消防论文发表从火灾事故引发的消防设计的思考

　　摘要：通过对一起苯乙烯储罐火灾事故的分析，提出了消防设计过程中选择并执行现行设计规范的重要性。并进一步提出了在设计过程中应充分借鉴相关资料和国内外成果经验，综合考虑投资和效益的关系，在满足设计规范的前提下采取最优设计方案，实现火灾事故影响最小化。

　　关键词：火灾消防设计,设计规范

　　前言：2012年5月，广东某化工厂发生了一起苯乙烯储罐着火事故。着火点为其中一座3000m3苯乙烯储罐，储罐大小为φ17m×16.5m。火灾扑灭时有部分损毁，周边邻近罐由于有固定消防冷却水系统起作用，火灾受损程度很小。由于石化装置的原料和产品均是易燃易爆的碳氢化合物，以及连续性高温、高压的生产操作条件，决定了石油化工行业的高风险性和事故多发性。发生火灾爆炸事故是石化行业最主要、最常见的风险。据资料统计：在近50年间，国内外油品储罐共发生242起重大事故，其中震惊中外的黄岛油库火灾造成10多人死亡，直接经济损失超过3 000万元，英国邦斯菲尔德油库火灾烧毁大型储罐20余座，直接经济损失高达35亿元[[1]]。这些火灾事故不仅造成人员和财产的重大损失，严重污染了周边环境，还容易引发不良的社会影响。任何设计都不能使石化装置达到绝对安全，任何措施都不可能将事故风险降低至零[[2]]。因此作为火灾事故的最后一道屏障，消防设计工作的好坏直接决定了火灾事故对经济、社会和环境的影响程度。新形势下各种不同的安全隐患层出不穷，也对消防设计工作提出了新的要求和挑战。

　　1 设计规范和标准是实现火灾事故影响最小化的重要基础

　　与工艺设计相比，消防设计是附加到工艺系统上的非本质安全设施，必须经过维护和测试才能保证其可靠性，为此需要增加投资和维修费用，但也不能保证自身不出故障。因此，在工艺设计中应尽可能增加本质安全性来减少事故发生的概率。然而，风险总是不可避免的，为了降低可能发生的事故影响程度必须采取有效的消防设施。消防设计的目的就是使火灾风险损失最小化，这种最小化的概念是指火灾在一个小时内得到控制。所谓“控制”是指火可能还在燃烧，但已没有更多的设备受到火灾威胁，并且已不存在无控制的物料排放[2]。设计人员应根据工艺过程和平面布置等工程的具体条件，分析生产过程中可能发生各种火灾的风险情况，依据国家有关标准规范及专利商有关的安全消防要求，确定合理的消防灭火方案。

　　1.1 认真分析防火对象的物化特性

　　对于民用建筑及各类工用建筑，根据其构件的燃烧性能和耐火极限可分为一、二、三、四级;对于生产中使用、产生或储存的物品，根据其物质性质及其数量等可将其危险性特征分为甲、乙、丙、丁和戊类，同级别的可燃液体，又可根据其危险性细分为A类和B类[[3]]。不同的级别对其的消防要求也相应不同，为此在设计前必须先明确建筑耐火等级及物品火灾危险性，使用适合的设计规范。

　　该化工厂发生火灾的储罐规模为3000m3(φ×H=17m×16.5m)，其储存物品为苯乙烯，是一种无色透明油状的可燃液体。熔点：-36.6℃、沸点：146℃、闪点：31.1℃、自燃温度：490℃、爆炸极限(下)：1.1%、爆炸极限(上)：6.1%。苯乙烯的火灾危险特性为乙A类，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。遇酸性催化剂如路易斯催化剂、齐格勒催剂、硫酸、氯化铁、氯化铝等都能产生猛烈聚合，放出大量热量。

