美丽健康产业园区火灾风险特点及防控策略

张小良教授 梁梵洁 张文连 宋 喆 喻卫刚

(1.上海应用技术大学 城市建设与安全工程学院，上海 201418；2.上海市奉贤区消防救援支队，上海 201406)

0 引言

当前，全国针对危险化学品、工业园区等风险高、隐患多的功能区开展安全专项整治三年行动。美丽健康产业作为一类新兴工业产业，主要涉及生物医药、香料香精、精细化工行业，是提高人民群众美好生活水平的关键所在。如上海将美丽健康产业作为重点发展的新兴产业之一，并逐步将东方美谷打造成上海美丽健康产业的核心承载区及园区。由于洁净厂房、研发实验室、精细化工企业向美丽健康产业园区聚集，产品研发和生产成为了园区的核心功能之一。然而，美丽健康产业园区内的生产工艺复杂，生产设备多为高温高压生产设备，产品原材料包括高压气体、粉质原料、胶质原料等危险化学品，是专项整治行动的重要目标。在承德兴隆县天利海香精香料有限公司“4.9”火灾事故和新津县成都建中香料香精有限公司“12.15”爆炸燃烧事故发生后，美丽健康产业园区的火灾风险更是引起社会的广泛关注。

美丽健康产业的特点决定其园区内发生的火灾事故具有特殊性，主要表现在：工业厂房分布密集，容易在工厂与工厂、企业与企业之间出现连锁事故，极具破坏性；易燃物质较为繁杂，热量失控后极易在各类交错分布的连锁管道中传递，突发性强；厂房结构不一，尤其是洁净厂房的安全疏散路线迂回曲折，救援难度较高。在此基础上，本文收集近10年发生在生物医药、香料香精、精细化工行业的54起火灾事故，对其原因进行分类整理，见表1。

表1 54起火灾爆炸事故原因

在53起已知事故原因的美丽健康产业火灾爆炸事故中，32.1%的事故源于反应釜失控，其中76%的事故发生在精细化工反应阶段；28.3%的事故源于反应物料的泄漏；13.2%的事故源于生产过程中出现的静电、明火等点火源。上述事故均对国计民生的发展带来消极影响。可见，在推动美丽健康产业发展以满足人民对美好生活向往的同时，研究美丽健康产业园区火灾风险特点及管控策略至关重要。由于美丽健康产业园区是一个多输入、多输出、多干扰、多时变[1-2]的动态系统，火灾风险点主要集中在生产过程、建筑结构及构筑物、消防设施和通风设施4个技术层面[3]。鉴于此，笔者拟采用事故树分析法定性分析美丽健康产业园区火灾风险，提出火灾风险防控策略，从而为提高美丽健康产业园区的火灾风险防控技术水平提供一定参考。

1 生产过程火灾风险分析

1.1 危险化学品物质风险分析

1.1.1 固体原料及产品

涉及固体原料及产品是美丽健康产业园区的典型特征之一，其带来的火灾风险主要表现在阴燃、火灾爆炸、静电放电3个方面。对于化妆品及药品包装材料、多孔材料等固体物质，在长期堆积状态下容易发生阴燃着火并且难以及时发觉，随着时间的推移向有焰燃烧转化，作为一种潜在热表面威胁安全生产。对于能扬起的彩妆粉末等固体介质，其比表面积很大，能加速传热过程，在导致发生火灾的同时伴随爆炸并引发二次乃至多次爆炸。对于弱导电固体介质，储运中易产生静电累积，发生静电放电，可导致粉尘火灾。根据美国化学品安全与危险调查局(United States Chemical Safety and Hazard Investigation Board)统计发现，粉尘爆炸事故随着工业发展而逐年递增，进入21世纪后的粉尘爆炸是20世纪80年代的3倍之多[4]。因此，对美丽健康产业园区内的固体原料及产品应保持高度警惕。

