油罐火灾扑救灭火阵地的设置研究

王 铁

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)

油罐火灾扑救灭火阵地的设置研究

王 铁

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)

油罐火灾是近年来发生比较频繁的一类安全事故。油罐火灾扑救过程中存在很多危险因素，而正确设置灭火阵地是保障消防人员人身安全的重要措施之一。以油罐敞开式燃烧为例对灭火阵地的设置进行了介绍，提出了根据灭火作业距离和安全距离计算出灭火共享区来确定灭火阵地的方法。

油罐；火灾；灭火阵地

0 引言

油罐火灾是消防部队经常面对的火灾之一，消防部队在油罐火灾扑救的过程中也积累了丰富的经验，但在现场扑救的过程中伤亡事故仍然时有发生，一则说明消防人员对油罐火灾发展的规律还不熟悉，二则说明现有消防扑救措施并不是完全得力，消防人员没有考虑到油罐的大小、油位的高低、燃烧形态、射水器具的射程、风速等因素对火灾扑救的影响。本文通过对灭火作业距离和安全距离之间关系的研究，来确定灭火力量在火场的设置位置。从而有效的提高扑救油罐火灾的效能，使油罐火灾扑救技战术方法更加完善，更加具有针对性。

灭火阵地是指在灭火战斗行动中，车辆、分水器、水枪和水炮布置的位置。在扑救油罐火灾时，为了达到便于观察、便于喷射灭火剂、便于进攻、转移和撤离的目的，正确的设置灭火阵地对于取得最终扑救火灾的全面胜利显得尤为重要。

1 确定灭火作业距离

灭火作业距离是指在油罐火灾的扑救过程中，灭火阵地距离目标油罐的距离。灭火作业距离可以通过喷射器具的有效射程和油罐高度来确定。

1.1 喷射器具的有效射程

有效射程是指喷射器具对预定目标射击时能达到预期灭火效能要求的一定距离。它与喷射器具的工作压力、流量、火场风速等因素有关。常用喷射器具的参数和灭火效能见表1、表2。

表1 各种射水器具的参数

表2 各种泡沫喷射器具的参数

1.2 油罐高度

我国大部分油罐容积为3 000～150 000 m3，罐高处于12～23 m之间，但随着国家原油战略储备库项目的实施，我国于1985年引进了100 000 m3浮顶罐的设计施工技术，此后大型油罐逐渐增多，且单罐容量越来越大，个别容量高达200 000 m3，油罐高度也随之逐渐增高[1]。常见的油罐高度如表3所示。

表3 常见油罐高度

1.3 计算灭火作业距离

通过喷射器具的射程和油罐高度可以确定消防装备的灭火作业距离：如图1所示，可得：

式中S为喷射器具的灭火作业距离；Sk为喷射器具的有效射程；H为油罐高度。通过上述可知喷射器具的有效射程和油罐的高度，再将有关数据带入式(1)就可以计算出该喷射器具的作业距离。以19mm直流水枪为例，冷却一个10 000m3的立式浮顶罐的汽油罐火灾，罐高H为14m，通过表1可知Sk=17m,代入式(1)得S=9.6m。经过相关计算和测试可以得到各种枪炮的作业距离，如表4、表5所示。

图1 喷射器具的作业距离的确定

型号QZ19QJ32SP30SP40SP50SP60作业距离/m10～1640～4445～4950～5457～5967～69

表5 泡沫喷射器具能够达到目标油罐的作业距离

2 确定安全距离

安全距离是指在进行灭火战斗时，保证消防员不受火焰热辐射伤害而必须保持的一定空间距离。油罐火灾多在防火堤所限制范围内发生,其上部空间没有限制, 空气供应充足, 燃烧完全, 形态上看呈圆柱形或圆锥形, 是一种池火灾。在这种情况下, 池火灾对油罐区的影响主要在于其高能量的热辐射[2]。有关实验表明，在扑救火灾时，强烈的辐射热甚至能将距离油罐40m以外的消防车喷漆烘烤脱落[3]。分析热辐射的伤害准则一般考虑热通量准则。稳态火灾作用下的伤害准则见表6。

