大型可燃液体罐区消防安全的规划与设计

张云波(江西省赣州市消防救援支队，江西 赣州 341000)

0 引言

在当前石油工业飞速发展的新时代下，成品油及原油等可燃液体的储存量日益增多，油罐数量越来越多。这些可燃液体储罐区通常极易出现燃烧，甚至爆炸事故，且往往会伴随出现有毒气体或物质的泄漏。为最大程度地减少可燃液体储罐区火灾事故，既要控制好防火间距，做好相关安全布置工作，也必须配备足够的消防降温设施。

另外，一些建设年代较早的可燃液体储罐区已经不满足储存量日益增多的需求，需要对罐区进行扩建或改造。因此，需要控制的阀门及设备越来越多，加之操作时间长，工艺复杂，很容易出现操作失误，这就要求在规划、设计罐区时充分考虑到安全消防保障因素。

1 消防系统的组成

1.1 水消防系统

在可燃液体储罐区消防设施中，水消防系统的主要作用是冷却消防罐和相邻储罐或稀释泄漏出来的可燃液体。天然水源、外部供水管网、自带消防水池，这3 种水源是水消防系统的主要给水来源。《油库设计规范》中指出，罐壁高度大于或等于17 m 的油罐，以及容积大于或等于5 000 m3的单罐都必须配置相应的固定式消防冷却水系统。

1.2 泡沫消防系统

泡沫消防系统也是处理可燃液体储罐区火灾事故必不可少的一项设施。泡沫消防设施的工作原理是：在空气的作用下，泡沫会附着在可燃液体表面，将空气与可燃液体隔绝开，以达到灭火效果，加之消防冷却水具有冷却的功效，可以达到更好的灭火效果。大型可燃液体罐区地址、罐箱位置相对固定，加上安全系数更高、操作方法较简单、运营费用较低。因此，固定式、半固定式的空气泡沫灭火系统较为常用。根据《油库工程设计技术规范》，倘若油罐箱的单罐容积超过了1 000 m3，则必须配置固定式空气泡沫灭火系统[1]。

1.3 消防系统供水压力形式选择

在消防冷却水系统中，主要有稳定高压供水管理系统、临时高压供水信息系统和低压供水系统。它们各有利弊。稳定高压供水管理系统尽管稳定性好、安全系数高，但存在组成结构复杂、费用高等问题。而使用低压供水系统灭火时，必须对消防管网实施临时加压，需要用机动消防泵或消防车来实现这一过程。由此可见，这一系统存在诸多不足之处，如操作需要耗费较多物力和时间，且并不安全。而临时高压给水系统则可以实现在短期内迅速满足消防灭火时对水流量和水压的需求，而且具有良好的安全生产性能。该系统风险投资少，操作简单便利，运营费用低等优势。因此，综合各方面的因素来考虑，临时高压供水系统是最优选择。

2 工程实例

2.1 工程概况

中国某大型油库工程始建于20 世纪90 年代，后随着市场需求的增长，经过多次扩建，最终发展成现有规模。当前，该储油库区有3 万立方米的钢制浮顶罐6 个和4 万立方米的钢制浮顶罐4 个，总库容达30 多万立方米，库区占土面积为近30 万平方米。现有的消防设施是采用固定式冷却水和泡沫来进行消防安全保障，此外，还有企业自配的消防标准泵房1 座、3 座1 500 立方米的消防保障水池、与之配套的消防管网设施、罐上消防机器操作系统。另外，消防泵房内还配有3 台规格不同、材料各一的消防泵，分别是泡沫混合泵、冷却循环水泵和公共使用备用泵。这些泵配备的是7 000 V 的高压电机。泵房内的全部相关设施设备比如阀门、储罐切断阀和储罐内部装载的控制阀等的运行操作均需通过手动操作控制。鉴于油库离城区有较远距离，离最近的消防站大约5 km，该油库自配1 辆泡沫消防车。

