罐區火災事故原因分析及預防處置措施

胡多多

國家管網集團東部原油儲運有限公司 江蘇徐州 221008

隨著國民經濟的飛速發展，石油及其產品在日常生產、生活中得到了越來越廣泛的應用，其消耗量逐年增長，石油化工行業的規模更是持續擴大。由于石油這一戰略資源的稀缺性，以及各國對石油需求的增大，在世界掀起了大力興建國家戰略儲備庫的熱潮。在這一大環境下，油罐作為儲備油品的最重要設備，大型化、集約化已成為其顯著特征。然而，因所儲存油品本身具有易燃爆、易揮發、易泄漏等特點，再加上罐區油罐容積大、數量多、布置集中，導致罐區內各種火災危險并存，一旦發生爆炸起火，其后果不堪設想。

近些年，國內外罐區火災事故頻發，具有災難性、損失大、污染重的重特大火災事故也時有發生，引起了社會對石化企業生產安全的過度關注和擔憂。例如，2020 年4 月29 日，美國德州位于Lockhart 郡一油罐區遭閃電擊中，引發大火；2020 年2 月7 日，廣東茂名潤東石油化工有限公司油罐區儲罐發生火災事故[1]。表1 簡單列舉了國內外大型罐區重特大火災事故相關情況。這些罐區重特大火災事故，給行業的安全運行敲響了警鐘。中國石化“十大”安全生產風險調查結果顯示，罐區風險數量排名第二。因此，罐區安全工作顯得尤為重要，分析罐區火災事故原因，并提出應對措施，對提高罐區的安全可靠性，預防和減少罐區的火災爆炸事故具有重要意義。

表1 國內外大型罐區重特大火災事故

1 罐區火災事故原因分析

火災事故的發生需要具備三個必不可少的條件：點火源、可燃物和氧氣。以下分別從這三個方面對罐區火災事故的主要原因進行分析。

1.1 點火源

（1）明火引發的罐區火災。油罐附近煙道的火星、車輛噴出的火星、放鞭炮或紙張燃料的飛火、罐區內違章吸煙，以及動明火、電氣焊作業等都極易引燃泄露在地面的油品，或引爆彌漫在空氣中的油蒸汽[2]。

（2）靜電引發的罐區火災。大多數油品為帶靜電物質，很容易產生和聚集靜電荷，而且消散慢，一旦放電形成火花，足以引發火災[3]。表2 統計了國內外由靜電火花引發的罐區火災典型事例。

表2 國內外由靜電火花引發的罐區火災典型事例

（3）雷電引發的罐區火災。若油罐的防雷接地系統設計不合理或出現故障，油罐的頂孔口關閉不嚴，油罐接地電阻過大（大于10Ω）或靜電荷無法消除等，在雷擊時都容易引起火災。表3 統計了國內外由雷擊引發的罐區火災典型實例。

表3 國內外由雷擊引發的罐區火災典型實例

（4）撞擊或摩擦引發的罐區火災。若油罐的量油孔口未用有色金屬制作，當鋼尺放入或拉出時易與量油孔口邊緣摩擦而產生火花，引燃油罐內油蒸汽；或者用鋼鐵造的工具開啟油罐孔口，當相互撞擊時易產生火花，也容易引燃泄漏的油蒸汽。

（5）電器及線路引發的罐區火災。若罐區的電器線路發生短路、漏電，或未按規范要求采用防爆燈、電機等用電設備，一旦產生電火花或電弧，極易點燃泄漏的油品或積聚油蒸汽，從而引發火災事故。

（6）自燃引發的罐區火災。對油罐中含硫油品的沉積物進行消除時，易發生自燃；或對潤滑油及重油加溫時溫度超過閃點而引起自燃。

1.2 可燃物

油品本身就是可燃物，一旦發生泄漏，就有可能引發火災事故。在儲運設施中發生泄漏事故較為常見，而導致油罐泄漏的原因主要包括：腐蝕、裂紋、變形、設計和制造原因，以及焊接不當、水壓試驗操作不當、設備和人為因素等。油品對油罐的腐蝕是造成油罐泄漏的重要原因。例如，罐底油析水中含有大量滲透性很強的無機鹽，會造成罐底潰瘍狀坑點腐蝕甚至穿孔；油罐地基的不均勻沉降或裂縫，會導致罐底板與地基之間滲入地下水或雨水，造成腐蝕。

1.3 氧化劑

對于油罐來說，當油品暴露在空氣中時，空氣中的氧氣便是引發罐區火災事故的天然氧化劑[4]。

由此可見，多種有害因素會引發罐區火災事故，要想從根本上預防火災事故的發生，必須針對這些因素從管理和技術兩個方面進行合理整治。

2 預防處置措施

2.1 人員管理

所謂人員管理，就是要千方百計地防止因違章作業、違章操作、違章指揮而引發的火災爆炸事故。企業不僅要加強職工安全方面的培訓、教育工作，讓其認識到油罐爆炸的危害性和嚴重性，而且要進一步規范職工的行為，使其嚴格按照操作規程作業，尤其是要注重操作細節，比如穿防靜電工作服、不穿化纖類衣服和膠鞋上班作業等。