表6 稳态火灾作用下的伤害准则

从表6中可以看出稳态火灾作用下不同的热通量对人员和设备的伤害。可见热辐射通量是确定安全距离的一项重要指标。确定安全距离有很多种方法，在灭火实践中大多数是通过计算法、仪器测量法和软件模拟来确定。

2.1 计算法

油罐火灾热辐射的计算包括火焰表面的热辐射和距火焰一定距离处受到的热辐射。火焰表面的热辐射通量与燃料性质、燃烧充分程度、火焰的几何形状等因素相关，本文中研究的重点是油罐火灾的危险性，所关心的是火焰对外部的热辐射通量，所以在计算中，针对着火罐火焰辐射出的那部分热量进行研究。假设全部的辐射热量都由液池中心某处释放出来，距油池中心某处的热辐射强度采用下式计算[4]。由图2可知安全距离Sa：

式中：H为火焰高度；h为油罐高度；D为油罐直径。

其中火焰高度H：

式中：Qr为热释放速率。石油及石油产品的热释放速率可采用质量损失速率法计算，其计算公式为：

式中：Af为液面面积；G为单位面积的液面上的蒸发速率；ΔHr为罐内液体燃烧热。

图2 点源模型

通常认为总热量的30%以辐射热的方式向外传递，则辐射热速率Qr=0.3GΔHrAf。

所谓点源法既是假定是从火焰中心轴上离液面高度为H/2处的点源发射出。因此，离点源辐射热通量Q为[5]：

取立式汽油罐发生敞开式燃烧，直径D=20m, 罐高h=12m，单位面积的液面上蒸发速率G=0.058kg·(m2·s)-1,汽油燃烧热为ΔHr= 45kJ·g-1，试确定该着火罐的安全距离。(查表6得安全区域Q=4kW·m-2)

根据式(3)得：火焰热释放速率Qr= 819 540kW，带入式(5)得：R≈70m，根据式(3)得火焰高度H=32.95m。

安全距离Sa由式(2)得：

2.2 仪器测量法

对于着火油罐热辐射的测量,消防部队通常所用的仪器为热通量计。热通量计也称热流计(HeatFlowCalorimeter,HeatFluxMeter)、热流仪，其全称是热流密度计。热通量计是热能转移过程的量化检测仪器，是用于测量热传递过程中热迁移量的大小、评价热传递性能的重要工具，即热流(密度)的大小表征热量转移的程度。换句话说，热流计是测量在不同物质间热量传递大小和方向的仪器。热通量计能满足对热传导、热对流、热辐射的单独测量或上述两者或三者的综合测量。热辐射通量计有多种类型，下面以HFM-4R多通道辐射热通量计为例进行说明。如图3所示。

图3 HFM-4R多通道辐射热通量计

HFM-4R多通道辐射热通量计的结构及其操作使用方法：HFM-4R多通道辐射热通量计主要由DaqPRO5300记录仪、1片带热沉的TS-30总辐射热流传感器、usb电缆三部分组成。当测量着火罐辐射热时，可以将辐射热流传感器用电缆和记录仪连接好，然后架设在油罐附近即可在记录仪上读出该处的热辐射通量，可单点测量也可多点测量。

使用仪器确定安全距离前进行校准，以保证其准确性，使用时注意热通量计的量程。所以使用前应对每个通道的输入设置高低限报警，当温度超过量程时发出报警信号。使用过程中指挥员要安排专人对现场进行动态监测。

