石化石油输油管线自动灭火系统设计与应用研究

1 引言

石油石化行业涉及大量易燃液体、气体及高压设备，火灾具有突发性强、蔓延迅速、扑救难度大等特点。传统灭火方式如水喷雾、泡沫系统虽有一定效果，但在极端环境或带电设备火灾中效率受限。特别是输油管线作为石油石化行业的"血管"，其安全稳定运行直接关系到整个能源供应链的完整性。管线泄漏引发的火灾爆炸事故在石油化工装置火灾中占有极大比重，这主要是由于管道法兰处介质泄漏，泄漏的介质要么遇明火发生火灾爆炸事故，要么因操作温度等于或高于介质自燃点而自燃10。

针对这一重大安全隐患，固定式自动灭火系统应运而生并不断发展完善。这类系统以干粉、泡沫、气体等灭火剂为核心，结合自动化控制技术，可快速响应并抑制多种类型火灾，成为保障石油石化安全的关键技术。本文旨在全面研究石油输油管线自动灭火系统的设计原理、技术特点、应用场景与发展趋势，为行业提供消防安全系统性解决方案，助力构建"预防-监测-扑救"全链条消防体系。

2 灭火系统类型与技术特性

石油输油管线自动灭火系统根据灭火机理和应用场景的不同，主要分为以下几类：

2.1 固定式干粉自动灭火系统

固定式干粉灭火系统以干粉灭火剂为核心，通过化学抑制、覆盖窒息等方式灭火。系统由灭火剂供给源（干粉罐、驱动气体瓶组）、输送网络（管道、减压阀、过滤器）、喷射装置（喷嘴、干粉炮）以及控制与探测系统（火灾探测器、自动报警控制器）组成。

系统启动分为自动与手动两种模式。在自动模式下，火灾探测装置检测到火源信号后，系统延时启动（通常30秒），驱动气体开启干粉罐阀门，高压气体推动干粉形成气粉混合流，经喷嘴或炮头喷射至火源。手动模式则通过现场控制按钮或机械应急装置直接启动，适用于探测器故障或特殊场景。这类系统特别适用于储罐区、生产装置区和电气设备区，其中储罐区采用全淹没或局部应用系统，喷头布置覆盖罐顶、罐壁，结合高架干粉炮实现立体防护。

2.2 泡沫自动灭火系统

泡沫灭火系统通过覆盖窒息和冷却作用灭火，是处理石油类液体火灾的有效手段。近年来发展的正压式泡沫生成与匀化技术革新了传统泡沫灭火方式。

该系统的核心技术是正压式泡沫生成与匀化技术，研制了高效气液混合装置。基于此项技术开发的正压式泡沫灭火器和固定式正压泡沫喷射装置，可用于保护加油站、油库、罐区和生产装置等多个场所的火灾。与传统的吸气式发泡方式相比，这种新型装置灭火所消耗的泡沫量仅为其60%，灭火时间缩短一半，灭火剂与消防水消耗量降低40%以上。

2.3 气体灭火系统

气体灭火系统包括18405918333二氧化碳、惰性气体等灭火系统，通过窒息作用灭火。其中，临界态（定压）二氧化碳灭火技术代表了新一代气体灭火系统的发展方向。该系统以气液两相均衡状态贮存二氧化碳灭火剂，实现了长距离快速输送，能够实现大空间、长距离、多频次的快速灭火。

3 系统设计原则与关键技术

3.1 设计原则

石油输油管线自动灭火系统的设计需遵循三个核心原则：风险适应性、快速响应性与可靠性。

风险适应性设计要求系统根据石油石化场所火灾特性进行针对性设计。对于储罐区，应采用全淹没或局部应用系统，喷头布置覆盖罐顶、罐壁，结合高架干粉炮实现立体防护；对于生产装置区，针对反应釜、管道等复杂设备，采用模块化分区控制，避免火势跨区域蔓延；对于电气设备区，则需选用绝缘性强的ABC类干粉，确保带电设备灭火安全。

快速响应设计是自动灭火系统的核心价值。系统需确保在火灾发生后的黄金时间内启动并控制火势。根据实际应用数据，一键式消防启动系统能够在30秒内完成火灾扑灭。这种快速响应能力对于遏制石油火灾的迅速蔓延至关重要。

3.2 关键技术

3.2.1 探测技术

先进火灾探测技术是自动灭火系统的"眼睛"。现代系统采用多源探测技术（感温+火焰+烟雾）以降低误报概率。此外，储油罐罐顶增设的光纤光栅火灾探测器，阀组增设的火焰探测器，大大提高了火灾探测的准确性和响应速度。一些先进系统甚至集成AI火源定位与5G远程控制，通过红外热成像识别早期火源，联动关闭进料阀并启动灭火，将响应时间缩短至15秒。

3.2.2 控制技术

智能控制技术是自动灭火系统的"大脑"。消防一键启动系统采用SIL2等级的消防控制系统，将手动阀升级为电动阀，实现场站消防系统远程自动控制。当工作人员按动储罐一键启动按钮或达到消防一键启动触发条件时，消防系统将依照既定逻辑启动相应消防泵、泡沫泵，同时导通相应流程，消防设施将会在30秒内进行火灾扑灭。

