危险化学品仓储事故演化规律及消防力量需求研究*

袁雄军 周宁 黄维秋 李雪 赵会军

(1.常州大学环境与安全工程学院 江苏常州 213164； 2.常州大学石油工程学院 江苏常州 213164)

0 引言

随着国民经济的迅速发展，危化品的需求量越来越大，危化品的大量使用极大地改善了人们的生活质量，然而危化品在生产、储运和使用过程中均存在很大风险，容易发生灾难性事故。近年来，危化品仓储火灾爆炸事故频发，造成重大人员伤亡、财产损失和环境灾难，如表1所示。

目前，专家学者针对危化品仓储火灾事故应急处置已经开展了相关研究工作，取得了一些研究成果。任常兴等[1]分析了易燃易爆危险品的火灾危险性，探讨易燃气体、液体、自燃物质和氧化剂等类型危化品事故的防范措施与应急处置对策。陈玉军[2]分析了危化品火灾突发性强、火灾蔓延速度快和形成立体火灾的特点，并针对这些特点提出了一些救援措施。郁振山[3]分析总结了几例国外典型危化品仓库火灾爆炸事故及其消防救援措施。吴悦[4]探讨了危化品火灾发生的基本特点、危化品物流中消防安全管理存在的问题，并提出了危化品物流仓库火灾的灭火措施。李胜宽[5]分析了危化品仓库火灾的特点和目前我国在危化品仓储火灾扑救中存在的问题，提出了扑救危化品仓库火灾的对策。已有的研究工作从危化品火灾的特点、救援难点和处置对策方面进行了探讨，但是对危化品火灾爆炸事故演化规律和应急处置尤其是应急资源需求研究还不系统，不全面。因此，本文从危化品仓库火灾、储罐火灾与露天堆场火灾演化规律出发，深入分析火灾爆炸事故发生发展规律，并建立危化品仓储火灾扑救泡沫需求评价二级指标体系，采用模糊层次分析法建立了泡沫灭火剂用量评价数学模型，提高危化品仓储事故消防力量需求预测的准确性。

表1 近年来危化品仓储火灾事故

1 危化品仓储火灾事故危险性分析

危化品仓储企业存在各类危险化学品且数量庞大，其存储方式也不尽相同，准确掌握事故场景、事故演化规律是制定科学的事故应急处置方案，实现事故成功处置的前提[6]。

1.1 危化品仓储火灾事故演化机理

危化品火灾爆炸事故演化机理如图1所示。其事故发生模式基本参数主要包括物质特性、初始事件、初始场景、中间演变事件和事故后果等[7]。危化品仓储企业储存的危化品可能以气态、液态和固态方式储存，同时企业存在各种特种设备。当这些能量源受到人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素或管理因素的影响，便可能发生泄漏或暴露，进而形成爆炸性气体氛围、可燃流体流淌或自氧化反应等。当这些高度危险的氛围遇到触发事件触发就会酿成灾难性的各类火灾爆炸事故，事故具体演化过程如图1所示。

图1 危险化学品火灾、爆炸事故演化过程示意

根据以往事故案例发展过程，总结事故原因如表2所示。

表2 危化品仓储火灾爆炸事故起因

危化品仓储火灾爆炸事故的发生主要是由于人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素和管理缺陷等4个方面引起的[8-9]。从表2可看出，案例1为储存容器自身问题；案例2和案例5为仓储企业管理存在问题；案例3、案例4和案例6由人的不安全行为引起。

危化品仓储企业存在各类危险化学品，不同物料事故演化模式不同。不同性质的危化品可能发生的事故类型不尽相同，表3系统总结了各类危化品可能发生的火灾、爆炸事故类型。

1.2 危化品仓储事故特点及对周边区域的影响

在危化品仓储企业中，仓储区分布较为集中，火灾爆炸事故发生后易引发多米诺效应，对周边区域产生较大威胁。根据危化品仓储方式可将危化品仓储火灾爆炸事故分为仓库、储罐和露天堆场火灾爆炸事故，通过研究其事故模式和事故特点，分析了事故发生后对周边区域的影响，其结果如表4所示。

表3 各类危化品可能发生的火灾爆炸事故类型

表4 危化品仓储事故对周边区域的影响

分析表2中事故案例并结合表4可知，危化品仓储火灾爆炸事故发生后，对周边区域产生巨大威胁，事故极易扩大化。例如案例1的事故中5号罐的爆炸燃烧烘烤周边储罐，使得4号罐发生爆炸，并且4、5号罐的爆炸燃烧引燃了1、2、3号罐，令事故进一步扩大；案例2的事故中4号仓库的爆炸摧毁了2、3、4号仓库，并加热周边危化品，使得5、6、7号仓库发生2次爆炸；案例5的事故中硝化棉集装箱爆炸燃烧使得周边危化品集装箱发生第二次大爆炸。

2 危化品仓储火灾爆炸事故消防力量需求研究

危化品仓储企业存在大量危化品，且危化品种类复杂、性质各异，一旦发生火灾爆炸事故，对灭火药剂、消防装备的需求也各不相同。在事故救援过程中因为现场存在着大量性质各异的危化品，处置不当容易发生二次灾害，酿成灾难性后果，并直接威胁现场救援人员生命安全。

