化工园区火灾场景分析及灭火技术研究

唐小荣(江苏省常州市消防救援支队，江苏 常州 213022)

0 引言

化工园区是我国化工产业的主要载体，园区内放置着许多化工生产设备和原材料，因此化工园区火灾具有蔓延迅速、立体火灾和爆炸事故多发等典型特征，这导致救火救援工作难度较大，对广大人民生命和财产安全造成巨大威胁[1]。为全面提升化工园区防灭火质量，现就化学园区火灾场景进行深度分析，试图通过建构完善的灾害救援体系，制定合理的灭火技术方案，在优化配置各项灭火资源的基础上，切实增强化工园区火灾事故的处置能力，以实现及时、高效灭火救援。

1 化工园区及化工园区火灾特点

化工园区，是现代化学工业产业发展到一定程度所建立起来的，以大型化、集约化、国际化和效益最大化等为典型特征的，技术、资源和人工密集的生产经营区域[2]。化工企业入驻园区后形成规模化经营，但因为化工工业生产工艺流程复杂，生产原料较为集中，化工园区也是火灾等严重事故的易发区。化工园区火灾不仅对园区本身造成极大的安全威胁，还会妨碍当地社会的安全稳定。因此，化工园区消防安全管理责任重大。

1.1 扩展性强，易形成连锁反应

化工园区火灾扩展性强且容易形成连锁反应。这是因为化工园区内一般会有多家化工企业，这些企业在日常生产经营活动中往往会涉及到众多易燃易爆、毒害性强的化学生产材料，例如表面活性剂、粘接剂、印刷油墨助剂等。上述材料本身的化学性质不够稳定，属于重大危险源。再加之化工园区又是规模化生产经营，危险化学品数量远远超出国家规定的临界值，一旦园区发生火灾，这些生产材料会加剧火灾蔓延速度，部分易爆材料还会因为受到热辐射、热冲击而造成更严重的连锁事故，对整个化工园区的安全稳定造成严重威胁。

1.2 危害严重，应急处理较为困难

通常情况下，化工园区会附带一系列衍生产业以吸引更多的人员、财产投资，其周边会形成一片较为密集的产业集群。园区内存放了大量化工原料，一旦其中发生火灾，在起火初期如果未被快速扑灭，火灾就会在短时间内快速蔓延，这不仅会导致园区内部遭受灾害，周边地区也容易受到波及，甚至可能因火灾引发爆炸、化工原料泄漏、水体以及土地二次污染，造成严重的经济损失和负面影响。

1.3 火情复杂，立体火灾颇为常见

立体火灾，主要是指在火灾中大火在垂直方向及其周边同时燃烧所形成的火灾。从化工园区的常规布置来看，由于入驻企业主要从事化工生产，园区内危险物种类繁多且数量庞大，一旦受到火灾冲击波以及热辐射影响，这些危险物很可能被引燃，若是未能及时扑灭，极易造成多点同时起火从而形成立体火灾,给消防救援工作带来更多困难。

2 化工园区消防管理的基本现状

化工园区消防安全管理一直都是社会关注的焦点。为了保障化工园区建设和生产经营安全，在化工园区建构完善的防灭火体系，始终是化工园区经营管理的重中之重。但是必须看到，部分化工园区的防灭火体系建设仍存在着一定的不足，亟待加强和改善。

2.1 园区安全责任落实不到位

责任落实是园区实现安全管理的最佳策略，是将火灾预防落到实处的重要保障。当前，虽然在应高度重视消防安全管理这一点上已经达成普遍共识，化工园区管理层会成立专门的安全领导小组，通常由第一法人担任小组长，主抓安全生产的负责人担任副组长，但仍尚未建立起完善的责任体系，并未就责任人所承担的具体责任做出细致、具体的规定。如责任人未能履行相关责任，需要接受何种惩罚，以及若是较好地保障了园区安全生产，又会给予哪些奖励等。以上安全管理只是写进化工园区年度计划的“口号”、停留在园区内安全生产宣传条幅上的“文字”而已。

