压缩空气泡沫灭火系统在石油化工储罐消防安全中的应用

李世环（中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266100）

1 吸入式泡沫灭火系统应用局限性分析

我国石化罐区目前消防灭火的主要方式多采用吸入式泡沫灭火系统，近几年，多起罐区火灾印证，真正起到灭火作用的多是消防救援队出动多台消防车和多名消防队员，耗时几个甚至几十个小时才将大火熄灭，造成了巨大的经济损失，罐区设置的固定灭火装置所起的作用效果不显著。从多年工程实践总结，传统的吸入式泡沫灭火系统有以下问题：

（1）系统用大量的水与泡沫原液进行混合，从系统末端喷射释放的泡沫混合液大小不一，系统产生的泡沫不均匀，泡沫空隙率高，产生的泡沫易破碎；

（2）系统的末端泡沫发生器设置在储罐上，火灾工况下，火场周围空气中会伴有大量的烟尘等杂质，系统采用吸入式发泡[1]，极易将烟尘等杂质吸入泡沫发生器内，影响泡沫混合液正常发泡；

（3）浮顶储罐采用的泡沫发生器多采用玻璃密封，储罐在装载、卸车作业过程中储罐内压力波动，极易将泡沫发生器的玻璃密封损坏，导致储罐内油气外漏，废气通过泡沫产生器发泡板或者是消防管道连接接口处泄漏至大气，引发安全事故，影响储罐的消防安全。

综上所述，传统的吸入式泡沫灭火系统中，泡沫产生器的设置、日常使用维护、泡沫原液与消防水的混合均匀性、泡沫混合液质量等方面出现问题，极易造成整个系统失效，起不到灭火作用。系统产生的泡沫混合液质量劣质，附着力小，泡沫动能低，不但起不到隔绝空气的作用，大幅度降低泡沫混合液的析液时间，还会造成罐区火灾大面积复燃，极易引发二次火灾的风险，增加了救援难度，对人员生命安全造成严重威胁。

众所周知，石化罐区从发生火灾到消防救援队到达现场的10～15分钟是灭初期火灾的黄金期，罐区设置的固定式灭火装置能否在这段黄金期及时、有效地发挥灭火作用，就显得至关重要。

2 压缩空气泡沫灭火系统概述

2.1 工作原理

系统由压缩空气泡沫产生装置、压缩空气泡沫释放装置、控制系统、电动（气动）阀门和管路等附件组成，系统可以在发生火灾时向防护区施加压缩空气泡沫，进行灭火。和传统的吸入式泡沫灭火装置相比，固定式压缩空气泡沫灭火装置具备独有的优势，系统在稳定性、安全性、效率性方面表现良好。

压缩空气泡沫灭火系统，从原理上[2]来说是将压缩空气注入泡沫混合液中使之发泡，压缩空气从系统源头注入，在整个系统管路内充分、均匀混合发泡，由此可形成细腻、均匀泡沫，以设定的压力（高动能）在系统末端喷射装置释放，进行灭火。常用的喷射装置包括喷嘴、泡沫炮、喷头等。

系统的泡沫产生装置（核心装置）都是在远离保护区域外（非爆炸危险区域）设置的，系统通过一系列的联锁控制过程，可程序控制配比满足消防要求精准的泡沫混合液，通过管路输送至防护区内进行释放。从系统整个过程原理来看，较传统吸入式泡沫灭火系统，压缩空气泡沫灭火系统将灭火用的泡沫混合液的配比工序放到了整个系统的首端，将压力气体正压输入，通过气液混合器、长距离输送管路保证泡沫混合液均匀、细腻且带有较高压力，确保泡沫混合液在系统最末端的喷射装置处仍具有较高动能，可穿越火灾现场的火羽流，喷射距离远。

压缩空气泡沫是泡沫混合液和压力气体在气液混合装置中混合形成的泡沫，即泡沫混合液和压力气体按照一定流量比例，在一定压力作用下同时注入到气液混合装置中，混合装置内部装有扰流器，扰流器使得两种气体混合在一起，形成一定发泡倍数的泡沫液。这些泡沫液会经过管道和喷射器输送到被保护对象的具体位置上。

2.2 灭火剂-泡沫液类型

和固定式压缩空气泡沫灭火系统配套的灭火剂包含A类和B类两个类型，一般情况下，A类灭火剂在容易燃烧的液体火灾中使用比较广泛。

消防部门的人员表示，在将压缩空气泡沫系统和蛋白泡沫灭火系统联合在一起使用能够有效替代PFOS泡沫灭火剂[3]，由此明确了压缩空气蛋白泡沫的实际应用有效性，以及其在替代其他泡沫灭火剂的可行性、可操作性。

压缩空气泡沫系统在最开始应用时的应用目的类似于A类泡沫，适合用来扑救A类型的火灾，不能够用来扑救大范围的火灾。从实际应用情况来看，这类设备在使用的时候也能够用来产生B类的泡沫[4]，但是出于各个因素的考虑会选择使用A类灭火剂。压缩空气B类的灭火泡沫多出现在消防车上，和A类压缩空气灭火泡沫是同时存在和使用的。

