石油石化企業液化烴儲罐區自動滅火系統設計與應用研究

1 引言

液化烴（如LPG、LNG）作為石油石化行業的重要原料和能源產品，具有極高的火災爆炸危險性。其在儲存過程中通常處于低溫或高壓狀態，一旦發生泄漏，極易形成可燃蒸氣云，遇點火源將引發火災甚至爆炸事故。這類事故往往導致嚴重的人員傷亡、財產損失和環境污染。因此，針對液化烴儲罐區設計高效可靠的自動滅火系統，已成為石油石化企業安全生產的核心挑戰必要保障

近年來，國內外液化烴儲罐火災事故屢見不鮮，根據事故調查分析，超過70%的重大事故是由于初期火災控制不當所致。實踐表明，依靠傳統人工消防方式難以有效應對液化烴儲罐的快速蔓延火災，自動滅火系統作為"最后屏障"顯得尤為重要?，F代自動滅火系統已從簡單的滅火工具演變為集"監測-預警-撲救"于一體的智能安全體系，通過精準的風險評估、規范合規的設計以及技術創新的應用，構建"探測-報警-抑制-冷卻"一體化防護體系。

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2 液化烴儲罐火災風險特性分析

2.1 介質特性與火災風險

液化烴通常包括液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）等主要類型，其物理化學性質決定了火災風險的獨特性。這些物質具有低溫儲存（如LNG常壓-162℃）、易燃易爆（爆炸下限普遍低于2%）、氣液膨脹比大（LNG可達600倍以上）等特點。一旦泄漏，會迅速氣化形成可燃云團，擴散距離遠，遇點火源即發生閃火或爆炸。

液化烴儲罐火災主要有以下三種場景：一是噴射火（Jet Fire），由壓力容器持續泄漏形成，火焰溫度高（可達2000℃）、熱輻射強，易導致相鄰設備失效；二是蒸氣云爆炸（VCE），泄漏氣云遇點火源發生爆轟，產生超壓破壞；三是沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE），在外部火焰烘烤下，容器強度下降破裂，內容物瞬間蒸發爆炸，危害極大。

2.2 儲罐結構與事故特點

液化烴儲罐常見類型包括全壓力式儲罐、半冷凍式儲罐和全冷凍式儲罐，不同結構有著不同的風險特征。全壓力式儲罐（如球罐）通常在常溫下儲存，壓力高，發生泄漏時易產生噴射火；半冷凍式儲罐采用低溫低壓設計，火災風險相對較低，但仍有可能發生泄漏；全冷凍式儲罐（如LNG儲罐）為常壓低溫儲存，泄漏時會產生劇烈的冷擴散和蒸氣云，遇火源即發生燃燒。

2.3 救援挑戰與特殊要求

液化烴儲罐火災撲救面臨諸多挑戰，具有火情偵察難儲罐冷卻防護難流淌火阻斷難全液面火災撲救難等特點。高溫環境下，罐體結構容易發生變形坍塌，進一步加劇救援難度。此外，液化烴火災撲救需要專業技術和特殊滅火劑，對消防人員和裝備提出了更高要求。

在實際救援中，往往需要采取"工藝處置優先、立體冷卻控火、科學安全施救"的處置原則，結合冷卻保護和工藝處置相結合的方式，防止裝置鋼結構變形坍塌及重點部位爆炸。這些特點決定了液化烴儲罐區自動滅火系統必須具備快速響應、高效滅火和持續冷卻的能力。

3 自動滅火系統設計原則與規范

3.1 設計基本原則

液化烴儲罐區自動滅火系統設計應以合規性可靠性適應性環保性為基本原則。系統設計必須嚴格遵循國家強制性標準和技術規范，確保合法合規?？煽啃砸笙到y具備備用電源、冗余控制和防誤動機制，確保在任何緊急情況下都能正常啟動。

適應性原則強調根據儲罐類型、介質特性和環境條件選擇合適的滅火技術和設備，確保系統能夠有效應對特定風險。環保性原則則要求在選擇滅火劑時考慮其環境影響，優先選擇臭氧耗損潛能值（ODP）為零、全球變暖潛能值（GWP）較低的清潔滅火劑。

3.2 主要標準規范

液化烴儲罐區自動滅火系統設計需符合國家強制性標準，主要包括GB 50160《石油化工企業設計防火規范》、GB 50151《泡沫滅火系統技術規范》、GB 50219《水噴霧滅火系統技術規范》、GB 50974《消防給水及消火栓系統技術規范》和GB 50370《氣體滅火系統設計規范》等。

國際標準方面，可參考NFPA 11（泡沫系統）、NFPA 15（水噴霧系統）、NFPA 2001（潔凈氣體滅火系統）等。這些標準規范對滅火系統的設計參數、安裝要求、驗收測試和維護管理都提出了詳細要求，是確保系統有效性的重要依據。

4 關鍵滅火技術選擇與應用

4.1 水噴霧冷卻系統

水噴霧冷卻是液化烴儲罐最基礎且核心的防護手段，主要用于控制罐壁溫度、防止設備超壓爆炸。根據規范要求，全壓力式液化烴罐的著火罐冷卻強度≥9.6 L/min·m2（LPG）或≥10.2 L/min·m2（LNG），連續冷卻時間需持續6小時以上。

