2大型危化装置全表面火灾事故消防装备配备及扑救方法分析.docx
《2大型危化装置全表面火灾事故消防装备配备及扑救方法分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2大型危化装置全表面火灾事故消防装备配备及扑救方法分析.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2大型危化装置全表面火灾事故消防装备配备及扑救方法分析
主要内容
一、背景及现状
二、灭火机理研究
三、装备配备
四、扑救方案
一、背景及现状
1.背景
2.消防应急救援现状
3.救援成本核算
一、背景及现状
1.背景
近年来，我国石化行业高速发展，随着装置大型化、产业集约化特点日益显现，重特大事故时有发生。
福建漳州腾龙芳烃火灾
其中专门用于对付大型石化全表面罐如何扑救的，我可以给大家看全世界扑救全表面罐的。
首先可以知道这个最重要的任务大家知道这种大型管咱们这也很多，而且一发生危险性都非常大。
一、背景及现状
1.背景
储罐火灾主要是由于储罐内物料泄漏或储罐本身破裂导致。
以外浮顶罐为例，浮顶受损的原因如下：
一、背景及现状
1.背景
原油罐占据40%，先转赶过去的时候一定不是小伙在，大多数火灾都是局部小火灾，企业都是没问题的。
一、背景及现状
2.消防应急救援现状
大多数储罐火灾都起始于局部小型火灾，如密封圈起火。
通过使用液上、液下泡沫注入系统，固定泡沫喷射装置，罐顶喷淋装置，以及手持泡沫枪或举高喷射消防车进行扑救，足以控制、扑灭局部小型火灾。
一、背景及现状
2.消防应急救援现状
当储罐发生全表面火灾时，有时会伴随罐顶或罐壁塌陷、损毁，储罐本身配置的消防装置往往已经失效；
外部消防装备的配备，射程和高程受到局限；
当前普遍采用的灭火方法是借助大量消防力量对事故及周边区域进行冷却和防护，限制火势蔓延；
等待事故储罐中物料燃烧殆尽，宣告灭火成功。
3.救援成本核算
传统灭火过程持续时间很长，不仅给扑救工作的安全、消防物资和环境保护带来沉重压力，同时对储罐内物料的浪费也十分巨大。
以十万吨原油储罐起火为例，即使不考虑沸溢事故带来的风险，等待罐内油品完全烧尽所需的成本如下：
原油损失（按60美元/桶计）：
550万元人民币/小时
周边冷却泡沫消耗：
180万元/小时，总计约1亿元。
储罐价值：
约1800万元
所有消耗总计约：
4.4亿元
二、灭火机理研究
1.燃烧过程分析
2.灭火方案分析
3.后续处置
1.燃烧过程分析
油品被引燃的条件：
形成火三角，不是油品液体是液体会发的蒸汽和混合在可燃气
油品蒸汽与助燃剂（氧气）的混合比例在其可燃区间，如果把可燃期间打破，不管用什么手段压制住，或者蒸汽比例，或者氧气比例破坏都可以。
混合蒸汽被引燃（雷电、静电、明火、电火花等，或达到足够高的温度）
二、灭火机理研究
1燃烧过程分析
储罐内的油品受火焰热辐射蒸
发出来蒸汽逐渐与空气混合。
当混合蒸汽的浓度到达可燃区
间后，燃烧才得以进行。
因此
火焰是浮在油品上方燃烧的。
油品接触表面蒸汽过浓，无火焰
蒸汽上升，开始接触氧气，不完全燃烧
蒸汽继续上升，与氧气充分混合，完全燃烧
传统大罐油罐起火，都是小的多个消防车，分散多个小流量灭火，无法扑灭大罐火，大流量泡沫，集中覆盖到油品表面，形成泡沫覆盖层，组织油品和蒸汽接触，所以这时候覆盖层形成越快，火灾就越快被扑灭，为了有效扑灭的哥哥国家规定标准都提出来了，比如说
为什么上面是黑色的，燃烧不完全，我们将简单的说如果灭火，整齐和混合比打破，也就是覆盖隔离，为什么平时不好灭呢，传统呢大关油罐起火，都是小的多个消防车，来环流，多家小流量灭火，无法有效扑灭大罐火。
二、灭火机理研究
1燃烧过程分析
储罐燃烧面积巨大，不断释放热量，很难迅速全面降低整个储罐和油品的温度；
持续燃烧释放的热量，会进一步加速油品蒸发，形成可燃蒸汽进行燃烧；