2.3 软件模拟法

除了上述两种方法确定油罐火灾安全区域外，还可使用一些辅助决策系统，把火灾现场的风向、风力等相关数据输入到系统中，经过计算可得出不同风向处的安全距离。如魏东教授等研究开发的《着火油罐火灾危险趋势预测系统》，在系统中输入温度、湿度、风向、风力、油品种类等数据，经过计算机计算可以得出危险区域的数据，如图4、图5所示[6]。

3 确定灭火阵地

在油罐火灾扑救现场指挥员通过上述方法确定了射水器具的作业距离和安全距离后，一般会出现两种情况：一是喷射器具的有效射程Smax大于安全距离Sa，如图6(a)；二是安全距离Sa大于喷射器具的有效射程Smax，如图6(b)所示。下面根据以上两种情况分别进行讨论。

3.1 喷射器具的有效射程Smax大于安全距离Sa

此时火场上存在一个既能保证安全又能满足灭火需要的共享区域。指挥员在设置灭火阵地时，要考虑把兵力尽可能的部署在共享区域内。

图4 现场数据输入

图5 危险区域预测图

(a)

(b)

3.2 安全距离Sa大于喷射器具的有效射程Smax

此时火场上没有既能保证安全又能满足灭火需要的共享区域，指挥员设置灭火阵地时，应及时采取一定的防护措施减少热辐射对指战员的伤害。安全防护措施应主要考虑：一线救援人员要穿铝铂隔热服等防热服；组织水枪手利用喷雾水对一线水枪手进行掩护；把水幕水带、水幕水枪设置在着火罐与水枪手之间来减少辐射热的伤害；合理利用地形地物进行遮掩。

4 结论

在油罐火灾的扑救过程中，选择好正确的进攻路线和灭火阵地，是减少人员伤亡，成功扑灭火灾的重要措施。设置灭火阵地除了要考虑热辐射的影响外，还要考虑爆炸、流淌火、沸溢、喷溅的伤害和风力风向等问题。所以在扑救油品储罐火灾过程中，指挥员应该根据火灾现场的实际情况迅速确定灭火阵地：确定安全共享区域，兵力尽可能部署在此区域内，如无安全共享区域，必须考虑安全防护和人员轮换问题；灭火阵地应尽可能设置在上风方向；消防车车头应朝向撤退方向，应尽量停放在上风方向和地势较高处。本文仅对扑救立式油罐敞开型燃烧火灾的灭火阵地设置问题进行了研究。在以后的工作中，还需要对火炬形燃烧、流散形燃烧、塌陷状燃烧、立体式燃烧等类型的油罐火灾做更深入的研究。

[1] 张智,魏捍东.从大连油库火灾谈大型油(气)罐库区火灾扑救[J].消防科学与技术，2011(12):1166-1169.

[2] 开方明,马夏康,尹谢平,等.油罐区泄漏及火灾危险危害评价[J].安全与环境学报，2004(6):3-6.

[3] 李建华.灭火战术[M].北京：中国人民公安大学出版社，2014.

[4] 傅智敏.油罐火灾热平衡及辐射热估算[J].消防科学与技术，2001,20(3):11-13.

[5] 邓晓莉,邓雄,饶俊.点源法计算油罐火灾中的热辐射[J].新西部，2007(2):225-226.

[6] 公安部天津消防所.《着火油罐火灾危险趋势预测系统》V1.0版软件测试报告[R].石油储罐区火灾危害预测技术，2004.

(责任编辑 陈 华)

Firefighting Position Setting in Oil Tank Fires

WANG Tie

(DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

Recently, oil tank fires take place frequently. In the process to extinguish such fires, there are many hazards which may endanger the safety of firefighters. Correctly setting up the firefighting position is one of the most important measures to guarantee firefighter’s safety. This papers puts forward a method to set up the appropriate firefighting position to extinguish the oil tank fires in the open areas by finding the overlapping area between the firefighting position and safe zone.

oil tank fire; fire; firefighting position

2016-10-12

王铁(1973— )，男，黑龙江宁安人，副教授。

D631.6

A

1008-2077(2017)02-0037-04