国外储罐消防系统新技术综述

段秋生 张智 王志斌 曾英林 马伟平

（1.廊坊中油朗威工程项目管理有限公司；2.中国石油燃料油有限责任公司宁波大榭仓储分公司；3.中国石油西气东输管道公司南昌管理处；4.中国石油管道科技研究中心）

国外储罐消防系统新技术综述

段秋生1张智1王志斌2曾英林3马伟平4

（1.廊坊中油朗威工程项目管理有限公司；2.中国石油燃料油有限责任公司宁波大榭仓储分公司；3.中国石油西气东输管道公司南昌管理处；4.中国石油管道科技研究中心）

储罐火灾爆炸事故极易造成人员伤亡和巨大损失，保证大型石油储罐设施运行安全具有重要意义。通过阐述国外储罐消防系统的新技术，包括大功率、高供给强度的移动式消防炮、适用于扑救储罐密封圈火灾的浮盘边缘式泡沫灭火系统、固定顶储罐液下喷射泡沫灭火系统、新型储罐自动灭火系统，以及柴油机快速驱动消防泵技术等。结合国内储罐消防技术实际情况，借鉴国外储罐消防技术的先进经验，对于提升国内储罐安全管理水平、提高储罐安全等级和可靠性具有重要意义。

储罐；消防技术；消防炮；液下泡沫注入；自动灭火系统

随着我国石油战略储备实施，储罐建设趋于大型化，大型浮顶储罐容量已达15×104m3。保证大型石油储罐设施运行安全具有重要意义，大型储罐事故极易导致人员伤亡、巨额损失和环境污染，2010年大连“7·16”油库火灾爆炸事故损失2.2亿元，1名消防员牺牲，几百方原油流入渤海湾[1]；日本北海道直径42 m的原油储罐火灾燃烧了42 h后坍塌，使用了约120 m3泡沫液，动用了几百名消防人员和20辆消防车，造成严重的空气污染问题；美国路易斯安娜州奥里诺科直径80 m汽油储罐火灾燃烧了13 h，储罐严重受损，灭火期间消防供水系统发生故障，同样造成严重的空气污染问题。大型储罐运行管理难度和安全风险增加，应研究借鉴国外储罐消防系统的新技术和先进经验，以提升储罐安全管理水平。

1 移动式消防炮

国内大型储罐均设置固定式消防系统，大功率移动式消防设备较少。大型储罐如发生全面积敞口火灾扑救难度大，特别是原油储罐会发生沸溢问题，持续燃烧时间长，储罐财产损失巨大。固定式消防系统设计基础是扑救密封圈火灾，扑救大型储罐全面积火灾可行性有待验证[2]。国外应用移动式大流量泡沫炮扑救大型储罐全面积火灾：美国使用巨型泡沫炮成功扑救直径60 m的油罐火灾，射程152 m，流量250 L/s；沙特阿莫科公司扑救直径60～100 m浮顶罐火灾，使用流量260～930 L/s消防炮。建议借鉴国外配备大功率移动式消防设备，用以扑救储罐全面积火灾。

2 浮盘边缘式泡沫灭火系统

国内大部分储罐固定式消防系统均为罐壁式泡沫灭火系统，应用效果存在以下问题：

1）泡沫喷射口沿罐周等角均布，若风力较大，泡沫易被风吹散，造成大量泡沫损失。

2）系统启动后，泡沫先流入浮盘泡沫堰板与罐壁之间的环形空间，淹没密封圈后再从密封圈顶部裂口流入密封圈内部实施灭火。大型储罐泡沫填充环形空间至少需要9 min，很可能错过有效灭火时机[3]。

3）雷电引起的储罐火灾可能伴随大雨，喷射泡沫会被雨水稀释，影响灭火效果。

近年来国外储罐应用了浮盘边缘式泡沫灭火系统，泡沫喷射口安装在泡沫堰板与二次密封支撑板之间的开放空间，泡沫直接喷射在油品表明进行灭火，消除了外界风力和雨水的影响。该技术仍不能解决泡沫完全淹没金属支撑板后才能进入密封圈内部灭火的问题，泡沫管线穿越二次密封金属支撑板处需进行高质量的密封，否则密封圈内的油气可能从穿越处泄漏，此外只能在储罐检修期间才能对泡沫管线进行维修，泡沫管线耐腐蚀、耐高温、耐高压要求高，工程造价高，国内储罐应用范围较少。