灭火剂品质的好坏，直接影响系统的使用效果。国外某品牌的泡沫液经过严格欧盟标准和NFPA18认证，无毒无刺激，可在15天内99%生物降解，对人、动物和水体均无毒害，是一种新型的环保型泡沫液。独特的微六边形泡沫结构，高冲量、泡沫大小均匀细腻、泡沫稳定性高、附着力强、泡沫在喷射后，可形成泡沫毯，隔绝空气效果显著，不易复燃。

2.3 系统形式种类

根据安装方式不同，压缩空气泡沫灭火系统分为固定式、半固定式、移动式。根据工程项目使用的具体工况，结合储罐储存物料的火灾危险性，有多种选择，也可以选择固定式和移动式组合式的配置形式。移动式压缩空气泡沫灭火装置有车载式、手动便携式（移动式）、集成式等。

车载式压缩空气泡沫灭火设备主要应用在移动式消防车辆上，具有方便、高效、安全、环保的特点，从实际应用情况来看，压缩空气泡沫消防车在灭火时的效率较高，灭火强度大，灭火过程中对水资源的消耗比较少。

手动便携式（移动式）小型设备充分考虑携带便利、占用空间、使用操作灵活的特点，被应用在机场、炼油厂、军事基地、博物馆、图书馆等场所。

集成压缩空气泡沫系统由自动发动机驱动，在具体实施操作的时候集合空压机、比例混合器、水泵、发动机、控制器等，通常为撬块设备，系统紧凑、占地面积小，应用在高层建筑、地铁隧道等封闭空间居多。

3 固定式压缩空气泡沫灭火系统在罐区使用案例分析

3.1 项目概况

某项目罐区包括4座50 m3固定顶储罐，1座50 m3卧式储罐，2座100 m3浮顶储罐。储存介质为溶剂油、二甲苯、异丙胺。储罐区火灾危险性分类为甲类。

3.2 灭火设计方案

项目设置固定式压缩空气泡沫灭火系统，具体方案如下：

内浮顶储罐采用液上喷射系统；固定顶储罐采用液下喷射系统；防火堤四周布置泡沫喷嘴，扑救防火堤内液体流散火灾，其余储罐区设置储罐液上喷射系统保护固定顶储罐，喷头安装图如图1、图2所示。

图1 罐区灭火及冷却喷头示意图

图2 防火堤灭火喷头示意图

项目设置一套固定式压缩空气泡沫灭火系统。采用实时比例混合系统，当火灾发生时，水和泡沫液通过泡沫比例混合器形成泡沫混合液，泡沫混合液和压缩空气再通过泡沫发生器，产生压缩空气泡沫通过着火区的释放装置进行喷放。

用于冷却系统采用干泡沫，用于灭火系统采用湿泡沫。按照同一时间，一处火情，系统按照保护范围内泡沫混合液流量和使用总量最大的防护区进行设计。最大防护区为异丙胺储罐区，沿防火堤四周布置泡沫喷嘴。发生火情时泡沫喷嘴全部喷放，泡沫混合液供给强度不小于5 L/(min·m2)，则泡沫混合液流量不小于720 L/min；同时使用一把泡沫喷枪，泡沫混合液流量不小于240 L/min。泡沫混合液总流量不小于960 L/min。

主要设计参数：

（1）非水溶性液体储罐液上喷射系统泡沫混合液供给强度不小于2.5 L/(min·m2)；水溶性液体储罐液上喷射系统泡沫混合液供给强度不小于6.0 L/(min·m2)；防火堤内流散火灾保护不小于5 L/(min·m2)；

（2）连续供给时间：非水溶性液体储罐液上喷射系统45 min；水溶性液体储罐液上喷射系统30 min；防火堤内流散火灾保护60 min；

（3）压缩空气泡沫释放装置工作压力：0.1 MPa；

（4）泡沫液混合比例为0.6%，采用B类耐醇泡沫；

（5）自泡沫中析出其质量25%的液体所需要的时间大于3.5 min；

（6）系统响应时间≤5 min；

（7）气液比为 6∶1。

系统设置了泡沫站1座，泵站内设置了2台泡沫供水泵，1套压缩空气泡沫灭火装置及配套的控制设备，管道布置如图3所示。厂区设置固定式消防水罐，储存一定量的消防水，消防补水采用市政管道，保证了项目消防用水的可靠性。

图3 管道布置图

3.3 系统控制过程

（1)自动（联锁）控制；（2)手动（远程）启动；（3）应急（现场）启动。

同时压缩空气泡沫灭火系统与厂区火灾报警系统实现联动通讯，系统的状态也需要反馈至火警系统内，确保火灾报警系统实时监测压缩控制泡沫灭火系统是否处于正常状态。

4 结语

综上所述，文章分析了传统吸入式泡沫灭火系统在应用过程中存在的相关问题，介绍了压缩空气泡沫灭火系统的组成、工作原理及其适用范围，以国内一个小规模的储罐区作为工程实例进行举例说明，可为后续的储罐消防工程设计，提供一些参考。消防工程设计可打破固有理念，勇于采用新型、前沿、可靠的消防技术，以提高储罐区消防安全。压缩空气泡沫灭火系统在国内应用的项目不多，未来仍需要相关人员进一步的研究，进而对系统的有效性、可靠性进行验证。