1.1.2 液体原料及产品

涉及液体原料及产品是美丽健康产业园区的典型特征之二，比如一些化妆品中含有的乙醇。实验研究表明，随着乙醇体积分数增大，其闪点值降低，持续燃烧时间变长[5]。常用乙醇体积分数为70%，其闪点低至12℃，持续燃烧时间大于15s。尽管乙醇等可燃液体广泛应用于美丽健康产业中，但其火灾风险不可忽视。可燃液体发生火灾燃烧的本质是液体蒸气的火灾燃烧，包括可燃液体的挥发和液体蒸气的点火2个过程，其火灾风险性表现在易燃易爆、回燃、易泄漏、静电放电4个方面。可燃液体在反应釜、储罐、反应中间罐、泵、压缩机、危险品仓库中被使用可能引发池火灾事故，在塔类设备中被使用可能引发沸腾液体扩展蒸气云爆炸(Boiled Liquid Evaporate Vapor Explosion，BLEVE)，其带来的不同程度的热辐射伤害往往会造成人体及设备的二次伤害[6]。可燃蒸气或气体由于气体分子之间距离大，具有扩散速度快、体膨胀系数大、易燃易爆的火灾风险特征。

1.1.3 危险废物

危险废物是美丽健康产业园区的典型特征之三，园区内的危险废物储存和处理流程管控欠缺，带来泄漏、不相容物质相互反应等火灾风险特征。尽管国内外对危险废物的使用和管控出台了相关规定，如《实验室危险化学品安全管理规范》《化学药品实验室的防火保护》《化学品物理危险性鉴定与分类管理办法》《危化品危险性分类与代码》等标准，但在实际执行过程中可操作性低，存在不相容物质混放、分区不专业、存放罐不合规、各类标识不全面等破坏安全屏障的现象，而安全屏障失效不仅会增加火灾发生概率，还会干扰火灾点火源辨识过程[7]。例如，江苏响水“3.21”事故暴露出园区内随意处置危险废物的部分严重问题，也间接反映有关危险废物处置标准、监督管理体系的脱节等现象。

1.2 生产工艺火灾风险分析

1.2.1 化工工艺

涉及高危工艺是美丽健康产业园区的典型特征之四。到目前为止，我国共公布包含有硝化工艺、加氢工艺、磺化工艺等18种重点监管的危险化工工艺，而美丽健康产业园区与之高度相关。在此情况下，一旦反应物质在不同条件下发生热失控，释放大量热量，将会引发化工储存单元和反应单元的温度、压力、液位等失控，继而引发有毒有害、易燃易爆物料泄漏，最终导致火灾事故的发生[8]。

1.2.2 物理工艺

常见的物理操作过程主要包括粉碎研磨、混粉、干燥等，是美丽健康产业园区的典型特征之五。物理工艺由于没有化学反应的发生，往往不被重视，直到事故发生时才引起人们注意。比如某制药厂在末端混粉过程中混入前端工艺的易燃易爆物质，引发粉尘爆炸事故，造成2死1重伤。物理工艺是美丽健康产业园区的常用工艺，特别是在化妆品的生产过程中。因此，尤其需要注意混合物料混入可燃气体、物料扩散、设备设施运行产生静电、高温热表面、前端工艺出现故障等问题，避免其对物理工艺稳定运行产生影响[9]。

1.3 生产设备设施火灾风险分析

产业生产设备设施可靠性是美丽健康产业园区工艺安全生产评价必不可少的因素。美丽健康产业园区生产过程的多样性决定其生产设备种类繁杂，不安全因素有人员误操作、生产设备故障、辅助系统失效、生产环境中的突发状况等，事故原因主要分为3大类：工艺参数异常、物料泄漏、点火源。

1.3.1 工艺参数异常

美丽健康产业园区各项工艺过程中出现的冷却系统失控、供电系统失控、物料粘附受热分解、人员操作过快、泄放系统故障等问题，均会导致反应釜、压力容器、干燥设备等设备容器的温度、压力、液位、浓度等工艺参数出现异常，尤其是压力会超出容器耐压范围，设备围护结构会出现破裂甚至产生爆炸冲击波，危及周边其他生产设备及实验装置的安全运行，引发园区连锁火灾爆炸事故[10]。值得注意的是，对于美丽健康产业园区常用的干燥设备，若干燥温度失控大于被干燥物质的自燃温度时，密封的设备内部物质会发生自燃从而积聚大量热量，进一步瓦解设备，继而令热量和内容物扩散至生产环境中，并带来火灾风险。

