化工园区远程供水系统的应用研究

●宋群立，姚 斌，唐庆龙

(1．蚌埠市消防支队，安徽 蚌埠 233000;2．中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230027;3．合肥巨澜安全技术有限责任公司，安徽 合肥 230000)

1 化工园区火灾案例及原因分析

1．1 火灾案例

化工园区是大型火灾发生的重点区域，也是防火防爆重点区域。2013年6月2日14时30分许，中石油大连石化分公司位于甘井子区厂区内联合车间的939号罐突发爆炸，随之着火，并相继引起邻近的936号、935号和937号储罐着火。火灾发生后，大连市消防部门派出40个中队846名消防官兵，出动消防车163台参与灭火，火灾造成4人死亡，直接经济损失数千万元。这起事故的直接原因为作业人员在罐顶违规违章进行气割动火作业，切割火焰引燃泄漏的甲苯等易燃易爆气体，回火至罐内引起储罐爆炸。2012年5月27日安徽八一化工厂氯苯车间的西楼降膜平台发生火灾。接到报警后，蚌埠市消防支队先后调集8个大、中队，26辆消防车、168名消防官兵赶赴现场扑救。安徽省消防总队全勤指挥部接到报告后，立即启动跨区域灭火救援预案，迅速调集合肥、淮南、滁州、宿州4个支队的21辆消防车、136名官兵赶赴现场扑救。该起火灾的过火面积达2 800 m2。

1．2 原因分析

1．2．1 起火迅速，过火面积大

化工园区所生产、经营的产品往往都是极易燃烧的物质，并且一旦着火，火势极易蔓延。特别是石油化工企业、罐区等一旦发生火灾，在短短几分钟内火势就可达到难以控制的程度。

1．2．2 火势凶猛，较容易引起爆炸

石油化工园区或罐区近年来发生多起火灾爆炸事故，已造成多人伤亡，给国家和人民带来巨大的人力和财力损失。对于石油化工园区或罐区火灾特性，国内已有大量文献进行研究，本文不做阐述。

1．2．3 缺少行之有效的供水灭火装置

水一直是灭火的基本条件。国内外灭火统计资料表明，90%以上的火灾可以用水扑救，而火灾扑救失利的90%的因素是供水强度不足。因此，灭火成功必须具备足够的供水强度。

据公安部消防局2007年的一份调査统计，各类重特大火灾(如万吨级油罐、高层建筑、大面积市场、大跨度厂房)，平均灭火供水强度须达到400 L·s-1左右。石化类重特大火灾，灭火供水强度则须达到600 L·s-1以上，扑救时间也常常持续数昼夜。

就目前我国石油化工企业大功率供水及灭火装备的配备现状来看，大多配备了一定数量的大功率、大流量消防车以及移动式消防炮，但往往因为火场水源有限、供水管网和自动灭火设施的供水强度严重不足等原因，造成灭火能力、功效不能完全发挥。《石油化工消防建设规范》要求，石油化工厂区需建设消防蓄水池，消防水池蓄水量应满足持续消防灭火6 h。但是我国近年来的化工园区火灾案例，其灭火时间往往是几十小时，甚至上百小时，消防蓄水池的水量远远不能满足火场要求。

2 远程供水灭火系统研究

为解决上述问题，欧美等发达国家率先研制出了远程供水系统。远程供水系统可将几千米甚至几十千米以外的水源以一定的流量源源不断地输送到火灾现场，可同时给多台消防车或消防炮连续长时间供水，满足火灾现场的大范围长时间灭火作业。当城市或厂区发生内涝时，远程供水系统也可用于城市或厂区的排涝。目前我国在远程供水系统的研发和生产上也取得了一定的成果，部分厂商已能够自主研发和生产远程供水系统。

2．1 远程供水系统简介

目前不管是欧美发达国家的远程供水系统，还是我国自产的远程供水系统，都包括两个部分，一是取水装置，二是水带铺设装置。这两种装置一般都置于改装的卡车底盘之上。取水装置配置有大功率柴油机和消防水泵，负责从自然水源中抽水;水带铺设装置配置有水带存放箱和水带收卷整理结构，可进行消防水带的长距离铺设和收卷整理。整个远程供水系统运行时，取水装置从自然水源中取水后，通过消防水带将水输送至用水现场。当城市和厂区发生洪水和内涝时，将取水装置吸水管放置于积水中，通过消防水带可进行排涝作业。

2．2 国内外研究现状

当前国内外就远程供水系统的研究较少，且主要集中在其应用上。朱明荣围绕消防部队灭火救援的难题，强调了在灭火救援中水的重要性，能否不间断、及时地提供足量的水资源，是解决灭火战斗的关键。赵小斌等人在对火灾现场供水方法进行总结之后，通过定量的计算论证在新型材料灭火装备下的供水量，从定量和定性两方面给出了在消防灭火中的最佳供水方法，为消防部队火灾现场供水提供了一定的支持和参考。傅建桥等人在对大型火灾现场灭火的传统消防装备研究的基础上，也采用定性和定量两种方法来研究新型装备对我国火灾现场供水模式的影响，并提出了我国新型装备灭火现场供水的建议。

3 远程供水灭火系统在八一化工厂的应用研究

本文以国内某公司生产的远程供水系统与大功率灭火装备相结合，形成远程供水灭火系统，以安徽八一化工厂为例，研究其具体应用。

3．1 安徽八一化工厂简介

安徽八一化工厂位于龙子湖区解放北路段，北邻淮河，从厂区到解放路淮河大桥约1．5 km，拥有自然水源优势。安徽八一化工厂占地面积约40万m2，使用面积10．5万m2，主要生产烧碱、液氯、盐酸、氯化苯、对邻硝、酚钠、对酚、邻苯二胺等。安徽八一化工厂近年来发生过3起火灾爆炸事故，造成1人死亡，多人重伤。

