中小型餐馆液化石油气钢瓶爆炸之技术防范

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日前，公安部消防局于建华局长接受《平安中国》访谈时提出，着力解决“小火亡人”问题的措施之一，就是推广安装简易自动喷水灭火系统。上海市部分老旧小区的火灾证明，这是一种非常有效的办法；北京市早在10年前就为此编制了地方标准。笔者一直从事这方面的研究，提出在中小型餐馆液化石油气瓶间、餐饮行业的烟道等特殊部位安装简易自动喷水灭火系统，实践效果极佳。本文主要介绍对气瓶间简易自动喷水灭火系统的设置。

中小型餐馆液化石油气钢瓶爆炸之技术防范

现如今，大多数家庭告别了薪煤煮饭，代之以燃气烹调，确实给城市生活带来了极大的方便，同时也隐藏着一定的安全隐患，一旦处理不当，就会造成房倒屋塌、物毁人亡的严重后果，甚至是群死群伤的恶性事故。从大量火灾的案例中可以看出，最为突出的是人员密集场所的中小型餐馆。加强对液化石油气安全使用的消防管理，设置必要的技术措施，有效地防止类似的事故发生，

最大限度地减少人员伤亡和财产损失刻不容缓。本文着重在技术措施方面进行论述，提出具体的解决办法。

瓶装液化石油气火灾的基本类型描述

液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品，是一种混合性气体，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等碳氢化合物。瓶装液化石油气出厂压力在1.2MPa左右，液化石油气泄漏后与空气结合，形成爆炸性混合物，达到爆炸极限遇明火发生爆炸。液化石油气爆炸威力极大，有人曾计算得出1kg液化石油气爆炸的威力相当于4~10kgTNT炸药的当量。

液化石油气的泄漏通常可分为以下两种情况：

一是由于用气操作不当、罐体与管线连接不严密及连接软管老化龟裂，造成的液化石油气泄漏。这种气体的泄漏，其漏气速度较为缓慢，泄漏出来的气体浓度逐渐地升高并达到爆炸极限（2%~9%）范围内，同时向泄漏点以外的地方扩散，在这一过程中如遇明火，即发生化学性反应：爆炸。这种情况的爆炸一般来说，气体浓度未达到最高爆炸当量值，爆炸范围也不是很大，故产生的爆炸破坏力并不是很大；如果这一过程持续很长时间，浓度聚集很高、室内扩散范围很广，再遇明火就可能发生建筑结构倒塌的严重后果。以上两种情况如果有人在其中，被爆炸混合气体所“浸没”，都是非常危险的，火的侵害不是“隔着衣服”烧烤，而是在衣服的内外同时爆燃，瞬间即可烧光衣服，造成大面积烧伤，甚至口腔及呼吸道内也被烧伤。

室内空间的爆炸火灾发生后，由于长时间的高温烧烤、机械撞击等原因，可以将液化石油气瓶破坏，使大量的气体喷出造成更大的危害。

二是由于罐体质量低劣、减压阀失效、过量充装、机械碰撞及上述所讲的第一种情况造成高温烘烤，致使液化石油气瓶损坏。高压液化石油气体通过开口喷出，继之瞬间蒸发而发生物理性蒸气爆炸，喷出的液化石油气被火源点燃，出现火球，产生强烈的热辐射。若没有立即点燃，喷出的液化气与空气混合形成可燃性气云，遇明火则发生强烈的化学性爆炸。这种情况最为惨烈，建筑结构遭到破坏，财产大量损失，人员伤亡严重。

瓶装民用液化石油气火灾的扑救

一是瓶装液化石油气火灾自救及应急处理。第一时间报警，同时进行下列操作：

在有人被围困的情况下，要首先救人。救人时，要重点抢救老人、儿童和受火热威胁最大的人。如果不能确定火场内是否有人，应尽快查明，切不可掉以轻心。民用液化石油气罐着火时，灭火的关键是切断气源。无论是罐的胶管还是角阀口漏气起火，只要将角阀关闭，火焰将会很快熄灭。如果阀口火焰较大，阀门过热，可以用湿毛巾垫着关闭阀门。角阀失灵时，可以在火焰扑灭后，用湿毛巾等将漏气处堵住，把液化气罐迅速搬到室外空旷处，让它泄掉余气或交有关部门处理。但同时一定要做好监护，杜绝火源存在。

如果着火的液化石油气瓶阀门无法关闭且钢瓶无法移出，瓶内液体沸腾产生高压，而且由于容器暴露于火中，受高温影响容器材质的抗拉强度急剧下降，使容器不能承受安全阀的设定压力，压力达到安全阀设定压力时安全阀将会破裂开启。而实际上，安全阀的设定压力较高，即使安全阀开启快速排气，容器也可能会因压力增大开裂，继而引发蒸气爆炸。

