原油儲罐火災(zāi)形式和防止沸溢、噴濺技戰(zhàn)術(shù)方法運(yùn)用

張巖 何淼

摘要：本文以大型石油化工企業(yè)原油儲罐火災(zāi)為研究對象。以實(shí)用性和可操作性為研究原則。針對原油儲罐（外浮頂儲罐）火災(zāi)中危害最大的沸溢和噴濺現(xiàn)象，以簡單的火災(zāi)形式和經(jīng)驗(yàn)估算沸溢或噴濺發(fā)生時間及有效安全距離。以工藝處置手段和消防滅火技戰(zhàn)術(shù)相結(jié)合的方式，總結(jié)出具有可操作性的技戰(zhàn)術(shù)方法，以備消防指戰(zhàn)員提高實(shí)戰(zhàn)中的指揮、研判、決策、處置中得以借鑒。

關(guān)鍵詞：原油儲罐種類;火災(zāi)形式;沸溢與噴濺;消防技戰(zhàn)術(shù)

1 原油儲罐的種類及火災(zāi)形式

1.1外浮頂儲罐種類

石油儲備庫多為外浮頂儲罐，外浮頂儲罐為常壓儲存、儲存介質(zhì)一般為原油、渣油等重質(zhì)油。正常儲存時原油緊貼浮盤，液面隨鋼制浮艙式浮船上下升降，浮盤形式分為單盤式、雙盤式。常見的單罐容積有5千、1萬、3萬、5萬、10萬、15萬立方米。儲量與高度、直徑的關(guān)系表所示。

1.2外浮頂罐火災(zāi)形式

根據(jù)火災(zāi)發(fā)展規(guī)律，可將外浮頂儲罐火災(zāi)分為：儲罐密封圈火災(zāi)（包括密封圈分散火點(diǎn)和密封圈環(huán)形火帶）;浮盤卡盤傾斜時，儲罐半液上/半液下火災(zāi);浮盤沉沒時，儲罐全液面火災(zāi);儲罐火災(zāi)與管道閥門流淌火災(zāi);防火堤池火五種形式[1]。

2 沸溢、噴濺的原因、條件及危害

2.1沸溢、噴濺的原因

在輻射熱的作用下，輻射熱在向四周擴(kuò)散的同時，也加劇了原油表面的溫度，隨著燃燒的持續(xù)時間延長，受加熱的油面表層也會加厚，當(dāng)溫度達(dá)到原油沸點(diǎn)時，燃燒的原油就會沸騰，溢出罐外。

在熱波的作用下，原油中沸點(diǎn)低的輕餾分變成蒸氣被燒掉，而沸點(diǎn)高的重餾分則會把熱量傳導(dǎo)至燃燒液面之下的“冷面層”，稱之為熱波現(xiàn)象，當(dāng)輻射熱與熱波共同作用時，燃燒的原油會很快達(dá)到沸點(diǎn)發(fā)生沸溢。

在水蒸氣的作用下，水變成蒸汽，其體積膨脹1700倍，壓力也相應(yīng)增大，大量的水蒸汽在向上逸出，這就使原油膨脹，向外溢出，原油即發(fā)生“沸溢”[2]。

2.2發(fā)生沸溢和噴濺的條件

（1）儲罐中的油品具有移動熱波擴(kuò)散的特性;

（2）儲罐中的油品含有一定游離水、乳化水和水墊層;

（3）儲罐中的油品具有粘稠度較大;

（4）原油儲罐內(nèi)油面層與罐內(nèi)空間不能容納其燃燒過程中的膨脹量。

2.3沸溢和噴濺的危害

一是沸溢時火焰高度急劇增加4-5倍，輻射熱量隨之突然增大。

二是沸溢時噴濺出的著火油品會造成大面積地面流淌火，流淌火的蠕動會接近鄰近油罐，從而引起串燒擴(kuò)大著火范圍、易發(fā)生連鎖爆炸等事故造成更多人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3 防控理念

據(jù)統(tǒng)計，從1950年至今世界范圍外浮頂儲罐火災(zāi)事故共有500余起，其中密封圈火災(zāi)占72.8%，其他火災(zāi)占27.2%。因此、外浮頂儲罐的防控應(yīng)立足于初期密封圈火災(zāi)的施救。固定泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)置，就是為了及時撲救密封圈初期火災(zāi)。但當(dāng)液位較低時，泡沫受到熱輻射，風(fēng)向及紊流等因素的影響不能有效覆蓋起火點(diǎn)時，灌頂測量平臺設(shè)置的泡沫混合液二分水，罐頂外走臺、轉(zhuǎn)向走梯則為人員登罐使用泡沫管槍實(shí)施泡沫覆蓋滅火提供了必要條件。

