油罐火灾泡沫灭火剂用量实战系数研究

●李林壁，张 静

(廊坊市消防支队，河北廊坊 065000)

0 引言

随着我国石油工业的不断深入，石油及其产品的需求量不断增长，各种油类储存区不断建立，存储量不断加大。对于这种易燃易爆液体，各种火灾危险因素既多又非常复杂，一旦爆炸起火，往往会形成较大范围的火灾，火势亦异常猛烈［1］。因此，扑救油类火灾顺利与否的关键因素不仅取决于现场力量的多寡，火场形势的复杂程度，还与灭火剂的合理计算、准备和使用息息相关。

目前国内，对处置大型油罐类火灾所用泡沫灭火剂理论用量进行了较系统的研究［2-6］。国外有关学者一直不断地开展油罐火灾方面的研究［7-9］。本文在统计、分析油罐火灾实际案例基础上，采用模糊层次分析法建立了泡沫灭火剂用量实战系数的数学模型，提高了决策的有效性和可靠性。

1 油罐火灾案例泡沫灭火剂用量实战系数统计

我国发生过多起典型油罐火灾案例，对油罐火灾事故进行统计分析，为我国的油罐火灾扑救提供参考。提取出案例中着火油罐的面积、总攻时间、泡沫枪和泡沫炮数量，确定泡沫灭火剂的实际用量和理论用量，分析结果见表1。表1中理论泡沫液量是采用普通蛋白泡沫灭火剂用量的计算方法［2］得到;表1中实战系数k为实际泡沫液量与理论泡沫液量之比;其余数据都是通过分析消防部队火灾案例得到。按照我国实际情况，表1中泡沫枪和泡沫炮的泡沫流量分别取为50 L·s-1和200 L·s-1。

通过表1分析得出:发起总攻扑灭油罐火灾时，总攻的时间一般在30 min左右，甚至更长。泡沫灭火剂用量的实战系数k值都在1．5左右，甚至更高。

表1 油罐火灾案例泡沫灭火剂用量分析表

因此，通过统计可以确定扑救油罐泡沫灭火剂用量最低值应该为理论计算量的1．5倍，比较适合我国实际情况。在泡沫灭火剂用量实战系数数学模型中将“一般影响”的级别赋值为1．5，“中度影响”级别赋值为2．5。在以后的研究中，随着案例的增多，实战系数k将会进一步精确，对实战的指导意义会更加明显。

2 建立泡沫灭火剂用量实战系数数学模型

由于实战系数无法确定为一个定值，也就是说在扑救油罐火灾时，存在着影响泡沫灭火剂用量的因素，而在不同火灾中这些因素的影响力也不同。本文采用层次分析法，不同火灾中各影响因素的影响度用数量形式表达和处理，提高了决策的科学性和可靠性。

2．1 综合影响因素集

扑救油罐火灾的实践表明，室外固定顶油罐发生火灾时，从泡沫炮喷射的泡沫并没有全部有效地供给油罐，有部分泡沫沿罐外壁落下，部分泡沫则被罐顶火焰冲散开，其总损失是非常大的。不同的火场环境，不同的喷射位置都会影响到泡沫液的使用率，这就要求现场指挥员在灭火指挥的时候，要考虑到特定环境下移动泡沫灭火剂在使用过程中的损耗。综合考虑影响因素，列出综合影响因素集，如图1所示。

图1 综合影响因素集

2．2 影响评判集

分析泡沫灭火剂实战用量的各种影响因素，根据油罐火灾扑救实战情况，从影响判断集V中确定级别。影响评判集设为:

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

2．3 单因素模糊评判矩阵

评价目标是“泡沫飞散”Uout时，用3个因素评价建立单因素模糊评判矩阵Rout=(rijout)。由于指标Uout的模糊性，可以通过德尔菲法［10］得到Uout隶属于综合评价评判集中第j个评语Vj的程度，据此构造评判矩阵。

