关于液化烃储罐火灾探测器的选择与设置
王梦琰（1989.11）、出生地：河南洛阳、工作单位：洛阳石化工程设计有限公司、职称：工程师、研究方向：石油化工电信专业设计
摘要：液化烃储罐一旦发生泄漏失控，极易在短时间内酿成火灾爆炸事故，火情初期能否被及时探测、发出报警，直接决定了事故能否得到有效控制。火灾探测器是火灾自动报警系统的前端核心元件，合理的选型与布置直接关系到罐区的本质安全。本文结合石油化工工程电信设计实例，从液化烃储罐特性入手，分析不同类型液化烃储罐的火灾特点，依据AQ 3059-2023《化工企业液化烃储罐区安全管理规范》要求同时对比多种适用火灾探测器，提出按储罐类型、区域功能分别选型、配套布置并联动消防系统的设置方案，为提升液化烃储罐区安全水平提供参考。
关键词：液化烃储罐；火灾探测器；AQ 3059-2023《化工企业液化烃储罐区安全管理规范》；工程设计；消防联动
Abstract:Once a liquefied hydrocarbon storage tank experiences uncontrolled leakage, it is highly prone to causing fire and explosion accidents within a short period of time. Whether the initial fire can be detected and alarmed promptly directly determines whether the accident can be effectively controlled. Fire detectors are the front-end core components of the automatic fire alarm system, and reasonable selection and layout are directly related to the intrinsic safety of the tank farm. Based on a telecommunication design example of a petrochemical engineering project, this paper starts with the characteristics of liquefied hydrocarbon storage tanks, analyzes the fire features of different types of liquefied hydrocarbon storage tanks, and in accordance with the requirements of AQ 3059-2023 Safety Management Specification for Liquefied Hydrocarbon Storage Tank Farms in Chemical Enterprises, compares multiple applicable fire detectors. It proposes a setting scheme that selects detectors by tank type and zone function, arranges them accordingly, and links them with the fire protection system, so as to provide a reference for improving the safety level of liquefied hydrocarbon storage tank farms.
Keywords:liquefied hydrocarbon storage tank; fire detector; AQ 3059-2023 《Specification for safety management of liquefied hydrocarbon storage tank farm of chemical industrial enterprises》; engineering design; fire protection interlocking
