制约固定消防设施及时响应石化类火灾事故的原因及对策

周广连

摘要：以调研所掌握情况为基础，结合标准规范及事故案例，基于自动消防系统基本工作原理详细分析制约固定消防设施及时响应火灾事故的原因，提出包括环境污染治理与消防隐患整改“四同时”等在内的意见建议。

关键词：石化企业火灾；固定消防设施；及时有效响应

石化类生产储存场所，根据物料理化性能和存储装置的特点，设置的固定消防设施主要包括消火栓（消防水炮）灭火系统、水喷淋（水喷雾）消防冷却水系统、低倍数泡沫灭火系统、蒸汽灭火系统等。事故之初，它们通过施放泡沫隔绝空气、喷水冷却罐体来控制消灭火灾。

1 控制流程

近几年发生的大连“7·16”、响水“3·21”等几起重特大石化类爆炸火灾事故，暴露出固定消防设施发挥不了作用的问题，其原因值得深思。以低倍数泡沫灭火系统为例，通过实地调研多家大型石化企业，发现火灾报警控制器设置在DCS控制中心或储罐区；消防给水、泡沫站控制部分设置DCS控制中心、泵站现场。其控制流程包括火灾探测—报警确认—启动设施—施放泡沫喷水冷却4个环节，见图1。

2 原因分析

经过实地检查和测试，发现制约固定消防设施及时响应火灾事故的原因涉及多个方面。

2.1  自动探测功能缺失

按照GB50160—2008（2018版）《石油化工企業设计防火规范》第8.12.4、8.12.5条和GB50074—2014《石油库设计规范》第12.6.4、12.6.5条要求，石化企业罐区用于探测火灾的触发器件是线型光纤光栅感温探测器和手动火灾报警按钮。前者需火灾产生的高温作用到光纤光栅才能发出报警信号，后者则需要人工操作报警，因此，两者不能实现对火灾形成条件的预先自动探测。用于检测有毒有害气体、可燃气体泄漏的气体探测报警系统属于安全事故预警系统，库区CCTV视频监控属于人工巡视及远程确认系统，同样不具备自动探测火灾的功能。

2.2  DCS系统功能有缺项

接到火灾报警信号后，单位可通过分散型控制系统（DCS）手动“一键启动”消防泵。但通过查看消防设施监测界面，发现DCS能远程手动启动消防泵，但无法监测消防泵吸水管、出水管阀门状态，见图2；在消防泵房现场发现，消防水泵出水管采用手动控制阀，且处于30%开度，甚至完全关闭。此情形下，DCS“一键启动”的也只能是消防水泵和部分受控电动阀门，处于关闭状态的手动控制阀无法将消防水泵吸取的水供入给水管网系统，导致无法形成泡沫混合液和冷却水流。

2.3  管理模式制约及时响应

以某单位制定的火灾自动报警系统管理规定为例，火灾报警控制器的更新由机械动力处负责（管更新计划），运行管理由安全环保处负责（管档案台账），维护检修由电气设备仪表分厂负责（管控制器钥匙），日常使用由生产车间负责（管控制器面板）。消防泵电气控制柜的开门维护检修权限属于电气设备仪表分厂，消防泵因电源开关断开而停泵时，如果检修人员不在场，水泵操作员是无法进行合闸操作的，此时，即使水源充足、阀门状态正常，也会因消防泵无法启动而丧失加压供水的作用。

2.4  操作规程明显错误

操作规程是基于固定消防设施工作原理和具体设备操作步骤，结合单位具体岗位而制定的，它的主要作用是指导操作人员按步骤开展工作。调研发现，某单位制定的石脑油泡沫站操作规程如图3所示，DCS“一键启动”消防泵后，消防水供入泡沫站，如按图3规定的流程操作，其结果是仅能灭1个石脑油储罐火灾的泡沫混合液流向3个石脑油储罐，不能灭火的同时，还污染了另外2个储罐中的成品油。

