石油石化企業(yè)煉油裝置區(qū)火災(zāi)防控與自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

1 引言

石油石化企業(yè)作為國(guó)家能源安全保障的重要支柱，其生產(chǎn)裝置區(qū)特別是煉油裝置區(qū)具有極高的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。這些區(qū)域處理和儲(chǔ)存的物料多為易燃易爆物質(zhì)，且生產(chǎn)過(guò)程多在高溫高壓條件下進(jìn)行，一旦發(fā)生泄漏，極易引發(fā)火災(zāi)事故。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，煉油裝置區(qū)內(nèi)超過(guò)自燃點(diǎn)且壓力高的設(shè)備及管道區(qū)域發(fā)生的火災(zāi)約占裝置火災(zāi)總數(shù)的40%-50%，成為消防設(shè)施的重點(diǎn)防護(hù)場(chǎng)所。近年來(lái)，隨著裝置大型化、聯(lián)合布置的發(fā)展趨勢(shì)，以及自動(dòng)化程度提高導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)操作人員減少，傳統(tǒng)的依靠消防車(chē)和人工滅火的方式已難以滿足現(xiàn)代煉油企業(yè)的安全需求。因此，自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究顯得尤為關(guān)鍵。

自動(dòng)滅火系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初起階段及時(shí)探測(cè)并實(shí)施滅火，有效防止火勢(shì)蔓延，大大降低事故造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。順北五號(hào)聯(lián)合站的實(shí)踐表明，全自動(dòng)消防設(shè)施可在40秒內(nèi)完成從報(bào)警到出水的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)"把火災(zāi)的苗頭扼滅在初萌狀態(tài)"的目標(biāo)。本文旨在系統(tǒng)探討石油石化企業(yè)煉油裝置區(qū)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用案例及發(fā)展趨勢(shì)，為相關(guān)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供參考。

2 自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與標(biāo)準(zhǔn)

2.1 設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

石油石化企業(yè)煉油裝置區(qū)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保系統(tǒng)的可靠性與有效性。《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160是最為核心的設(shè)計(jì)依據(jù)，該規(guī)范明確了石油化工企業(yè)防火設(shè)計(jì)的基本要求，涵蓋了火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)、區(qū)域規(guī)劃、工藝裝置布置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施及消防設(shè)施等各個(gè)方面。此外，設(shè)計(jì)時(shí)還需參考《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50084、《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50151等專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)

科學(xué)合理的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)是自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)GB50160規(guī)范，可燃?xì)怏w與空氣混合物的爆炸下限低于10%（體積）的為甲類(lèi)，高于等于10%的為乙類(lèi)。對(duì)于液化烴和可燃液體，則根據(jù)其閃點(diǎn)、蒸氣壓等特性分為甲A、甲B、乙A、乙B、丙A、丙B等多個(gè)類(lèi)別。

3 自動(dòng)滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)組成

3.1 消防水系統(tǒng)

消防水系統(tǒng)是煉油裝置區(qū)最基礎(chǔ)、最重要的消防基礎(chǔ)設(shè)施，其核心是穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，即采用穩(wěn)壓泵維持管網(wǎng)的消防水壓力大于或等于0.7MPa的消防水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)確保持續(xù)穩(wěn)定的供水壓力，能夠滿足各種消防設(shè)備同時(shí)使用時(shí)的水壓需求。

系統(tǒng)主要包括消防水源、消防泵房、供水管網(wǎng)、消火栓、消防水炮等組成部分。其中，消防水炮因其射程遠(yuǎn)、流量大、可遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)，特別適用于煉油裝置區(qū)的高大設(shè)備火災(zāi)防護(hù)。如西北油田順北五號(hào)聯(lián)合站在原油儲(chǔ)罐區(qū)和球罐區(qū)設(shè)置了18架消防水炮和8架泡沫消防炮，形成了全面覆蓋的消防保護(hù)網(wǎng)。近年來(lái)，全自動(dòng)消防水炮技術(shù)迅速發(fā)展，通過(guò)紅外或紫外探測(cè)器探測(cè)火源，精確定位并自動(dòng)滅火，大大提高了滅火效率與安全性。

3.2 泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫滅火系統(tǒng)是處理可燃液體火災(zāi)的關(guān)鍵設(shè)施，尤其在原油罐區(qū)等存在大量可燃液體儲(chǔ)罐的區(qū)域不可或缺。系統(tǒng)主要由泡沫液儲(chǔ)罐、比例混合裝置、泡沫產(chǎn)生器及輸送管道等組成，通過(guò)比例混合器將泡沫液與水按一定比例混合后，通過(guò)泡沫產(chǎn)生器形成泡沫覆蓋燃燒表面，隔絕氧氣并冷卻燃料。

