化工園區遠程供水系統的應用研究

●宋群立，姚 斌，唐慶龍

(1．蚌埠市消防支隊，安徽 蚌埠 233000;2．中國科學技術大學 火災科學國家重點實驗室，安徽 合肥 230027;3．合肥巨瀾安全技術有限責任公司，安徽 合肥 230000)

1 化工園區火災案例及原因分析

1．1 火災案例

化工園區是大型火災發生的重點區域，也是防火防爆重點區域。2013年6月2日14時30分許，中石油大連石化分公司位于甘井子區廠區內聯合車間的939號罐突發爆炸，隨之著火，并相繼引起鄰近的936號、935號和937號儲罐著火。火災發生后，大連市消防部門派出40個中隊846名消防官兵，出動消防車163臺參與滅火，火災造成4人死亡，直接經濟損失數千萬元。這起事故的直接原因為作業人員在罐頂違規違章進行氣割動火作業，切割火焰引燃泄漏的甲苯等易燃易爆氣體，回火至罐內引起儲罐爆炸。2012年5月27日安徽八一化工廠氯苯車間的西樓降膜平臺發生火災。接到報警后，蚌埠市消防支隊先后調集8個大、中隊，26輛消防車、168名消防官兵趕赴現場撲救。安徽省消防總隊全勤指揮部接到報告后，立即啟動跨區域滅火救援預案，迅速調集合肥、淮南、滁州、宿州4個支隊的21輛消防車、136名官兵趕赴現場撲救。該起火災的過火面積達2 800 m2。

1．2 原因分析

1．2．1 起火迅速，過火面積大

化工園區所生產、經營的產品往往都是極易燃燒的物質，并且一旦著火，火勢極易蔓延。特別是石油化工企業、罐區等一旦發生火災，在短短幾分鐘內火勢就可達到難以控制的程度。

1．2．2 火勢兇猛，較容易引起爆炸

石油化工園區或罐區近年來發生多起火災爆炸事故，已造成多人傷亡，給國家和人民帶來巨大的人力和財力損失。對于石油化工園區或罐區火災特性，國內已有大量文獻進行研究，本文不做闡述。

1．2．3 缺少行之有效的供水滅火裝置

水一直是滅火的基本條件。國內外滅火統計資料表明，90%以上的火災可以用水撲救，而火災撲救失利的90%的因素是供水強度不足。因此，滅火成功必須具備足夠的供水強度。

據公安部消防局2007年的一份調査統計，各類重特大火災(如萬噸級油罐、高層建筑、大面積市場、大跨度廠房)，平均滅火供水強度須達到400 L·s-1左右。石化類重特大火災，滅火供水強度則須達到600 L·s-1以上，撲救時間也常常持續數晝夜。

就目前我國石油化工企業大功率供水及滅火裝備的配備現狀來看，大多配備了一定數量的大功率、大流量消防車以及移動式消防炮，但往往因為火場水源有限、供水管網和自動滅火設施的供水強度嚴重不足等原因，造成滅火能力、功效不能完全發揮。《石油化工消防建設規范》要求，石油化工廠區需建設消防蓄水池，消防水池蓄水量應滿足持續消防滅火6 h。但是我國近年來的化工園區火災案例，其滅火時間往往是幾十小時，甚至上百小時，消防蓄水池的水量遠遠不能滿足火場要求。

2 遠程供水滅火系統研究

為解決上述問題，歐美等發達國家率先研制出了遠程供水系統。遠程供水系統可將幾千米甚至幾十千米以外的水源以一定的流量源源不斷地輸送到火災現場，可同時給多臺消防車或消防炮連續長時間供水，滿足火災現場的大范圍長時間滅火作業。當城市或廠區發生內澇時，遠程供水系統也可用于城市或廠區的排澇。目前我國在遠程供水系統的研發和生產上也取得了一定的成果，部分廠商已能夠自主研發和生產遠程供水系統。