3．2 远程供水灭火系统在八一化工厂的应用研究

本文所研究的远程供水灭火系统由取水装置、水带铺设装置、灭火装置组成。取水装置、水带铺设装置与前文中所述内容相同，远程供水灭火系统的主要性能参数如表1所示。

表1 远程供水灭火系统的主要性能参数

3．2．1 水源及供水距离研究

安徽八一化工厂距离淮河约为1．5 km，满足单台水带铺设车水带铺设距离，可通过远程供水系统将淮河水输送至厂区任何位置。

通过对现场水源进行勘察，取水可通过两种方式。(1)在解放路淮河大桥进行取水作业，桥面与水面的垂直高度约为30 m，由于季节原因，水位会有所浮动，浮动范围在2 m以内。故若在解放路淮河大桥上进行取水作业，取水高度需达到35 m，则必须采用液压潜水泵取水装置进行取水。(2)在淮河沿岸进行取水作业。河岸离水面高度约为6 m，离心泵取水装置取水较为困难，故需采用液压潜水泵取水装置。同时，考虑到河岸水质较为浑浊，且河岸土质较为松软，不利于现场设备放置及操作。所以，取水方式采用液压潜水泵取水装置在解放路淮河大桥进行垂直取水。

3．2．2 用水量及水损确定

根据我国工业厂区消防用水量规定，对于中型化工厂区合成氨、氨加工、氯碱等装置的消防用水量为40～60 L·s-1;大型合成氨、氨加工、氯碱等装置的消防用水量为60～80 L·s-1。假设安徽八一化工厂发生火灾，并且相邻两个装置都发生火势蔓延，则所需的消防供水量为120～160 L·s-1，该远程供水及灭火系统200 L·s-1的流量完全能够满足现场使用。

3．2．2．1 沿程压力损失

安徽八一化工厂距离解放路淮河大桥1．5 km，经实地调研测量，其海拔高度相差不超过15 m。根据该远程供水系统的供水距离与供水高度的关系图(图1)计算，供水距离为1．5 km时，供水高度为82 m，即末端水带出水口压力0．82 MPa。假设安徽八一化工厂发生火灾地点，与解放路淮河大桥的路面距离为2．5 km，则供水高度为78 m，即末端出水口压力为0．78 MPa，减去高度差15 m，则实际末端出水口压力 0．63 MPa。

图1 远程供水系统供水距离与供水高度函数图

3．2．2．2 局部压力损失

局部压力损失包括两部分，水带接口处的损失和水带弯曲的损失。根据现场考察，从解放路淮河大桥到八一化工厂铺设消防水带，水带弯曲度分别为 30°、90°、60°，假设在厂区内部还有 3 个弯曲度，分别为 30°、90°、60°。水带接口压损非常小，在研究中可忽略不计，本文只计算水带弯曲带来的压损。局部压损系数计算公式如下:

式中，d为水带直径;R为水带弯曲的曲率半径;θ为弯曲水带的圆心角。

在远程供水系统中，R远远大于d，因此，d可以忽略不计，则公式(1)可简化为:

水带中水流速度为:

由于水带直径为300 mm，流量为200 L·s-1，则v=3．95 m·s-1。本方案中，共有6个弯角，根据公式(2)可得出 ξ1=0．043，ξ2=0．13，ξ3=0．087，ξ4=0．043，ξ5=0．13，ξ6=0．087，则局部压力损失系数 ξ= ξ1+ ξ2+ ξ3+ ξ4+ ξ5+ ξ6=0．52。

局部压力损失计算公式为:

局部损失为0．084 m，可见，局部损失带来的压力损失非常小，可以忽略不计。

通过上述计算，远程供水系统将淮河水引入2．5 km的用水处，出水口压力0．63 MPa，完全满足灭火装置0．1 MPa的要求，灭火装置可正常使用。

3．2．3 灭火装置应用简介

灭火装置配备大功率消防泵及消防炮，消防炮射程可达120 m，并且配置无线遥控操作，远程操作距离150 m，如图2所示。同时，灭火装置配备8个DN 80快速出水口，2个DN 150快速出水口，可同时给8～10台消防车或消防炮供水，如图3所示。

图2 大功率灭火装置

图3 灭火装置供水功能

3．2．4 远程供水灭火系统在八一化工厂的应用

远程供水灭火系统在八一化工厂应用示意图如图4所示，其中供水装置取水，水带铺设车(水王系统)输水，灭火装置现场灭火。

图4 远程供水灭火系统灭火作业图

远程供水灭火系统与厂区内其他消防设备(消防车、消防炮)联合使用示意图如图5所示。其中，取水装置取水、铺设车铺设水带，并供给多台消防车、消防炮进行灭火(或者由灭火装置为多台消防车、消防炮供水)。

图5 远程供水灭火系统与其他消防设施组合灭火示意图

4 结论

在工业化和商业化的时代，大型规模化的工业企业和商业建筑越来越多，远程供水系统就成为消防部队应当配备的灭火救援装备。本文研究了远程供水灭火系统的工作原理和方法，以安徽省八一化工厂为例，分析远程供水系统在化工园区的应用，为我国石油化工园区火灾安全提供了一定的依据，主要结论如下:在大型化学工业厂区远程供水系统能有效地解决火灾现场用水不足的现状;远程供水系统可有效地与传统的消防灭火装置(如消防车、消防炮)结合使用，直接为其提供源源不断的消防用水，进行灭火作业。

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