1.3.2 物料泄漏

美丽健康产业园区生产过程中的物料泄漏主要来源于设备设施长久使用导致其耐用性降低和设备设施操作不当2个方面。管道、阀门、设备主体等生产设备设施出现腐蚀、破裂等状况时，未及时采取停车措施并对其进行维护保养，使得仍在传输的可燃介质发生泄漏抑或是空气进入反应设备内，可燃介质与空气接触形成爆炸性混合物，出现自燃、闪燃及爆炸等现象。一旦物料携带火花进入后续工艺生产中，将导致火灾隐患蔓延，扩大火灾事故发生范围。值得注意的是，保险粉、氢化钙等物质易与水发生化学反应，引起燃烧爆炸。因此，对涉及有机溶剂的美丽健康产业园区生产设备的密封性也应加强维护。另外，尽管美丽健康产业园区发展时间不长，但当负压设备压力低于-0.02MPa时，也应按特种设备进行监察和使用，避免因耐压问题而发生泄漏火灾事故。

1.3.3 点火源

美丽健康产业园区因生产设备设施异常而存在的点火源类型主要有2类，即静电放电和高温热表面。静电主要来源于设备内部物质堆积、物料本身带电特性、设备设施零部件摩擦及转动、人体带电。园区的生产设备种类本就繁杂，若未做好静电接地等导出静电措施，将使得静电持续累积，形成高电位并出现静电放电现象，最终产生火花成为点火源，导致火灾事故的发生。英国《防静电技术规范》(BS 5958-1-1991)中对不同最小点火能粉尘的敏感度及预防要求进行规定，见表2。由于社会对美丽健康产业园区产品的高度需求，其生产设备运行时间长，加之高温气体、液体管道以及热交换器的使用，存在高温热表面这类点火源。高温热表面不仅会使设备表面沉积粉尘发生火灾，其产生的热辐射也会点燃空气中的可燃物料，从而引发火灾事故[11]。

表2 不同最小点火能粉尘的敏感度及预防要求

2 建(构)筑物、消防设施及通风设施火灾风险分析

2.1 建筑结构及构筑物火灾风险分析

2.1.1 洁净厂房

洁净厂房高洁净度的生产特点，决定其密封性较强，工艺设备呈“回”字形集中布置，同时为避免人员造成的污染，人员净化过程中出现“门中门”布局。这些特征在满足洁净度要求的同时，还带来如下火灾风险：安全门仅向洁净级别高的方向开启，破坏安全屏障，加重火灾后果损失；疏散路线迂回曲折，延长人员逃生时间，带来较大人员伤亡风险；洁净厂房顶板、壁面、技术夹层、隔墙、室内装修材料的耐火等级不符合《洁净厂房设计规范》《建筑设计防火规范》等标准有关规定，降低防火时效，使得火灾事故出现后的较短时间内产生更多的高温烟气，难以缓解火灾情况下导致的“多米诺”效应，加大火灾疏散、救援难度[12]。

2.1.2 研发实验室

基于新产品、新技术的引入，对研发实验室内的结构进行改建、对工艺进行变更，必然会出现设施设备的更新替换，由此带来研发实验室的安全改造问题。若擅自将原有实验室采用物理隔离方式进行分隔未向消防机构进行申报、备案、审核，不利于消防救援，错过最佳救援时间，加大事故危害程度。

2.1.3 精细化工企业

精细化工企业大多采用封闭式、半敞开式厂房或敞开式厂房进行生产，厂房、罐体间的防火间距是防火设计的重要因素。现行《建筑设计防火规范》和《石油化工企业设计防火标准》，以及即将出台的《精细化工企业工程设计防火标准》均对厂区内防火间距进行了规定，但是早期发展的精细化工厂区各项防火间距并不满足防火规范设计要求，也难以进行整改，现行标准也有较多矛盾，导致防火间距设计难以完全满足防火要求，发生火灾时，容易波及周边设施，发生“多米诺”火灾事故。