0 引言
这些年液化烃储罐不断朝大型化发展，单罐容量越来越大。储罐一旦着火又处理不及时，火焰和热辐射很容易波及周边设备和相邻储罐，把局部火灾拖成大范围事故。从历年事故来看，因液化烃泄漏引发的火灾、爆炸占了相当比例，后果也往往很严重。2022年6月8日，茂名石化中间罐区泵区（位于乙烯球罐和丙烯球罐之间）在带压拆卸球阀紧固螺栓时阀杆脱落，大量乙烯喷出后被静电火花引燃爆燃，造成2人死亡、1人重伤[1]。2020年11月2日，广西北海液化天然气公司在储罐区装车施工中因阀门隔离不当，LNG从管口喷出雾化、遇火源燃烧，TK-02储罐罐前平台起火，造成7人死亡、2人重伤，直接经济损失约2029万元[2]。这两起事故的泄漏点都集中在阀门、法兰、泵出口这些部位，而且从泄漏到着火、爆炸时间极短，留给现场处置的余地非常有限。
液化烃本质上是靠加压或降温才能维持液态的碳氢化合物，一旦失去约束，它会快速气化，在空气中形成爆炸性混合物。上述事故表明，液化烃储罐火灾爆炸后果严重，工程设计阶段做好安全设置，保证火灾初期能够及时捕捉火灾信号并自动触发灭火系统，可大幅降低事故损失。AQ 3059-2023《化工企业液化烃储罐区安全管理规范》（简称：罐区安全规范）2023年12月发布，是我国首个专门针对液化烃储罐区全生命周期安全管理的行业标准，明确液化烃储罐区需要火灾自动报警系统的具体要求。火灾探测器负责捕捉火灾早期特征，供系统判断火情、启动灭火设备、引导人员疏散。探测器的选型与布置直接决定火灾报警系统和消防灭火能否生效，这是电信专业在液化烃储罐设计中需要重点把握的环节。
1 液化烃储罐的特点及火灾危险性
按储存压力和温度的不同，液化烃的储存方式分为全压力式、覆土式和全冷冻式[3]。全压力式是指在常温和较高压力下储存的储罐设施，常见罐型压力球罐；覆土式是指在罐室顶部和周围覆盖厚度不小于0.5米土层的储罐设施，常见罐型覆土压力罐；全冷冻式是指在低温常压下储存的储罐设施，常见罐型低温全容罐。液化烃储罐的物料属性、储存方式和储罐结构，共同决定了其特有的泄漏和火灾危险性，下面结合具体项目，分别说明压力球罐、覆土压力罐和低温全容罐的火灾危险性。
1.1 压力球罐
在炼油化工企业压力球罐常用来液化石油气、液化天然气、液氨、乙烯、液态烃等。压力球罐发生泄漏时，因为罐内是高正压、空气进不去，火焰不会蹿进罐内引起燃烧或爆炸，更可能的是液化烃漏到地面遇火源燃爆。高压储存的液化烃一旦泄漏，泄漏速度比较快，在大气环境中会迅速气化吸热，气化形成的蒸气一般比空气重，容易在地面附近积聚，并在这一带形成局部低温区。球罐的进出料口、罐前地面和罐顶平台往往集中了大量阀门和法兰，是容易泄漏的部位。以河南炼化现有18#液化烃球罐区为例，该罐区建成时间较早，仅在罐区周边设置了手动报警按钮和声光警报器，没有火灾探测设备，已经不满足罐区安全规范的要求。这类老旧罐区，正是改造时要重点补强的对象，改造方式：在罐本体设置线型感温火灾探测器、罐顶设置火焰探测器、罐底设置图像型感温探测器。
图1 河南炼化18#罐区
1.2 覆土压力罐
覆土式压力罐除了人孔、安全阀、减压阀和进出罐管道，整个罐体都埋在不小于0.5米的覆土层下，土壤是天然的绝热材料。和地上球罐相比，覆土罐不容易受到外部突发事故的破坏，火灾侵袭风险较低，储存安全性较高。不过它的探测难度也更大：罐体埋在覆土下看不见、够不着，泄漏和着火风险相对集中的，是阀室、泵房和罐顶的阀门区。以河南神马艾迪安化工 覆土式丁二烯罐区项目为例，罐体埋于覆土层下，与外界相通的主要是放空口、阀室和泵房，探测和报警也就要围绕这些部位来设置，设置方式：在放空口顶部设置图像型感温探测器、阀室和泵房处设置火焰探测器。
图2 覆土式压力罐（覆土前、后）
1.3 低温全容罐
低温储罐一般指在环境温度下以常压、低温方式储存液态烃的储罐，特点是储存压力为常压、储存温度在液化烃沸点以下，主要分单容罐、双容罐和全容罐。全容罐内壁是不锈钢，外壁是不锈钢或钢筋混凝土浇筑的密闭结构，内外壁之间设保温层。这种全密闭结构的储罐，内罐泄漏时外罐能可靠地存住漏液、挡住气相液化烃外溢，相当于两层密闭容器，不需要再另设防火堤或围堰也能有序排放和处理，安全性比较高。以咸阳市天然气有限公司 LNG储气库项目为例罐顶部的安全阀组以及沿进出罐管道，是可能发生泄漏进而引发火灾的部位，设置方式：在罐顶工艺平台和放空平台设置火焰探测器。