2.5  消防设备易被破坏

除浮顶罐外，固定顶罐、内浮顶储罐上部气相空间均存在可燃易燃液体蒸汽，当其浓度达到爆炸极限时，遇点火源极易产生“先炸后烧”的事故。事故产生的冲击波将直接摧毁安装在罐顶上的横式泡沫产生器和冷却水管，见图4。同时，罐体变形导致附着在管壁上的竖管与固定在防火堤管墩上的水平管产生断裂，见图5。此情形下，即使DCS能正常启动泡沫灭火系统，也因泡沫产生器的损坏、泡沫管线的断裂而无法产生具备灭火效果的空气泡沫，反而将不具灭火效果的泡沫混合液喷入罐内、或流入防火堤，在不能灭火、冷却的同时，将加快现场泡沫药剂的损耗。

2.6  消防动力存有隐患

消防泵的配电采用两路电源供电，有的甚至还增配柴油发电机作为备用动力或采用柴油机直接拖动。供电形式见图6，图中a所示为2段母线独立运行，分别承担2台电动消防泵的供电，由于消防系统设计的泵组运行模式是3用1备，因此，当1#母线断电检修时，将导致1#、2#泵无法运行，消防系统的供水流量将缩减一半。b所示为消防泵的双电源在区域变电站中实现首端自动切换，从变电站消防泵配电柜至消防泵房电气控制柜只有一条供电线路，当此供电线路出现故障，将直接导致消防泵无法启动运行。因此，DCS“一键启动”消防泵后，极有可能因消防配电装置检修、供电线路故障而无法运行。除此之外，柴油消防泵现场储油量不能保证其连续运行6h，柴油消防泵常用功率448kW，按照规范要求，设计储油量应为448×1.5×6=4032L，现场储油量为4032×50%=2016L，但现场实际储油量仅770L，这将导致柴油消防泵因缺油而停运。

2.7  环保工程带来挑战

为减少储罐的VOCs排放量，石化企业通常采用罐顶油气连通与VOCs集中处理的方式来满足国家和地方的VOCs排放标准。罐顶油气连通方案有气相平衡管、单罐单控、单呼阀或直接连通共用切断阀等，见图7。罐顶油气连通的安全风险就是可能发生重大“群罐火灾”。由于固定消防设施是基于罐区单个最大储罐发生火灾而设计的，因此，一旦发生“群罐火灾”，既有的固定消防设施如低倍数泡沫灭火系统，其流量、压力将不能满足扑救多个同时起火储罐的需要，这也将导致固定消防设施灭火失败。

2.8  维保服务质量低劣

储罐区低倍数泡沫灭火系统的泡沫混合液管线、水喷淋冷却水系统配水管网平时处于不受压的空管状态。消防管道焊接处、弧形消防管道内壁等镀锌层遭受破坏的地方，很容易遭受挥发性化学气体、泡沫混合液的腐蚀，生锈严重，管道耐压强度、管网严密性均会下降。为防止物料遭受污染，维保机构很少开展混合液管线严密性、耐压强度测试，致使管道耐压强度不足、严密性下降的隐患无法及时发现和消除。这就造成火灾时，空气泡沫产生器因管道泄漏导致进口压力不足而无法吸入空气产生泡沫；冷却水因压力不足无法形成喷洒面积和冷却强度。

3 意见建议

针对以上原因，从提高固定消防设施的实用性、针对性和完好有效性出发，提出如下建议：

3.1  组织多方专项调研

以固定消防设施为例，从设计到投运，涉及单位、行业众多，仅消防救援部门1家单位开展调研，很难系统掌握所有情况，对发现的问题也难以快速推动整改。为实现隐患见底，切实提升监督指导质量、提高服务对象安全水平，建议消防救援部门邀请规范编制组相关内容的编制者、设计单位具体设计人员、施工方技术负责人、单位管理责任人、企业专职消防队员、消防技术服务人员、地方环保及应急部门人员、石化行业系统科研人員、消防科研院所人员共同参加“会诊式”调研指导，针对调研中发现的涉及自身领域制约因素，当场提出改进方案，指导单位落实整改；需要多部门协调的，各部门现场会商解决。通过这种“会诊式”调研指导活动，不但指导帮扶了服务对象，还有助于参加人员更深入了解、改进自身工作的方向，并借助他们推动其他石化企业提升安全水平。

