壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)在石油化工儲罐消防安全中的應(yīng)用

李世環(huán)（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100）

1 吸入式泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)用局限性分析

我國石化罐區(qū)目前消防滅火的主要方式多采用吸入式泡沫滅火系統(tǒng)，近幾年，多起罐區(qū)火災(zāi)印證，真正起到滅火作用的多是消防救援隊出動多臺消防車和多名消防隊員，耗時幾個甚至幾十個小時才將大火熄滅，造成了巨大的經(jīng)濟損失，罐區(qū)設(shè)置的固定滅火裝置所起的作用效果不顯著。從多年工程實踐總結(jié)，傳統(tǒng)的吸入式泡沫滅火系統(tǒng)有以下問題：

（1）系統(tǒng)用大量的水與泡沫原液進行混合，從系統(tǒng)末端噴射釋放的泡沫混合液大小不一，系統(tǒng)產(chǎn)生的泡沫不均勻，泡沫空隙率高，產(chǎn)生的泡沫易破碎；

（2）系統(tǒng)的末端泡沫發(fā)生器設(shè)置在儲罐上，火災(zāi)工況下，火場周圍空氣中會伴有大量的煙塵等雜質(zhì)，系統(tǒng)采用吸入式發(fā)泡[1]，極易將煙塵等雜質(zhì)吸入泡沫發(fā)生器內(nèi)，影響泡沫混合液正常發(fā)泡；

（3）浮頂儲罐采用的泡沫發(fā)生器多采用玻璃密封，儲罐在裝載、卸車作業(yè)過程中儲罐內(nèi)壓力波動，極易將泡沫發(fā)生器的玻璃密封損壞，導(dǎo)致儲罐內(nèi)油氣外漏，廢氣通過泡沫產(chǎn)生器發(fā)泡板或者是消防管道連接接口處泄漏至大氣，引發(fā)安全事故，影響儲罐的消防安全。

綜上所述，傳統(tǒng)的吸入式泡沫滅火系統(tǒng)中，泡沫產(chǎn)生器的設(shè)置、日常使用維護、泡沫原液與消防水的混合均勻性、泡沫混合液質(zhì)量等方面出現(xiàn)問題，極易造成整個系統(tǒng)失效，起不到滅火作用。系統(tǒng)產(chǎn)生的泡沫混合液質(zhì)量劣質(zhì)，附著力小，泡沫動能低，不但起不到隔絕空氣的作用，大幅度降低泡沫混合液的析液時間，還會造成罐區(qū)火災(zāi)大面積復(fù)燃，極易引發(fā)二次火災(zāi)的風險，增加了救援難度，對人員生命安全造成嚴重威脅。

眾所周知，石化罐區(qū)從發(fā)生火災(zāi)到消防救援隊到達現(xiàn)場的10～15分鐘是滅初期火災(zāi)的黃金期，罐區(qū)設(shè)置的固定式滅火裝置能否在這段黃金期及時、有效地發(fā)揮滅火作用，就顯得至關(guān)重要。

2 壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)概述

2.1 工作原理

系統(tǒng)由壓縮空氣泡沫產(chǎn)生裝置、壓縮空氣泡沫釋放裝置、控制系統(tǒng)、電動（氣動）閥門和管路等附件組成，系統(tǒng)可以在發(fā)生火災(zāi)時向防護區(qū)施加壓縮空氣泡沫，進行滅火。和傳統(tǒng)的吸入式泡沫滅火裝置相比，固定式壓縮空氣泡沫滅火裝置具備獨有的優(yōu)勢，系統(tǒng)在穩(wěn)定性、安全性、效率性方面表現(xiàn)良好。

壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)，從原理上[2]來說是將壓縮空氣注入泡沫混合液中使之發(fā)泡，壓縮空氣從系統(tǒng)源頭注入，在整個系統(tǒng)管路內(nèi)充分、均勻混合發(fā)泡，由此可形成細膩、均勻泡沫，以設(shè)定的壓力（高動能）在系統(tǒng)末端噴射裝置釋放，進行滅火。常用的噴射裝置包括噴嘴、泡沫炮、噴頭等。

