张 琰 左东兴

（1.应急管理部天津消防研究所，天津 300381；2.中国石油天然气股份有限公司 安徽销售仓储分公司，安徽 合肥 230041）

0 引言

我国对石油化工原料的需求日益增多，大型石油化工产品储库也相继建立，随着大型石油化工储罐的投产运营，各类安全问题也逐渐暴露并引起较大的安全事故，如2010年广东省惠州油罐火灾事故、2011年中石油大连新港油罐着火事故和2014年中石油大连石化公司三苯罐区爆炸等，造成大量的人员伤亡和经济损失。石油化工园区消防系统是扑救火灾和防止火灾形势扩大的关键防线[1]，研究消防系统失效概率和失效原因能够准确定位系统的薄弱点，使消防系统日常维护有的放矢，在储罐本质安全上实施改进措施，以防范火灾事故发生。

1 消防给水系统失效概率类型分析

1.1 消防给水系统失效概率

消防给水系统是整个消防系统的核心，消防水系统一旦失效，石油化工园区的火灾形势将持续扩大。本文通过梳理国内外93个石油化工储罐火灾案例，分析和归纳了罐区消防水系统失效的原因。所分析的石油化工储罐火灾事故中，一部分的消防给水系统仍能正常工作，能够为下一步的灭火和储罐冷却工作贡献力量。但是在一些事故案例中，存在消防给水系统失效的情况[2]。在分析的案例中，消防给水系统失效的案例有32个，占总事故数的34%，如图1。消防给水系统失效的主要原因表现为：消防工程设计本身存在设计缺陷或施工缺陷，如消火栓数量不足或消火栓距离着火储罐距离较远；火灾或爆炸导致给水系统不能正常工作，如某次事故中爆炸导致电力系统失效，泵房不能供水、泡沫等；偶然因素导致消防给水系统瘫痪，如停电或设备正处于维修状态使得消防泵不能供水等[3]。

图1 消防给水系统失效比例Fig.1 Failure ratio of fire water supply system

1.2 不同储罐类型分析

消防给水系统失效的案例共32个，按照储罐类型进行分类。其中固定顶储罐11例，占比34.4%，外浮顶罐7例，内浮顶罐7例，卧式储罐2例，管道失效1例，另外还有4例储罐因资料不全而不能确定储罐类型，其比例如图2。由图2可以得知，固定顶储罐的消防水系统失效概率最高，其次是外浮顶罐和内浮顶罐。原因分析：一般情况下，固定顶储罐发生事故时爆炸的概率大于外浮顶罐和内浮顶罐，当储罐发生燃烧或爆炸时，固定顶罐的罐顶容易被掀翻而造成罐顶的固定灭火系统失效；与固定顶储罐相比，外浮顶储罐发生事故时，消防给水系统失效的概率较低[4]，在火灾快速扑灭的6个案例中，其中5个属于外浮顶罐。

图2 消防给水系统失效的储罐类型Fig.2 Type of tank where fire water supply system fails

2 消防给水系统各部件失效分析

石油化工储罐消防给水系统包含结构水源、消防水泵房、供水管网、消火栓和冷却水系统5个部分，如图3。本文将从消防给水系统的5个部分分析消防给水系统的失效原因。给水系统失效的案例中，同一事故可能会出现两个或两个以上部件失效的情况，经汇总分析得到，水源不足的案例占15例，泵房失效占10例，冷却水系统失效占8例，消火栓失效共4例，供水管网失效共3例，各部分占总消防给水系统失效总量的比例，如图4。

图3 消防给水系统的构成Fig.3 Composition of fire water supply system

图4 消防给水系统各部分失效比例Fig.4 Failure ratio among fire water supply system

2.1 水源

水源是消防给水系统的关键，消防灭火战斗中水源的缺乏将导致灭火系统和冷却系统的瘫痪。在消防给水系统失效案例中，水源不足在给水系统失效案例中所占比例最高，占比约38%。经过分析发现，水源不足主要表现为：储罐区内没有设置消防水源或违规将消防水罐改造为储油罐，此种情况多出现在小型石油化工储罐区或油田开采过程中的小型中间储罐；水源设计不合理导致取水困难、水源总量不足或水源距离失火储罐距离较远等原因，如某储罐火灾案例中，化工储罐区将临近河流作为消防水源，但火灾事故发生时消防车等取水设备无法停靠河边而不能取水，延误灭火进度；疏于管理，消防水池缺水或故障不能投入使用，事故案例中多次出现此种情况。