3 液下喷射泡沫灭火系统

国内浮顶储罐固定式液上泡沫灭火系统比较完善，液下喷射泡沫灭火系统是在可燃液体下部注入泡沫，泡沫受浮力作用上升到液体表面并扩散，形成泡沫层的灭火系统，液下灭火设施宜应用于扑救拱顶油罐火灾。该方法的优点是泡沫管线和泡沫喷射口在储罐底部，储罐火灾状态下不易损坏；泡沫受高温和辐射热破坏影响小，灭火效率高。该灭火方法需解决的主要问题是防止泡沫夹带过多油品成为可燃泡沫而失去灭火能力，只能选择同时具有疏水性和疏油性的氟蛋白泡沫，泡沫发泡倍数控制在3倍较为适宜。此外泡沫喷射口的止回阀容易密封不严，可能导致罐内油品渗漏问题。伊朗某油田储罐在止回阀后设置超压爆破片，可有效防止油品泄漏[4]。

国内固定顶储罐应用液下喷射泡沫灭火系统较少，GB 50151—2010《泡沫灭火系统设计规范》关于液下喷射泡沫灭火系统技术要求如下：

1）液下喷射系统适用于固定顶储罐，应选用氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液。

2）泡沫进入甲、乙类液体的速度不大于3 m/s；泡沫进入丙类液体的速度不大于6 m/s。

3）泡沫喷射口应安装在高于储罐积水层0.3 m位置，泡沫喷射口数量见表1。

4）液下喷射系统的泡沫管道应设置钢质控制阀和逆止阀。

表1 泡沫喷射口设置数量

EN 13565-2—2009《固定式消防系统-泡沫系统-第2部分：设计、施工和维护》规定了新建低、中倍数泡沫灭火系统检查和维护的基本要求，包括储罐液下泡沫灭火系统的技术要求：

1）泡沫液下注入方式不适用于储存温度高于80℃、黏度大于100 mm2/s的油品，以及闪点小于25℃、沸点大于40℃的烃类燃油。

2）针对闪点小于25℃、沸点大于40℃的燃油，泡沫注入速度不得超过3 m/s；其它燃油，泡沫注入速度不得超过6 m/s。

3）泡沫喷射口应至少高于储罐最低允许液位300 mm以上，以免罐底沉积物堵塞泡沫喷射口。

4）泡沫管道均应配备截断阀、爆破片和单向阀。爆破片应安装在泡沫管道的单向阀上游侧，爆破片材质应能承受储罐内油品热胀冷缩的热应力要求，高背压泡沫产生器在给定的设计压力条件下引爆爆破片。

5）泡沫液下注入喷射口的个数见表2。

表2 泡沫液下注入喷射口数量

由表2可知，我国和欧洲标准针对储罐液下泡沫注入系统的注入速度、泡沫喷射口安装高度基本一致，针对泡沫喷射口数量，欧洲标准按照油品闪点确定喷射口数量，国内标准无此规定。此外欧洲标准规定了直径大于42 m的固定顶储罐的喷射口的数量。近年来，浮顶罐由于具有不存在油气空间、操作安全性高等优点，国内大型储罐基本以浮顶罐为主，因此关于喷射口数量的规定我国和欧洲标准差异不大。储罐液下泡沫注入系统应用的主要技术问题是泡沫管线的密封性，欧洲标准建议在单向阀上游侧安装爆破片，伊朗储罐也采用该技术，建议国内标准借鉴参考。

4 储罐自动泡沫灭火系统

传统常规的泡沫-水消防系统存在以下缺陷：供水管网、泵、泡沫发生器、消防车辆和监视系统不完善，技术设备繁琐，多系统相互影响可靠性；准备时间长（有时长达几个小时）；灭火时间很长（有时长达几天）；消防人员人数不够等。

4.1 希腊FoamFatale TM技术

希腊FoamFatale TM技术最显著的优点是无需消防水、电力和其他设备（泵、混合器、抽吸装置），探测到火灾信号后5～10 s内自动启动；灭火速度极快（最长2 min）；灭火过程无需人员参与；空气污染小；对罐体和管内油品影响小；维护简便成本低，可靠性高。FoamFatale TM技术灭火试验见图1。

