化工園區(qū)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的應(yīng)用研究

●宋群立，姚 斌，唐慶龍

(1．蚌埠市消防支隊(duì)，安徽 蚌埠 233000;2．中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230027;3．合肥巨瀾安全技術(shù)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000)

1 化工園區(qū)火災(zāi)案例及原因分析

1．1 火災(zāi)案例

化工園區(qū)是大型火災(zāi)發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域，也是防火防爆重點(diǎn)區(qū)域。2013年6月2日14時(shí)30分許，中石油大連石化分公司位于甘井子區(qū)廠區(qū)內(nèi)聯(lián)合車間的939號(hào)罐突發(fā)爆炸，隨之著火，并相繼引起鄰近的936號(hào)、935號(hào)和937號(hào)儲(chǔ)罐著火?；馂?zāi)發(fā)生后，大連市消防部門派出40個(gè)中隊(duì)846名消防官兵，出動(dòng)消防車163臺(tái)參與滅火，火災(zāi)造成4人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千萬(wàn)元。這起事故的直接原因?yàn)樽鳂I(yè)人員在罐頂違規(guī)違章進(jìn)行氣割動(dòng)火作業(yè)，切割火焰引燃泄漏的甲苯等易燃易爆氣體，回火至罐內(nèi)引起儲(chǔ)罐爆炸。2012年5月27日安徽八一化工廠氯苯車間的西樓降膜平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)。接到報(bào)警后，蚌埠市消防支隊(duì)先后調(diào)集8個(gè)大、中隊(duì)，26輛消防車、168名消防官兵趕赴現(xiàn)場(chǎng)撲救。安徽省消防總隊(duì)全勤指揮部接到報(bào)告后，立即啟動(dòng)跨區(qū)域滅火救援預(yù)案，迅速調(diào)集合肥、淮南、滁州、宿州4個(gè)支隊(duì)的21輛消防車、136名官兵趕赴現(xiàn)場(chǎng)撲救。該起火災(zāi)的過(guò)火面積達(dá)2 800 m2。

1．2 原因分析

1．2．1 起火迅速，過(guò)火面積大

化工園區(qū)所生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的產(chǎn)品往往都是極易燃燒的物質(zhì)，并且一旦著火，火勢(shì)極易蔓延。特別是石油化工企業(yè)、罐區(qū)等一旦發(fā)生火災(zāi)，在短短幾分鐘內(nèi)火勢(shì)就可達(dá)到難以控制的程度。

1．2．2 火勢(shì)兇猛，較容易引起爆炸

石油化工園區(qū)或罐區(qū)近年來(lái)發(fā)生多起火災(zāi)爆炸事故，已造成多人傷亡，給國(guó)家和人民帶來(lái)巨大的人力和財(cái)力損失。對(duì)于石油化工園區(qū)或罐區(qū)火災(zāi)特性，國(guó)內(nèi)已有大量文獻(xiàn)進(jìn)行研究，本文不做闡述。

1．2．3 缺少行之有效的供水滅火裝置

水一直是滅火的基本條件。國(guó)內(nèi)外滅火統(tǒng)計(jì)資料表明，90%以上的火災(zāi)可以用水撲救，而火災(zāi)撲救失利的90%的因素是供水強(qiáng)度不足。因此，滅火成功必須具備足夠的供水強(qiáng)度。

據(jù)公安部消防局2007年的一份調(diào)査統(tǒng)計(jì)，各類重特大火災(zāi)(如萬(wàn)噸級(jí)油罐、高層建筑、大面積市場(chǎng)、大跨度廠房)，平均滅火供水強(qiáng)度須達(dá)到400 L·s-1左右。石化類重特大火災(zāi)，滅火供水強(qiáng)度則須達(dá)到600 L·s-1以上，撲救時(shí)間也常常持續(xù)數(shù)晝夜。

就目前我國(guó)石油化工企業(yè)大功率供水及滅火裝備的配備現(xiàn)狀來(lái)看，大多配備了一定數(shù)量的大功率、大流量消防車以及移動(dòng)式消防炮，但往往因?yàn)榛饒?chǎng)水源有限、供水管網(wǎng)和自動(dòng)滅火設(shè)施的供水強(qiáng)度嚴(yán)重不足等原因，造成滅火能力、功效不能完全發(fā)揮?！妒突は澜ㄔO(shè)規(guī)范》要求，石油化工廠區(qū)需建設(shè)消防蓄水池，消防水池蓄水量應(yīng)滿足持續(xù)消防滅火6 h。但是我國(guó)近年來(lái)的化工園區(qū)火災(zāi)案例，其滅火時(shí)間往往是幾十小時(shí)，甚至上百小時(shí)，消防蓄水池的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足火場(chǎng)要求。

