油罐火災(zāi)泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)研究

●李林壁，張 靜

(廊坊市消防支隊，河北廊坊 065000)

0 引言

隨著我國石油工業(yè)的不斷深入，石油及其產(chǎn)品的需求量不斷增長，各種油類儲存區(qū)不斷建立，存儲量不斷加大。對于這種易燃易爆液體，各種火災(zāi)危險因素既多又非常復(fù)雜，一旦爆炸起火，往往會形成較大范圍的火災(zāi)，火勢亦異常猛烈［1］。因此，撲救油類火災(zāi)順利與否的關(guān)鍵因素不僅取決于現(xiàn)場力量的多寡，火場形勢的復(fù)雜程度，還與滅火劑的合理計算、準(zhǔn)備和使用息息相關(guān)。

目前國內(nèi)，對處置大型油罐類火災(zāi)所用泡沫滅火劑理論用量進行了較系統(tǒng)的研究［2-6］。國外有關(guān)學(xué)者一直不斷地開展油罐火災(zāi)方面的研究［7-9］。本文在統(tǒng)計、分析油罐火災(zāi)實際案例基礎(chǔ)上，采用模糊層次分析法建立了泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)的數(shù)學(xué)模型，提高了決策的有效性和可靠性。

1 油罐火災(zāi)案例泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)統(tǒng)計

我國發(fā)生過多起典型油罐火災(zāi)案例，對油罐火災(zāi)事故進行統(tǒng)計分析，為我國的油罐火災(zāi)撲救提供參考。提取出案例中著火油罐的面積、總攻時間、泡沫槍和泡沫炮數(shù)量，確定泡沫滅火劑的實際用量和理論用量，分析結(jié)果見表1。表1中理論泡沫液量是采用普通蛋白泡沫滅火劑用量的計算方法［2］得到;表1中實戰(zhàn)系數(shù)k為實際泡沫液量與理論泡沫液量之比;其余數(shù)據(jù)都是通過分析消防部隊火災(zāi)案例得到。按照我國實際情況，表1中泡沫槍和泡沫炮的泡沫流量分別取為50 L·s-1和200 L·s-1。

通過表1分析得出:發(fā)起總攻撲滅油罐火災(zāi)時，總攻的時間一般在30 min左右，甚至更長。泡沫滅火劑用量的實戰(zhàn)系數(shù)k值都在1．5左右，甚至更高。

表1 油罐火災(zāi)案例泡沫滅火劑用量分析表

因此，通過統(tǒng)計可以確定撲救油罐泡沫滅火劑用量最低值應(yīng)該為理論計算量的1．5倍，比較適合我國實際情況。在泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)數(shù)學(xué)模型中將“一般影響”的級別賦值為1．5，“中度影響”級別賦值為2．5。在以后的研究中，隨著案例的增多，實戰(zhàn)系數(shù)k將會進一步精確，對實戰(zhàn)的指導(dǎo)意義會更加明顯。

2 建立泡沫滅火劑用量實戰(zhàn)系數(shù)數(shù)學(xué)模型

由于實戰(zhàn)系數(shù)無法確定為一個定值，也就是說在撲救油罐火災(zāi)時，存在著影響泡沫滅火劑用量的因素，而在不同火災(zāi)中這些因素的影響力也不同。本文采用層次分析法，不同火災(zāi)中各影響因素的影響度用數(shù)量形式表達(dá)和處理，提高了決策的科學(xué)性和可靠性。

2．1 綜合影響因素集

撲救油罐火災(zāi)的實踐表明，室外固定頂油罐發(fā)生火災(zāi)時，從泡沫炮噴射的泡沫并沒有全部有效地供給油罐，有部分泡沫沿罐外壁落下，部分泡沫則被罐頂火焰沖散開，其總損失是非常大的。不同的火場環(huán)境，不同的噴射位置都會影響到泡沫液的使用率，這就要求現(xiàn)場指揮員在滅火指揮的時候，要考慮到特定環(huán)境下移動泡沫滅火劑在使用過程中的損耗。綜合考慮影響因素，列出綜合影響因素集，如圖1所示。

圖1 綜合影響因素集

2．2 影響評判集

分析泡沫滅火劑實戰(zhàn)用量的各種影響因素，根據(jù)油罐火災(zāi)撲救實戰(zhàn)情況，從影響判斷集V中確定級別。影響評判集設(shè)為:

V=(V1(高度影響)，V2(中度影響)，V3(一般影響)，V4(不影響))

2．3 單因素模糊評判矩陣

評價目標(biāo)是“泡沫飛散”Uout時，用3個因素評價建立單因素模糊評判矩陣Rout=(rijout)。由于指標(biāo)Uout的模糊性，可以通過德爾菲法［10］得到Uout隸屬于綜合評價評判集中第j個評語Vj的程度，據(jù)此構(gòu)造評判矩陣。