图3 双金属全容罐
通过对以上三种液化烃储罐的特点分析，在考虑火灾探测器的选择和设置时，应根据各种储罐的实际情况综合考虑。
2 液化烃储罐的火灾特点
了解储罐的类型和危险性后，接下来对液化烃储罐可能发生的火灾形式进行分析。液化烃在常温常压下大多是气态，靠加压或降温才能维持液态储存。一旦储罐、管道或附件失效，液化烃从高压或低温的约束中释放出来，会在很短时间内大量气化，这是液化烃事故区别于普通可燃液体的根本原因。罐区的火灾和爆炸基本都从泄漏开始，之后按点燃时机和现场条件演变成不同形态。
2.1 喷射火
喷射火是带压的可燃气流或雾化液体在燃烧。压力储罐或管道出现破口时，介质以较高速度喷出，如果在破口处立即被点燃，就形成喷射火。喷射火有方向性，火焰细长、温度高、热辐射强，常常直接冲击邻近的设备、管线和钢结构。高压液化烃管道的端头、法兰、阀门处比较容易发生喷射火，茂名石化事故中乙烯从阀杆孔喷出后被静电点燃，就属于这种情况。
2.2 闪燃
闪燃是液化烃泄漏后如果没有立即被点燃，会先形成一片飘散的可燃蒸气云，这片蒸气云一旦遇火源被引燃，蒸气云在很短时间内被烧掉，火焰还会沿着蒸气回烧到泄漏点。如果泄漏源没有切断，回烧到泄漏点后往往转成稳定的喷射火。闪燃本身持续时间短，但火焰覆盖范围可能很大，对处在蒸气云里的人和设备威胁很大。
2.3 爆炸
液化烃主要有两类爆炸：液化烃的爆炸主要有蒸气云爆炸（VCE）和沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)两种，这两类爆炸的超压和火球都会破坏邻近储罐和设备，是罐区后果最严重的事故形式。
综合来看，液化烃罐区火灾有几个突出特点：演变快、热辐射强、蒸气易扩散、点火源多。正因为这些特点，对液化烃储罐设置火灾探测器就格外重要，这也是本文讨论探测器选择和设置的出发点。
3 火灾探测器的选择
火灾探测器的选择主要注意以下因素：与燃烧物的特性和探测原理是否匹配；响应速度和灵敏度够不够；适不适应现场环境；安装和维护检修方不方便。
现行规范对火灾探测器选型有不少规定，但直接针对液化烃储罐的不多。罐区安全规范明确要求全冷冻储罐泵出口应设置火焰探测器、新建液化烃压力式储罐应设置线型感温火灾探测器。此外SH/T 3153-2021《石油化工电信设计规范》的附表详见表1，对不同场所宜采用的火灾探测器类型也给出了选型指导，可以作为参考。
表1 附表H.1 火灾自动报警系统的设置场所及火灾探测器选型举例（节选）
火灾自动报警系统的设置场所 | 适用的火灾探测器类型 | ||
储罐(组)区 | 球罐区 | 球罐下部阀门集中区 | 图像型感温探测器 |
罐组区 | 点型红外火焰探测器 | ||
立、卧式罐区 | 立、卧式罐下部阀门集中区， | 图像型感温探测器 | |
罐组区 | 点型红外火焰探测器 | ||
浮顶罐(容积不小于10000m³) | 密封圈处 | 线型光纤感温火灾探测器 | |
低温全容罐 | 罐顶安全阀平台、罐顶低压泵操作平台、罐区集液池内、内罐及外罐夹层内、集液盘管道集中处 | 图像型感温探测器或点型红外火焰探测器 | |
综合规范和第2章的火灾特点可以看出，液化烃罐区的火灾探测不能只靠一种探测器，而应按探测对象的不同分别选型。下面从储罐本体、明火火焰、局部泄露三个方面来讨论。
3.1 储罐本体的温度探测：线型感温火灾探测器
线型感温火灾探测器是一种能连续探测保护范围内温度变化的探测器，工作原理：沿保护对象表面连续敷设一条敏感元件，当沿线任意位置的温升速率或绝对温度达到设定阈值时，探测器发出报警信号[4]。按敏感元件类型主要分2类，各类线型感温火灾探测器的优缺点和适用场景见表2。
表2 各类线型感温火灾探测器对比表
探测器类型 | 敏感元件 | 主要功能 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
感温电缆型 | 两根弹性钢丝包裹热敏材料 | 定温报警 | 成本较低，敷设方便，对不规则区域可灵活缠绕 | 只能定温报警，不能监测温升速率；报警后需更换受损段；定位精度较差，只能判断大概区间 | 电缆桥架 |
