防火堤应用中应注意的问题

姚学军 吴凯旋 赵云峰 税碧垣

中国石油管道科技研究中心（河北 廊坊 065000）

在泄漏及爆炸等重大事故中，防火堤可以有效控制危险液体的扩散而降低事故造成的影响和损失，是保障石油化工危险液体储运装置安全最重要的措施[1]。对于防火堤及配套设施的设计，我国主要执行GB 50160-2008 《石油化工企业设计防火规范》，GB 50183-2004 《石油天然气工程设计防火规范》，GB 50351-2005《储罐区防火堤设计规范》等3项国标。然而，从近年来频发的储罐泄漏和爆炸事故来看，防火堤实际应用中还存在不少问题。因此，深入分析防火堤应用中应注意的问题和设计要点对保障石油化工企业的安全生产具有重要意义。

1 防火堤应用中应注意的问题

1.1 防火堤材质

根据国标规定防火堤应满足两项基本功能：一是有效围控泄漏，因此要求良好的密封性；二是要能承受液体的静压力。土堤、混凝土堤、块石堤等材质均能满足这两项功能。

土质防火堤一般采用粘性土夯实而成，密封性和耐燃烧性能好，但耐久性和耐气候性较差，风吹雨淋易使其遭受损坏，需要经常维护。砖块防火堤外观规整美观，耐久性好，承压能力强，但造价高且耐冲击性较差。混凝土堤密封性好，强度高，但耐高温性能不足，火灾中钢筋易软化而失去强度[2]。

国标规定优先选用土堤。但在实际应用中一般采用混凝土堤。一方面由于土地资源日益紧缺，土堤占用土地资源较大，应用受到限制；另一方面由于泄漏属于小概率事件，且承受液体静压是防火堤最重要的指标，采用混凝土堤不仅美观，维护工作量小，且承压强度高。但在使用中一定要注意培土或喷涂防火涂料以增加混凝土堤的耐火性能，虽然国标对此进行了规定，但在防火堤实际应用时执行不到位，造成了一定的安全隐患。

1.2 防火堤有效容积

国标规定固定顶油罐组防火堤有效容积不低于罐组中一个最大储罐的容积，浮顶油罐组不低于罐组内一个最大储罐容积的一半。但国标的出发点是基于以下假设：

（1）油罐爆炸大多会掀开罐顶，罐底则往往保持完好。

（2）一个油罐组内同时发生一个以上油罐破裂事故的几率极小。

（3）内浮顶罐不易发生爆炸，即使爆炸也只能将顶盘掀掉,不会破坏油罐下部,因此泄漏量不会太大。

然而随着油气工业的发展，油库的建设规模越来越大，量级大都在1 000 000m3以上，单个罐的最大容积已达150 000m3,在火灾或爆炸事故中容易诱发相近的其他罐体爆炸进而造成大量油品泄漏[3]。例如，1974 年日本三菱石油水岛炼油厂发生过某50 000m3油罐由于基础不均匀沉陷造成罐底、罐壁同时拉裂，瞬时泄出油品冲毁防火堤的事故[4]。此外，事故救援产生的消防污水量也越来越大。一旦发生大型事故，防火堤将很有可能无法容纳事故液体而溢出防火堤。因此，应考虑适当增加防火堤尤其是浮顶油罐组防火堤的有效容积。

1.3 防火堤高度

防火堤高度设置要考虑防火堤容积与消防人员操作的便利性两项因素。一方面防火堤高度不宜太低，防火堤过低则必须增加防火堤面积以保证防火堤的有效容积，这必将大大增加土地成本。此外，在发生大量泄漏时液体会在池内形成浪涌，防火堤高度过低会造成液体轻易涌出堤外。另一方面为保证消防人员能迅速跨越防火堤进行消防作业以及堤内操作人员能迅速跨越防火堤逃生，防火堤高度不宜太高。

国标在计算防火堤高度时规定“均以防火堤外侧路面或地坪算起”。需要注意的是实际应用当中存在防火堤内地坪低于堤外地坪的情况，若以防火堤外侧路面或地坪算起容易忽略有效容积。因此，可以考虑按照防火堤内侧坡脚或地坪为参照计算防火堤高度[5]。

1.4 事故存液池设置

事故存液池主要用来存储超过防火堤有效容积部分的事故液体。考虑到单罐容积和罐组容积越来越大,事故液体量超过防火堤有效容积的可能性也越来越大。如果不设置事故存液池，一旦事故液体越过了防火堤将通过沟渠系统直接排入地表水进而造成环境污染等更为严重的次生灾害。2006 年12 月英国邦斯菲尔德油库912 号油罐发生大量油品泄漏事故，由于没有设置事故存液池，导致溢油大面积扩散进而形成大面积池火[3]。因此，事故存液池的设置十分必要。在实际应用中，存在不设置事故存液池或虽设置了事故存液池但容积偏小或设置不合理等问题。