　　1.2 合理选择消防设计规范

　　对于同一种灭火对象，不同的防火规范可能有不同的规定，这就需要我们根据物品的物化特性，生产、储存的实际情况选择相应的设计规范。

　　对于需要设固定式冷却供水系统的固定顶立式罐的冷却水标准，《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)(以下简称“建规”)和《石油化工企业设计防火规范》(GB20160-2008)[以下简称“石化规(2008)”]对此都做了规定。“建规”第8.2.4条表8.2.4为0.50[L/(s·m)],m为罐周长;“石化规”第8.4.5条为2.5L/min.m2，m2为油罐罐壁表面积[[4]]。上述两个标准有着明显的不同：前者只与罐周长油罐，只要罐周长一定，无论罐的高度怎么变化，其消防冷却水量不变;后者不但与罐周长有关，同时也与罐体高度有关[[5]]。采用两种用水标准计算出来的结果是不同的，有时相差很大。关于邻近罐保护个数，“建规”表8.2.4注5：当相邻储罐超过4个时，冷却用水量可按4个计算;“石化规”第8.4.4条规定，当邻近立式储罐超过3个时，冷却水量可按3个罐的消防用水量计算。由于《石油化工企业设计防火规范》专适用于石油化工企业新建、扩建或改建工程的防火设计，针对性较强，故该化工厂的苯乙烯储罐消防设计选用《石油化工企业设计防火规范》。

　　1.3 严格执行现行设计规范是设计者应尽的职责

　　该化工厂苯乙烯储罐于2008年设计施工完成，消防冷却给水系统采用的设计规范为《石油化工企业设计防火规范》(GB20160-92)。据该规范表7.3.8规定，该罐区着火罐固定式消防冷却水的供水强度q=2.5L/min·m2，邻近罐消防冷却水的供水强度q=2.0L/min·m2，罐直径小于20 m，灭火延续时间按4小时计算，计算得供水强度Q=66.1L/s。有消火栓泵二台，一用一备，单台泵流量Q=70～80～90L/s;扬程H=94.5～90～83.7m，功率P=110kw，完全满足消防用水要求。泡沫灭火系统采用的设计规范为《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50151-92(2000年版)。根据该规范要求，采用6%的氟蛋白泡沫剂，供给强度q=5.0L/min·m2,供给时间45min，计算得泡沫液供给强度Q=18.9L/s。据此配空气泡沫发生器PC83个，Q=24L/s，另配泡沫枪一支，Q=4L/s，20min，合计Q=28L/s。现有泡沫泵Q=95L/s;H=100m;P=132kw，泡沫罐容积8m3(其它场所有泡沫喷淋)，满足泡沫供给需求。从现场火灾灭火结果看，固定式冷却水系统和泡沫灭火系统在火灾发生时运行良好，成功地保护了周边邻近罐。

　　火灾发生后该化工厂对已损坏的苯乙烯储罐进行了整改。由于新规范的发布，所有消防设计必须按照新规范的要求重新计算。消防冷却给水系统采用的设计规范为《石油化工企业设计防火规范》(GB20160-2008)。据该规范表8.4.5规定，该罐区着火罐固定式消防冷却水的供水强度q=2.5L/min·m2，邻近罐消防冷却水的供水强度q=2.5L/min·m2，罐直径小于20 m，灭火延续时间按4小时计算，计算得供水强度Q=73.4L/s比旧规范要求多了7.3L/s。原有消火栓泵二台，一用一备，单台泵流量Q=70～80～90L/s;扬程H=94.5～90～83.7m，功率P=110kw，满足新规范设计要求，不需要变更。泡沫灭火系统采用的设计规范为《泡沫灭火系统设计规范》GB50151-2010。根据该规范要求，采用6%的氟蛋白泡沫剂，供给强度q=5.0L/min·m2,供给时间45min，计算得泡沫液供给强度Q=18.9L/s。据此配空气泡沫发生器PC83个，Q=24L/s，另配泡沫枪一支，Q=4L/s，20min，合计Q=28L/s，与旧规范无差别。现有泡沫泵Q=95L/s;H=100m;P=132kw，泡沫罐容积8m3(其它场所有泡沫喷淋)，完全满足新规范要求，无需另加其它措施。