感温光纤型 | 感温光纤 | 多级温度预警和报警 | 成本高于感温电缆型；需配置光纤解调仪，安装调试相对复杂；光纤弯曲半径有要求，过弯可能导致信号衰减 | 浮盘二次密封圈、罐壁、长输管线等 |
从表中可以看出，光纤型感温探测器在功能、测温精度和定位能力上明显优于感温电缆型，线型感温探测器对液化烃储罐的应用价值主要体现在两方面。①泄漏温升预警：液化烃泄漏后，泄漏点附近罐壁或管线表面会出现局部温升（压力式储罐泄漏气化吸热也可能表现为局部温降，光纤型低温阈值也能捕捉），线型探测器沿罐壁连续敷设，能第一时间发现温度异常，在明火出现之前就发出预警。②火灾蔓延监测：当储罐被外部火灾烘烤时，罐壁温度沿敷设路径依次升高，光纤型能实时显示温度分布和蔓延趋势，帮助判断着火罐和邻近罐的受火情况，为消防冷却水的投放提供依据。
图4 线型感温火灾探测器在压力球罐安装示意图
3.2 明火和火焰探测：火焰探测器
液化烃火灾发展很快，常伴有强烈的火焰辐射，火焰探测器能识别火焰的光学特性，能够快速的探测到着火点。适合罐顶泵出口平台、罐顶\底阀组、罐外泵出口附近、液化烃泵区、装卸区以及罐区周边高位的探测。
火焰探测器属于感光式探测器，原理是探测特定波段的火焰电磁辐射，再通过信号处理识别火焰发出的红外或紫外特定光谱。因为光速很快、受光元件响应时间很短，这类探测器灵敏度较好。按探测波段，火焰探测器分单波段主要分为5类，各类火焰探测器的优缺点和适用场景见表3。
表3 各类火焰探测器对比表
探测器 | 主要探测波段 | 优点 | 缺点 | 应用场所 |
单波段红外 | 4.4μm | 中等响应速度；成本低 | 对较大的闪烁热光源、日光等人造光源易误报 | 室内；碳氢化合物燃烧 |
单波段紫外 | 0.18μm~0.26μm | 响应速度块；探测角度大；不受热源影响；成本低 | 浓烟和水蒸气吸收紫外光，探测距离小；对电火花、雷电等敏感易误报 | 室内；氢气、无机物燃烧；碳氢化合物燃烧 |
双波段红外 | 3.8μm、4.4μm | 误报率低；响应速度较快；探测距离远 | 无法探测非碳氢类化合物燃烧 | 全天候；碳氢化合物燃烧 |
三波段红外 | 3.8μm、4.4μm、5.0μm | 抗干扰；响应速度较快；探测距离远 | 无法探测非碳氢类化合物燃烧 | 全天候；碳氢化合物燃烧 |
红紫外复合 | 0.18μm~0.26μm 4.4μm | 误报率低；响应速度块；日光盲 | 受特定UV/IR干扰，易误报 | 全天候 |
由上表可得，综合灵敏度、抗干扰力、探测范围、响应速度等多种因素综合考虑，三波段红外火焰探测器对于液化烃燃烧相较于其他火焰探测器具有明显优势。
3.3 局部泄露探测：图像型感温探测器
图像型感温火灾探测器是一种集红外热成像测温与视频监控于一体的复合型火灾探测器。它采用红外热成像传感器接收被保护区域物体表面的8～14μm长波红外辐射，将辐射信号转换为温度分布图像，再通过前端嵌入式智能算法对温度异常进行识别和判断。同时配合可见光镜头采集现场视频画面，两者融合后既能测温预警，也能视频复核。
图像型感温探测器和前文说的火焰探测器不同，它不是靠识别火焰光谱来报警，而是靠监测温度变化。液化烃泄漏后，低温液体气化会吸热导致局部温度骤降，储罐或管线受火焰烘烤时表面温度会骤升，这两种温度异常它都能捕捉。正是这个特点，使它能在泄漏初期、明火还没出现的阶段就发出预警信号，比火焰探测器更早介入。适用于罐底阀组、罐顶进出口阀门和泵口法兰等的易泄露区域。
图像型感温探测器测温范围广且有多种范围可供选择，低温档一般覆盖-20℃～150℃，高温档覆盖-10℃～450℃，能满足液化烃泄漏低温预警和火灾高温报警的双重需求；测温精度，观测型为±5℃或读数的±5%；探测距离，双光谱型对0.15m×0.15m汽油火约20m，三光复合型可达100m；响应时间，火焰探测1～10s，温度探测1～10s，烟雾探测20～120s。
三者各有所长互相补充，液化烃储罐做火灾探测方案时应把它们结合起来用。线型感温探测器擅长的是大面积、连续的温度监测，适合检测罐表面温度以及重要管线表面温度；火焰探测器视场角大、抗光源干扰强，适合覆盖阀门集中区等关键点；图像型感温探测器测距离远、能可视化验证、有低温预警功能，适合广域覆盖和泄漏初期预警。
4 火灾探测器的设置