2.2 技術預防處置

2.2.1 控制氧氣的進入來破壞火災條件的形成

由可燃物發生燃燒爆炸的條件可知，要想避免油罐發生火災爆炸事故，就必須禁止氧氣或空氣進入油罐內。對于容量大的內浮頂油罐，可以實行收付混合操作方式，使浮盤在較小的范圍內浮動，減少浮盤以下空間的硫化亞鐵外露與空氣接觸的機會；采取高液位操作，減少油罐氣相空間，減少腐蝕范圍；采取惰性氣體置換（氮氣保護）的方法，既可實現無氧操作又可防止爆炸性混合氣體的形成；在油罐付油時，在停止注入蒸汽后，應及時注入氮氣，防止空氣進入油罐。

2.2.2 從工藝方面入手來加強預防

改進常壓裝置，采用“一脫四注”工藝來降低硫含量；采用油渣加氫轉化工藝，來降低常壓渣油的硫含量；油品進罐前進行有效的脫水來降低含水量；在分餾塔頂添加緩腐蝕劑，使鋼材表面形成保護膜以起到阻蝕作用；在油品中添加抗靜電劑，來提高油品的電導率。

2.2.3 從設備方面采取措施

在設備中易被腐蝕的地方，使用耐腐蝕的鋼材；在易腐蝕設備內表面，采用噴涂耐腐蝕金屬或涂鍍耐腐蝕材料等技術；在油罐內壁嚴格按標準使用防靜電涂料以消除靜電放電產生的危害，或靜電引力導致的各種生產障礙；采用罐頂噴淋技術來有效降低油罐溫度，延緩硫腐蝕，同時及時消散硫化鐵氧化釋放出的熱量；通過靜電接地、跨接或設置靜電緩和器來加強靜電泄漏，防止靜電積聚；安裝避雷針來有效避免雷電的危害；加強罐體密封性檢查和維修；對大型油罐安裝可燃氣體報警裝置、滅火和冷卻設施等。

2.2.4 從日常操作中進行預防

采取底部裝油的措施，減少空氣的進入、靜電的產生和油霧的產生；加大注油管的管徑，以控制流速，減少靜電的產生；在檢測井內進行檢測和取樣，并靜置幾分鐘來避免靜電的產生；定期采用酸洗、高pH 溶劑、多級氧化劑、鈍化劑等方法來清除硫化亞鐵沉積物；定期清罐，盡可能地排除儲罐中的積水；加強日常設備的檢修、罐區的安全檢查和巡檢工作，將事故消滅在萌芽狀態。

2.2.5 從在線監測技術上來控制

（1）建立適合的腐蝕監測網來控制與預防硫腐蝕。通過合理選點與布點做到在線監測和離線監測，長周期掛片與瞬時腐蝕速率測量相結合，全方位把握腐蝕狀況，以便及時采取措施，防患于未然。

（2）用可燃性氣體報警器檢測環境，將可燃氣體、可燃液體蒸汽和粉塵的濃度控制在低于火災爆炸的極限范圍。

（3）對易燃、易爆作業場所的防火設計，采用自動報警和自動滅火系統。自動報警的探測器應采用防爆型，自動滅火的滅火劑應采用CO2氣體滅火劑。

2.2.6 從事故應急處置方面進行防控

構建基于5G 網絡環境下的罐區可視化消防應急救援平臺。2019 年6 月6 日，工信部正式向運營商發放5G 商用牌照，我國進入5G 商用元年。5G 也正在給消防數據的聯動帶來質的改變，比如智能監控數據讀取及共享能力將極大加強，視頻監控將普遍從“看得清”邁向“看得懂”；通過AI 可穿戴設備，對救援人員的心跳、皮膚溫度等健康指標進行實時監控，實時了解消防人員身體狀況及生命安全情況；某些事故中，消防人員只需進行遠程操控即可完成救災。

5G+ 罐區可視化消防應急救援平臺，以“平戰結合”為指導思想，能夠提供罐區突發事件的預防、應急處置、輔助決策、資源保障和大數據分析應用的全方位信息化支撐，最終可實現智能指揮與滅火救援可視化。平臺中具體涵蓋的內容如圖1 所示。

圖1 5G+ 罐區可視化消防應急救援平臺

3 中國石化的應對策略

3.1 解決思路

（1）采用防護層技術，構筑本質安全。防護層理論核心是“系統安全、層層防護”。為保證罐區的整體安全，針對風險評估識別出來的能夠導致重大危險的因素，從核心到外圍，逐步完善和設立防護層，防止和減少風險，避免重大事故的發生。

（2）采用系統論思想，構筑系統防護。罐區的事故一般為多因素作用，由量變到質變發展演化的。罐區安全是系統工程，需要從各要素之間的相互關系、作用方式和功能結構開展研究，找到根源問題和控制手段，不斷優化原有系統，降低風險及后果。