3.2  加强火灾探测研究

民用建筑中设置的火灾自动报警系统，因感烟火灾探测器能在烟雾浓度上升到设定值时自动发出报警信号，而具备了自动探测、报警、联动控制等功能。生产装置区、储罐区依规设置的火灾报警系统，只有当人工按下手动火灾报警按钮才能发出报警信号，不具备自动探测、报警的功能，算不上火灾自动报警系统。以储存汽油、石脑油等易挥发、闪点较低轻质油品的常压内浮顶储罐为例，浮盘与罐顶之间存在一个相对密闭的气相空间，空气与油气在气相空间形成混合气体，当混合气体浓度达到一定量值时，遇点火能量（外来火源、静电放电、硫化亚铁自燃等）就燃烧甚至爆炸。基于此，建议组织消防行业、石化行业等相关科研院所，开展科技攻关，重点解决采用何种手段精准探测浮顶罐上部气相空间的特征参数如易燃可燃气体浓度、外来火焰、静电电位、硫化亚铁晶体等；如何快速抑爆止爆；如何降低因灭火导致泡沫污染油品等问题。

3.3  加快标准修订完善

除GB50160—2008《石油化工企业设计防火规范》于2018年修订发布外，其他涉及固定消防设施的规范最近发布施行日期距今也有6年，远的近10年，随着对事物认识的不断加深，新产品新技术的不断研发应用，规范的有些条款没有跟上石化企业消防安全现实需要，有些甚至还起到了阻碍作用。1998至2010年中国石化有多家炼厂储存轻质石脑油储罐发生爆炸起火事故，其主要原因是内浮顶上方的气相空间存在爆炸性气体。但关于内浮顶罐上部气相空间如何设置火灾探测器及实现何种消防联动控制功能，至今无解。对于横式泡沫产生器容易遭受爆炸冲击波被摧毁的现实，GB50151—2010《泡沫灭火系统设计规范》第3.6.1条只规定“固定顶储罐、按固定顶储罐对待的内浮顶储罐，宜选用立式泡沫产生器”，没有作出强制性要求。建议各级消防救援部门邀请规范编制人员、设计单位参与火灾事故延伸调查、火灾扑救战评等活动，以事故案例推动规范制修订、提高设计人员安全底线意识，消除先天性隐患。

3.4  基于事故推动技改

1997年，某石化厂4#原油罐由于罐底搭接焊缝开裂24.5m，造成大量原油泄漏，1500t原油流入污油池，5500t原油流入水库；1998年，该石化厂1#原油罐由于罐基础局部下沉，罐底搭接焊缝开裂，造成大量原油泄漏，1000t原油流入隔油池，400t原油流入污油池，3000t原油流入水库。因此，有关规范规定防火堤有效容积应不小于罐组内1个最大储罐的容积。火灾事故处置时，固定消防设施、移动灭火设备灭火而产生的泡沫混合液、消防冷却水也将流入防火堤，侵占有效容积。对于比重小于水的物料，灭火产生的混合液体将抬升物料液面，直接导致物料漫堤流出，形成大面积流淌火，威胁作战安全。建议石化行业监管部门联合设计单位，参照火灾事故处置灭火药剂实际使用量，重新计算确定防火堤的最小有效容积和其他可行的解决方案。单位结合雨污分流、污水排放等环保治理工程，有序推到改造。有地基沉降、地面塌陷现象的储罐区，每年应进行一次防火堤静水承载试验，防止出现溃堤。单位结合罐体维修，对泡沫产生器“横改立”、罐壁消防竖管与水平管“硬改软”工程做到同步设计、同步施工、同步验收，根除基础隐患。

3.5  规范DCS系统框架

关于固定消防设施响应火灾事故的时间，GB50160—2008（2018版）《石油化工企业设计防火规范》第8.3.7条规定“消防水泵应在接到报警后2 min以内投入运行。”GB50151—2010《泡沫灭火系统设计规范》第4.1.10条规定“固定式泡沫灭火系统的设计应满足在泡沫消防水泵或泡沫混合液泵启动后，将泡沫混合液或泡沫输送到保护对象的时间不大于5min。”由于目前火灾报警是依靠人工巡视发现，报警时间已明显滞后火灾发生时间，因此，建议行政监管部门发布基于“2min启泵，5min喷泡沫”的消防应急响应DCS系统框架，消防救援部门会同行政监管部门按照“火灾发现—报警确认—启动设施—施放泡沫”的全过程对单位DCS进行验收测试，测出DCS响应火灾事故的真实时间，找出超时产生的原因，提出设施设备改进方案和泵站泡沫站优化布局。