外浮頂儲罐火災(zāi)撲救，火災(zāi)初期較容易控制，僅僅會出現(xiàn)密封圈點(diǎn)式局部或帶式燃燒。一旦到了火災(zāi)后期，出現(xiàn)卡盤、沉盤全液面火災(zāi)時，燃燒面積大，熱輻射強(qiáng)，原油的蓄熱能力強(qiáng)，火災(zāi)撲救將面臨極大困難。油品中的水墊層極易出現(xiàn)沸溢、噴濺。因此，外浮頂儲罐的防控理念應(yīng)立足于初期密封圈火災(zāi)的控制和采取對應(yīng)措施施救。

4 消防技戰(zhàn)術(shù)的運(yùn)用

根據(jù)原油儲罐火災(zāi)的特性和沸溢發(fā)生原理，在滅火戰(zhàn)斗中可以主要從兩個方面去預(yù)防其發(fā)生：一是減緩或避免熱波頭與水墊層相遇;二是改變水墊層沸騰氣化時所造成的突發(fā)性嚴(yán)重后果。具體戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用方法如下：

4.1冷卻法

對燃燒儲罐罐壁進(jìn)行冷卻保護(hù)，可以延緩在輻射熱和熱波作用下的沸溢時間，減弱罐壁對罐內(nèi)油層的熱傳導(dǎo)作用，從而來減緩沸溢、噴濺的發(fā)生。罐壁上安裝有環(huán)形水噴淋系統(tǒng)或者消防力量能夠滿足燃燒罐體的罐壁冷卻需求的，則可以降低燃燒速度。對于有保溫層的罐壁而言，其冷卻的效果也只能停留在罐壁外層，其罐壁內(nèi)層因受到保溫層的保護(hù)，冷卻效果不明顯，熱傳導(dǎo)作用依然很大。

4.2滅火法

油罐燃燒需要持續(xù)一段時間后才會達(dá)到發(fā)生沸溢、噴濺的條件。因此，在油品沸溢前及時將火撲滅，是防止油罐發(fā)生沸溢、噴濺最有效的方法。但對于大型原油儲罐，由于其罐體規(guī)模大，原油儲量多，燃燒面積大等原因，需要的滅火力量也相對較多，當(dāng)罐上固定的滅火設(shè)施遭到破壞，無法滿足固定滅火設(shè)施啟用時，很難及時有效將火撲滅，從而增加了撲救難度。需要調(diào)集足夠的人員、消防移動裝備、設(shè)備、滅火劑等才能有效的實(shí)施滅火行動。

4.3排水法

適用于罐內(nèi)油面較高、技術(shù)設(shè)計較先進(jìn)的油罐。通過罐底的排水閥門裝置定時排掉罐底的水墊層，從而防止沸溢噴濺的發(fā)生。這樣可以在滅火救援的過程中減小沸溢發(fā)生的概率，同時也可獲得灌內(nèi)注入泡沫滅火劑的罐內(nèi)上部空間，減少原油損失。

4.4注入冷油法

適用于罐內(nèi)油面較低，技術(shù)設(shè)計較先進(jìn)的油罐。在滅火力量無法及時調(diào)集的情況下，采取此方法是以增加油面到水層距離的方式，來延長熱波傳遞到水層引發(fā)沸溢的時間。因?yàn)樽⑷氲氖抢溆停赃€能降低油液溫度，對防止沸溢有很好的效果。但是采取此方法的前提是必須準(zhǔn)確掌握燃燒罐內(nèi)的油面高度，油罐上方罐體必須完好，準(zhǔn)確掌握注入冷油的量，避免因加注過量而造成油液外溢，進(jìn)而使火勢加大[3]。

4.5環(huán)形隔水圈法

此種方法只適用于已經(jīng)安裝了隔水圈的油罐，用以消除罐壁導(dǎo)熱對水墊層的傳熱作用。此方法在罐底部安裝一個環(huán)形隔水板圈，圈與罐壁之間設(shè)有導(dǎo)水管，以便罐底積水通過水管自動流入隔水圈內(nèi)。