2.2 原有操作方式存在的问题

此油库原本采用的运行流程及消防应急管理方法是：万一罐区出现火灾时， 立即通知或电话呼叫消防车值班员，通知变电站值班员接通电源(因为通常情况下高电压设备是不能常合的)；变电站值班员接通电源后，消防值班员要不断尝试试跳和盘车。之后在变电站值班服务人员的监督下启动泵，并逐个打开出口阀。大概五分钟可以完成这一操作流程。在进行这一操作的过程中，需要一名具有灭火消防知识的消防安全人员(避免企业出现操作失误)快速来到罐区，结合出现火灾事故的消防罐具体状况，合理关闭部分冷却水隔断阀及泡沫混合物，之后方能将冷却水箱控制阀、泡沫上罐控制阀打开。与消防泵房相距最远的储油罐是最难的火灾控制点。此外，泡沫和冷却水上罐还需要一定的时间，这样一来，又延迟了灭火的时间。即使5 km 外的消防车同时出发救援，能在最短的5～10 min 内到达火灾事故现场，但也只能作为后期辅助灭火的救援工具。因此，原有的设计和操作方式不能起到快速灭火的功能和效果，存在造成重大损失的风险。

鉴于当时的年代和设计、技术水平的局限，我国油库的整体自控程度都较低，都存在以下共性问题：

(1)由于罐区体积过大，仅依靠人工巡查无法及时发现一些火灾隐患。

(2)各种备用的消防灭火设施不能保证在火灾发生后立即启动和运行，因而延误灭火和救援的宝贵时机。以往事实证明：储油罐如果出现火灾事故，罐壁温度会快速升高，导致油罐钢板强度降低。倘若罐壁温度超过700 ℃，则会降低油罐钢板强度9 成以上，如此一来，油罐就会有变形断裂的危险。倘若油罐变形断裂，高温原油就会发生溢出或泄漏，那火灾就会更加严重，所造成的危害是不可估量的[2]。

(3)灭火救援是需要多人参与，共同作业。通常情况下，消防泵房是需要24 h 有人值班，而且每班至少要有两个人以上，以保证在火灾发生初期能快速处理。但消防泵房的值班人员在通常情况事情不多，因此，会有警惕性不高、应急反应不快等问题。

2.3 改造设计规划

现参照相关消防规范和要求，拟对该油库实施消防设施和操作系统进行改造和完善。

消防设施和操作系统改造和完善要点：

(1)消防泵房面积和位置。消防泵房的选址至关重要。总体上说，要根据油罐区总体区域的大小、各油罐的大小和分布状况等，同时结合消防管道的布置、油罐防火分区和整个油库平面分布图等因素，来确定消防泵房的面积大小和区域分布。

(2)按照油库罐区量来规划应对一次火灾发生所需的泡沫混合物和冷却水的消耗量，并根据在最不利点将泡沫混合物和冷却水等放入罐中的时间要求来全面规划相关设施和器材的选择。

(3)依据油罐区对冷却水的最大需求量，来设置对应的消防水池的容量。

(4)为实现在消防控制室对相关消防设施、器材的集中、远距离的操控，在泵出口阀、泡沫混合控制阀、冷却水箱控制阀和主分区控制阀等应该配备遥控式电动阀[3]。

(5)应将部分可燃气体报警器设置于油罐区内，同时将感温电缆安装于各罐箱上。一旦温度升高到一定数值时，就会触发报警信号，消防控制室可利用网络电缆接收到报警信号。万一消防控制室的操作技术人员未接收到火灾报警信号，还可借助电视监控系统来了解、核实是否出现火灾事故，如发现火灾事故，也可第一时间预警，并及时通知灭火。

(6)在消防控制室中还要安装一整套自动消防系统，以便火灾作业程序可进行自动检测和控制。

(7)应将摄像头安装于罐区内各角落，配置相关的工业电视监视系统，确保在消防值班室内可准确监测到罐区内情况，安排工作人员对罐区进行24 h 不间断的监控，一旦出现火灾，可在第一时间内发现并及时报警。

3 工业电视监视系统

随着各类技术的发展，很多大型油库都设计和配备了工业电视监控系统，通过这些监控设备，管理者可以实时监测油库内的所有设施设备的运行情况，及时发现火灾隐患和初期火灾，并采取科学有效的应对措施。一旦发生火灾，该系统分析可以同时监控、记录火灾情况，并及时发出警示，加之配置的固定式消防控制操作系统、火灾自动报警控制环境系统、电视监控系统，这三者共同组成了一个较为完善的自动消防系统，可实现对火灾的实时监控和处理。电视监控系统主要由如下5 部分组成：一是室外前端设备；二是彩色监视器；三是室内前端设备；四是摄像头；五是系统矩阵主机。