因此，灭火的最常用手段是打破油品蒸汽与空气的混合比例，使其处于可燃区间之外；
使用消防泡沫覆盖油品表面，阻止其蒸发过程的持续进行，同时起到隔绝氧气和冷却作用，是针对大多数油品火灾最有效的灭火方式。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
传统的通过几辆消防车环绕喷射的灭火方式，即分散施加多个小流量水/泡沫的灭火方式，无法抵消油品持续燃烧释放的热量，
因此无法扑灭大型储罐
全表面火火。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
因此应采取的方案是将大流量泡
沫集中覆盖到油品表面，形成局
部泡沫覆盖层，阻止油品蒸汽与
氧气接触，使火焰失去继续燃烧
的燃料。
覆盖层形成越快，火灾被扑灭的
越快。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
泡沫使用原则
为确定有效覆盖罐顶表面所需的泡沫量，各国家行业协会、企业消防的泡沫灭火标准规定了储罐发生全表面火时的泡沫施用标准。
以美国NFPA为例：
烃类类别
泡沫施用强度
一类（闪点<37.8°C）：
4.2L/min/m2
二类（37.8°C<闪点<90°C）：
4.2L/min/m2
三类（闪点>90°C）：
6.7L/min/m2
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
储罐直径越大，单位面积单位时间泡沫投放过程中泡沫损耗就越多，因此投放量应随储罐尺寸增大。
储罐直径
NFPA和API标准L/min/m2
Bp公司消防标准
L/min/m2
欧盟标准（2009）L/min/m2
威廉姆斯公司标准L/min/m2
<45m
6.5
10.4-12.9
10
6.5
45-60m
6.5
10.4-12.9
11
7.3
60-75m
6.5
10.4-12.9
12
8.2
75-90m
6.5
10.4-12.9
12
9
90-105m
6.5
10.4-12.9
12
10.2
105-120m
6.5
10.4-12.9
12
12.3
>120m
6.5
10.4-12.9
12
12.9
泡沫施用时间
>65min
65min
90min
65min（+60%冗余）
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
日本消防厅2005年的消防炮流量标准经换算后也与威廉姆斯公司的流量要求基本相同。
扑灭1万的罐，泡沫每分钟要答到1万，如果答不到就不行。
多少水多少泡沫都扑灭不了，如果10万的罐1分钟之内也就是5万升。
1小时之内大概4000吨水喝泡沫投放罐顶。
油罐直径
FDMA–Japan（2005）
FDMA–Japan（换算后）
WilliamsFootprint™（威廉姆斯专利技术）
消防炮流量
泡沫密度
泡沫密度
34<45m
10,000-升/分
6.5-升/分/米²
6.5-升/分/米²
45<60m
20,000-升/分
7.3-升/分/米²
7.3-升/分/米²
60<75m
40,000-升/分
8.2-升/分/米²
8.2-升/分/米²
75<90m
50,000-升/分
9.0-升/分/米²
9.0-升/分/米²
90<100m
60,000-升/分
10.2-升/分/米²
10.2-升/分/米²
>100m
80,000-升/分
<12.9-升/分/米²
<12.9-升/分/米²
泡沫应用时间
120分钟
65min（+60%冗余）
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
泡沫在高温下不能长期存在，会分解变性，反而可能对灭火起负面影响。