2.2 化工园区消防布局不合理

化工园区的消防系统工程布局是园区规划的重点所在。但在化工园区设计初期，基于企业营利的根本属性，部分园区仍将便于企业生产经营管理放在首位，鲜少以可持续的眼光进行园区内部规划，这样就可能造成消防布局不合理。比如部分化工园区未按照危险类别分类设置企业位置，生产车间之间安全距离不足，分隔墙以及防火设备自身性能存在问题等，以上这些都是潜在的消防隐患。

2.3 消防基础设施配置不科学

消防基础设施配置不科学，这在一定程度上是对消防资金和资源的浪费。化工园区为了通过消防检查，大多都会投入大量资金来加强消防基础设施建设，但很可能因为在设计之初未进行充分调研和论证，或是没有考虑到化工园区企业的实际情况，或是照搬照抄城市消防站的设置原则，导致设计方案不够专业和灵活，出现部分区域重复建设，而其他部分区域却又配置不足的情况，从而降低了消防基础设施的利用率。一旦园区内发生火情，无法提供及时有效的灭火服务。

2.4 消防安全管控智能化不足

信息技术是当今时代发展中最宝贵的成果之一，将信息技术引入消防安全管控是提高化工园区安全管理效能的关键举措。但目前大部分化工园区缺乏与时俱进的意识，园内的重大危险源安全检测系统以及应急预案系统不足，“智慧”消防安全管理系统尚未建构，缺少应急响应中心，未能跟上智慧城市建设的步伐。

3 化工园区火灾场景的分析及原理定位

目前看来，消防管理部门和化工园区管理者已经基本认识到了化工园区火灾的严重危害性，现就化工园区火灾场景进行全面细致分析，以便为火灾扑灭和救援工作提供支持。

3.1 化工火灾场景模型定位

从理论层面上来讲，化工园区火灾本身具备突发性以及较大危险性，在火灾救援及前期预防的工作中，应对化工火灾的特点以及具体的场景演变规律进行分析，以便在火灾实际发生时能够快速、准确地做出判断，制定科学有效的救援方案。另外，还应充分考虑化工火灾现场的各项变动性因素，这是因为火灾蔓延实际情况存在极大的不定性，在火灾发生的不同阶段组织实施救援，会产生不同的效果，因此预先进行全面合理的分析，将有助于更高效地实施防灭火管控。

如图1所示，依据不同阶段划分出化工园区火灾情景模型。从模型设置来看，化工火灾在不同阶段有着不同的起火及蔓延特征。消防部门可以针对火灾发生前、发生时和发生后的具体情况采用不同的防灭火计划：在火灾发生前，要做好安全隐患分析，依据隐患的具体特点以及发生规律来制定火灾预防方案；在火灾发生时，需要及时了解火场现场的实际情况，以便快速地判断起火原因并定位危险源，迅速采取灭火救援举措，否则火情必然会继续蔓延并引发严重后果；在火灾发生后，此时可能已经造成了一定的人员伤亡以及财产损失，但事故的严重程度会逐步下降并最终归零，消防部门应就引发火灾的原因进行回溯，发现问题并及时整改，只有汲取教训，才能避免火情的再次发生。

