摘要：通過對一起苯乙烯儲罐火災事故的分析，提出了消防設計過程中選擇并執行現行設計規范的重要性。并進一步提出了在設計過程中應充分借鑒相關資料和國內外成果經驗，綜合考慮投資和效益的關系，在滿足設計規范的前提下采取最優設計方案，實現火災事故影響最小化。

　　關鍵詞：火災消防設計,設計規范

　　前言：2012年5月，廣東某化工廠發生了一起苯乙烯儲罐著火事故。著火點為其中一座3000m3苯乙烯儲罐，儲罐大小為φ17m×16.5m。火災撲滅時有部分損毀，周邊鄰近罐由于有固定消防冷卻水系統起作用，火災受損程度很小。由于石化裝置的原料和產品均是易燃易爆的碳氫化合物，以及連續性高溫、高壓的生產操作條件，決定了石油化工行業的高風險性和事故多發性。發生火災爆炸事故是石化行業最主要、最常見的風險。據資料統計：在近50年間，國內外油品儲罐共發生242起重大事故，其中震驚中外的黃島油庫火災造成10多人死亡，直接經濟損失超過3 000萬元，英國邦斯菲爾德油庫火災燒毀大型儲罐20余座，直接經濟損失高達35億元[[1]]。這些火災事故不僅造成人員和財產的重大損失，嚴重污染了周邊環境，還容易引發不良的社會影響。任何設計都不能使石化裝置達到絕對安全，任何措施都不可能將事故風險降低至零[[2]]。因此作為火災事故的最后一道屏障，消防設計工作的好壞直接決定了火災事故對經濟、社會和環境的影響程度。新形勢下各種不同的安全隱患層出不窮，也對消防設計工作提出了新的要求和挑戰。

　　1 設計規范和標準是實現火災事故影響最小化的重要基礎

　　與工藝設計相比，消防設計是附加到工藝系統上的非本質安全設施，必須經過維護和測試才能保證其可靠性，為此需要增加投資和維修費用，但也不能保證自身不出故障。因此，在工藝設計中應盡可能增加本質安全性來減少事故發生的概率。然而，風險總是不可避免的，為了降低可能發生的事故影響程度必須采取有效的消防設施。消防設計的目的就是使火災風險損失最小化，這種最小化的概念是指火災在一個小時內得到控制。所謂“控制”是指火可能還在燃燒，但已沒有更多的設備受到火災威脅，并且已不存在無控制的物料排放[2]。設計人員應根據工藝過程和平面布置等工程的具體條件，分析生產過程中可能發生各種火災的風險情況，依據國家有關標準規范及專利商有關的安全消防要求，確定合理的消防滅火方案。

　　1.1 認真分析防火對象的物化特性

　　對于民用建筑及各類工用建筑，根據其構件的燃燒性能和耐火極限可分為一、二、三、四級;對于生產中使用、產生或儲存的物品，根據其物質性質及其數量等可將其危險性特征分為甲、乙、丙、丁和戊類，同級別的可燃液體，又可根據其危險性細分為A類和B類[[3]]。不同的級別對其的消防要求也相應不同，為此在設計前必須先明確建筑耐火等級及物品火災危險性，使用適合的設計規范。

　　該化工廠發生火災的儲罐規模為3000m3(φ×H=17m×16.5m)，其儲存物品為苯乙烯，是一種無色透明油狀的可燃液體。熔點：-36.6℃、沸點：146℃、閃點：31.1℃、自燃溫度：490℃、爆炸極限(下)：1.1%、爆炸極限(上)：6.1%。苯乙烯的火災危險特性為乙A類，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。遇酸性催化劑如路易斯催化劑、齊格勒催劑、硫酸、氯化鐵、氯化鋁等都能產生猛烈聚合，放出大量熱量。