泡沫灭火时间不能超过1小时的，首先泡沫在长期在高温状态下会分解，分解成产物一些其他的有机物、另外一部分就变成水，水进入罐体会产生沸溢的现象。
二、灭火机理研究
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
因此为防止泡沫失效，应根据扑救物质的特性限定灭火时间（国际先进水平一般控制在30-65分钟之内将火扑灭）。
若假定灭火时间为65分钟，则可根据前文给出的表格计算出所需准备的最低消防水和泡沫原液总量。
此处以威廉姆斯公司标准为例进行计算，具体如下表所示。
不同的罐需要的泡沫规定，一万的罐需要17吨。
胜利雅阁火灾1万的罐15分钟就灭了，按照全表面要求和配送，不考虑这种低频率的聚灾情况。
二、灭火机理研究
不同储罐全表面火对泡沫的需求量（不计冗余量）
储罐容量
直径
（m）
上表面积（m2）
泡沫施用密度L/min/m3
泡沫液流量（L/s）
消防水总需求量（t）
3%泡沫需求总量（L/t）
6%泡沫需求总量（L）
1万立储罐
30
707
6.5
77
299
8959/8.959
17919
2万立储罐
40
1257
6.5
136
531
15928/15.93
31856
3万立储罐
46
1662
6.5
180
702
21065/21
42129
5万立储罐
60
2827
7.3
344
1342
40248/40
80497
10万立储罐
80
5026
9
754
2941
88216/88.2
176432
15万立储罐
98
7543
10.2
1282
5001
150029/150
300059
考虑到灭火后要持续加载泡沫60分钟，所以以上泡沫用量要乘以1倍
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
由上表可知：
储罐直径越大，所需单位时间单位面积的泡沫流量就越多，所需泡沫总量就越大。
若泡沫投放效率低于所需最低标准，则无法在65分钟内有效完成扑救，所需泡沫、消防水的总量将大大增加。
因此，大型储罐全表面火扑救前，应首先集中当前所有消防物资（水、泡沫），计算物资总量是否满足扑救需求；若不满足则需调集足够物资，避免无意义的投入带来的资源浪费。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
氧气吸入窗口大型储罐在无风条件下燃烧时，氧气由四周沿罐壁上方被吸入，因此火焰靠近罐壁周边处为负压；废气自罐顶排出，火焰顶部为正压。
举例：
如果今日屋里起火，窗户都关着，外面来多少车往里面打火，打不进去，灭不了。
氧气吸入窗口
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
有风条件下，上风位置罐壁处为负压，氧气由此被吸入；自中心偏下风向位置处于正压，气体向上排出。
若泡沫由燃烧储罐的正压处入射，其扬升作用会使泡沫被吹飞飘散，不易于凝聚成柱，损耗极大。
首先要找到吸氧窗口，才能使泡沫不容易被分散。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
因此，泡沫液应由燃烧储罐
的上风向处，瞄准火焰吸入
窗口，即沿罐壁上表面处由
负压吸氧位置切入火场，使
损耗达到最小。
射程炮从这个位置打进去，其他两个地方没有用。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
氧气吸入窗口范围（俯视图）
在有风情况下，吸氧窗口一般位于储罐
上风向由罐壁向储罐中心延伸的一片区
域，如右图所示
因此泡沫入射也应由此位置射入。
二、灭火机理研究
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
全表面覆盖（足迹理论）