4 火灾自动检测系统

火灾探测器的选取必须做到科学、合理，其在探测大型易燃液体储罐初始火灾中发挥着至关重要的作用。成品油及原油一旦出现燃烧情况，在燃烧初期会出现一个较为明显的特征，即可以释放的能量使环境不同温度不断升高，因此温度变化检测是油库火灾信号分析检测中火灾安全检测的首选。目前我国主要采用如下3 种温度传感器探头：一是温度塞式氮气检测技术系统；二是点恒温探测器；三是线性温度探头，又名温度电缆[4]。如上3 种温度探测器主要是通过温度来确定是否发生火灾。如果感温探测器探测到的温度未超过设定值，则控制管理系统会收到感温探测器发出的数字火灾信号，在对火灾信号进行处理之后，火灾自动报警功能控制网络系统会发出声光报警，延时确认之后再启动救援服务系统进行灭火处理。应将感温电缆缠绕于各个罐的浮板上沿罐壁上，一旦出现重大火灾，感温电缆在起火点的电阻会变小，控制室会收到火灾信号。同时，应将可燃气体报警器安装于罐区内，一旦出现火灾，值班人员可及时启动消防系统进行灭火，保障人员生命安全。

5 消防自动控制程序

选择PLC 对所有可燃气体信号、温度传感网络信号、消防泵和电动阀信号数据进行分析采集和编程，并与人机界面设计连接。PLC 软件具有速度快、功能强等特点，而且拥有灵活、可靠的人机界面，能够将设备的运行状况、消防技术工艺的生产流程及各种环境参数充分展现出来并进行分析，一旦出现火灾，人机界面会发出警报并闪烁，能够帮助企业实现全方位的消防监控。操作员可以直接给出各种指令来打开和关闭阀门、启动和停止泵以及启动消防逻辑处理程序，所有这些功能都在屏幕上。选用触摸屏，可实现便捷、灵活的操作。为了防止出现操作失误，操作员通过人机界面可以一目了然的看到。

PLC 共设置了9 套控制审计程序，消防控制系统的启动分别由9 个不同的HMI 键盘或按钮来控制，同时也可实现自动启动，这也是为了匹配不同社会消防水箱[2]。一旦监测到现场出现火灾，或是发现现场可燃气体浓度过高，PLC 系统就会发出警示，值班人员可利用人机界面或视频监控系统对现场情况进行再次确认，一旦确认出现火灾，可及时启动消防安全系统，开启消防泵，并将阀门逐一打开进行灭火。

6 设计中应注意的问题

(1)根据相关的消防标准和要求，一套泵的出口不应少于两个。即使当某一个出水口出现故障时，另外的还能够正常发挥作用，使水流通畅无阻。另外，应根据最坏情况来设计罐区管网直径、消防水压力、泵的出口主管直径及消防水量。通常来说，如果所有管道均未受到破坏，那么同样的流量在流经2 个管道后，水流量会减少50%，摩擦力也会随之降低，管道的工作曲线也会随之下降。喷嘴的出水量不可少于设定的出水量，然后加上总消防水量。也还可以选用在上水箱的冷却水管上安装一个恒压阀限制流量的方法来增加保险系数。

(2)因为泡沫回收系统往往需要借助临时高压系统来运行，故一般情况下，泡沫系统管道不会有泡沫或泡沫混合物，只有在火灾救援时才会溢出，这就需要耗费一些时间。《低膨胀泡沫灭火系统设计标准》中提到，应合理设置泡沫泵站的位置，确保5 min 内可将泡沫或泡沫混合物传送到最远维护位置。设计时要严格按照标准来设计。

7 结语

随着经济社会发展，成品油等大型可燃液体罐区日益增多，一旦发生泄漏或燃爆等事故，则会造成严重的后果。因此，做好其消防和安全系统的规划和设计至关重要。文章着重从消防系统的组成、工程实例、工业电视监视系统、火灾自动检测系统、消防自动控制程序、设计中应注意的问题6 个方面进行了阐述，针对一些建设年代较早的可燃液体储罐区的消防和安全系统的改造设计规划提出了实用可行的方案。