系統設計時需注意噴頭布置方式，確保覆蓋整個罐壁表面，避免形成水幕阻擋消防視線。通常情況下，罐頂和罐壁需分別設計噴淋系統，罐周設置冷卻水幕隔離系統，以阻擋熱輻射，防止火勢蔓延。對于大型儲罐，冷卻水系統應配置雙路供水豎管，控制閥設于防火堤外15米，確保故障時能夠及時隔離。

近年來，壓縮空氣泡沫（CAFS）高壓細水霧等新技術逐漸應用于液化烴儲罐區，這些技術節水50%以上，滅火效率提升3倍，特別適用于水資源短缺地區。

4.2 干粉滅火系統

干粉滅火系統特別適用于撲救液化烴儲罐的初期火災小規模泄漏火災，具有快速抑制、無需水源的優點。超細干粉（粒徑≤20μm）滅火效率比傳統干粉提升12倍以上，殘留量減少90%。

在LPG/LNG罐區，通常采用固定塔式裝置，以四噸級干粉罐為核心，氮氣驅動系統確保1分鐘內完成啟動，5秒內噴粉，噴粉量達4.53公斤/秒。系統設計采用"全淹沒+局部應用"組合方式，罐頂每100㎡布置8個噴嘴，罐周設置干粉隔離墻，搭配60米射程干粉炮，形成"點-線-面"三級防護網絡。
現代干粉系統融合多傳感器（感溫+感煙+火焰+氣體）與AI火源定位技術，響應時間縮短至15秒內，誤啟動率低于0.1次/年。這些系統通常具備三重啟動機制（自動/手動/機械應急），并配備5G/WiFi通訊模塊，支持云端監控和遠程操作。

4.3 泡沫滅火系統

對于LNG泄漏形成的池火，低倍數泡沫系統是有效的撲救手段，通過泡沫覆蓋抑制蒸氣云形成。蛋白、氟蛋白、水成膜（AFFF）和抗溶性泡沫是常用類型，需根據保護對象（油品類型）選擇合適的混合比。

系統設計需滿足供給強度和時間要求，如外浮頂罐泡沫混合液供給強度≥12.5L/min·m2（密封圈區域），連續供給時間≥60分鐘。容量≥50000m3儲罐需采用全自動控制，具備遠程一鍵啟動和現場手動雙操作功能。

近年來，全氟己酮滅火劑作為PFOS類泡沫的替代品得到推廣應用，具有無毒且降解快的優點。液氮泡沫滅火等新技術也在演習中展現出色性能，比普通泡沫滅火能力提升2至3倍。

4.4 氣體滅火系統

在液化烴儲罐區的控制室、配電間等封閉空間，通常采用氣體滅火系統進行保護。常用滅火劑包括七氟丙烷（HFC227ea）、IG-541（煙烙盡）和CO?（通常用于無人值守區域）。

系統設計需計算濃度和浸漬時間，確保保護區密封性，設置泄壓口，避免窒息風險。人員安全撤離保障（聲光報警、延時釋放）是設計中必須考慮的因素，確保系統啟動前人員有足夠時間疏散。

5 系統智能化控制與運維管理

5.1 智能感知與預警技術

現代自動滅火系統已向智能感知-決策-執行一體化方向發展。感知層采用多傳感融合技術，結合火焰探測器（紫外/紅外）、感溫探測器（定溫/差溫/差定溫）、感煙探測器（光電/離子）、可燃氣體探測器以及視頻火焰分析，覆蓋不同火災類型。

先進系統引入紅外熱成像和AI火源定位技術，通過邊緣計算實時分析，結合AI預測模型可在火災發生前72小時預警設備異常。物聯網監測技術可實時感知罐區溫度、可燃氣體濃度、管線泄漏等情況，提供更早的預警信號。

AI視頻分析技術能夠識別火焰和煙霧行為，早于傳統探測器報警，為滅火系統提供更長的響應時間。這些智能感知技術的應用，大大提高了火災預警的準確性和及時性。

5.2 多系統聯動控制

液化烴儲罐自動滅火系統需要與多種安全設施實現聯動控制，形成全方位的安全防護網絡?；馂拇_認后，系統應自動執行預設程序：啟動滅火劑釋放、關閉相關閥門、切斷燃料/電源、停止設備運行、啟動聲光報警、聯動排煙系統、關閉防火門窗等。

特別是對于大型儲罐區，系統需要實現"固定系統+移動裝備+區域聯防"的多層次防護網絡。例如，西北油田順北五號聯合站通過FAS系統聯動消防炮，實現火災自動定位與滅火劑精準噴射，減少人員近戰風險。

在"應急使命·2025"演習中，展示了無人化立體偵察耐高溫機器人抵近防護大跨度舉高噴射消防車外圍補位大流量移動炮遠程投送多劑聯用消防車高效滅火等先進戰術，構建"隔、控、防"一體化無人滅火體系。