根據(jù)GB50160規(guī)范的要求，浮頂罐大于或等于5萬(wàn)平方米時(shí)需采用自動(dòng)或遙控方式控制泡沫滅火系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)可分為固定式、半固定式和移動(dòng)式三種類(lèi)型。固定式系統(tǒng)全部組件永久安裝，自動(dòng)性強(qiáng)，滅火速度快；半固定式系統(tǒng)則部分固定，部分移動(dòng)，具有一定的靈活性。齊魯石化勝利煉油廠在消防系統(tǒng)隱患治理項(xiàng)目中新建了泡沫消防站，并增設(shè)固定式泡沫滅火系統(tǒng)，有效保證了油品罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)后的快速撲滅。

值得注意的是，泡沫-水雨淋系統(tǒng)、泡沫-水濕式系統(tǒng)等新型復(fù)合系統(tǒng)的出現(xiàn)，進(jìn)一步拓展了泡沫滅火系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。這些系統(tǒng)通過(guò)將泡沫與水相結(jié)合，既發(fā)揮了泡沫的窒息作用，又利用了水的冷卻效果，在甲類(lèi)工藝車(chē)間等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域展現(xiàn)出良好的滅火效果。

3.3 氣體滅火系統(tǒng)與其它特種滅火系統(tǒng)

對(duì)于某些特殊場(chǎng)合，如電氣設(shè)備間、控制室等不能使用水或泡沫滅火的場(chǎng)所，需要采用氣體滅火系統(tǒng)。常見(jiàn)的氣體滅火劑包括IG541惰性氣體、七氟丙烷、二氧化碳等，這些滅火劑通過(guò)稀釋氧氣或化學(xué)抑制燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來(lái)達(dá)到滅火目的，且不會(huì)對(duì)精密設(shè)備造成二次損害。

此外，蒸汽滅火系統(tǒng)在煉油裝置中也有應(yīng)用，特別是在加熱爐等場(chǎng)所。蒸汽滅火的原理是通過(guò)稀釋可燃?xì)怏w和降低氧氣濃度來(lái)窒息火焰，同時(shí)具有一定的冷卻作用。干粉滅火系統(tǒng)則適用于液化烴罐區(qū)等場(chǎng)所，其滅火原理主要是化學(xué)抑制，中斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往需要根據(jù)保護(hù)對(duì)象的特性采用多種滅火系統(tǒng)組合的方式。例如，在某甲類(lèi)工藝車(chē)間的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師根據(jù)車(chē)間概況，選用了泡沫-水雨淋系統(tǒng)、泡沫-水濕式系統(tǒng)、泡沫-水干式系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)的組合方案，形成了全方位的防護(hù)體系。

3.4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是自動(dòng)滅火系統(tǒng)的"感知中樞"，負(fù)責(zé)及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并觸發(fā)滅火裝置。現(xiàn)代煉油裝置區(qū)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通常由多類(lèi)型探測(cè)器、報(bào)警控制器和聯(lián)動(dòng)控制模塊組成。

常用的探測(cè)器包括感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、火焰探測(cè)器和可燃?xì)怏w探測(cè)器等。其中，火焰探測(cè)器又分為紫外型和紅外型，能夠?qū)鹧嬷械奶囟úㄩL(zhǎng)的光輻射產(chǎn)生響應(yīng)；可燃?xì)怏w探測(cè)器則可在氣體泄漏尚未著火時(shí)發(fā)出預(yù)警，為預(yù)防火災(zāi)提供寶貴時(shí)間。遼陽(yáng)石化煉油廠通過(guò)青鳥(niǎo)智慧消防平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全廠消防的統(tǒng)一監(jiān)控，提高了處警效率。

近年來(lái)，光纖光柵式火災(zāi)探測(cè)器和智能圖像型火災(zāi)探測(cè)器等新型探測(cè)技術(shù)逐步應(yīng)用，進(jìn)一步提升了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，第四分公司甘泉輸油站在儲(chǔ)油罐浮頂增設(shè)了光纖光柵式火災(zāi)探測(cè)器，在儲(chǔ)油罐底閥組增設(shè)火焰探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火情的隨時(shí)監(jiān)控。

3.5 超細(xì)干粉自動(dòng)滅火系統(tǒng)

滅火裝置由干粉滅火劑、電引發(fā)器、因氣轉(zhuǎn)換劑、耐鋼制外殼、噴口總成、鋁膜和安裝架共同組成。工作原理是。當(dāng)滅火裝置接到啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，因氣轉(zhuǎn)換劑被激活，殼內(nèi)氣體迅速膨脹，內(nèi)部壓力增大，將噴口總成薄膜沖破，超細(xì)干粉向保護(hù)區(qū)城噴射并迅速向四周彌漫，形成全流沒(méi)滅火狀態(tài)，火焰在于粉連續(xù)的物理、化學(xué)作用下被撲滅。

4 自動(dòng)滅火系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

4.1 當(dāng)前面臨的技術(shù)與管理挑戰(zhàn)