为防止此类危害的产生，餐馆人员可利用消火栓对着火钢瓶及邻近钢瓶进行喷水冷却降温。等待专业消防部门前来处理。应当注意的是：①进行上述操作的时候，不要将火打灭，以防止喷出的液化石油气再遇明火，重复爆炸。②此过程中如钢瓶膨胀鼓肚变形，或出现颤抖摇晃时，火焰颜色白亮刺眼，声音变细，发出“嘶嘶”声，有可能随时发生爆炸，扑救人员必须马上撤离。

二是专业消防人员的火灾扑救。首先要查明钢瓶总数及着火钢瓶的数量、瓶体立卧形态、火焰燃烧方向、钢瓶及角阀是否完好、了解钢瓶受火焰辐射的时间，以判断钢瓶爆炸征兆。

对于直立燃烧的钢瓶应先关闭阀门，火焰将自行熄灭，多数情况下此时铝制手轮已经融化，需要用专用扳手；倘若火势猛烈，无法先关闭阀门时，可采用开花水流或干粉、卤代烷、二氧化碳等灭火剂灭火，然后再关阀断气。在灭火前应先冷却钢瓶瓶体。若燃烧的钢瓶已经倒在地上，如角阀出气管口朝向地面燃烧，这种钢瓶随时有爆炸危险。灭火人员应首先卧倒，远距离射水冷却，进攻时，身体应该面向瓶体中部，避开瓶体两端，防止爆炸时两端封头飞出伤人。在冷却瓶体的同时，应用消防钩等转动瓶体，使喷嘴向上或朝向侧面，以减少爆炸危险，然后再采取灭火措施。

石油液化气钢瓶瓶组燃烧，威胁性更大，容易造成连续性燃烧、爆炸。此时首先应冷却燃烧钢瓶和受威胁性较大的钢瓶，同时关闭阀门，切断气源，边冷却边转移未燃烧钢瓶；对少数燃烧钢瓶可使用消防钩拖拽的方法，拖出群体后灭火。疏散时，要保持瓶体直立，防止石油液化气液态流出扩散。

对于角阀已经失去作用的钢瓶，不要急于救火，应对钢瓶瓶体不断进行冷却，在做好堵漏准备后，方可灭火。如果未能做好堵漏准备，只能用水枪不断冷却，直至气体燃尽为止。

瓶装液化石油气火灾预防的技术措施

为防止瓶装液化石油气火灾的发生，普及安全使用液化石油气知识，加强使用过程中的管理是非常重要的。例如：室内应保持良好的通风，严禁用铁器敲打气瓶；定期检查，维护保养；液化气罐在搬运途中要轻装、轻放，不能在地上滚动、冲撞；更换液化气罐时，应按顺序检查减压阀密封橡皮垫、减压阀、橡胶软管，然后连接灶具，最后打开钢瓶角阀；厨房内使用液化气时要有人照看，防止汤水沸溢，浇灭火焰，使液化气泄出；怀疑或发现气瓶泄漏时，应停止使用，及时查找漏气口，尽快处理。

液化石油气火灾预防的技术措施应是防止此类火灾的发生、减少人员伤亡和财产损失，避免恶性火灾事态的发生。具体的技术措施如下：

一是按照国家规范要求设置液化石油气瓶组间。对于餐馆液化石油气的使用，国家标准《建筑设计防火规范》和《城镇燃气设计规范》都有着明确的技术要求，如，禁止在高层建筑、重要的民用建筑及各种建筑物的地下室内使用也不能与液化石油气瓶组贴邻建设、应设置独立的瓶组间、总容积不大于1M3（相当于10〜12只50公斤气瓶）的瓶组可与所服务一般建筑贴邻。总容积在1M3与4M3的瓶组，应保持一定的防火间距。瓶组间应通风良好、配置燃气浓度检测报警器。

二是设置简易自动喷水灭火系统。设置简易自动喷水灭火系统的目的，是对起火瓶及相邻受到高温威胁的液化石油气气瓶进行冷却，只要其瓶身有连续水膜的形成，温度不会上升很高，就可以有效地防止气瓶爆炸，减少恶性火灾事故的发生。

三是设计喷水量可以参照近年来国家有关规范的规定。《建筑设计防火规范》2006版8.2.5对液化石油气储罐固定喷水冷却水的供水强度为不小于9L/min/m3。

《建筑设计防火规范》8.3.7对液化石油气储配站的灌瓶间、实瓶库提出设置雨淋自动喷水灭火系统的要求，《自动喷水灭火系统设计规范》对工业厂房严重危险级Ⅰ级场所的喷水强度要求为12L/min/m2。