2 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)研究

為解決上述問(wèn)題，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家率先研制出了遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)。遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)可將幾千米甚至幾十千米以外的水源以一定的流量源源不斷地輸送到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，可同時(shí)給多臺(tái)消防車或消防炮連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間供水，滿足火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的大范圍長(zhǎng)時(shí)間滅火作業(yè)。當(dāng)城市或廠區(qū)發(fā)生內(nèi)澇時(shí)，遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)也可用于城市或廠區(qū)的排澇。目前我國(guó)在遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)上也取得了一定的成果，部分廠商已能夠自主研發(fā)和生產(chǎn)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)。

2．1 遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前不管是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)，還是我國(guó)自產(chǎn)的遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)，都包括兩個(gè)部分，一是取水裝置，二是水帶鋪設(shè)裝置。這兩種裝置一般都置于改裝的卡車底盤之上。取水裝置配置有大功率柴油機(jī)和消防水泵，負(fù)責(zé)從自然水源中抽水;水帶鋪設(shè)裝置配置有水帶存放箱和水帶收卷整理結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行消防水帶的長(zhǎng)距離鋪設(shè)和收卷整理。整個(gè)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，取水裝置從自然水源中取水后，通過(guò)消防水帶將水輸送至用水現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)城市和廠區(qū)發(fā)生洪水和內(nèi)澇時(shí)，將取水裝置吸水管放置于積水中，通過(guò)消防水帶可進(jìn)行排澇作業(yè)。

2．2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外就遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的研究較少，且主要集中在其應(yīng)用上。朱明榮圍繞消防部隊(duì)滅火救援的難題，強(qiáng)調(diào)了在滅火救援中水的重要性，能否不間斷、及時(shí)地提供足量的水資源，是解決滅火戰(zhàn)斗的關(guān)鍵。趙小斌等人在對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)供水方法進(jìn)行總結(jié)之后，通過(guò)定量的計(jì)算論證在新型材料滅火裝備下的供水量，從定量和定性兩方面給出了在消防滅火中的最佳供水方法，為消防部隊(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)供水提供了一定的支持和參考。傅建橋等人在對(duì)大型火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)滅火的傳統(tǒng)消防裝備研究的基礎(chǔ)上，也采用定性和定量?jī)煞N方法來(lái)研究新型裝備對(duì)我國(guó)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)供水模式的影響，并提出了我國(guó)新型裝備滅火現(xiàn)場(chǎng)供水的建議。

3 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)在八一化工廠的應(yīng)用研究

本文以國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)與大功率滅火裝備相結(jié)合，形成遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)，以安徽八一化工廠為例，研究其具體應(yīng)用。

3．1 安徽八一化工廠簡(jiǎn)介

安徽八一化工廠位于龍子湖區(qū)解放北路段，北鄰淮河，從廠區(qū)到解放路淮河大橋約1．5 km，擁有自然水源優(yōu)勢(shì)。安徽八一化工廠占地面積約40萬(wàn)m2，使用面積10．5萬(wàn)m2，主要生產(chǎn)燒堿、液氯、鹽酸、氯化苯、對(duì)鄰硝、酚鈉、對(duì)酚、鄰苯二胺等。安徽八一化工廠近年來(lái)發(fā)生過(guò)3起火災(zāi)爆炸事故，造成1人死亡，多人重傷。

3．2 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)在八一化工廠的應(yīng)用研究

本文所研究的遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)由取水裝置、水帶鋪設(shè)裝置、滅火裝置組成。取水裝置、水帶鋪設(shè)裝置與前文中所述內(nèi)容相同，遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)的主要性能參數(shù)

3．2．1 水源及供水距離研究

安徽八一化工廠距離淮河約為1．5 km，滿足單臺(tái)水帶鋪設(shè)車水帶鋪設(shè)距離，可通過(guò)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)將淮河水輸送至廠區(qū)任何位置。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水源進(jìn)行勘察，取水可通過(guò)兩種方式。(1)在解放路淮河大橋進(jìn)行取水作業(yè)，橋面與水面的垂直高度約為30 m，由于季節(jié)原因，水位會(huì)有所浮動(dòng)，浮動(dòng)范圍在2 m以內(nèi)。故若在解放路淮河大橋上進(jìn)行取水作業(yè)，取水高度需達(dá)到35 m，則必須采用液壓潛水泵取水裝置進(jìn)行取水。(2)在淮河沿岸進(jìn)行取水作業(yè)。河岸離水面高度約為6 m，離心泵取水裝置取水較為困難，故需采用液壓潛水泵取水裝置。同時(shí)，考慮到河岸水質(zhì)較為渾濁，且河岸土質(zhì)較為松軟，不利于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備放置及操作。所以，取水方式采用液壓潛水泵取水裝置在解放路淮河大橋進(jìn)行垂直取水。

3．2．2 用水量及水損確定

根據(jù)我國(guó)工業(yè)廠區(qū)消防用水量規(guī)定，對(duì)于中型化工廠區(qū)合成氨、氨加工、氯堿等裝置的消防用水量為40～60 L·s-1;大型合成氨、氨加工、氯堿等裝置的消防用水量為60～80 L·s-1。假設(shè)安徽八一化工廠發(fā)生火災(zāi)，并且相鄰兩個(gè)裝置都發(fā)生火勢(shì)蔓延，則所需的消防供水量為120～160 L·s-1，該遠(yuǎn)程供水及滅火系統(tǒng)200 L·s-1的流量完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