3.2.3 灭火剂输送技术

高效灭火剂输送技术是自动灭火系统的"血脉"。对于干粉系统，工作压力通常为1.4-1.6MPa，室内系统喷射时间≥30秒，室外或有复燃风险场景≥60秒。对于泡沫系统，大流量液氮泡沫消防车实现了液氮与泡沫流量匹配自动调节、自动调压、泡沫状态自主选择等功能，可以一键启动，液氮持续供给时间满足重大火灾作战的要求，液氮泡沫输送距离超过1000m，最大泡沫混合液流量超过12000L/min，处于国际领先水平。

4 应用场景与案例研究

4.1 储罐区灭火应用

储罐区是石油石化行业重大风险区域之一，特别是随着中国石化产业不断升级，生产与储存设施规模越来越大，大型储罐数量日趋增多，罐区火灾风险日益升高。2015年，中国24家环氧丙烷主要生产企业产能达到300万吨/年，2018年新增产能达136万吨/年。国内最大的环氧丙烷储罐罐容达1万立方米，但这些储罐此前配置的抗溶型泡沫灭火剂及负压式泡沫灭火系统无法扑灭此类储罐火灾，甚至无法控火。

某石化企业原油储罐区采用ZFP3000A固定式干粉系统18405918333，配置感温探头、干粉喷嘴和高架干粉炮。在2024年模拟测试中，系统于35秒内扑灭直径12米油罐火灾，油品损失率＜1%，无二次污染。这个案例展示了干粉系统在储罐火灾中的高效灭火能力。

对于大型浮顶储罐的全面积火灾和固定顶储罐火灾，液氮泡沫系统表现出色。在濮阳消防实训基地直径26m油盘(相当于10,000m³储罐)上开展的全面积火灾测试表明，液氮泡沫灭火用时仅61秒，全程无复燃；而普通吸气泡沫用时215秒，且油盘出现了多处局部复燃，液氮泡沫的泡沫混合液消耗量仅为吸气式泡沫的46%。

4.2 生产装置区防护

生产装置区包括反应釜、管道、泵等复杂设备，火灾风险高且扑救难度大。某炼油厂反应釜区部署智能干粉系统，集成AI火源定位与5G远程控制，通过红外热成像识别早期火源，联动关闭进料阀并启动灭火，响应时间缩短至15秒。这一系统的应用使该区域年度火灾事故率下降70%，18405918333）维护成本降低60%。

对于生产装置区的高温法兰和管道，蒸汽灭火系统显示出独特优势。一种管道用蒸汽灭火保护装置包括环设于主管道外周的蒸汽环管，蒸汽环管外接蒸汽主管，蒸汽环管靠近主管道的内环面上开设有至少一个喷射孔。这种设计针对主管道的易泄漏点采用固定式蒸汽灭火保护装置，通过蒸汽环管对主管道的起火点进行全方位蒸汽喷射灭火，能够在火灾发生初期及时准确响应，在确保操作人员人身安全的前提下可以及时有效地将管道火灾扑灭。

4.3 管道系统自动灭火应用

管道系统是石油石化生产的动脉，也是火灾易发部位。针对管道火灾的特点，多种自动灭火系统被开发和应用。

一键式消防启动系统在管道运输场站得到广泛应用。陕西延长石油管道运输公司第四分公司对吴起输油首站、野山输油站等场站实施消防一键式启动改造，将手动阀升级为电动阀，储油罐罐顶增设光纤光栅火灾探测器，阀组增设火焰探测器，罐区外设置报警按钮及声光报警器，实现了场站消防系统远程自动控制。项目投运后，当工作人员按动储罐一键启动按钮或达到消防一键启动触发条件时，消防系统将依照既定逻辑启动相应消防泵、泡沫泵，同时导通相应流程，消防设施将会在30秒内进行火灾扑灭。

同样，在甘泉输油站的消防系统全面改造中，一键启动系统被纳入该站站控，实现了远程自动或手动控制启停消防系统。该项目还增设了泡沫管线、消防自动补水阀，使消防管线在达到设定水压值时进行自动补水，保持消防管线水压达标。测试数据显示，自消防一键启动系统启动至储油罐自动喷淋出水耗时为40秒。

6 结论与展望

石油石化输油管线自动灭火系统通过高效灭火、环境适应性与智能化技术的融合，为行业安全提供了可靠保障。研究表明，固定式干粉系统、正压式泡沫系统、气体灭火系统以及新兴的声波、蒸汽灭火技术各具特色，适用于不同场景，能够有效应对石油输油管线的火灾风险。

未来发展趋势表明，自动灭火系统将向更精准、环保、经济的方向发展。AI预测与联动技术可实现火灾前72小时预警，无人化灭火装备可在高危区域实现自主灭火。超细干粉和绿色驱动气体的应用将减少环境残留，降低温室效应风险。组合分配系统设计则能降低初期投资，提高系统经济性。