沿江沿海外浮顶储罐火灾防控研究

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摘要：油品储罐是收发和储存原油、汽油、煤油、柴油、喷气燃油、溶剂油、润滑油和重油等整装、散装可燃液体的设备，类型多样，数量庞大，储存介质复杂，火灾危险性较高。通过对浙江省3个地市多家具有典型代表性的石油化工生产、储存类企业的系统调研发现，这些大型石油化工企业对油品储罐从规划设计、设防理念、安全管理和灭火救援应急准备上存在较大差异，各类罐区的火灾风险性也不尽相同，这为我们灭火救援工作带来了更大的挑战。本文将主要对沿海沿江地区外浮顶储罐类型分析、火灾危险性分析、火灾防控要点几个方面的灭火救援情况进行探讨。
关键词：外浮顶储罐类型;火灾危险性;事故类型
一、沿江沿海大型石油化工生产、储存企业外浮顶罐区概述
（一）外浮顶储罐的类型及特点
此次调研对象为浙江3个地市的多家较为典型的大型石油化工企业，其中含石油国储库，石油商储库，化工企业，化工园区，液化石油气储备库。这些企业的油品储罐主要分为外浮顶储罐、内浮顶储罐、固定顶储罐及液化烃储罐四类。下面，我们主要就外浮顶储罐进行介绍。
1.外浮顶储罐类型
外浮顶储罐是指顶盖漂浮在液面上的储罐，一般用于储存原油。目前国内单个储罐最大容量已达15万立方米。常见的浮盘形式主要有金属单盘式、金属双盘式两种。通过此次调研发现，国储库内的外浮顶储罐一般采用金属双盘式浮盘，其优点是浮力大、排水效果好，安全性较高;商储库、民企为节约成本，一般采用金属单盘式浮盘，安全性相对较低。火灾初期会出现密封圈局部点式或圈形带式燃烧，处置不当会出现卡盘、沉盘、沸溢、喷溅，导致全液面火灾。
2.外浮顶储罐特点
外浮顶储罐是常压储罐，正常储存时原油紧贴浮盘，原油液面随钢制浮舱式浮船上下升降，罐壁与浮盘之间密封圈有油气挥发，火灾初期会出现密封圈点式局部或圈形带式燃烧，处置不当会出现卡盘、沉盘、沸溢、喷溅，导致全液面储罐火灾。因此其设防与处置理念是立足于初期密封圈火灾，可登罐进行灭火。如若处置不当，原油的蓄热能力较强，则极易出现沸溢、喷溅。
（二）外浮顶油品储罐区的两种储存形式
1.原油国储库
此类库区主要为外浮顶储罐，儲存国家战略储备油，各储罐基本处于满液位储存状态，为防止原油长期静置分层，储罐一般4-5年倒一次油，10年对油品进行更换，以保证油品质量，此类罐区罐组形式较为单一，管理较为规范，安全性较高。
2.原油商储库
此类库区主要为外浮顶储罐，储存日常商用原油，作为各化工企业或者油商临时储备原油使用，罐区装卸油料频繁，部分民企为满足顾客存取油品整存整取需求，会进行违规操作，将外浮顶储罐浮盘沉底，导致罐内形成油气空间，容易导致爆炸起火。
（三）外浮顶油品储罐区的主要消防设施
1.管网、喷淋系统
水管网系统有低压、高压、稳高压和临时稳高压等系统，目前石化企业的水管网系统一般为消防稳高压系统。消防稳高压系统是指消防给水管网中平时由稳压设施保持系统中最不利点的水压以满足灭火时的需要，系统中设有消防泵的消防给水系统。在灭火时，由压力联动装置启动消防泵，使管网中最不利点的水压和流量达到灭火的要求。固定、半固定喷淋系统沿罐壁设置，其主要作用是罐区发生火灾后，启动固定水喷淋系统对着火罐进行冷却降温。
2.固定、半固定泡沫灭火系统
固定泡沫灭火系统由固定的泡沫消防水泵、泡沫比例混合器（装置）、泡沫产生器（或喷头）和管道等组成。半固定泡沫灭火系统由固定的泡沫产生器与部分连接管道，泡沫消防车或机动消防泵，用水带连接组成。固定泡沫灭火系统又分为罐壁式泡沫灭火系统和浮盘边缘式泡沫灭火系统两种。