系統(tǒng)的泡沫產(chǎn)生裝置（核心裝置）都是在遠離保護區(qū)域外（非爆炸危險區(qū)域）設(shè)置的，系統(tǒng)通過一系列的聯(lián)鎖控制過程，可程序控制配比滿足消防要求精準的泡沫混合液，通過管路輸送至防護區(qū)內(nèi)進行釋放。從系統(tǒng)整個過程原理來看，較傳統(tǒng)吸入式泡沫滅火系統(tǒng)，壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)將滅火用的泡沫混合液的配比工序放到了整個系統(tǒng)的首端，將壓力氣體正壓輸入，通過氣液混合器、長距離輸送管路保證泡沫混合液均勻、細膩且?guī)в休^高壓力，確保泡沫混合液在系統(tǒng)最末端的噴射裝置處仍具有較高動能，可穿越火災(zāi)現(xiàn)場的火羽流，噴射距離遠。

壓縮空氣泡沫是泡沫混合液和壓力氣體在氣液混合裝置中混合形成的泡沫，即泡沫混合液和壓力氣體按照一定流量比例，在一定壓力作用下同時注入到氣液混合裝置中，混合裝置內(nèi)部裝有擾流器，擾流器使得兩種氣體混合在一起，形成一定發(fā)泡倍數(shù)的泡沫液。這些泡沫液會經(jīng)過管道和噴射器輸送到被保護對象的具體位置上。

2.2 滅火劑-泡沫液類型

和固定式壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)配套的滅火劑包含A類和B類兩個類型，一般情況下，A類滅火劑在容易燃燒的液體火災(zāi)中使用比較廣泛。

消防部門的人員表示，在將壓縮空氣泡沫系統(tǒng)和蛋白泡沫滅火系統(tǒng)聯(lián)合在一起使用能夠有效替代PFOS泡沫滅火劑[3]，由此明確了壓縮空氣蛋白泡沫的實際應(yīng)用有效性，以及其在替代其他泡沫滅火劑的可行性、可操作性。

壓縮空氣泡沫系統(tǒng)在最開始應(yīng)用時的應(yīng)用目的類似于A類泡沫，適合用來撲救A類型的火災(zāi)，不能夠用來撲救大范圍的火災(zāi)。從實際應(yīng)用情況來看，這類設(shè)備在使用的時候也能夠用來產(chǎn)生B類的泡沫[4]，但是出于各個因素的考慮會選擇使用A類滅火劑。壓縮空氣B類的滅火泡沫多出現(xiàn)在消防車上，和A類壓縮空氣滅火泡沫是同時存在和使用的。

滅火劑品質(zhì)的好壞，直接影響系統(tǒng)的使用效果。國外某品牌的泡沫液經(jīng)過嚴格歐盟標準和NFPA18認證，無毒無刺激，可在15天內(nèi)99%生物降解，對人、動物和水體均無毒害，是一種新型的環(huán)保型泡沫液。獨特的微六邊形泡沫結(jié)構(gòu)，高沖量、泡沫大小均勻細膩、泡沫穩(wěn)定性高、附著力強、泡沫在噴射后，可形成泡沫毯，隔絕空氣效果顯著，不易復(fù)燃。

2.3 系統(tǒng)形式種類

根據(jù)安裝方式不同，壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)分為固定式、半固定式、移動式。根據(jù)工程項目使用的具體工況，結(jié)合儲罐儲存物料的火災(zāi)危險性，有多種選擇，也可以選擇固定式和移動式組合式的配置形式。移動式壓縮空氣泡沫滅火裝置有車載式、手動便攜式（移動式）、集成式等。

車載式壓縮空氣泡沫滅火設(shè)備主要應(yīng)用在移動式消防車輛上，具有方便、高效、安全、環(huán)保的特點，從實際應(yīng)用情況來看，壓縮空氣泡沫消防車在滅火時的效率較高，滅火強度大，滅火過程中對水資源的消耗比較少。

手動便攜式（移動式）小型設(shè)備充分考慮攜帶便利、占用空間、使用操作靈活的特點，被應(yīng)用在機場、煉油廠、軍事基地、博物館、圖書館等場所。

集成壓縮空氣泡沫系統(tǒng)由自動發(fā)動機驅(qū)動，在具體實施操作的時候集合空壓機、比例混合器、水泵、發(fā)動機、控制器等，通常為撬塊設(shè)備，系統(tǒng)緊湊、占地面積小，應(yīng)用在高層建筑、地鐵隧道等封閉空間居多。

3 固定式壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)在罐區(qū)使用案例分析

3.1 項目概況

某項目罐區(qū)包括4座50 m3固定頂儲罐，1座50 m3臥式儲罐，2座100 m3浮頂儲罐。儲存介質(zhì)為溶劑油、二甲苯、異丙胺。儲罐區(qū)火災(zāi)危險性分類為甲類。