图1 化工园区火灾情景模型

3.2 化工火灾演化相关因素分析

化工火灾演化是防灭火控制的重点，在这一过程中各相关因素都会对火灾的后续变化产生一定影响，因此要对这些相关因素进行全面分析。这些因素不仅来自化工园区火灾本身，也涉及到外部各项救援决策。当然，化工园区内部因素仍是导致火灾演化最不可控、最为关键的因素。这些因素对火灾演化产生的影响可以分成初始阶段、中间演化阶段、事故后果阶段。在初始阶段，常规化工生产中涉及了大量化工设备和原材料，其中液体原料存在高挥发性、易燃易爆、有毒等特点，如果初始阶段液体出现泄漏，就将成为火灾演化的诱因。在中间演化阶段，受到高温以及明火的影响，部分液体材料可能会直接引发火情，基于不同液体化学材料的性质，又可以预测为立即点火、延迟点火、火灾加速这三个不同的演化方向，以上又将对应不同的事故后果。再如，在化工生产过程中涉及到部分气体加工环节，其中的气体要素可能具备高度易燃、加压液化、压缩、有毒等特性，在火灾初发阶段，很可能会导致气体持续泄漏、瞬间泄漏等问题；而在中间演化阶段，这些气体材料可能会导致立即点火、延迟点火、火焰加速、火势减弱(二氧化碳)等演变方向，最终所造成的后果又可以分为有毒物质扩散、喷射火、爆炸、闪火、无后果等相关影响。从外部决策角度来看，火灾发生之后的应急处理能力、火情控制方法、救火材料、救火组织方式、救火时间等也都是影响火灾事故演化的重要因素。

3.3 化工火灾场景分析软件

在分析化工火灾场景时，可以利用信息化软件进行火灾模拟，以更准确地判断化工火灾场景变化，迅速制定科学的防灭火方案，并随时依据火情变化进行方案调整。现选用ALOHA软件针对化工园区各个场景的影响因素进行建模分析，按照数据仿真系统推断出最终的结果。具体的操作步骤为：首先，将化工园区的地理环境、生产线、不同厂区类型、材料堆放区域、生产设备等各项参数输入到仿真软件中；接下来仿真软件会依据上述参数自动生成三维立体图像，模拟化工园区中的实际图景[3]；若园区内某一点出现火情，系统平台会直接联动现场监控设备，初步判断起火的原因，并且按照最大影响标准进行后续模拟推理，分析起火点周边的生产设施、生产线和原材料，快速预判火情可能发生的后续变化。另外，也可以利用现场监控设备实时监测火灾现场的热辐射值，联动周边自动灭火装置进行自启动灭火，还可以在灭火的过程中分析热辐射值的变化情况，确定是否需要启动更高一级的紧急预案。

4 化工园区火灾灭火方案及战术分析

在化工园区火灾场景分析的基础上，相关人员可以综合导致火灾蔓延和扩散的各项因素，并利用智能化控制系统进行现场控制，以制定科学完善的灭火方案，切实提高火灾救援的有效性，进一步消除火灾的负面影响。

4.1 灭火战术分析

在化工园区起火的过程中，设定灭火战术应遵循“先控制、后扑灭”这一原则，立足于实际情况，科学地分配冷却力量以及消防资源，再采取有效的灭火措施进行扑灭。首先，要快速分析着火点周边的生产线以及材料堆放位置，打开周边灭火设备以及邻近的自动喷淋系统进行火场温度冷却，降低热辐射值。其次，对于没有附带自动灭火设备的着火区域，要及时调配周边的消防设备以及消防人员快速灭火。需要注意的是要结合火灾的起因选择灭火器材，例如，部分化工生产线上的材料一旦泄漏和二氧化碳进行反应会加剧燃烧，这时就应当选择二氧化碳灭火装置或泡沫灭火器[4]。另外，确定灭火材料和装置之后，要结合实际火情选择具体的喷射方法，例如，储罐着火应从下方进行喷射，加工生产线着火应对加工设备四周进行喷射，小面积起火通常在上风口进行灭火，还应合理控制灭火距离，确保灭火材料可以准确覆盖到起火面上。