盡管自動(dòng)滅火技術(shù)在不斷進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。技術(shù)可靠性是首要問(wèn)題，特別是在煉油裝置區(qū)這種存在高溫、高壓、腐蝕、振動(dòng)等惡劣條件的場(chǎng)所，滅火系統(tǒng)的設(shè)備可靠性直接影響其有效性。例如，火災(zāi)探測(cè)器的誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題仍未完全解決，可能導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作或失效。

系統(tǒng)集成度不足也是一個(gè)突出問(wèn)題。許多企業(yè)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，缺乏有效聯(lián)動(dòng)，形成"信息孤島"，降低了整體滅火效率。此外，維護(hù)保障不到位的情況并不少見(jiàn)，部分企業(yè)缺乏系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程和專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，導(dǎo)致自動(dòng)滅火系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)刻無(wú)法正常啟動(dòng)。

從管理角度看，人員素質(zhì)跟不上技術(shù)發(fā)展步伐是現(xiàn)代自動(dòng)滅火系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。先進(jìn)系統(tǒng)的操作、維護(hù)和管理需要高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才，而現(xiàn)實(shí)中這類(lèi)人才往往短缺。同時(shí)，測(cè)試驗(yàn)證方法不足也制約著系統(tǒng)性能提升，現(xiàn)有測(cè)試多針對(duì)單個(gè)組件，缺乏全系統(tǒng)、全流程的測(cè)試驗(yàn)證手段。

4.2 智能化與集成化發(fā)展趨勢(shì)

面對(duì)挑戰(zhàn)，自動(dòng)滅火系統(tǒng)正朝著智能化、集成化方向快速發(fā)展。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)可通過(guò)部署多種傳感器，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和預(yù)警。人工智能火情識(shí)別技術(shù)利用深度學(xué)習(xí)算法分析視頻圖像和多維傳感器數(shù)據(jù)，提高火災(zāi)識(shí)別準(zhǔn)確率和速度，大幅降低誤報(bào)率。

系統(tǒng)集成化是另一重要趨勢(shì)，通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的消防信息管理平臺(tái)，整合火災(zāi)報(bào)警、滅火控制、應(yīng)急指揮、設(shè)備管理等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和聯(lián)動(dòng)控制。遼陽(yáng)石化煉油廠的智慧消防平臺(tái)正是這一趨勢(shì)的體現(xiàn)。此外，數(shù)字化交付理念也逐漸被接受，如順北五號(hào)聯(lián)合站有望成為中國(guó)石化第一座實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付的聯(lián)合站，為其自動(dòng)滅火系統(tǒng)的全生命周期管理奠定基礎(chǔ)。

4.3 新型滅火技術(shù)與材料應(yīng)用

滅火技術(shù)和材料的創(chuàng)新也為自動(dòng)滅火系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。高效環(huán)保滅火劑的研發(fā)應(yīng)用日益受到重視，在保證滅火效能的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)設(shè)備的腐蝕。精準(zhǔn)噴射技術(shù)的發(fā)展使得滅火劑能夠更精準(zhǔn)地送達(dá)火源區(qū)域，提高滅火效率，減少次生損害。

自觸發(fā)滅火裝置是另一個(gè)有前景的發(fā)展方向，這類(lèi)裝置可在無(wú)外部電源和信號(hào)的情況下自動(dòng)啟動(dòng)，特別適用于無(wú)人值守場(chǎng)所或極端情況。此外，多功能復(fù)合技術(shù)也將得到更多應(yīng)用，如泡沫-水兩用系統(tǒng)、干粉-氣體聯(lián)用系統(tǒng)等，通過(guò)多種滅火機(jī)理的協(xié)同作用，提高滅火效率并擴(kuò)大適用范圍。

5 結(jié)語(yǔ)

石油石化企業(yè)煉油裝置區(qū)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多技術(shù)的系統(tǒng)工程，其有效性直接關(guān)系到企業(yè)的安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。本文系統(tǒng)闡述了自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用案例及發(fā)展趨勢(shì)，為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考。

現(xiàn)代自動(dòng)滅火系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為集火災(zāi)探測(cè)、智能判斷、精準(zhǔn)定位和高效滅火于一體的高度集成化系統(tǒng)。從順北五號(hào)聯(lián)合站的全自動(dòng)消防炮，到甘泉輸油站的一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)，再到遼陽(yáng)石化的智慧消防平臺(tái)，都體現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化、集成化的發(fā)展特點(diǎn)。這些系統(tǒng)能夠顯著提高滅火效率，減少火災(zāi)損失，保護(hù)人員安全。

未來(lái)，隨著信息技術(shù)、人工智能、新材料等領(lǐng)域的進(jìn)步，石油石化企業(yè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)將朝著更加智能、可靠、高效的方向發(fā)展。同時(shí)，我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，再先進(jìn)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)也需要科學(xué)的管理和維護(hù)，需要與良好的工藝安全設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的操作規(guī)程、完善的應(yīng)急預(yù)案以及高素質(zhì)的人員相結(jié)合，才能構(gòu)建起真正有效的企