足迹理论是美国威廉姆斯火灾和危险物质控制公司从700余次火灾的成功扑救经验中总结出的一套大型储罐全表面火灾扑救理论，并申请了专利。
足迹理论认为泡沫在储罐表面是有流动趋势的，有效利用泡沫流动足迹可以快速形成储罐表面火场分割和全面覆盖，同时有效避免泡沫浪费。
不同的消防装备形成的足迹是各不相同的，明确装备性能并合理配置是成功扑灭储罐火的前提。
当泡沫盖上去的时候，泡沫一闪一闪的时候，那么根据API的标准，我的泡沫有效的流动是30米，而NFPI是不到30米，威廉姆斯研究也就是20几米，泡沫打出去的时候会漂移。
漂移要控制25米以外失效了。
那么每一门炮也就是足迹覆盖理论，我用的小泡沫流量就是一个小点，打上去就沉了，永远都没有用。
每一个不同口径，你的炮所形成的足迹是固定的。
当这个就是炮的射程越大流量越大足迹越大，这是固定的。
72米高喷车流量就是80，一万的罐7台高喷不如一门炮。
因为没有从吸氧窗打进去。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
全表面覆盖（足迹理论）由吸氧窗切入的
泡沫的落点形成椭圆形印记；但由于较大
的初始的动能及热辐射效应会继续在液面
上方继续向前漂移一定距离（约30米）；
随着泡沫持续的投放，泡沫液会沿箭头所
指方式流动，直至覆盖整个储罐；若储罐
直径很大，则可能存在泡沫无法覆盖的死
角，需其它消防装备配合灭火。
虚线这个地方的火不急于灭，这个地方的火最后踩
灭因为是一个死角。
目前理论10万的罐泡沫投入进
去会翻滚，实际上从1%流量变成25%，因为要蒸发，
蒸发时间，要求脚步啊，不能上前后投放的大于30米，会看见作战方案。
5万的罐配一台375的消防炮，肯定没问题，所有漂移没有超过30米。
例子都是成功案例，3台125的也可以勉强，
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
足迹理论
右图为不同流量消防炮形成的瞬时落点的尺寸，流量越大，落点尺寸就越大。
以8000GPM（500L/s）的消防炮为例，其落点尺寸约为40×20米2，泡沫着陆后会继续向前漂移约30米距离，因此应合理选择泡沫落点，避免浪费或不足。
同时，不同尺寸储罐对泡沫的流量也有不同要求，下文会进一步详述。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
足迹理论应用
以5万立储罐为例，当消防装备一台375L/s消防炮时，其泡沫落点的覆盖面如右图所示，最远端距离罐壁约为10米小于30米漂移距离，能够有效覆盖整个储罐表面，因此可以适用本储罐消防。
二、灭火机理研究
2.灭火方案分析
足迹理论应用
同样是5万立储罐，当消防装备为三台125L/s消防炮时，其泡沫落点的覆盖面如右图所示，最远端距离罐壁约为26米小于30米漂移距离，因此仍然能够有效覆盖整个储罐表面，可以适用本储罐灭火。
2.灭火方案分析
足迹理论应用
以直径76米储罐（约8万立）为例，消防装备仅有一台375L/s消防炮已经不能满足灭火对泡沫流量需求，因此应额外配备两台125L/s消防炮方可达标。
其泡沫落点的覆盖面如右图所示，最远端距离罐壁小于30米漂移距离，能够有效覆盖整个储罐表面，因此可以适用本储罐消防。
2.灭火方案分析
足迹理论应用
同样是直径76米储罐（约8万立），若消防装备仅有125L/s消防炮共5台，其流量总和可以满足灭火对泡沫流量需求；然而，由于泡沫落点远端距离罐壁大于30米漂移距离，无法有效形成全表面覆盖，因此该消防装备不能适用本储罐的消防。
2.灭火方案分析
综前所述，灭火过程应符合如下原则：
短时间内，将大流量、完全覆盖起火表面的泡沫集中投放到罐顶，并保持泡沫持续输送强度。
若泡沫投放能力不足，将会延长完全覆盖起火表面的时间，有可能导致前期投放的泡沫失效，进一步延长完全覆盖所需时间。
3.后续处理