2．1 遠程供水系統簡介

目前不管是歐美發達國家的遠程供水系統，還是我國自產的遠程供水系統，都包括兩個部分，一是取水裝置，二是水帶鋪設裝置。這兩種裝置一般都置于改裝的卡車底盤之上。取水裝置配置有大功率柴油機和消防水泵，負責從自然水源中抽水;水帶鋪設裝置配置有水帶存放箱和水帶收卷整理結構，可進行消防水帶的長距離鋪設和收卷整理。整個遠程供水系統運行時，取水裝置從自然水源中取水后，通過消防水帶將水輸送至用水現場。當城市和廠區發生洪水和內澇時，將取水裝置吸水管放置于積水中，通過消防水帶可進行排澇作業。

2．2 國內外研究現狀

當前國內外就遠程供水系統的研究較少，且主要集中在其應用上。朱明榮圍繞消防部隊滅火救援的難題，強調了在滅火救援中水的重要性，能否不間斷、及時地提供足量的水資源，是解決滅火戰斗的關鍵。趙小斌等人在對火災現場供水方法進行總結之后，通過定量的計算論證在新型材料滅火裝備下的供水量，從定量和定性兩方面給出了在消防滅火中的最佳供水方法，為消防部隊火災現場供水提供了一定的支持和參考。傅建橋等人在對大型火災現場滅火的傳統消防裝備研究的基礎上，也采用定性和定量兩種方法來研究新型裝備對我國火災現場供水模式的影響，并提出了我國新型裝備滅火現場供水的建議。

3 遠程供水滅火系統在八一化工廠的應用研究

本文以國內某公司生產的遠程供水系統與大功率滅火裝備相結合，形成遠程供水滅火系統，以安徽八一化工廠為例，研究其具體應用。

3．1 安徽八一化工廠簡介

安徽八一化工廠位于龍子湖區解放北路段，北鄰淮河，從廠區到解放路淮河大橋約1．5 km，擁有自然水源優勢。安徽八一化工廠占地面積約40萬m2，使用面積10．5萬m2，主要生產燒堿、液氯、鹽酸、氯化苯、對鄰硝、酚鈉、對酚、鄰苯二胺等。安徽八一化工廠近年來發生過3起火災爆炸事故，造成1人死亡，多人重傷。

3．2 遠程供水滅火系統在八一化工廠的應用研究

本文所研究的遠程供水滅火系統由取水裝置、水帶鋪設裝置、滅火裝置組成。取水裝置、水帶鋪設裝置與前文中所述內容相同，遠程供水滅火系統的主要性能參數如表1所示。

表1 遠程供水滅火系統的主要性能參數

3．2．1 水源及供水距離研究

安徽八一化工廠距離淮河約為1．5 km，滿足單臺水帶鋪設車水帶鋪設距離，可通過遠程供水系統將淮河水輸送至廠區任何位置。

通過對現場水源進行勘察，取水可通過兩種方式。(1)在解放路淮河大橋進行取水作業，橋面與水面的垂直高度約為30 m，由于季節原因，水位會有所浮動，浮動范圍在2 m以內。故若在解放路淮河大橋上進行取水作業，取水高度需達到35 m，則必須采用液壓潛水泵取水裝置進行取水。(2)在淮河沿岸進行取水作業。河岸離水面高度約為6 m，離心泵取水裝置取水較為困難，故需采用液壓潛水泵取水裝置。同時，考慮到河岸水質較為渾濁，且河岸土質較為松軟，不利于現場設備放置及操作。所以，取水方式采用液壓潛水泵取水裝置在解放路淮河大橋進行垂直取水。

3．2．2 用水量及水損確定

根據我國工業廠區消防用水量規定，對于中型化工廠區合成氨、氨加工、氯堿等裝置的消防用水量為40～60 L·s-1;大型合成氨、氨加工、氯堿等裝置的消防用水量為60～80 L·s-1。假設安徽八一化工廠發生火災，并且相鄰兩個裝置都發生火勢蔓延，則所需的消防供水量為120～160 L·s-1，該遠程供水及滅火系統200 L·s-1的流量完全能夠滿足現場使用。