在快速扑灭火灾的成功案例中，也多次强调了消防水源的重要性，充足的水源是灭火的根本保障。除合理设计消防水源、按时检查系统完备性以外，可以联合市政、消防、公安等各部门力量，暂时关闭市民用水，保证消防供水压力等。

2.2 水泵房

消防水泵房是消火栓供水、罐区冷却系统以及其他灭火系统的“心脏”，是整个石油化工罐区消防系统中最重要的动力源。在灭火过程中从消防水池内取水，泵房为消防水提供足够的压力，消防泵将水输送到消火栓或冷却水系统中。在事故案例中消防水泵房失效比例约占24%，泵房的失效主要表现为：雷电或电网故障等造成停电，泵房瘫痪；泵自身故障或正处于维修状态，没有备用泵；储罐爆炸波及泵房，导致泵房不能投入使用；设计缺陷，泵的压力不足，不能满足需求。为避免以上情况出现，保证消防水泵房能够在火灾下正常工作，结合实际灭火成功案例和调研需要对水泵房进行如下措施：为避免水泵房遭遇雷击，双回路供电电源不能保障消防系统的可靠性，应当采用直流屏控制，一备一用；加强日常维护保养，保证泵在关键时刻能够正常工作；优化设计和施工，合理布置泵房位置、合理选择泵的参数，如扬程、流量等。

2.3 冷却系统

火灾发生时，储罐罐壁直接受到火焰产生的热辐射，温度会迅速上升，钢板强度迅速下降，可能会产生失效，造成火灾蔓延和事故升级。为了保证邻近罐的安全，《建筑设计防火规范》和《石油库设计规范》等要求对着火罐及邻近罐进行消防冷却保护。根据《石油库设计规范》要求“容量大于或等于3000m3或罐壁高度大于或等于15m的地上立式储罐，应设固定式消防冷却水系统”。根据储罐火灾案例分析，冷却水失效所占比例较高，约为消防给水系统失效案例总数的19%，分析其主要原因是：没有冷却水系统；系统设计不合理，关键时刻不能够冷却储罐；爆炸导致冷却水系统失效。

2.4 消火栓

消火栓主要为消防车辆从消防给水管网中取水实施灭火战斗或直接连接水带和水枪进行灭火，消火栓系统是扑救火灾的重要消防设施之一。在事故案例中消火栓失效比例约占11%，主要表现为：消火栓数量不足；消火栓距离罐区较远，使用不便，应合理确定消火栓的数量和位置。

2.5 供水管网

消防水系统的供水管网不能正常工作也是常见的失效形式，在事故案例中供水管网失效比例约占8%，主要表现为：建造时间久远的油罐供水管线一般盘踞在罐顶[5]，雷雨天气时易引发雷电打火，导致火灾事故发生，且管线在火灾状态下被破坏，不能正常使用；油罐燃烧时导致供水管道破裂，不能正常供水；供水管线没有采取防冻措施，冬季供水管线被冻住，火灾发生时不能使用。因此，石油化工储罐公司应当加强供水管网的维护保养，定期检查排除问题，防止管线在灭火过程中被冻住或破裂。

3 结论

通过梳理国内外93个石油化工储罐火灾案例，分析和归纳了罐区消防给水系统失效的原因，统计结果显示，石油化工储罐发生火灾事故时，固定顶储罐配套的消防水系统失效概率高于外浮顶储罐和内浮顶储罐的消防水系统。一般情况下，固定顶储罐发生事故时爆炸的概率大于外浮顶罐和内浮顶罐，当储罐发生燃烧或爆炸时，固定顶罐的罐顶容易被掀翻而造成罐顶的固定灭火系统失效。在火灾快速扑灭的6个案例中，5个属于外浮顶罐。给水系统失效的案例中，水源不足占15例，占比最高，泵房失效所占比例次之，再次是冷却系统、消火栓和供水管网失效。

因此，石油化工企业应当加强消防给水系统的维护保养，按照规定定期开展必要的消防安全评估和检测消防设施的完备性[6]，保证充足的消防水源和供水压力，对消防水泵房采取防雷措施并加强泵房和储罐喷淋装置日常维护保养，北方地区的消防供水管路采取防冻措施等，保证消防给水系统的可靠性。