涉及多米诺骨牌效应的化工厂火灾救援工作评估

滕振(江苏省常州市武进区消防救援大队，江苏 常州 213100)

0 引言

化工厂的火灾危险主要来自储存的大量危险化学品，包括易燃气体、易燃液体、易燃物质、自燃物质、遇水释放易燃气体的原材料、成品和中间化学品物质等，大多有毒、有腐蚀性、易燃、易爆。此外，化工厂的制造过程需要特殊的操作条件和大量复杂的设备。当事故发生且未得到正确控制时，火灾会迅速蔓延并导致爆炸。在化工厂火灾和爆炸中，消防员未能及时评估救援的安全距离，往往导致消防员伤亡。特别是，涉及多米诺效应的事故对消防员构成致命威胁。因此，应认真研究涉及多米诺效应的化工厂火灾救援的安全距离评估工作[1]。

多米诺效应是指初始事故，如火灾(池火、喷射火、火球和闪火)、爆炸(如：机械爆炸、受限爆炸、沸腾液体膨胀蒸汽爆炸和蒸汽云爆炸)或有毒或有害物质泄漏直接或间接传播到相邻设施、储罐、管道或管道的情况，由于物理诱发因素的升级(如：火灾冲击、碎片、超压和辐射)、地理位置、建筑物的相邻位置或危险物质的储存位置而导致的设备事故。这种环境导致危险情况升级超过临界值，引发第二次甚至第三次事故，扩大事故影响或影响邻近地区，从而导致比初始事故更具灾难性的事故。化工厂火灾通常是由泄漏、火灾或爆炸等相对较小的事故引起的，爆炸会造成灾难性的多米诺骨牌效应。救援人员，特别是消防员，经常处于事故扩大过程中，无法保持更安全的救援距离，生命受到严重威胁。统计数据显示，在过去五年中，化工厂事故往往始于最初的事故(如：化学品泄漏、火灾或爆炸)，由于升级因素(如：辐射、超压)而加剧，由于多米诺效应超过临界值，最终成为灾难[2]。

此外，对相关文献的研究表明，对多米诺效应的研究侧重于确定由此类效应引发的威胁以及个人和社会风险，建立评估多米诺影响可能性的标准，采用主动(如洒水器)或被动(如：安全距离、防火墙和防爆墙)策略来防止这些影响持续扩大，并采用这些策略来遏制液态石油气和丙烷储罐底座或腐蚀管道。简言之，这些研究提出了防止大气或压力储罐和管道产生多米诺效应的策略。然而，当发生多米诺效应时，这些策略无法为救援人员，特别是消防员提供即时信息，以在灾难扩展期间实现控制，或者无法为他们提供安全距离的可视化演示以及人员和救援车辆的顺利部署计划。

易燃、易爆和有毒影响评估套件(SAFETI)可以根据燃烧材料的物理和化学特性以及环境特征、气象数据和周边的地形特征，模拟火灾和爆炸对救援人员和设备的影响。随后，SAFETI可以在地图上叠加地理信息，以得出火灾和爆炸引起的热辐射和爆炸超压波的影响范围。因此，本研究利用SAFETI在地图上模拟和可视化化工厂火灾和爆炸引起的热辐射和爆炸超压的影响范围，包括灾难性多米诺骨牌效应。然后，提出了一种综合评估方法，用于确定涉及多米诺效应的火灾和爆炸中更安全的救援距离，以便消防员能够立即识别和可视化事故的影响范围，并规划进行更安全救援的最有效部署区。

1 研究方法

这项研究综合了涉及多米诺效应的事故频率、事故期间的环境条件以及化学品的物理和化学性质。为了确定对救援人员和设备的影响，推导了公式，以计算由可燃物质引发的火灾和爆炸引起的热辐射和爆炸超压波的可能影响范围。还查阅了2016年版《应急响应指南》中规定的在事故现场安全进行救援的距离。因此，本研究提出的改进综合评估方法可以使救援人员清楚地识别事故凹痕的影响范围，并规划最有效的部署区域，以进行更安全的救援[3]。

2 模拟站点的描述

2.1 消防部门进行的救援

模拟在一家化工厂，搅拌化学精胺的过程导致意外爆炸，点燃了储存在邻近地区的正丁醇、间二甲苯和二氯甲烷(DCM)。当消防队员到达现场时，他们听到不断的爆炸声，并观察到火势不断蔓延。根据危险品原则，即危险识别、行动计划、分区、事故管理、协助和终止，指挥官指定了一个距离现场60米的逆风区域，用于集合人员、车辆和齿轮，并在距离现场100米的逆流处设立了一个指挥站。营救持续了3小时7分钟[4]。