同理，当评价目标为Uin(着火油罐内部影响)和Uw(气候因素)，得到评价矩阵 Rin、Rw。

2．4 综合评价权重集

在评估体系中，需要准确、合理的权重。文中采用AHP法(层次分析法)［11］确定了评估指标的权重，在因素进行两两比较时，采用了表2所示的标度方法。表中因素i与j比较，比较结果记为bij。

表2 因素进行两两比较取值表

依据综合评价因素集图1总结出递阶层次结构，构造比较判断矩阵，进而用和积法［12］求矩阵的特征向量和特征根，并进行一致性检验，满足一致性检验的判断矩阵，其特征向量的各分量即为各个指标对上层指标的权重。

2．4．1 构造各指标判断矩阵

对各因素进行两两对比，按照表2构造出指标权重的判断矩阵，见表3～表6。

表3 一级指标权重

表4 “泡沫飞散”权重

表5 “着火油罐内部因素”权重

表6 “气候因素”权重

2．4．2 进行一致性检验

由于成对比较的数量比较多，很难做到完全一致。事实上，任何成对比较都允许存在一定程度上的不一致。为了解决一致性问题，AHP提供了一种方法来测量成对比较的一致性。如果一致性程度达不到要求，决策者应该在实施AHP分析前重新审核成对比较并做出修改。测量成对比较一致性的方法就是计算一致性指标。如果该一致性指标检验合格，则成对比较的一致性设计就比较合理，进而就可以继续 AHP的综合计算。一致性指标:CR=CI/RI，其中，CI=(λmax-n)/(n-1);由表7 查找相应的平均随机一致性指标RI。

表7 平均随机一致性指标RI

2．5 综合评价

2．5．1 单因素评价结果

评价目标是“泡沫飞散”因素时:

同理，评价目标是“着火油罐内部影响”时:Bin=Win·Rin=(bin1bin2bin3bin4)

评价目标是“气候因素”时:Bw=Ww·Rw=(bw1bw2bw3bw4)

2．5．2 多因素综合评价结果

2．5．3 计算实战系数

依据表1数据，对综合影响评判集的4个级别分别赋予分值，高度影响的分值为5，中度影响的分值为2．5，一般影响的分值为1．5，不影响的分值为1。建立矩阵为 P=(52．51．51)

3 实战系数计算与误差分析

3．1 确定各案例实战系数

由于案例数量来源较少、地区经济差异、燃烧油品性质不同等因素，因此，4个等级的分值，也可以进行调整，以便更适用于火灾扑救。本文计算中，分值矩阵为 P=(52．51．51)。

对表1中的5个案例分别计算实战系数，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 误差分析

对计算出的着火油罐泡沫灭火剂用量的实战系数和表1中的k值进行误差分析，结果如表8所示。案例3和案例5的实战系数误差较小，案例2和案例4的实战系数误差较大。产生误差的原因为:(1)案例3、4和5发生在2000年后，我国经济水平得到提高，能够向火场提供足够的泡沫灭火剂，所以计算系数值普遍小于实际系数值。而案例1和2是发生在1989年和1993年，我国经济水平较低，所以计算系数值普遍大于实际系数值。(2)由于一些案例无法得到第一手火场资料，许多数据是通过我国平均数据分析得到的，因此会导致数据与实际火场存在偏差。

表8 误差分析表

4 结束语

本文利用层次分析法确定出各影响因素的权重，从多方面确定泡沫灭火剂用量的实战系数;对理论计算的实战系数值与实际案例值进行比较，并对误差进行了分析判断，分析了产生误差的原因。可供火灾现场一线指挥人员参考借鉴、辅助决策。由于缺乏第一手调研资料，部分案例时间久远，所以油罐火灾实战案例的部分数据的分析还不够精确，需要进一步探讨。

［1］樊宝德，朱焕勤．油库消防员［M］．北京：中国石化出版社，2005．

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