭火。登顶灭火人员着隔热服，佩戴空气呼吸器，利用罐顶平台处的泡沫竖管铺设泡沫水带，进攻点必须选择顶风处，持泡沫管枪对燃烧区域施加泡沫，进行覆盖灭火。如果火灾规模较大，则需要两组人员，在进攻点形成最初的泡沫覆盖层后，沿密封圈逐步向两边推进。推进过程需注意风向变化和推进速度对泡沫覆盖层闭合的影响，进行适时调整。如果火焰在无干涉情况下已紧贴罐壁燃烧相当长时间，则该处罐壁温度升高，导致泡沫很难在该处覆盖、闭合，密封圈区域的油气在高温罐壁作用下也容易产生复燃，此时要加大油罐外部罐壁冷却降温强度，重点冷却浮顶与油面结合部层外罐壁。登顶灭火实施泡沫覆盖时，如果发现浮顶密封装置因火灾而造成局部受损、发生油品泄漏，则应注意避免往泄漏的易燃油品中直接喷射直流泡沫或水，这会带来人员安全问题，或者将油品喷溅到浮顶上，加大了火灾的强度。灭火作业完成后，人员应迅速撤离罐顶，防止硫化氢中毒。(2)手提干粉灭火器灭火。如果油罐处于半液位以上，并且为火灾初期或燃烧规模不大的条件下，消防员登顶后可使用手提干粉灭火器处置，处置方式与上述相似。登顶消防员应2人一组，从上风向同时接近燃烧区域、同时喷射粉剂，注意迅速更换灭火器、并向两边推进。干粉灭火剂在扑救浮顶罐密封圈火灾方面一直非常有效，即使是大范围的密封圈区域都发生燃烧。使用干粉进行密封圈火灾扑救时需要注意的是它不能确保油品在暴露于引火源(比如被火灾加热过的金属)时不会发生复燃。一般情况下，在使用干粉灭火器扑灭密封圈明火后，应该后续施加泡沫，使有可能已在火灾中受损的密封区域得到恢复，并防止蒸气释放。回顾油罐消防的发展进程，固定和半固定消防系统从石油化工发展初期，有60多年基本上都保持不变，而油罐却越来越大，随着油罐直径的增大，火灾扑救的难度也不断增加。有的情况下，如果抗风圈不适宜于消防员行走，或者油罐的直径太大，登顶消防员携带的泡沫管枪不能把泡沫从罐顶的一边送到相对的一边，这时就有必要把更大型的装备携带到罐顶平台处。21世纪以来，消防行业不断开发和采用一些可以增加油罐灭火效率和性能的新装备和新技术，如大功率泡沫装备。大功率装备具有增强灭火和压制可燃蒸气的效用，能够从罐顶平台向对面位置的油罐内壁喷射泡沫，使泡沫沿罐壁流下到密封圈区域。在实际测试中，其特种泡沫炮可以达到72m的覆盖射程，相比于传统的泡沫喷射装备，泡沫施加效率提高了200%。该装备转动灵活，可以从3个出口导出泡沫，其中2个水平方向、1个导管向正下方的罐壁上施加泡沫，并附有独立的支管可供选择使用，能快速定位、安装并固定在罐壁边沿。总之，对于外浮顶罐密封圈火灾，固定或半固定式泡沫系统是应该优先使用的灭火手段。在实施密封圈火灾扑救时，任何情况下都必须注意泡沫的施加量和施加方式，避免发生浮顶沉没、导致事故升级的风险。
——————————————————————————本文主要内容来自于：连旦军(中国人民武装警察部队学院，河北廊坊065000)------------------------------------------------------------------------------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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