液化烃储罐火灾探测器的设置需根据储罐的火灾危险性和消防联动的需求进行综合考虑。前面章节已经分析了常用液化烃储罐的火灾危险性与液化烃储罐的火灾探测器的类型，但火灾探测器除了消防报警报警作用，还作为消防联动的依据。现从火灾消防联动的角度考虑火灾探测器的设置。
4.1 从消防联动设置探测区域
液化烃储罐火灾最根本的灭火办法是切断气源,如果灭火时一时切不断气源，可以一边维持稳定燃烧，一边对罐壁或罐顶平台进行喷淋冷却，让罐体温度不至于过高、罐壁强度不下降、罐内压力不上升，从而把事态控制住、不扩大。按这个思路，不同储罐的消防冷却水这样设置：压力球罐在罐体设固定式水喷雾系统；覆土式压力罐是地下隐蔽罐，着火的覆土罐和相邻覆土罐可以不冷却，但露出地面的阀室、泵房等附件集中部位仍要考虑冷却保护；低温全容罐在罐顶安全阀和进出罐管道处设水喷雾系统，放空口设置泡沫系统。为了让消防系统发挥最好的作用，火灾探测器的探测区域要尽量覆盖消防灭火的作用区域，盖不全时也要先盖住关键区域。也就是说，压力球罐的探测区域要覆盖罐前地面和罐顶平台集中布置阀门、法兰的部位；覆土式压力罐要覆盖阀室、泵房等附件集中、易泄漏的部位；低温全容罐要覆盖相应的罐顶平台。
4.2 各部位的设置要点
罐体和泵区方面，线型感温火灾探测器应沿罐体表面或关键部位（如泵出口平台）接触式或均匀敷设，不留监测盲区；泵出口附近和泵区高处应设火焰探测器，覆盖泵区可能发生的闪燃和喷射火；易泄露区域设置图像型感温探测器可以检测泄露时产生的温度差。
装卸和灌装区方面，火焰探测器或图像型感温探测器应正对探测区域，并避开阳光等强光直射探测窗口。
区域布局，大空间区域布置火焰探测器或图像型感温探测器时，要把探测视角和最大探测距离算进去，合理确定安装高度和角度，保证视角内没有遮挡，有效覆盖保护范围。
安装环境方面，液化烃区域是易燃易爆场所，探测器必须选用符合相应防爆等级（如隔爆型、本安型）的防爆产品，并满足现场防腐、防水、防尘要求；线型感温探测器要避免装在长期潮湿或温度剧烈变化的地方，火焰探测器要避开日常作业的弧光、X射线等干扰光源，图像型感温探测器应避开强光源（如探照灯）和高温热源（如蒸汽管道）正前方，以防画面过曝或测温干扰。
5 结论
综合考虑火灾探测器的选择、储罐的火灾危险性、消防联动的需求，针对三种典型罐型给出以下建议：
压力球罐：建议在罐区周边道路设置手动报警按钮和声光警报器、沿罐壁缠绕敷设线型感温火灾探测器（对罐壁进行连续监测罐体温度，也能防止邻近罐着火时扩散能力使罐体大面积升温）、在球罐下部阀门集中区设置1台图像型感温探测器以及罐顶平台阀门处设置1台三波段红外火焰探测器（两种类型探测器有助于降低误报率，图像型感温探测器可有效探测压力储罐泄露后出现的低温状况，对于火灾探测具有预警作用）。
覆土压力储罐：建议在阀室入口设置手动报警按钮和声光警报器，在放空口设置2台图像型感温探测器、泵房和阀室内设置均设置2台三波段红外火焰探测器，用来探测这些相对封闭空间里可能发生的喷射火。
低温全容罐：建议在塔梯入口和顶部平台设置手动报警按钮和声光警报器、罐顶工艺平台和放空平台设置2台图像型感温探测器或三波段红外火焰探测器（根据存储介质进行选择或两者兼用），对安全阀平台、进出罐管道附近等重点区域进行覆盖。
其他类型的液化烃储罐本文没有展开，可以参照上面的思路，按储罐结构和易泄漏部位来确定探测器的类型和位置。
最后还有几点要注意：①要根据探测目标选参数合适的设备，或者根据设备参数确定最佳的安装位置及安装方式；②探测器的实际效果受现场安装影响很大，在有效探测范围内不能被遮挡，要能覆盖所有目标和需要保护的地区，而且方便定期维护。
参考文献
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[2]宁夏回族自治区应急管理厅.宁东能源化工基地宁夏畅亿清洁能源有限责任公司”10·24”爆燃事故调查报告[R].2024.
[3]AQ 3059-2023 化工企业液化烃储罐区安全管理规范[S].北京:应急管理出版社,2023.
[4]付腾;王俊胜;成艳英;王玉忠，火灾探测技术研究进展：从传统探测报警到潜伏期监测预警，《消防科学与技术》，2025-09-15
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