3.2 滅火設(shè)計方案

項目設(shè)置固定式壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)，具體方案如下：

內(nèi)浮頂儲罐采用液上噴射系統(tǒng)；固定頂儲罐采用液下噴射系統(tǒng)；防火堤四周布置泡沫噴嘴，撲救防火堤內(nèi)液體流散火災(zāi)，其余儲罐區(qū)設(shè)置儲罐液上噴射系統(tǒng)保護固定頂儲罐，噴頭安裝圖如圖1、圖2所示。

圖1 罐區(qū)滅火及冷卻噴頭示意圖

圖2 防火堤滅火噴頭示意圖

項目設(shè)置一套固定式壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)。采用實時比例混合系統(tǒng)，當火災(zāi)發(fā)生時，水和泡沫液通過泡沫比例混合器形成泡沫混合液，泡沫混合液和壓縮空氣再通過泡沫發(fā)生器，產(chǎn)生壓縮空氣泡沫通過著火區(qū)的釋放裝置進行噴放。

用于冷卻系統(tǒng)采用干泡沫，用于滅火系統(tǒng)采用濕泡沫。按照同一時間，一處火情，系統(tǒng)按照保護范圍內(nèi)泡沫混合液流量和使用總量最大的防護區(qū)進行設(shè)計。最大防護區(qū)為異丙胺儲罐區(qū)，沿防火堤四周布置泡沫噴嘴。發(fā)生火情時泡沫噴嘴全部噴放，泡沫混合液供給強度不小于5 L/(min·m2)，則泡沫混合液流量不小于720 L/min；同時使用一把泡沫噴槍，泡沫混合液流量不小于240 L/min。泡沫混合液總流量不小于960 L/min。

主要設(shè)計參數(shù)：

（1）非水溶性液體儲罐液上噴射系統(tǒng)泡沫混合液供給強度不小于2.5 L/(min·m2)；水溶性液體儲罐液上噴射系統(tǒng)泡沫混合液供給強度不小于6.0 L/(min·m2)；防火堤內(nèi)流散火災(zāi)保護不小于5 L/(min·m2)；

（2）連續(xù)供給時間：非水溶性液體儲罐液上噴射系統(tǒng)45 min；水溶性液體儲罐液上噴射系統(tǒng)30 min；防火堤內(nèi)流散火災(zāi)保護60 min；

（3）壓縮空氣泡沫釋放裝置工作壓力：0.1 MPa；

（4）泡沫液混合比例為0.6%，采用B類耐醇泡沫；

（5）自泡沫中析出其質(zhì)量25%的液體所需要的時間大于3.5 min；

（6）系統(tǒng)響應(yīng)時間≤5 min；

（7）氣液比為 6∶1。

系統(tǒng)設(shè)置了泡沫站1座，泵站內(nèi)設(shè)置了2臺泡沫供水泵，1套壓縮空氣泡沫滅火裝置及配套的控制設(shè)備，管道布置如圖3所示。廠區(qū)設(shè)置固定式消防水罐，儲存一定量的消防水，消防補水采用市政管道，保證了項目消防用水的可靠性。

圖3 管道布置圖

3.3 系統(tǒng)控制過程

（1)自動（聯(lián)鎖）控制；（2)手動（遠程）啟動；（3）應(yīng)急（現(xiàn)場）啟動。

同時壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)與廠區(qū)火災(zāi)報警系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動通訊，系統(tǒng)的狀態(tài)也需要反饋至火警系統(tǒng)內(nèi)，確保火災(zāi)報警系統(tǒng)實時監(jiān)測壓縮控制泡沫滅火系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，文章分析了傳統(tǒng)吸入式泡沫滅火系統(tǒng)在應(yīng)用過程中存在的相關(guān)問題，介紹了壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)的組成、工作原理及其適用范圍，以國內(nèi)一個小規(guī)模的儲罐區(qū)作為工程實例進行舉例說明，可為后續(xù)的儲罐消防工程設(shè)計，提供一些參考。消防工程設(shè)計可打破固有理念，勇于采用新型、前沿、可靠的消防技術(shù)，以提高儲罐區(qū)消防安全。壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用的項目不多，未來仍需要相關(guān)人員進一步的研究，進而對系統(tǒng)的有效性、可靠性進行驗證。