4.2 全面化灭火组织方案

做好火情判断以及细节分析，是成功扑救火灾的重要前提。建议结合自动响应系统检测以及人工判断结果做出综合分析，以便在消防力量有限的情况下，确保所有救援力量在第一时间应用到火灾扑救的重点上，这样才能迅速控制火情的蔓延。具体步骤如下：第一，科学确定扑救方式。为了快速扑灭火情，在相关生产设备被引燃之后，首选的扑灭方式应是从外围开始控制火情，进而向中间逐步推进，直至将火焰全部扑灭。第二，合理控制灭火方向。为了避免火情蔓延，降低对救助人员造成的安全威胁，建议从上风侧开始，逐渐向下风向进攻，直至完成救火任务；第三，准确把握扑救重点。若起火点在较为危险的生产线或者危险源附近，需要结合实际情况先对重点位置进行扑救，最大可能地避免因热辐射以及明火引发的材料爆炸、生产设备损毁等次生灾害。

4.3 其他灭火组织方案

化工园区起火的第一时间就要快速联动报警系统，及时通知专业消防人员进行现场扑救。但在消防人员到来前，为了第一时间遏制火灾演变的诱因，化工园区安全管理部门应组织队伍对火场进行初步控制[5]：首先，所有进入火场进行扑救的人员要配备齐全的救援设备，带好防毒器以及防高温设备。其次，救援车辆停靠在起火点的上风侧方向，避免阻碍救援道路。最后，采取分段指挥救援的方式，要确保全体救援人员都明确指挥信号以及撤离路线，在救援期间保持密切联系，灭火行动必须统一，切不可各自为战。

同时，在火灾发生第一时间应快速疏散园区无关人员，关停生产线，快速启动紧急应急预案，避免因火灾不可控而导致更大的人员伤亡。一旦火灾救援过程中出现了较为严重的材料泄漏以及爆炸现象，要保证全体人员在短时间内快速远离火场并撤离到安全地带，还应及时通知周边企业以及相关部门快速撤离。

4.4 打造灭火资源共享体系

从当前部分化工园区的防灭火体系建设情况来看，既有消防资源不足、资源配备不合理也是影响成功救援的重要因素。园区可以尝试打造灭火资源共享体系，实现区域合作以及优势互补，以降低重复建设、减少消防冗余操作，提高消防资源的利用效率。消防部门应成立化工园区火灾应急指挥中心，立足于不同化工园区的实际情况，统一进行资金投入以及物资调配，科学规划区域消防资源分配，避免消防资源浪费。首先，打造信息交流与共享平台，顺畅的信息沟通与共享通道平台能够确保统一指挥中心命令的顺利发布和传递，使区域内的救援活动在统一指挥和调配下得以顺利推进。其次，建立消防人力资源共享机制，实现全区域整体性的消防人力资源调度，依据灭火救援工作的现实需要来组建灭火救援队伍，灵活调整岗位设置以适应消防队伍人员不足的现状。现阶段我国消防部门人力资源匮乏已经是一个共性问题，因此区域内发生火情时通常需要申请外调消防人员，而区间实施人力资源共享，能够在一定程度上缓解园区消防人员不足及专业能力参差不齐的问题。再次，建立区域内消防资源共享机制。加大资金投入力度是解决消防设备以及相关器材不足的根本办法，但资金毕竟有限，部分小型的化工园区仍缺乏应对大型化工火灾的实力，实现区域内消防资源共享是一个较好的解决策略。建议整合区域内的消防资源，制定应急以及长期调配方案，通过合理分配以及科学调配的方式来缓解资源不足的困境，以解决小型化工园区防灭火体系不完善的现实问题，实现对既有消防资源的高效利用[6]。

5 结语

在化工园区中打造完善的消防安全管理系统已经成为消防管理部门、地方政府及化工行业所关注的重点。化工园区必须充分认识到化工火灾的危害，深入探究火灾的演变规律，积极建构人工和信息技术相结合的智慧消防系统，全力打造完善的灭火资源、设备、人员共享体系，以便在出现火灾隐患时能够及时发现并做出有效应对，提供全方位的支援计划和灭火组织方案，切实提升化工园区生产经营的安全稳定性，全力保障广大人民群众生命和财产安全。