火势被完全压制后，应继续向罐体施用冗余泡沫，降低罐体和油品温度，防止复燃发生。
具体冷却原则见第四章节。
三、装备配备
1配备原则
2.配备方案
三、装备配备
1.配备原则
低于所需最低用量的消防泡沫投放强度无法有效进行扑救。
如右图所示，几辆消防车的小流量喷射能力不能满足该储罐对消防泡沫流量的需求，因此无法扑灭该储罐火灾。
三、装备配备
日本某储罐案例，受地形和道路限制，消防力量无法完全展开；同时道路发生严重拥堵，一旦发生沸溢或油品泄漏事故，相关人员和车辆无法迅速撤离。
三、装备配备
1.配备原则
随着储罐罐容的增大：
储罐的高度增加，要求的射高大；
储罐直径增加，要求的射程远；
储罐产生的热辐射巨大,部分储罐（如原油）还有沸溢的风险，限制了救援人员所能靠近的距离。
因此，装备的配备必须满足的条件是射高大、射程远、流量符合标准要求，同时尽可能减少所需的操作人员。
三、装备配备
三、装备配备
油罐沸溢实验视频
三、装备配备
1.配备原则
举高喷射消防车和大流量消防炮可以满足射程远、射高大的要求。
高喷车的混合泡沫液输送效率一般为40-100L/s
大流量消防炮的输送效率可以覆盖150-750L/s的范围。
2.装备配备方案
对于1万立储罐，其直径约为30米，上表面积为707m2，泡沫液最低流量需要77L/s。
理论上来说，一辆高喷车的泡沫投放能力即可满足其最低要求。
同理，对于3万立储罐，直径约46米，上表面积为1662m2，泡沫液最低流量需要180L/s。
理论上来说，至少需要3辆高喷车或一台250L/s的大流量消防炮，才能满足其泡沫投放能力的最低要求。
该理论已经通过等比例实验以及实际案例的验证
三、装备配备
等比例泡沫量验证实验视频
灭火案例
波多黎各首府圣胡安海湾储油基地2009年一次爆炸致11个储罐起火，2天时间蔓延至22个储罐；
这种的挺吓人的，那么两天之后消防去了之后就用了1门250的炮，10分钟压制，25分扑灭，全部扑灭65分钟。
灭火案例部分储罐火势迟迟无法得到控制；调用250L/s大流量消防炮，以图中1万立汽油储罐为例，10分钟后火势被压制，25分钟完全扑灭，继续冷却至65分钟。
扑救案例
灭火案例
1989年埃克森美孚公司3万立46米直径汽油储罐1台250L/s大流量炮
3.装备配备方案
对于5万立储罐直径约60m，其上表面积为5026m2，故所需的最低泡沫量为344L/s。
理论上至少需要5辆高喷车才能满足需求。
然而，由于受到救援场地的限制，5辆以上的高喷车很难完善排布于有利的灭火位置；同时，小水量的覆盖面积相对较小，漂移距离短，且水量分散，无法形成合力；一旦发生沸溢或溢出流淌火等险情，救援车辆难以迅速撤离，所以单纯依靠高喷车已经无法满足消防需求。
因此，对于5万立储罐，一台400L/s或两台250L/s的大流量消防炮理论上即具备扑灭其全表面火的能力。
这在实际扑救案例中已经得到验证。
三、装备配备
3.装备配备方案
2006年美国
俄克拉荷马州
探险者库区
5万立汽油储罐
2台250L/s大流量炮
扑救尾声，
两条泡沫流交叉，
泡沫轨迹提前下落，
覆盖死角处余火。
三、装备配备
3.装备配备方案
同理，2台400L/s的大流量消防炮理论上即具备扑灭10万立储罐全表面火的能力。
这一理论已经在实践中得到证实。
2001年美国诺科市奥瑞刚炼油厂10万立MTBE储罐全表面火扑救案例。
13:
30雷击导致储罐起火
我们国内目前全表面火灾还没有过，有的地方罐壁已经有点烧塌下了。
扑救实例
扑救实例
02:
37大火完全被扑灭，共用时65分钟。
然后继续施用泡沫54分钟，防止复燃。
原有45400立MTBE，扑救结束时剩余26740立。
共动用一台400L/s和一台250L/s大流量消防炮，创效大型储罐扑救记录。
泡沫系统、流量系统要匹配。
三、装备配备
不同储罐全表面火的装备配备方案
储罐容量
直径
（m）
上表面积（m2）