3.氮气、空气主动防御系统
（1）氮气主动防御系统：利用可燃气体探测器，监测在一、二次密封防蒸发膜之间存在的可燃气体浓度。在达到设定的报警值时，先后作出黄色警报和氮气充入的反馈信息处理，降低可燃气体浓度，待达到安全设定值时，氮气阀关闭。其原理与内浮顶罐的氮封系统相似，通过向封闭空间内注入氮气，以达到稀释、惰化可燃气体的目的，从而起到保护效果。
（2）空气主动防御系统：其原理与氮气主动防御系统相似，通过向一、二次密封空间内持续注入空气，以稀释密闭空间内的可燃气体浓度来确保罐体安全。其运行成本相比氮气主动防御系统低，但若在化工厂区内充装的压缩空气可能含有一定量的硫，当长期充入一、二次密封空间时，可能加快罐壁与硫形成硫化亚铁，遇充入空气中的氧气氧化放热，发生自燃，因此安全性相比氮气主动防御系统较低。
二、外浮顶储罐危险性分析
（一）危险性具体表现
1.标准与不标准的对比
（1）泡沫产生器的问题：外浮顶储罐固定泡沫灭火系统分为：罐壁式泡沫灭火系统和浮盘边缘式泡沫泡沫灭火系统两种。罐壁式泡沫灭火系统是指泡沫灭火系统安装在罐壁。固定或者半固定泡沫系统启动时，泡沫混合液经泡沫产生器产生泡沫，泡沫经导流罩沿内罐壁流入环形泡沫堰板后，流动覆盖进行灭火。需要指出的是，罐壁式应选择横式泡沫产生器，横式泡沫产生器应安装在外罐壁下沿35到40厘米处。本次多地调研，泡沫产生器的位置绝大部分安装高于外罐壁。此外，底部导流罩应呈梯形，有利于泡沫的沿内罐壁导流。此次调研，发现绝大多数单位泡沫导流罩梯形面积过小，安装不合理的问题。浮盘边缘式泡沫灭火系统是泡沫产生器安装在浮盘上，泡沫混合液经浮盘下部升降式泡沫软管分配至各个泡沫产生器，产生泡沫后流入泡沫堰板内进行灭火。经实地在部分单位调研，部分外浮顶储罐罐顶浮盘边缘式泡沫灭火系统导流管设置没有挡板，容易形成泡沫覆盖盲区，导致不完全闭合，引起储罐复燃，影响灭火作战行动的安全。该系统泡沫产生器设置在浮盘边缘，若在火灾初期（5分钟内）不能及时启动，泡沫产生器将吸入高温烟气，影响发泡效果，属于外浮顶储罐不推荐使用类型。部分泡沫产生器横管反向预留接口，若连接水带管枪出泡沫会影响另一端泡沫产生器因压力不足导致发泡效果不佳。
（2）消防冷却喷淋盘管管路设计：在调研期间发现，部分单位外浮顶储罐外部冷却喷淋管路缺失，在加固圈部分没有冷却盘管，泡沫挡板外未设二次导流槽遇风力6级以上天气，泡沫无法正确流入泡沫挡板内灭火;
（3）外浮顶储罐罐顶测量平台二分水器的设置及位置：罐顶分水器设置位置错误，仅设置一至两个出水口，切开关阀门为螺旋式等固定消防设置，设置不合理的情况在沿海沿江一带国储、商储罐区均有出现。一旦发生极端情况一是泡沫发生器受管壁火焰烘烤，泡沫液温度上升，泡沫发生器不产生泡沫;二是罐顶分水器应根据登罐作业需要设置三分水器，便于两支进攻泡沫枪和一支保护泡沫枪同时作业，位置设置应在登顶平台外侧1.3米高，且开关应采用球阀开关，便于消防员快速切换延伸水带，同时，利于战时上下方信号指引。
2.消防等级低：本次调研，国储库消防安全管理水平及固定消防设施设置比较齐全，例如罐区分片式泡沫消防站的设立比较科学，储罐密封圈设光栅光纤感温火灾报警系统。商储库消防设计存在照搬照抄国外设计的普遍情况，部分固定消防设施缺失或者不符合设计要求。企业专职消防力量在装备配备（大功率重型泡沫消防车），灭火药剂储备，化工编队组成及人员日常训练方面，要针对最大、最不利、最危险的灾情，加强针对性训练。