2.2 消防设施火灾风险分析

2.2.1 消防设备缺失

消防设备是否处于良好状况关系着火灾发生后能否得到有效控制和扑救。在布局封闭、紧凑的车间内，安全警示标识缺少，导致紧急情况下难以发挥明确指引人员逃离的作用，不仅带来救援困难，还会导致踩踏事故发生，加重人员伤亡程度；微生物培养室喷淋装置缺失、烟感探测器缺失等行为提升洁净度的同时，也降低及时发现火灾初期征兆的几率，火灾爆炸事故难以得到及时遏制，加重事故发生程度。

2.2.2 消防火警误报

烟雾报警装置的安全距离、选用类型、适用面积均应符合国家标准。冷库、灭菌柜运行过程产生的蒸气经常会引起消防火警误报，往往会引起不必要的恐慌，甚至产生联动报警反应、设备停机，延迟生产进度，长此以往，会麻痹人的安全意识，无视火警，甚至关停报警装置，漏掉真正的隐患报警，扩大火灾风险范围。

2.2.3 临时设备

实验室内临时增设的电磁炉、高压锅等设备，未远离易燃易爆物品，临近插座，一旦漏水，后果不堪设想。临时增设的空压机及压缩气体管道违规布置，附近无压力监测报警装置。空压机是一种高压、发热设备，空压机热表面作为点火源，存在引燃周边易燃易爆物质的风险，而且压缩气体管道未按相关标准进行布置，周边设备及人员操作会增加管道破裂的机率，导致内部压缩气体急速泄漏，与空气混合达到爆炸浓度后，遇到点火源引发火灾爆炸事故。

2.2.4 占用疏散通道

厂房内生产工艺布局紧凑，大型设备居多，材料输送较为频繁，消防通道未做明显划分，管理人员违规在消防通道区域划分物品存放区，车间人员将使用后的推车随意放于消防通道上，造成“人流、物流、车流”通道混用的现象，事故发生时极易出现踩踏，增加人员伤亡程度。甚至有企业擅自在消防通道、安全卷帘门下堆放货物，违法关闭安全疏散出口，片面认为这些不法行为对火灾爆炸事故的危害程度没有影响，消防安全意识淡薄，最终导致本可避免的火灾事故发生。

2.2.5 消防给水设备故障

消防设施的有效运行，是保障消防救援的法宝。在消防给水设备出现故障的情况下，应立即主动采取行动，制定消防给水设备维修方案，制定维修过程中消防系统停用状态等火灾风险控制技术手段，同时向消防救援单位及时报备，将已出现的各类火灾隐患及时消除，避免突发灾难时消防系统瘫痪，导致工厂火灾事故处于失控状态。

2.3 通风设施火灾风险分析

2.3.1 机械排烟系统缺失

《医药工业洁净厂房设计标准》《建筑设计防火规范》《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》等标准规定：高度大于32m的高层厂房(仓库)内长度大于20m的疏散走道，其他厂房(仓库)内长度大于40m的疏散走道、建筑面积超过300m2的丙类厂房应设置排烟设施，排烟风量应按走道面积计算。但在实际过程中，受工艺特点影响，实操性较弱，导致机械排烟系统性能不完善，难以及时排除有害物质和释放的热量，不仅阻碍人员疏散和救援行动，还会弱化对火势的控制能力，加重火灾事故后果。

2.3.2 管路贯通

生产区域通风空调风管、给排水管道、生产线管道布置错综复杂，并设置在技术夹层内，空间狭小，在日常检维修中容易出现遗漏点，一旦某一管道发生火灾和爆炸，带来的热辐射、冲击波等灾害后果，会导致临近管道失效，扩大火灾风险程度[13]。虽然风管上设有70℃熔断防火阀，但也不可避免地推进火势在管道内的蔓延；给排水管道发生泄漏会导致消防给水使用过程中水压不足，进而使灭火时间滞后，扩大事故蔓延范围，加重人员伤亡及财产损失；集中布置的易燃易爆、有毒有害物质输送管路在发生泄漏时，一方面可能会遇到给排水管路泄漏的水发生分解、释放热量，带来火灾爆炸事故的可能，另一方面不同管路的物质泄漏、混合，形成威力更大的爆炸性混合物，在检修过程中遇到点火源容易出现突发性、快速性火灾爆炸事故。