泡沫施用密度L/min/m3
泡沫液流量（L/s）
3%泡沫需求总量（L）
建议装备配备方案
1万立储罐
30
707
6.5
77
8959
流量80L/s以上高喷车1辆
2万立储罐
40
1257
6.5
136
15928
流量80L/s以上高喷车2辆
3万立储罐
46
1662
6.5
180
21065
流量80L/s以上高喷车3辆，
或流量250L/s消防炮1台
5万立储罐
60
2827
7.3
344
40248
流量250L/s消防炮2台，
或流量400L/s消防炮1台
10万立储罐
82
5026
9
754
88216
流量400L/s和250L/s消防炮各1台，或400L/s消防炮2台
15万立储罐
98
7543
10.2
1282
150029
流量400L/s消防炮3台，
或配以流量750L/s消防炮。
四、扑救方案
1.接警出发前
2.现场扑救前
3.扑救过程中
4.明火扑灭后
5.注意事项
1.接警出发前
判断是否需要扑救形成有效战斗力前，尽量减少现场消防资源浪费；仅采取必要的事故及周边装置控制、防护措施；
根据储罐尺寸，确定消防水的供给和装备配备水源距离、水压、水总量等；消防炮、高喷车的总输出能力（L/s）等；
水带长度、直径、中继泵功率等；根据燃烧介质，确定泡沫的供给需要的泡沫类型、总量等；泡沫包装类型、运输方式等；
2.现场扑救前
隔离起火储罐，保护周边装置；调集所需物资，确认满足需求，连接水带、建立泡沫供给；依据现场环境（风向、风速、道路状况、水源方位等），确定装备布局位置（尽量上风位布局）；确定具体扑救方案（主炮泡沫落点、辅助炮/车攻击方案等）；考虑可能发生的状况（罐壁塌陷、沸溢等）；划定安全区域，建立人员接触保护（水雾屏障等）；防火堤及排水设施；
为什么有效呢，就是刚刚能够有效的形成泡沫覆盖成，一台400、一台200的。
能够投入一次性优越性的设备。
装备要完善。
3.扑救过程中
调节水压平衡，建立稳定泡沫喷射流；
调节喷射方向和喷射仰角，瞄准目标窗口，提供稳定持续泡沫输出，建立落点覆盖层；
覆盖层建立稳定后，进一步扩大覆盖区域，控制火势；
根据装备配备和现场情况，及时修正现有战术；
考虑可能需要采取的措施：
从罐中抽出介质（降低浮顶高度，创造泡沫层可覆盖的厚度；降低液位，防止燃烧物料泄漏等）、向罐中注入介质（消除蒸汽空间；减少罐底积水）等;扑灭全部明火。
国家给国家应急救援队给了13只队伍，我要给你配大功率流量炮。
同时大家可以看到现场在投放扑救中并没有着急，建立好之后，不直接打，调整泡沫的水流、水压稳定之后才找出角度，找出窗口才投放，建立一个稳定的泡沫输出
4.明火扑灭后
保持现有输出，继续投放冗余泡沫，进一步冷却储罐和油品，保持安全距离，防止复燃；
清扫战场，确保事故装置及周边装置安全；回收装备、水带、剩余物资；补充齐备消耗掉的消防资源；总结扑救经验，提高实战能力。
我们目前没有一个罐，漳州事故国务院领导问，三个问题，问的1能不能扑灭。
2靠什么扑灭。
3需要什么东西。
我们跟领导说肯定能扑灭国外有现成的案例。
国内黄岛89年黄岛事故，最年轻的消防官兵17岁，5000的罐。
别忽悠我，现在国内没有能扑灭的，我们现在只要能把其他罐保住就可以了。
为什么不行。
国外有没有标准，也有方法，也有成功案例。
只是我们从标准，装备，过去都没有要求。
现在的标准都是城市消防站配备的。
增加人不管用，装备要壕，能力要好。
国外扑救这类火灾不需要人多。
5.注意事项
大型储罐起火扑救
优先使用储罐的固定式泡沫系统进行扑救，固定系统失效的情况下才考虑外部固定或移动装备；
大型储罐火扑救难度极大，对战术布置、作战人员经验、现场管控调度水平等都有极高的要求；
带压装置起火可以考虑干粉与消防泡沫混合施用：
以干粉扑灭明火，以消防泡沫冷却装置。
防止复燃的危害
成功灭火初期，油品和罐体温度较高，应着重保护泡
升级会员 