　　1.2 合理選擇消防設計規范

　　對于同一種滅火對象，不同的防火規范可能有不同的規定，這就需要我們根據物品的物化特性，生產、儲存的實際情況選擇相應的設計規范。

　　對于需要設固定式冷卻供水系統的固定頂立式罐的冷卻水標準，《建筑設計防火規范》(GB50016-2006)(以下簡稱“建規”)和《石油化工企業設計防火規范》(GB20160-2008)[以下簡稱“石化規(2008)”]對此都做了規定。“建規”第8.2.4條表8.2.4為0.50[L/(s·m)],m為罐周長;“石化規”第8.4.5條為2.5L/min.m2，m2為油罐罐壁表面積[[4]]。上述兩個標準有著明顯的不同：前者只與罐周長油罐，只要罐周長一定，無論罐的高度怎么變化，其消防冷卻水量不變;后者不但與罐周長有關，同時也與罐體高度有關[[5]]。采用兩種用水標準計算出來的結果是不同的，有時相差很大。關于鄰近罐保護個數，“建規”表8.2.4注5：當相鄰儲罐超過4個時，冷卻用水量可按4個計算;“石化規”第8.4.4條規定，當鄰近立式儲罐超過3個時，冷卻水量可按3個罐的消防用水量計算。由于《石油化工企業設計防火規范》專適用于石油化工企業新建、擴建或改建工程的防火設計，針對性較強，故該化工廠的苯乙烯儲罐消防設計選用《石油化工企業設計防火規范》。

　　1.3 嚴格執行現行設計規范是設計者應盡的職責

　　該化工廠苯乙烯儲罐于2008年設計施工完成，消防冷卻給水系統采用的設計規范為《石油化工企業設計防火規范》(GB20160-92)。據該規范表7.3.8規定，該罐區著火罐固定式消防冷卻水的供水強度q=2.5L/min·m2，鄰近罐消防冷卻水的供水強度q=2.0L/min·m2，罐直徑小于20 m，滅火延續時間按4小時計算，計算得供水強度Q=66.1L/s。有消火栓泵二臺，一用一備，單臺泵流量Q=70～80～90L/s;揚程H=94.5～90～83.7m，功率P=110kw，完全滿足消防用水要求。泡沫滅火系統采用的設計規范為《低倍數泡沫滅火系統設計規范》GB50151-92(2000年版)。根據該規范要求，采用6%的氟蛋白泡沫劑，供給強度q=5.0L/min·m2,供給時間45min，計算得泡沫液供給強度Q=18.9L/s。據此配空氣泡沫發生器PC83個，Q=24L/s，另配泡沫槍一支，Q=4L/s，20min，合計Q=28L/s?，F有泡沫泵Q=95L/s;H=100m;P=132kw，泡沫罐容積8m3(其它場所有泡沫噴淋)，滿足泡沫供給需求。從現場火災滅火結果看，固定式冷卻水系統和泡沫滅火系統在火災發生時運行良好，成功地保護了周邊鄰近罐。

　　火災發生后該化工廠對已損壞的苯乙烯儲罐進行了整改。由于新規范的發布，所有消防設計必須按照新規范的要求重新計算。消防冷卻給水系統采用的設計規范為《石油化工企業設計防火規范》(GB20160-2008)。據該規范表8.4.5規定，該罐區著火罐固定式消防冷卻水的供水強度q=2.5L/min·m2，鄰近罐消防冷卻水的供水強度q=2.5L/min·m2，罐直徑小于20 m，滅火延續時間按4小時計算，計算得供水強度Q=73.4L/s比舊規范要求多了7.3L/s。原有消火栓泵二臺，一用一備，單臺泵流量Q=70～80～90L/s;揚程H=94.5～90～83.7m，功率P=110kw，滿足新規范設計要求，不需要變更。泡沫滅火系統采用的設計規范為《泡沫滅火系統設計規范》GB50151-2010。根據該規范要求，采用6%的氟蛋白泡沫劑，供給強度q=5.0L/min·m2,供給時間45min，計算得泡沫液供給強度Q=18.9L/s。據此配空氣泡沫發生器PC83個，Q=24L/s，另配泡沫槍一支，Q=4L/s，20min，合計Q=28L/s，與舊規范無差別?，F有泡沫泵Q=95L/s;H=100m;P=132kw，泡沫罐容積8m3(其它場所有泡沫噴淋)，完全滿足新規范要求，無需另加其它措施。