同理，當(dāng)評價目標(biāo)為Uin(著火油罐內(nèi)部影響)和Uw(氣候因素)，得到評價矩陣 Rin、Rw。

2．4 綜合評價權(quán)重集

在評估體系中，需要準(zhǔn)確、合理的權(quán)重。文中采用AHP法(層次分析法)［11］確定了評估指標(biāo)的權(quán)重，在因素進行兩兩比較時，采用了表2所示的標(biāo)度方法。表中因素i與j比較，比較結(jié)果記為bij。

表2 因素進行兩兩比較取值表

依據(jù)綜合評價因素集圖1總結(jié)出遞階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造比較判斷矩陣，進而用和積法［12］求矩陣的特征向量和特征根，并進行一致性檢驗，滿足一致性檢驗的判斷矩陣，其特征向量的各分量即為各個指標(biāo)對上層指標(biāo)的權(quán)重。

2．4．1 構(gòu)造各指標(biāo)判斷矩陣

對各因素進行兩兩對比，按照表2構(gòu)造出指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣，見表3～表6。

表3 一級指標(biāo)權(quán)重

表4 “泡沫飛散”權(quán)重

表5 “著火油罐內(nèi)部因素”權(quán)重

表6 “氣候因素”權(quán)重

2．4．2 進行一致性檢驗

由于成對比較的數(shù)量比較多，很難做到完全一致。事實上，任何成對比較都允許存在一定程度上的不一致。為了解決一致性問題，AHP提供了一種方法來測量成對比較的一致性。如果一致性程度達(dá)不到要求，決策者應(yīng)該在實施AHP分析前重新審核成對比較并做出修改。測量成對比較一致性的方法就是計算一致性指標(biāo)。如果該一致性指標(biāo)檢驗合格，則成對比較的一致性設(shè)計就比較合理，進而就可以繼續(xù) AHP的綜合計算。一致性指標(biāo):CR=CI/RI，其中，CI=(λmax-n)/(n-1);由表7 查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標(biāo)RI。

表7 平均隨機一致性指標(biāo)RI

2．5 綜合評價

2．5．1 單因素評價結(jié)果

評價目標(biāo)是“泡沫飛散”因素時:

同理，評價目標(biāo)是“著火油罐內(nèi)部影響”時:Bin=Win·Rin=(bin1bin2bin3bin4)

評價目標(biāo)是“氣候因素”時:Bw=Ww·Rw=(bw1bw2bw3bw4)

2．5．2 多因素綜合評價結(jié)果

2．5．3 計算實戰(zhàn)系數(shù)

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，對綜合影響評判集的4個級別分別賦予分值，高度影響的分值為5，中度影響的分值為2．5，一般影響的分值為1．5，不影響的分值為1。建立矩陣為 P=(52．51．51)

3 實戰(zhàn)系數(shù)計算與誤差分析

3．1 確定各案例實戰(zhàn)系數(shù)

由于案例數(shù)量來源較少、地區(qū)經(jīng)濟差異、燃燒油品性質(zhì)不同等因素，因此，4個等級的分值，也可以進行調(diào)整，以便更適用于火災(zāi)撲救。本文計算中，分值矩陣為 P=(52．51．51)。

對表1中的5個案例分別計算實戰(zhàn)系數(shù)，案例1:k=A·PT=2．0;案例2:k=A·PT=2．2;案例3:k=A·PT=2．4;案例 4:k=A·PT=2．3;案例5:k=A·PT=2．27

3．2 誤差分析

對計算出的著火油罐泡沫滅火劑用量的實戰(zhàn)系數(shù)和表1中的k值進行誤差分析，結(jié)果如表8所示。案例3和案例5的實戰(zhàn)系數(shù)誤差較小，案例2和案例4的實戰(zhàn)系數(shù)誤差較大。產(chǎn)生誤差的原因為:(1)案例3、4和5發(fā)生在2000年后，我國經(jīng)濟水平得到提高，能夠向火場提供足夠的泡沫滅火劑，所以計算系數(shù)值普遍小于實際系數(shù)值。而案例1和2是發(fā)生在1989年和1993年，我國經(jīng)濟水平較低，所以計算系數(shù)值普遍大于實際系數(shù)值。(2)由于一些案例無法得到第一手火場資料，許多數(shù)據(jù)是通過我國平均數(shù)據(jù)分析得到的，因此會導(dǎo)致數(shù)據(jù)與實際火場存在偏差。

表8 誤差分析表

4 結(jié)束語

本文利用層次分析法確定出各影響因素的權(quán)重，從多方面確定泡沫滅火劑用量的實戰(zhàn)系數(shù);對理論計算的實戰(zhàn)系數(shù)值與實際案例值進行比較，并對誤差進行了分析判斷，分析了產(chǎn)生誤差的原因。可供火災(zāi)現(xiàn)場一線指揮人員參考借鑒、輔助決策。由于缺乏第一手調(diào)研資料，部分案例時間久遠(yuǎn)，所以油罐火災(zāi)實戰(zhàn)案例的部分?jǐn)?shù)據(jù)的分析還不夠精確，需要進一步探討。

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