2.1 事故侦检

对于危化品仓储火灾爆炸事故处置，事故灾情的侦检是事故科学处置的基础。灾情侦检所收集的各项信息对火灾扑救工作的开展具有十分重要的意义。扑救火灾时灭火剂的选用取决于燃烧物料和周边物料的物化性质，火灾扑救消防资源与力量需求估算需考虑事故区和周边区域的基本情况，事故区平面布局、周边物料的储存形式和消防通道情况决定了救援时使用消防装备的类型及数量，气象信息和现场地理信息影响着灭火阵地、指挥区和救援物资临时堆场的设置，周边消防资源的分布则是后续消防力量与资源调集重要的参考依据。

2.2 危化品性质与灭火剂确定

通过灾情侦检确认燃烧物料和事故周边区域存储物料种类，根据危化品的性质确定适用的灭火剂，防止因灭火剂使用不当而产生禁忌反应，导致二次灾害的发生。表5根据仓储危化品的理化性质，确定其适用灭火剂和禁用灭火剂。

表5 危化品性质及灭火剂选用

2.3 消防资源需求预测

事故处置中在确定合适的消防药剂的基础上，需结合事故场景信息对消防资源与消防力量需求进行预测。在进行消防资源需求预测时，灭火剂和消防水用量不仅要满足国家现行规范的要求，并且要根据事故现场基本情况、现场消防力量和消防资源，结合气象信息，综合考虑。由于事故现场基本情况、现场消防力量、消防资源和气象信息较为复杂，使得现场灭火的实际需求与理论估算值相差很大，如表6所示。所以根据现场实际情况估算现场消防资源、力量需求显得尤为重要。

表6 我国典型油罐火灾总攻灭火泡沫用量统计分析

2.3.1 灭火剂需求预测

当事故现场消防资源消防力量不能满足发起灭火总攻条件时，只能进行冷却控火，当消防资源和力量集结满足需求后，方可根据火场情况确定发起总攻的时间。通过研究相关火灾扑救案例和查阅文献，对泡沫用量实战系数影响因素进行总结，泡沫用量影响因素涉及较多，且各因素之间相互联系，较为复杂。危化品仓储火灾扑救泡沫需求影响因素二级指标体系如图2所示。

图2 危化品储罐火灾扑救泡沫需求影响因素

从图2可以看出，一级指标是影响泡沫用量的最直接因素，为泡沫飞溅、仓储区内部因素和气象因素；每个一级指标又包含多个影响因素，在指标分类的基础上，筛选出归属于每个一级指标的影响因素，列为二级指标，如归属泡沫飞溅的仓储区外形、阵地设置和泡沫喷射方法。

采用模糊层次分析法对泡沫用量实战系数进行研究。计算各级指标权重是确定实战系数的关键，在确定泡沫灭火效率的各影响因素所占的权重时，面临的主要问题是不易量化各项指标权重。为了解决此问题，在Saaty等人提出的层次分析法的基础上，通过咨询专家分析判断各个指标之间的重要程度，并根据层次分析法计算步骤，得出各级指标权重。计算步骤如图3所示。

图3 层次分析法计算权重步骤

分析泡沫灭火剂实战用量的各种影响因素，根据危化品火灾扑救实战情况，从影响判断集V中确定级别。影响评判集V设为：

V=(V1(高度影响)，V2(中度影响)，V3(一般影响)，V4(不影响))

分别建立评价矩阵Rout(泡沫飞溅)、Rin(仓储区内部因素)和Rw(气象因素)：

(1)

则单因素评价结果Bout(泡沫飞溅)、Bin(仓储区内部因素)和Bw(气象因素)：

(2)

(3)

(4)

多因素评价结果A：

A=W·B

(5)

式中，w1为泡沫飞溅指标权重；w2为仓储区内部因素指标权重；w3为气候因素指标权重。

k=A·PT(6)

式中，k为实战系数，实际泡沫液量与理论泡沫液量之比。

2.3.2 消防装备及人员需求模型

在危化品储罐火灾的实际灭火作战中，因到场的消防支队数量较多，造成消防装备类型不一且数量有限，合理分配、使用这些消防装备亦是灭火救援作战的关键点之一。

在灭火作战中，各消防装备的数量和流量乘积之和应大于火场预测的灭火剂流量[10]，如式(7)所示：

Q≤N1×q1+N2×q2+N3×q3+N4×q4(7)

式中，Q为灭火剂流量，L/s；N1、N2、N3、N4为消防枪、炮的数量；q1、q2、q3、q4为消防枪、炮的流量，L/s。

依据上式可建立消防装备及人员需求模型，该模型可在灭火剂流量、灭火装备的数量和型号已知的情况下，依据消防装备的流量大小，优先选择大流量消防枪、炮进行扑救灭火，从而提高灭火效率。

3 结论

本文通过对危化品仓储火灾爆炸事故的演化规律、事故风险及事故应急处置消防资源需求的研究得到如下结论：

(1)危化品仓储火灾事故演化过程通常是由于危化品在仓储过程中形成爆炸性气体、超温超压或发生剧烈化学反应引发火灾爆炸、由火灾爆炸引发持续大火，或造成设备设施失效引发危化品泄漏、暴露、形成气云扩散等形成更大范围的爆炸氛围遇点火源引发重大火灾或爆炸事故。

(2)建立了危化品仓储火灾扑救泡沫需求评价二级指标体系，并应用模糊层次分析法确定了事故扑救过程中泡沫用量实战系数。