3 产业园区火灾风险管控对策

依据生产过程、建筑结构及构筑物、消防设施、通风设施4个角度的火灾风险分析结果，结合事故树分析方法，构建美丽健康产业园区火灾风险事故树分析图，如图1。

根据图1，可知美丽健康产业园区火灾风险主要源于工艺固有危险性、火灾防控技术水平落后、标准落实难。虽然火灾风险无法完全消除，但通过预防和控制措施，可为固有火灾风险和潜在火灾风险增加额外的安全屏障，尽可能降低火灾风险损失[14]。特别是响水爆炸事故发生之后，火灾风险已经影响产业发展，各地消防监督部门均加大对产业的消防监管力度。然而，美丽健康产业园区的产业类别较多，火灾特点不同，难以以一概全。为切实加强美丽健康产业园区的消防安全管控，提出以下建议。

图1 美丽健康产业园区火灾风险事故树分析图

3.1 进行工艺风险评估

2017年，《国家安全监管总局关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》(安监总管三〔2017〕1号)要求，要对企业中涉及重点监管危险化工工艺和金属有机物合成反应(包括格氏反应)的间歇和半间歇反应，开展精细化工反应安全风险评估，对新配方、新工艺、新设备和流程变更加强消防安全评估。同时应加强精馏、蒸馏、清洗等环节热安全风险测试及评估。

3.2 防止粉质燃烧及粉尘爆炸

首先，园区企业应对粉尘周边点火源产生种类，尤其是静电点火进行火灾风险性分析并提出控制措施，避免其作为爆炸能量引发火灾或爆炸事故的发生；其次，应降低可燃性粉尘浓度，比如采取良好的通风系统、每班做好粉尘清理工作、采用真空吸尘方式、控制粉尘进料及出料口逸出粉尘等；再次，在工艺环节采用惰化措施将爆炸环境中氧气浓度降低到可燃性粉尘极限氧浓度以下。

3.3 杜绝生产作业“跑冒滴漏”现象

首先，应制定设备设施维修、保养管理制度，消除死角，落实各级别安全管理人员责任，落实日常巡检，并对检查出的设备设施隐患问题进行“闭环”式整改；其次，将监测报警装置的作用发挥到最大，根据设备设施情况设置液位、温度、压力、浓度等监测报警装置并做好连锁报警工作，便于及时感知火情。

3.4 防止违规搭建临时乱堆物

园区企业应对生产区域做好功能分区划分，确保“人流、物流、车流”有序进行，确保防火卷帘门、安全疏散通道处无障碍物。另外，在进行新建、改建、扩建时，务必依法向当地执法部门申请、备案和审核，合格之后方可进行施工。

3.5 建立消防安全及管理法律法规

采用符合规范的耐火等级材料、配备适用性消防设备、定期维护相关设备、保证消防通道畅通、构建一体化火灾监测预警系统等举措，有利于增强消防技术水平，加强对火灾过程的控制[15]。根据园区企业规模和风险等级制定不同频次的消防检查，配备危害物质处理柜、消防水炮等消防设施，最大化利用有限资源。这些都要求尽快出台美丽健康产业洁净厂房、精细化工企业、研发实验室等一系列消防监督检查规程、指导手册及标准，有法先行，有法可审，有法可依，指导美丽健康产业消防监督检查工作，为全国同类型产业圈发展消防安全提供借鉴。

4 结论

美丽健康产业园区是一个地区经济增长的重要标志。产业产品、生产设备、生产工艺、管道等多因素叠加耦合均会加剧美丽健康产业园区火灾风险性，加之“多米诺骨牌”效应的影响，容易引发重大爆炸事故，进而造成大量人员伤亡、巨额经济损失，危及整个地区的行业和经济发展。因此，消防等监督管理单位应未雨绸缪，做好前瞻性引导、监督、管理工作，推动设计、操作、维护三大源头有效落实，强化火灾风险管理，消除火灾隐患，将美丽健康产业园区消防管控科学化、专业化、精细化。