事故存液池通常设在厂区内地坪较低洼处，便于事故液体汇流。事故状态下，防火堤不能容纳的事故液体依靠重力自流至事故存液池。目前事故存液池池深一般设计为4～8m，在地下水水位较浅的地方，事故存液池需要做抗浮设计，施工难度也较大，因此事故存液池池深需根据现场条件综合确定。

1.5 排水系统设置

目前，国标对于排水系统的设置没有规定具体的技术指标。主要存在的问题是：①没有实现雨污分流，造成干净的雨水和生产污水同时排放；②排水系统直接和明沟系统相连，这种情况下仅仅设置截断设施是不够的，因为可能发生堵塞或明沟系统续排污能力有限进而造成污水排入地表水。

排水系统的设置要避免直接和地表水体相连。应先通向污水处理装置或事故存液池，通过处理后排入地表水中，避免事故污水直接排入地表水。此外还应实现雨污分流，即雨水排放系统和污水排放系统分开并设置切换阀，以做到分类排放、分级控制。初期受污雨水和事故液体排入污水系统，后期干净雨水排入雨水系统[2]。在排水系统穿堤处必须设置防止液体流出堤外的措施。

1.6 防火堤承压能力

国标规定“防火堤应能承受所容纳液体的静压”。研究表明内部液面在12m 左右的10 000m3油罐，管壁1.5m 高处发生3m 宽度的破裂口，在泄漏发生后8.5s，溢油在防火堤处达到最大流动速度14.33m/s，防火堤处实际液体的深度为1.4m，此时由于流动产生的冲击力为流体静压的7.5 倍[8]。可见在防火堤设计时按照“所容纳液体的静压”进行强度设计是不够的。尤其是目前许多防火堤内部地坪高度高于堤外地坪高度，更降低了防火堤的耐压能力。例如，20 世纪英国发生过某20 000m3油罐在试水压时发生脆性破裂，水瞬间冲出油罐冲毁防火堤的事故。这样的设计仅能抵御低液位油罐开裂时低流速的溢油事故，对于高液位油罐底部开裂产生的高流速溢油事故势必会冲毁防火堤。因此，在防火堤应用中应当适当增加防火堤的承压极限要求。

在设计时可以适当减小防火堤坡度或在防火堤两侧堆土以增加防火堤承受冲击的能力。此外可以通过防火堤内外高度差，即将防火堤内部地面高度设计为小于外侧地面高度，高出的地面作为天然防火堤围墙以增加防火堤耐压强度。

2 结论及建议

（1）防火堤材质在实际应用当中一般采用混凝土堤，应注意培土或喷涂防火涂料，应用中应适当提高防火堤的承压强度。

（2）应适当增加防火堤尤其是浮顶罐和内浮顶罐组防火堤的有效容积，防火堤高度宜设置在1.5～1.7m 之间以保证防火堤有效容积及操作人员便利性，并以堤内侧坡脚或地坪为参照进行高度计算。

（3）防火堤应设置完善的排水系统实现雨污分流，在地势低洼处配套建事故存液池，污水排放应通向污水处理装置或事故存液池避免和地表水体直接相连。

[1]赵云峰,姚学军,刘冰,等.国内外储罐消防标准的对比分析[J].石油工业技术监督,2013,29(1)：24-26.

[2]李钦华,朱焕勤,樊宝德.油库防火堤存在的问题及其改进措施[J].石油工程建设,2007,33(2)：5-10.

[3]郎需庆,刘全桢,宫宏.几起油库重大火灾事故引发的思考[J].消防技术与产品信息,2011(10)：3-7.

[4]张磊,朱江,秘义行.我国大型浮顶油罐区的安全标准有待提高[J].消防科学与技术,2003,22（2）：96-99.

[5]魏致宏,胥敏,丁小虎.关于储油罐区防火堤设计的若干问题探讨[J].石油工业技术监督,2010,26(5)：53-55.

[6]许敏,王克伟,江奇志.石油化工企业水污染防控设计[J].工业用水与废 水,2007,38(2)：48-51.

[7]李明,李懋星.防火堤的设计与构造[J].化工设备与管道,2002,39(3)：8-11.

[8]陈仕林.事故和自然灾害情况下油罐防火堤安全保障作用研究[D].东营：中国石油大学,2007.