《石油化工企业设计防火规范》第8.5.4条规定：着火罐冷却水供给强度，不应小于0.15L/S·m2（相当于9L/min/m2）。

四是设计喷头数。据调查，城镇中小型餐馆的液化石油气瓶间一般在2〜10m2之间，标准喷头在0.1MPa压力下其流量为80L/min，设置1〜2只喷头，只要喷头布置合理，其喷水强度就可以达到12L/min/m2以上，起到冷却气瓶的作用。

五是系统水源。简易自动喷水灭火系统的水源可引自餐馆厨房。据调查，城镇中小型餐馆自来水管径大多都在32mm以上，完全可以满足两只喷头的流量要求。不必担心水源的不足，因为，如果水源不足，餐馆也不可能营业。

六是系统形式。中小餐馆气瓶间设置简易自动喷水灭火系统，应选用湿式系统，虽然与《建筑设计防火规范》中对液化石油气储配站灌瓶间要求设置雨淋系统不同，但这正是充分考虑了灌瓶间与气瓶间的特点，做出的选择。

中小型餐馆气瓶间容积从几立方米到几十立方米之间，一旦发生液化石油气火灾，其温升速度非常之快，无论是玻璃球喷头还是易熔元件喷头都会很快的动作，迅速喷水降温。

七是系统防冻。虽然《城镇燃气设计规范》规定：采用自然汽化方式供气气瓶间室温环境温度在0℃〜45℃之间，但实际上北方大部地区的餐馆气瓶间，冬季温度都可以低于0℃，简易自动喷水灭火系统的防冻问题较为突出。

（一）玻璃球喷头。国家消防产品标准对玻璃喷头及玻璃球本身的低温实验要求，是分别承受-30℃、-40℃的考验，故一般情况下，喷头冻损的情况是不会发生的。当然如果用易熔元件喷头这方面的问题就更不存在了。

（二）管路防冻。

如上图表示，我们设计了一套防冻型简易自动喷水灭火系统，其中“4气压水罐”可由直径为100〜200mm的一节粗管段替代，只要其容积大于罐后管道容积四倍即可。系统施工完成，检测合格后，即可接通水源使其处于自来水的压力之下，随时准备投入使用。其操作程序是：

第一步：关闭“2闸阀”，打开“3气压罐放水阀”和“6试水阀”，排空系统内所有水；

第二步：关闭“3气压罐放水阀”和“6试水阀”，使系统处于密闭状态，打开“2闸阀”注水。此时，系统内的空气受到压缩，注水达到水压与气压平衡后，罐内液面维持在罐体容积的50%以下处，保持气瓶间内的管道，全部为无水的干式状态。

第三步（日常检查）：此项工作应在非采暖季节进行，打开“6试水阀”，进行试验。试验完成后，重复第一、第二步的操作程序，完成系统的准备工作。

八是系统的进一步升级：喷头的选择。本文前面讨论的简易自动喷水灭火系统，所选用的喷头是标准普通型喷头，其喷水强度可以满足冷却液化石油气气瓶的要求，但实际上每只喷头在0.1MPa压力下，其喷水面积达十余平方米，这对于过于狭小的空间，大量的水会顺墙而下，不能有效地洒在气瓶表面。为解决这一问题，我们以小型的温控雨淋阀控制1〜2只高速水雾喷头，代替普通的闭式喷头。我们选用了ZSTWB100-90型高速水雾喷头，并分别进行0.1MPa，0.35MPa两个压力下的喷雾测试，喷雾照片见图2。试验表明：不同压力条件下喷头雾化角变化可忽略不计，仅喷头流量随着压力变化而变化。对中速水雾喷头同样进行不同工作压力下的雾化角测量，可以得到相同的结论。因此流量系数K=100左右，雾化角为90°的中速水雾喷头也同样适用于保护液化气瓶。

喷头选型计算过程如下：若液化气罐排列摆放时地面投影为正方形，且占地面积5~6m2，可以计算出正方形边长2.45米，对角线为3.5米。液化气钢瓶间高度2.6~3.2米，常用家用液化气钢瓶高度约0.7米，餐馆用钢瓶高度约1.2米。当洒水喷头保护区覆盖到液化气钢瓶顶部时，喷头距离液化气钢瓶顶部2米，计算可知喷头雾化角应为2×arctan（3.5/2/2）=82°，喷头实际喷洒面积为3.14×1.75×1.75=9.62m2，见图4所示。按洒水密度10L/min·m2计算，单只喷头流量应为9.62×10=96L/min。当喷头工作压力选用0.1MPa时，喷头K系数应为96。基于上述计算，选用ZSTWB100-90，流量系数K=100，额定工作压力下雾化角为90°，此时，洒水密度可符合不小于10L/min·m2的要求，并且普通的自来水供水压力即可满足系统设计要求。