3．2．2．1 沿程壓力損失

安徽八一化工廠距離解放路淮河大橋1．5 km，經(jīng)實(shí)地調(diào)研測(cè)量，其海拔高度相差不超過(guò)15 m。根據(jù)該遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的供水距離與供水高度的關(guān)系圖(圖1)計(jì)算，供水距離為1．5 km時(shí)，供水高度為82 m，即末端水帶出水口壓力0．82 MPa。假設(shè)安徽八一化工廠發(fā)生火災(zāi)地點(diǎn)，與解放路淮河大橋的路面距離為2．5 km，則供水高度為78 m，即末端出水口壓力為0．78 MPa，減去高度差15 m，則實(shí)際末端出水口壓力 0．63 MPa。

圖1 遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)供水距離與供水高度函數(shù)圖

3．2．2．2 局部壓力損失

局部壓力損失包括兩部分，水帶接口處的損失和水帶彎曲的損失。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察，從解放路淮河大橋到八一化工廠鋪設(shè)消防水帶，水帶彎曲度分別為 30°、90°、60°，假設(shè)在廠區(qū)內(nèi)部還有 3 個(gè)彎曲度，分別為 30°、90°、60°。水帶接口壓損非常小，在研究中可忽略不計(jì)，本文只計(jì)算水帶彎曲帶來(lái)的壓損。局部壓損系數(shù)計(jì)算公式如下:

式中，d為水帶直徑;R為水帶彎曲的曲率半徑;θ為彎曲水帶的圓心角。

在遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)中，R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d，因此，d可以忽略不計(jì)，則公式(1)可簡(jiǎn)化為:

水帶中水流速度為:

由于水帶直徑為300 mm，流量為200 L·s-1，則v=3．95 m·s-1。本方案中，共有6個(gè)彎角，根據(jù)公式(2)可得出 ξ1=0．043，ξ2=0．13，ξ3=0．087，ξ4=0．043，ξ5=0．13，ξ6=0．087，則局部壓力損失系數(shù) ξ= ξ1+ ξ2+ ξ3+ ξ4+ ξ5+ ξ6=0．52。

局部壓力損失計(jì)算公式為:

局部損失為0．084 m，可見，局部損失帶來(lái)的壓力損失非常小，可以忽略不計(jì)。

通過(guò)上述計(jì)算，遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)將淮河水引入2．5 km的用水處，出水口壓力0．63 MPa，完全滿足滅火裝置0．1 MPa的要求，滅火裝置可正常使用。

3．2．3 滅火裝置應(yīng)用簡(jiǎn)介

滅火裝置配備大功率消防泵及消防炮，消防炮射程可達(dá)120 m，并且配置無(wú)線遙控操作，遠(yuǎn)程操作距離150 m，如圖2所示。同時(shí)，滅火裝置配備8個(gè)DN 80快速出水口，2個(gè)DN 150快速出水口，可同時(shí)給8～10臺(tái)消防車或消防炮供水，如圖3所示。

圖2 大功率滅火裝置

圖3 滅火裝置供水功能

3．2．4 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)在八一化工廠的應(yīng)用

遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)在八一化工廠應(yīng)用示意圖如圖4所示，其中供水裝置取水，水帶鋪設(shè)車(水王系統(tǒng))輸水，滅火裝置現(xiàn)場(chǎng)滅火。

圖4 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)滅火作業(yè)圖

遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)與廠區(qū)內(nèi)其他消防設(shè)備(消防車、消防炮)聯(lián)合使用示意圖如圖5所示。其中，取水裝置取水、鋪設(shè)車鋪設(shè)水帶，并供給多臺(tái)消防車、消防炮進(jìn)行滅火(或者由滅火裝置為多臺(tái)消防車、消防炮供水)。

圖5 遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)與其他消防設(shè)施組合滅火示意圖

4 結(jié)論

在工業(yè)化和商業(yè)化的時(shí)代，大型規(guī)模化的工業(yè)企業(yè)和商業(yè)建筑越來(lái)越多，遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)就成為消防部隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)配備的滅火救援裝備。本文研究了遠(yuǎn)程供水滅火系統(tǒng)的工作原理和方法，以安徽省八一化工廠為例，分析遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)在化工園區(qū)的應(yīng)用，為我國(guó)石油化工園區(qū)火災(zāi)安全提供了一定的依據(jù)，主要結(jié)論如下:在大型化學(xué)工業(yè)廠區(qū)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)能有效地解決火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)用水不足的現(xiàn)狀;遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)可有效地與傳統(tǒng)的消防滅火裝置(如消防車、消防炮)結(jié)合使用，直接為其提供源源不斷的消防用水，進(jìn)行滅火作業(yè)。

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