3.罐组总超量：新的石油化工防火设计规范要求：外浮顶鼓励10万，限制15万（5万以上必须双盘）。本次调研发现，大多数企业存在单个罐体超过设计规范的问题。一方面，由于沿海地区，地域紧张，企业为降低生产成本，节约用地，追求利益最大化，都是超量设计加大罐容积，节省用地（港湾式）。另一方面，由于国内部分设计单位套用国外设计规范，按照企业产能要求，反向设计存储罐或者中间罐的单罐容积，造成了罐组超量情况的出现。
（二）存在的典型问题
1.设计缺陷
（1）监控系统不能实现远程控制。
（2）罐组泡沫消防站设施不完善，缺乏定期检修。
（3）油品储罐罐前喷淋及泡沫分配管路没有按照设计规范要求分层次分段独立设置。国储库外浮顶罐体设置了上、中、下三道固定消防水喷淋系统，民企的外浮顶仓储罐区储罐设防等级低，仅在罐体上部或中上部设置固定消防水喷淋系统。
（4）针对化工企业的管线火灾，现场关阀断料没有上下游的安全阀，无法有效的关闭截止阀。
（5）有的企业死板抄袭外国设计，比如，浮頂罐罐顶没有设置避雷针，雷雨天气无法登罐灭火等。
2.人的不规范行为
（1）调研中发现部分民营石油商储库工艺技术存在缺陷，外浮顶储罐浮盘以下的油品，用油泵抽出交易，违反存储安全规定，在油品交付时突破浮顶罐的设防底线，直接将液位降到安全液位以下，浮顶与液位之间形成易燃易爆油气空间，存在重大安全隐患。
（2）主要指车辆装备性能不符。一是水罐泡沫车流量较小（≤10000L/MIN），不能实现长距离，大流量，远射程，多功能的灭火效能。二是现有的高喷车举升高度和跨度不够，无法应对单体大的油罐火灾，面对呼吸阀，管廊火，蒸馏塔高位火的灭火与冷却。三是水罐泡沫车车载泡沫与水的罐容比不符合实战要求，车载泡沫不能满足一次进攻。四是企业队泡沫消防车载泡沫，消防队储备泡沫的种类和型号不够统一，影响泡沫灭火效能。
三、外浮顶储罐事故类型及特点
（一）事故类型
1.雷击
大型外浮顶储罐常用于储存原油，单个储罐最大容量已达15万立方米。外浮顶储罐受到雷击后，易引发密封圈火灾，若处置不当，将导致灾情扩大，威胁整个罐区，为灭火救援工作带来较大困难。
2.自燃
由于原油中含硫成分较多，易腐蚀管道形成硫化亚铁，硫化亚铁则易受到氧化作用而自燃着火。
（二）事故特点
1.着火爆炸危险性大。石油库油品储罐的油品属于有机物质，其燃烧性与油品的闪点和自燃点有关。储存的轻质油品具有较强的挥发性，在较低的气温下就能挥发。随着温度的升高，油品蒸发速度加快。若油品灌装超量，或储罐呼吸阀，泄压阀损坏，会引起储罐爆炸。
2.火焰溫度高，辐射热强油罐火灾的辐射热强度与发生火灾的时间成正比。
3.重质油品储罐燃烧易发生沸溢和喷溅。原油，渣油等重质油因燃烧过程中形成高温热层及其含有水分，着火燃烧时可能发生沸溢和喷溅。
4.泄漏油品流动扩散易形成大面积火灾。汽油，柴油的黏度一般都很小，极易流动和渗透，且温度升高，黏度降低，流动性和扩散性增强。
5.具有复燃和复爆性。
6.油品蒸汽具有一定的毒害性。油蒸汽经人口，鼻进入呼吸系统，使人体器官受害而产生急性和慢性中毒。
参考文献：
中国石油化工集团公司.GB5160-2008石油化工企业设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2009，（06）.
罗永强，杨国宏.石油化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2017，（10）.