3．2．2．1 沿程壓力損失

安徽八一化工廠距離解放路淮河大橋1．5 km，經實地調研測量，其海拔高度相差不超過15 m。根據該遠程供水系統的供水距離與供水高度的關系圖(圖1)計算，供水距離為1．5 km時，供水高度為82 m，即末端水帶出水口壓力0．82 MPa。假設安徽八一化工廠發生火災地點，與解放路淮河大橋的路面距離為2．5 km，則供水高度為78 m，即末端出水口壓力為0．78 MPa，減去高度差15 m，則實際末端出水口壓力 0．63 MPa。

圖1 遠程供水系統供水距離與供水高度函數圖

3．2．2．2 局部壓力損失

局部壓力損失包括兩部分，水帶接口處的損失和水帶彎曲的損失。根據現場考察，從解放路淮河大橋到八一化工廠鋪設消防水帶，水帶彎曲度分別為 30°、90°、60°，假設在廠區內部還有 3 個彎曲度，分別為 30°、90°、60°。水帶接口壓損非常小，在研究中可忽略不計，本文只計算水帶彎曲帶來的壓損。局部壓損系數計算公式如下:

式中，d為水帶直徑;R為水帶彎曲的曲率半徑;θ為彎曲水帶的圓心角。

在遠程供水系統中，R遠遠大于d，因此，d可以忽略不計，則公式(1)可簡化為:

水帶中水流速度為:

由于水帶直徑為300 mm，流量為200 L·s-1，則v=3．95 m·s-1。本方案中，共有6個彎角，根據公式(2)可得出 ξ1=0．043，ξ2=0．13，ξ3=0．087，ξ4=0．043，ξ5=0．13，ξ6=0．087，則局部壓力損失系數 ξ= ξ1+ ξ2+ ξ3+ ξ4+ ξ5+ ξ6=0．52。

局部壓力損失計算公式為:

局部損失為0．084 m，可見，局部損失帶來的壓力損失非常小，可以忽略不計。

通過上述計算，遠程供水系統將淮河水引入2．5 km的用水處，出水口壓力0．63 MPa，完全滿足滅火裝置0．1 MPa的要求，滅火裝置可正常使用。

3．2．3 滅火裝置應用簡介

滅火裝置配備大功率消防泵及消防炮，消防炮射程可達120 m，并且配置無線遙控操作，遠程操作距離150 m，如圖2所示。同時，滅火裝置配備8個DN 80快速出水口，2個DN 150快速出水口，可同時給8～10臺消防車或消防炮供水，如圖3所示。

圖2 大功率滅火裝置

圖3 滅火裝置供水功能

3．2．4 遠程供水滅火系統在八一化工廠的應用

遠程供水滅火系統在八一化工廠應用示意圖如圖4所示，其中供水裝置取水，水帶鋪設車(水王系統)輸水，滅火裝置現場滅火。

圖4 遠程供水滅火系統滅火作業圖

遠程供水滅火系統與廠區內其他消防設備(消防車、消防炮)聯合使用示意圖如圖5所示。其中，取水裝置取水、鋪設車鋪設水帶，并供給多臺消防車、消防炮進行滅火(或者由滅火裝置為多臺消防車、消防炮供水)。

圖5 遠程供水滅火系統與其他消防設施組合滅火示意圖

4 結論

在工業化和商業化的時代，大型規模化的工業企業和商業建筑越來越多，遠程供水系統就成為消防部隊應當配備的滅火救援裝備。本文研究了遠程供水滅火系統的工作原理和方法，以安徽省八一化工廠為例，分析遠程供水系統在化工園區的應用，為我國石油化工園區火災安全提供了一定的依據，主要結論如下:在大型化學工業廠區遠程供水系統能有效地解決火災現場用水不足的現狀;遠程供水系統可有效地與傳統的消防滅火裝置(如消防車、消防炮)結合使用，直接為其提供源源不斷的消防用水，進行滅火作業。

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