　　此外，設計工作作為一種服務業，其宗旨是以客戶滿意為第一目標。在設計工作階段，客戶會根據其需要或者投資情況提出各種不同的建議和要求，由于專業角度的不一致，客戶的有些要求是不符合設計規范的。面對這種情況，我們應以設計規范為第一準則，只有在滿足設計規范要求的前提下實現風險最小化，方能考慮如何盡可能地滿足客戶的需求。

　　考慮到投資成本，目前很多儲罐區的消防污水由于客戶的意見和要求未采取措施進行收集，一旦進入雨水管道并排放至市政雨水管網和天然水體，將造成地下水、地表水的嚴重污染。從該化工廠火災現場看，由于消防污水和清凈雨水系統分流設計到位，儲罐區的消防污水被及時收集，未造成環境污染。2005年11月16日中石油吉林化工公司雙苯廠發生爆炸而引起火災后，由于消防和現場清理過程中消防污水排入松花江，造成了重大松花江污染事件[[6]]。

　　2 消防法規及其它相關資料是消防設計的重要補充

　　在實際設計過程中，往往發現很多設計內容無法在設計規范中找到相關設計準則，這種情況下即需要參考國外相關規范或者同類型設計經驗，并通過會議討論，形成紀要，經當地消防主管部門審核通過方可執行。

　　2.1 充分借鑒相關規范和經驗

　　由于國內技術條件的限制，我國尚不能對一些消防設計規范做出比較精確的規定，往往需要參考國外設計規范，主要是美國消防協會NFPA。當一些設計標準在國外設計規范也無法找到或者與國內實際情況差別較大時，則需要借鑒一些成果的設計經驗，在此基礎上結合實際情況進行設計。

　　2.2 加強理論與實際結合

　　除了嚴格執行設計規范外，還需根據實際運轉和測試情況，選擇較合理的設計方案。

　　如對可燃液體儲罐冷卻水方式，目前我國很多儲罐區采用固定式冷卻水系統與消防水炮相結合的方式。但從使用效果看這種方式不盡妥當。一方面水炮工作壓力比較大，普通廠區工作人員操作難度大，而且當水炮與固定式噴淋系統同時工作時，系統水壓無法保證固定噴淋系統正常工作;另一方面，水炮耗水量比較大，易造成消防水池中的水供應不足，使得固定噴淋系統噴水量達不到設計要求，影響滅火效果。因此根據廠區消防情況，當消防水池及消防泵流量及水壓不是很大時，不宜采用固定式冷卻水系統與消防水炮相結合的方式。且根據消防設計規范規定，固定式冷卻水系統加2支移動水槍保護已足已滿足規范滅火要求。

　　結論

　　化工品儲罐爆炸事故的發生給全社會敲響了警鐘，設計單位要根據化學品特性及建筑的不同情況反復論證，認真做好化工廠的消防設計，并根據不同的需求選擇合適的設計規范，以此為標準嚴格執行。此外，在設計過程中，還應根據客戶的愿望和需求，充分借鑒相關資料和國內外成果經驗，綜合考慮投資和效益的關系，在滿足設計規范的前提下采取最優設計方案，實現火災風險最小化。

　　參考文獻：

　　[[1]] 葛曉霞，董希琳，郭其云. 大型石油儲罐消防設計研究[J]. 中國安全科學學報，2008,18(9):79-83

　　[[2]] 胡晨. 石化裝置火災爆炸風險最小化設計[J]. 石油煉制與化工，2001,32(8):55-58.

　　[[3]] GB50016-2006，建筑設計防火規范[S]

　　[[4]] GB50160-2008，石油化工企業設計防火規范[S]

　　[[5]] 勇俊，賈薇，羅永強. 油罐區消防冷卻水問題探討[J]. 給水排水，2001,27(11):62-63

　　[[6]] 謝有胤. 可燃液體儲罐區消防設計探討[J]. 化工設計，2006,16(2):30-32