　　此外，设计工作作为一种服务业，其宗旨是以客户满意为第一目标。在设计工作阶段，客户会根据其需要或者投资情况提出各种不同的建议和要求，由于专业角度的不一致，客户的有些要求是不符合设计规范的。面对这种情况，我们应以设计规范为第一准则，只有在满足设计规范要求的前提下实现风险最小化，方能考虑如何尽可能地满足客户的需求。

　　考虑到投资成本，目前很多储罐区的消防污水由于客户的意见和要求未采取措施进行收集，一旦进入雨水管道并排放至市政雨水管网和天然水体，将造成地下水、地表水的严重污染。从该化工厂火灾现场看，由于消防污水和清净雨水系统分流设计到位，储罐区的消防污水被及时收集，未造成环境污染。2005年11月16日中石油吉林化工公司双苯厂发生爆炸而引起火灾后，由于消防和现场清理过程中消防污水排入松花江，造成了重大松花江污染事件[[6]]。

　　2 消防法规及其它相关资料是消防设计的重要补充

　　在实际设计过程中，往往发现很多设计内容无法在设计规范中找到相关设计准则，这种情况下即需要参考国外相关规范或者同类型设计经验，并通过会议讨论，形成纪要，经当地消防主管部门审核通过方可执行。

　　2.1 充分借鉴相关规范和经验

　　由于国内技术条件的限制，我国尚不能对一些消防设计规范做出比较精确的规定，往往需要参考国外设计规范，主要是美国消防协会NFPA。当一些设计标准在国外设计规范也无法找到或者与国内实际情况差别较大时，则需要借鉴一些成果的设计经验，在此基础上结合实际情况进行设计。

　　2.2 加强理论与实际结合

　　除了严格执行设计规范外，还需根据实际运转和测试情况，选择较合理的设计方案。

　　如对可燃液体储罐冷却水方式，目前我国很多储罐区采用固定式冷却水系统与消防水炮相结合的方式。但从使用效果看这种方式不尽妥当。一方面水炮工作压力比较大，普通厂区工作人员操作难度大，而且当水炮与固定式喷淋系统同时工作时，系统水压无法保证固定喷淋系统正常工作;另一方面，水炮耗水量比较大，易造成消防水池中的水供应不足，使得固定喷淋系统喷水量达不到设计要求，影响灭火效果。因此根据厂区消防情况，当消防水池及消防泵流量及水压不是很大时，不宜采用固定式冷却水系统与消防水炮相结合的方式。且根据消防设计规范规定，固定式冷却水系统加2支移动水枪保护已足已满足规范灭火要求。

　　结论

　　化工品储罐爆炸事故的发生给全社会敲响了警钟，设计单位要根据化学品特性及建筑的不同情况反复论证，认真做好化工厂的消防设计，并根据不同的需求选择合适的设计规范，以此为标准严格执行。此外，在设计过程中，还应根据客户的愿望和需求，充分借鉴相关资料和国内外成果经验，综合考虑投资和效益的关系，在满足设计规范的前提下采取最优设计方案，实现火灾风险最小化。

　　参考文献：

　　[[1]] 葛晓霞，董希琳，郭其云. 大型石油储罐消防设计研究[J]. 中国安全科学学报，2008,18(9):79-83

　　[[2]] 胡晨. 石化装置火灾爆炸风险最小化设计[J]. 石油炼制与化工，2001,32(8):55-58.

　　[[3]] GB50016-2006，建筑设计防火规范[S]

　　[[4]] GB50160-2008，石油化工企业设计防火规范[S]

　　[[5]] 勇俊，贾薇，罗永强. 油罐区消防冷却水问题探讨[J]. 给水排水，2001,27(11):62-63

　　[[6]] 谢有胤. 可燃液体储罐区消防设计探讨[J]. 化工设计，2006,16(2):30-32

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