图1 希腊FoamFatale TM技术灭火试验

1） 自膨胀泡沫供应系统。NFPA 11—2016《低、中、高倍数泡沫灭火系统》规定针对原油储罐全面积火灾，采用固定式泡沫灭火系统，泡沫混合液的供给强度是4 L/(min·m2)，持续供给时间是55 min。采用泡沫炮灭火，泡沫混合液供给强度是6.5 L/(min·m2)，持续供给时间是65 min，为弥补泡沫液损失量，泡沫炮实际泡沫供给强度往往需提高至 10 L/(min·m2)以上。FoamFatale TM研究认为，泡沫供给强度如达到现有标准规范中规定值的2～3倍，能够大大提高灭火概率。FoamFatale TM泡沫供给强度高达20～30 L/(min·m2)。与传统的泡沫供给系统不同，泡沫不是在火灾事故现场配置，而是预先配置好，储存在压力容器中。

2）分布式线性喷射口。为保证高强度泡沫流量，该系统设计了分布式线性喷射口，泡沫管道沿罐周安装在靠近罐壁的位置，喷射口平均分布在泡沫管道上，泡沫管道直径取决于泡沫供给强度。

3）操作方法。发生火灾后，温度传感器探测火灾信号，启动控制阀。自膨胀泡沫在管道内完成膨胀，通过喷射口向罐体中心射出，泡沫在极短时间内扩散完毕，在罐内液体表面形成泡沫覆盖层，隔绝氧气，实施灭火，同时冷却罐体表面温度。

4.2 CFITM气体灭火系统

与FoamFatale TM技术类似的是荷兰SAVAL公司研究院研制的CFITM气体灭火系统，包括气体灭火剂储罐、感温探测探头、灭火剂喷头、管道系统等，见图2。

图2 CFITM气体灭火系统示意图

灭火剂喷头与感温探头与储罐主体工程同时安装施工，探头间隔约2 m，每个CFITM系统控制范围为40 m罐周，安装系统数量取决于储罐直径大小。储罐如发生密封圈火灾时，火焰的热量使1个或多个探头/装置自动启动，气体灭火剂通过喷头直接喷射到火焰上，灭火剂储存罐设有液位和压力开关可进行远程控制。该系统维护方便，可靠性高，灭火速度快，不需额外动力，自动检测灭火，不需水源，适合水源缺乏地区，目前在西亚的沙特和伊朗油田储罐应用较多。

5 消防系统供电方式

由于供电电缆损坏、消防系统无备用动力源，储罐火灾事故可能扩大而造成严重损失，提高消防系统的供电可靠性具有重要意义。GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》规定油气站场消防泵应满足一级负荷供电要求，如二级负荷供电时，应设柴油机驱动的备用消防泵。国内油库边远地区不到一级负荷供电要求，如供电系统故障，消防泵无法启动。消防泵使用次数有限，改造双回路供电费用较高。国外使用柴油或丙烷为燃料的发电机快速启动消防泵的技术比较成熟，柴油机油料储备量可满足消防泵连续运转时间不低于6 h，确保发生火灾和电力中断情况下驱动消防泵。

6 结论和建议

综上所述，几年来大型储罐消防系统新技术和发展趋势主要表现在以下几个方面，建议国内石油行业借鉴参考。

1）大型储罐配备大功率、高供给强度的移动式消防炮用以扑救储罐全面积火灾。

2）相对于罐壁式泡沫灭火系统，浮盘边缘式泡沫灭火系统更适用于补救大型储罐的密封圈火灾，但应进一步研究该系统设施的可靠性和稳定性。

3）固定顶储罐选择液下喷射泡沫灭火系统应考虑泡沫液类型、泡沫注入速度、泡沫喷射口安装位置和输量，以及泡沫管线密封性等问题。

4）国外新型储罐自动灭火系统启动快、灭火效率高、不需外部能源和人员，适用于扑救浮顶罐密封圈初期火灾。

5）大型油库消防泵优先采用柴油机泵，柴油储备量能满足消防泵运转不低于6 h。

[1]武铜柱.大连7·16油库火灾事故教训及防范[J].石油化工安全环保技术，2012（1）：16-20.

[2]郎需庆，张卫华，牟善军.固定式消防系统应对大型原油储罐全面积火灾的探讨[J].工业安全与环保，2013，39（3）：22-24.

[3]郎需庆，刘全桢，宫宏.大型浮顶储罐灭火系统的研究[J].消防科学与技术，2009，28（5）：342-345.

[4]李庄.浅谈油田储罐液下喷射泡沫灭火系统[J].工业用水与废水，2014，45（1）：76-78.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.017

2016-11-15

（编辑 王古月）

段秋生，2008年毕业于辽宁石油化工大学（俄语专业），从事长距离输油气管道工程监理工作，E-mail：441926339 @qq.com，地址：河北省廊坊市中油朗威工程项目管理有限公司，065000。