2.2 化工产品的工厂配置和储存

工厂的两栋建筑为三层钢筋混凝土结构。工厂南段是使用钢筋混凝土建造的溶剂储存区、露天储存区和使用涂漆波纹板建造的溶剂存储区。工厂北段是一座两层的办公楼，钢筋混凝土结构上覆盖着油漆波纹板[5]。

3 结果与讨论

3.1 第一次事故

工厂员工在搅拌精胺期间引发的爆炸点燃了储存在工厂B中的正丁醇。采用SAFETI火灾模型中的火球和池火模拟热辐射。热辐射与火源距离之间的关系如表1所示，火球的撞击范围如图1所示。随后，采用SAFETI爆炸模型模拟爆炸超压。表2给出了爆炸超压与与点火源距离之间的关系，图2显示了爆炸的冲击范围[6]。

表1 第一次事故引起的热辐射与点火源距离之间的关系

图1 第一次事故引起的火球撞击范围

表2 初始事故中诱发的爆炸超压与火源距离之间的关系

图2 第一次事故产生的爆炸超压的影响范围

简而言之，SAFETI用于模拟第一次事故的冲击范围。结果表明，当热辐射达到12.5 kW/m2或爆炸超压达到0.020 68 MPa时，第二次事故往往会发生。当热辐射为4.0 kW/m2或爆炸超压为0.002 MPa时，如果没有适当的设备，救援人员无法执行正常的救援工作。为了检查第一次事故中热辐射和爆炸超压引起的多米诺效应范围，并确定救援人员的初始安全距离，本研究参考了计算热辐射和爆破超压的公式所示的警告距离以及指南中的指示距离，其中未考虑点火源的环境数据[7]：

(1)多米诺效应：对热辐射和爆炸超压的影响进行了综合评估，结果表明，第二次事故往往发生在距离火源32.1 m的范围内。

(2)救援人员的初始安全距离：对热辐射和爆炸超压的影响以及指南中指示的警告距离进行了综合评估，结果表明，救援人员执行救援工作的安全距离为164.1 m或以上。

3.2 第二次事故

储存在B厂的正丁醇点燃后爆炸，现场15 m范围内的热辐射达到12.5 kW/m2，现场32.1m范围内爆炸超压达到0.021 MPa。因此，储存在装置A中的正丁醇和间二甲苯以及在撞击范围内的溶剂储存区中的DCM相继点燃，然后爆炸。火灾模型中的火球和池火用于模拟热辐射。

正丁醇、间二甲苯和DCM的点燃和燃烧产生的冲击范围使用热辐射和爆炸超压导出的方程进行计算。2016年《应急响应指南》建议，应关闭火源800 m范围内的区域，并将其指定为评估区。总之，使用SAFETI模拟第二次事故的冲击范围。第二次事故往往发生在热辐射达到12.5 kW/m2或爆炸超压达到0.021 MPa时。此外，当热辐射为4.0 kW/m2或爆炸超压为0.02 MPa时，救援人员必须配备适当的设备，以进行正常的救援工作。因此，本研究引用了计算热辐射和爆炸超压以及指南中指示的警告距离的公式，其中未考虑点火源的环境数据。本研究还确定了第二次事故造成的多米诺效应以及救援的安全距离[8]。

(1)多米诺效应：对热辐射和爆炸超压的影响进行了综合评估，结果表明，第二次事故往往发生在正丁醇点火源32.8 m范围内、间二甲苯燃烧35.2 m范围内以及DCM燃烧26.3 m范围内。

(2)救援人员的安全距离：对热辐射和爆炸超压的影响以及指南中指示的警告距离进行了全面评估，结果表明，救援人员执行救援工作的安全距离为正丁醇点火源164.1 m，间二甲苯燃烧184.3 m，DCM燃烧132.3 m。根据图1，救援人员和车辆应部署在间二甲苯引发爆炸(爆炸超压0.5 MPa)产生的影响范围之外，即距离燃烧间二甲苯184.3 m或更远。

(3)模拟结果的信息显示，在第一次事故和第二次事故期间，所有指挥站与正丁醇的综合安全距离应为194.3 m或更大。

4 结语

在应对化工厂火灾时，救援人员在试图扑灭隐藏的火灾时往往忽视更安全的部署距离。然而，多米诺效应不仅导致事故危险的扩大，而且对救援人员的安全构成严重威胁。本研究建立了一种综合评估方法，并应用SAFETI模拟火灾和爆炸造成的多米诺效应范围。因此，该研究可以帮助消防救援人员在救援过程中确定此类影响的范围。消防员可以移除易燃物品，设置移动炮塔，在工厂使用法律要求的消防安全设备，并采取其他消防措施，包括火源，防止多米诺效应继续发生。此外，本研究还提供了用于解决其他类型事故的信息，使消防救援人员能够根据最小安全距离正确部署救援人员、车辆和消防设备，防止救援人员在救援任务期间因与火源距离不足而面临更大的致命威胁。