3.2 主要存在問題

中國石化通過開展大型罐區安全評估、隱患排查和安全研究，發現大型罐區存在的主要安全問題如下：

（1）雷電是油罐火災的主要點火源，油罐現有雷電防護手段不能安全泄放雷電流，且油罐一、二次密封之間可燃油氣濃度普遍超標，一旦遭到雷擊，極易引起密封圈火災事故。

（2）由于罐基礎沉降導致罐體變形，以及浮盤傾斜、浮梯脫軌、暴雨天氣等因素，均可能導致浮盤卡盤或沉船等事故。

（3）原油劣質化使油罐腐蝕加劇，存在較大的腐蝕泄漏風險。

（4）罐區安全監測儀表故障率較高，難以實施精準的罐區安全管理。

3.3 主要技術成果

3.3.1 罐區雷電預警技術

對小范圍（10k～15km）正在發展的雷云帶電量進行監測，臨近預報閃電的發生。其中每個區域的預警探頭采用蜂窩布局方式，雷電預警探頭通過系統軟件進行區域局部組網。整個蜂窩雷電預警系統可根據每個時段的電場強度判斷雷暴云的移動軌跡，并實現雷電10～30min 臨近預警。

3.3.2 罐區雷擊火災防護技術

（1）取消了導電片等放電點；

（2）二次密封壓條采用T 型；

（3）量油孔、導向柱采用40mm 厚四氟絕緣板與浮頂電氣絕緣；

（4）刮蠟器與浮頂之間采用橫截面不小于16mm2的鍍錫軟銅復絞線進行可靠電氣連接；

（5）浮頂與罐壁之間安裝可伸縮式等電位連接裝置RGF（導線橫截面不小于50 mm2）進行可靠電氣連接。

采用以上雷擊火花放電控制技術，可以使油罐抗雷擊能力從40 kA 上升到150 kA。

3.3.3 可燃介質泄漏檢測和控制技術

（1）密封圈油氣濃度在線檢測技術：主要實現油罐密封圈內油氣濃度的實時監測，并進行數據分析和報警。表4 為檢測設備的一些相關參數。

表4 檢測設備的相關參數

（2）防爆型密封圈技術：在一、二次密封空間增設抑爆結構，可減少油氣空間90%，降低爆炸能量，一旦發生密封圈燃爆也不會造成密封圈火災，

（3）防止儲存介質泄漏技術：腐蝕泄漏、中央排水管漏油或沉船是儲存介質泄漏的主要原因。利用石墨烯等新型高效防腐技術，可延長金屬防腐涂料使用壽命至15～20 年，從而解決腐蝕泄漏問題；基于LED 紫外光源的溢油監測傳感器靈敏度高，并且具備防爆性能，可監測中央排水管泄漏的事故隱患；利用本質安全型光纖傳感技術實現浮盤運行狀態的實時監測，實現浮盤不安全狀態的預警。

3.3.4 火災應急處置技術

（1）密封圈壓縮空氣泡沫滅火技術。基于壓縮空氣泡沫技術，將泡沫預混液與高壓氣體預先儲存在一壓力容器內；容器內的高壓氣體與泡沫混合液在容器內的氣液混合器內進行發泡，泡沫通過管道輸送至浮盤密封圈內，泡沫噴射持續時間約105s，密封圈內泡沫層厚度為300～450mm。

（2）油罐全面積火災撲救技術?；趬嚎s氣體泡沫滅火技術，將大流量泡沫混合液與大流量高壓氣體充分混合，形成高效泡沫；通過專用大口徑、大跨度高噴車將泡沫精準噴射至著火油面，及時撲滅全面積火災。其滅火效率是負壓式泡沫系統的1.7～2 倍。

（3）罐區閥門防火罩技術。受防火罩保護的閥門執行機構在烴類火焰1100℃中維持30min 后，可保證執行機構正常工作，為事故應急提供可靠的操作條件。

（4）大型罐區應急指揮決策平臺。該平臺綜合了信息獲取、遠程信號動態監測、事故演化過程預測，以及應急處置方案動態生成等技術，能夠實現對罐區事故的有效防控和科學應急處置。

4 總結

通過對罐區火災事故原因進行分析，針對性地提出了一系列預防處置措施，得出的結論如下：

（1）點火源（明火、靜電、雷電、撞擊或摩擦、電器及線路、自燃）、可燃物（油品）、氧化劑(氧氣)是引發罐區火災事故的不同危險有害因素。

（2）針對事故發生前的預防，以及事故發生后的處置，可從人員管理和技術預防處置兩個方面制定措施。其中5G+ 罐區可視化消防應急救援平臺可實現智能指揮與滅火救援的可視化。

（3）中國石化在罐區火災預防及處置中采用了罐區雷電預警技術、罐區雷擊火災防護技術，以及可燃介質泄漏檢測和控制技術等多種技術的聯動。

風險是危險情況發生的可能性和后果的乘積，罐區火災爆炸事故雖然是小概率事件，但后果極其嚴重。因此，一定要認真分析，積極防范，采取一切必要的措施和手段，阻止事故的發生。