4.6防沸石突沸法

此方法適用于已經(jīng)設(shè)置有防沸石的儲罐。當(dāng)油品的高溫層下降到水墊層時會造成較大的過熱度，過熱度越大，水氣化越劇烈，其產(chǎn)生的氣泡也越大，為了減小水墊層氣化產(chǎn)生的氣泡大小，降低油品沸溢的強(qiáng)度，在罐底水墊層預(yù)先放置一種防沸石，以便水墊層氣化時形成必要的氣化核，易于細(xì)小氣泡的生成，避免大氣泡產(chǎn)生，減弱過熱度對沸溢強(qiáng)度的影響。

4.7改變油品粘度法

通過改變油品的物理性質(zhì)可有效的延長和抑制沸溢、噴濺的時間和發(fā)生。主要是油品的沸點(diǎn)和油品粘稠度有著密切關(guān)系。但會影響油品的使用性能，而且在燃燒過程中加注表面活性添加劑的難度大、風(fēng)險高、成本高。

5 應(yīng)急處置過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）第一處置力量到達(dá)現(xiàn)場后，應(yīng)將車輛停靠在上風(fēng)方向，迅速查明水源、風(fēng)向、風(fēng)力等基本情況。通過觀察罐外走道、固定泡沫產(chǎn)生器及儲罐編號等情況，迅速對儲罐類型進(jìn)行辨識。通過詢問罐區(qū)工作人員和調(diào)派專人去消防控制室，及時查詢確認(rèn)儲罐容量、儲存介質(zhì)、儲存液位、固定消防設(shè)施是否啟動、著火部位等情況[4]。

（2）通過不間斷火場偵查、確定火情是否處于密封圈初期火災(zāi)、卡盤半液面燃燒及沉盤全液面燃燒階段。要在便于觀察和警示的地方設(shè)立安全員，明確撤退信號，著重觀察風(fēng)向變化及沸溢噴濺征兆等危險情況。

（3）指揮員要視情請求調(diào)派增援力量，在未查明火場情況時，切忌直接對浮盤射水冷卻。

（4）牢牢把握外浮頂儲罐火災(zāi)處置的先機(jī)，立足于設(shè)防理念，初期密封圈火災(zāi)時要樹立“登罐滅火”的戰(zhàn)術(shù)思想，嚴(yán)禁短時間內(nèi)對浮盤噴射大量泡沫射流。

（5）做好現(xiàn)場的安全防護(hù)工作，登罐滅火時人員要著隔熱服、佩戴空氣呼吸器，防止硫化氫中毒。設(shè)立安全員，明確撤離信號，當(dāng)有發(fā)生沸溢噴濺的前兆時，果斷下達(dá)撤退命令。

（6）固定、半固定消防設(shè)施由于長時間受到腐蝕、維護(hù)保養(yǎng)不到位等情況，要做好其不能正常啟動的準(zhǔn)備。

（7）儲罐底部定時排水，防止罐內(nèi)形成水墊層。

（8）關(guān)閉防火堤、分隔堤雨排閥門及化污水出口，保持事故防火堤1/5水封液位，防止儲罐油品外溢、沸溢，引發(fā)整個罐區(qū)火災(zāi)。防止廢消水流入江河湖海，引發(fā)環(huán)保事件。

6 結(jié)語

隨著我國石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，新能源、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，整個行業(yè)向著“基地化、大型化、規(guī)模化、園區(qū)化”轉(zhuǎn)變，企業(yè)數(shù)量越來越多，裝置體量和生產(chǎn)規(guī)模越來越大，數(shù)字化程度越來越高，工藝流程越來越細(xì)，上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)系越來越緊密，原油儲備越來越大。石油化工企業(yè)中的原油儲罐火災(zāi)處置風(fēng)險增大，其中沸溢、噴濺所造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失會非常嚴(yán)重。因此，本文針對原油儲罐種類、火災(zāi)形式，以及事故中的沸溢、噴濺這兩種災(zāi)害現(xiàn)象做了闡述，并結(jié)合原油儲罐在應(yīng)急處置中總結(jié)出7種防止沸溢、噴濺的技戰(zhàn)法。希望能夠?yàn)槭突て髽I(yè)的消防隊(duì)伍在應(yīng)急處置滅火行動中提供可借鑒信息，以達(dá)到安全處置原油儲罐火災(zāi)的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅永強(qiáng)，楊國宏.石油化工事故滅火救援技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[2] 黃鄭華，李建華，李元福.燃燒油品的沸溢噴濺特性分析研究[D].廊坊：中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院，2005.

[3] 何利民，何躍生，郭光臣.原油儲罐的沸溢與消防中應(yīng)注意的問題[J].石油大學(xué)（華東），1994，（13）.

[4] 蔡麗輝，蔣軍成.池火災(zāi)沸溢早期特性數(shù)值模擬研究[M].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2006.