3.6  强化单位应急管理

针对单位固定消防设施存在“多头管理”的现状，建议督促单位按照“想全想细想万一”的原则，重新编制火灾事故应急处置预案。预案演练过程中，重点模拟消防水泵供配电故障、电气控制柜故障、柴油消防泵启动故障以及常开型大通径手动阀门关闭等，来检验预案的可操作性、响应时间一致性。按照实战化要求，全面检验各类消防设施设备应急操作规程的可靠性和有效性。按照最长火灾事故延续时间，或可借鉴的事故处置时间，推演防火堤漫堤事故对消防泵站、消防值班室、消防配电室的影响程度，制定避险应急方案；制定确保柴油消防泵、柴油发电机持续可靠运行的燃油加注方案。按照爆炸冲击波导致区域变电站跳闸断电，制定临时消防泵临时供电方案。按照发生“群罐火灾”导致固定消防设施灭火流量、压力严重不足，制定消防应急加强措施并组织演练。按照污水集中处理系统发生管线爆炸事故，制定并演练消防应急处置预案等。

3.7  综合治理确保有效

石化企业一直是环保治理的重点单位，小化工进园区、VOCs油气收集、工业废水排放、土壤污染治理、工业废料治理等虽是环保工程，但均涉及消防安全。响水“3·21”爆炸事故就是由工业废料自燃引起。建议对环保工程进行专项安全评估，确保“蓝天工程”与消防安全同规划、同设计、同施工、同验收，实现环境安全、消防安全同治共赢。

3.8  提高检查服务质量

《消防监督记录表》作为基层监督人员开展执法检查工作的一份具有法律效力的专用表格，虽包含了《消防监督检查规定》中确定的检查内容，但具体到石化企业，在检查内容方面存在明显漏项，以消防设施器材为例，石化企业普遍设置的可燃气体探测报警系统、低倍数泡沫灭火系统、水喷淋冷却水系统在表中没有体现。还有涉及防火安全的阻火器、防火堤、水封井、防雷、防静电等也未体现。建议消防救援部门会同行政监管部门，根据石化企业主要类别，专门制定石化类企业《消防监督检查记录表》，做到“一企一表”，规范检查行为，提高检查质量。同理，专门制定适用石化企业消防设施的维护保养管理规定，规范消防技术服务活动，提升消防设施完好率，压实服务机构责任。

3.9  强化防消联勤联训

固定消防设施一旦发挥不了作用，就必须依靠企业专职消防队、消防救援队伍到场处置。石化企业的显著特点是罐、塔、炉等容器之间通过管道直接相连。这就需要专职队员、消防救援人员与单位工艺处置队实行联勤联训，争取在第一时间协同作战，关闭事故装置的进料阀，切断火灾荷载供给；或者打开事故装置的排放阀进行倒灌操作，降低财产损失。结合工艺装置特点、物料理化性能、工作温度、压力的不同，在工艺处置队的配合下，采取工艺冷却方法，快速降低物料温度；通过在工艺管线上设置应急供料阀门，方便通过管线向罐体定向施放灭火药剂实施快速灭火等。最终，通过联勤联训，实现两方力量在火灾事故处置时发挥“1＋1＞2”的消防快速处置能力。

4 结语

石化类火灾事故的突发性决定了固定消防設施必须实现秒级响应，只有按照固定消防设施的基本工作原理和工作流程，进行全过程推演和实测，排查出可能的故障隐患点，制定出相应预案，才能确保在DCS“一键启动”工艺处置的同时消防设施“随键而启”并持续可靠运行。

参考文献：

[1]GB 50160—2008（2018年版），石油化工企业设计防火标准[S].

[2]GB 50074—2014，石油库设计规范[S].

Reasons and countermeasures for

limiting the timely response of fixed fire

facilities to petrochemical-type fire accidents

Zhou Guanglian

（Wuxi Municipal Fire and Rescue Department， Jiangsu Wuxi 214000）

Abstract：Based on the research， the article analyzes in detail the reasons that restrict the timely response of fixed fire protection facilities to fire accidents based on the basic working principle of automatic fire protection system， and puts forward suggestions including environmental pollution control and "four simultaneous" correction of fire hazards.

Keywords：fire in petrochemical enterprises; fixed fire facilities; timely and effective response