外浮顶储罐安全管理与火灾应急处置对策研究

李娜 张金明 李娇

1前言

石油工业是国民经济重要的支柱产业，为国民经济各部门提供能源和基础原材料及配套产品。近年来国内原油需求量逐年增加，从2000年到2017年之间，我国石油消费量递增幅度年均7.5%，2017年我国石油产量1.92亿吨，全年原油消费量为6.10亿吨，原油消耗对外依存度达到了67.4%[1]。我国的原油储备工程建设正处于高速发展阶段，在此形势下，石油储备库的集约化和存储设施的大型化成为石油储备工程发展的主要方向，许多大型石油储罐区也应运而生。外浮顶油罐多用于储存原油，是石化企业广泛使用的油品储罐，也是国内外大型储罐中最常用的一种结构形式。我国最大浮顶储罐容量已达20万立方米，库区区域总容量已达或超过千万立方米，如大连大孤山地区总库容已达1480万立方米。由于单罐容积和库区规模的不断增大，区域火灾爆炸事故风险呈不断上升趋势，近年来灾难性事故多发，给当地消防部门和石化企业单位的火灾预防和扑救带来新的挑战[2]。如2010年1月7日，中国石油兰州石化分公司316号罐区发生火灾爆炸事故，造成6人死亡、6人受伤(其中1人重伤)[3]；2011年“11.22”事故，大连新港两个10万立方米储油罐因雷击引起密封圈起火，雷击使得该罐区消防系统供电设备损坏，固定灭火系统无法启动，除企业消防队开展救援外，大连市公安消防支队紧急增援，共出动700多名官兵、180辆消防车[4～5]。

2 火灾风险及安全应急管理

2.1 储罐火灾风险

2.1.1 造成巨大损失

储罐发生着火爆炸事故，不仅损失大量的油品，还会对储罐周边的建筑、设备、设施等造成严重破坏，引起人身伤亡。

2.1.2 燃烧速度快，燃烧温度高

油品火灾的燃烧速度是随着着火时间的延长、燃烧深度的增加而逐渐加快的，直至达到最大值之后稳定下来；发生火灾时，着火中心点温度最高可到1400℃，储罐罐壁温度可达到1000℃。

2.1.3 热辐射强

储罐燃烧时，受气流影响，辐射线强度呈梨形指向下风方向，在等距离范围内下风方向辐射强度约为上风方向的2～3倍以上。

2.1.4 存在沸溢喷溅现象

外浮顶储罐多用于储存原油等重质油品，因而油品的沸溢是不容忽视的风险。重质油品具有较高的沸点和较大的黏度，水沸腾汽化被油薄膜包围形成油泡沫，大量油泡沫从罐内沸溢而出，形成大面积燃烧，造成事故扩大，同时给现场抢险人员带来极大的安全风险。

2.1.5 连锁性

储罐布局集中，管道纵横贯通，工艺流程中的各个设备互相串通，一旦发生火灾爆炸，极易迅速波及相邻设备而导致连锁式爆炸。

2.1.6 具有复燃性

储罐灭火后，若遇到火源或高温很可能会再次点燃油品，甚至可能发生爆炸。对于灭火后的储罐、管道，如不继续冷却，会重新引燃油品[6～8]。

2.2 储罐安全管理及应急设施

在原油储存及储罐运行过程中，保证原油储罐安全是至关重要的，需从运行、检修、消防保护等多角度加强对原油储罐的管理，从而避免事故发生。

2.2.1 运行安全

大型外浮顶储罐运行时的安全管理包括防静电、防雷电、抗震、不失稳运行等，其目的是保证油罐的正常运行，在遇到突发事件或不可抗拒因素影响时将损失降低到可接受水平。

（1）防静电。石化企业火灾爆炸事故中因静电引发的事故约占10%。在石油化工生产过程中和油料装卸作业时，物料沿管路流动，摩擦起电，使罐壁和物料分别积聚极性相反的电荷，其电位可以达到很高的量值，易在金属物体的不良导电部位放电引发电火花，导致燃烧和爆炸。为防止因静电引发火灾爆炸事故，储罐设置有防静电措施：可靠接地和浮顶静电导出线；设氮封隔离油面与大气，防止产生爆炸性混合气体；改进工艺，从储罐下部进料并控制流速，避免湍流；油品中使用抗静电添加剂等。

（2）防雷电。雷电的破坏性很大，不仅能伤人毙物，还能引起储罐的火灾和爆炸事故。科学地设计防雷措施和精心管理可以避免雷击造成的灾害。油品储罐的防雷击措施即是安装防雷装置，把雷电流或雷感应电流导入大地。

（3）硫化铁自燃。石油储罐发生硫化铁自燃，引起油罐火灾爆炸的事故也有发生。为了防止硫化铁自燃，通常罐体内部作防腐处理，避免硫化铁的生成；设置氮封设施，降低罐内氧含量；使用化学清洗剂，消除罐底积聚的硫化铁。

（4）抗震。发生地震会造成储罐浮顶沉没、焊缝开裂、罐壁下部失稳、浮顶撞坏罐壁等。储罐抗震的方法：增加罐底边缘板厚度、增加底圈壁板厚度、加大油罐的径高比、增设锚固螺栓及加强圈、采用钢筋混凝土环墙式基础等[9～10]。

2.2.2 检修安全

储罐检修主要包括防腐施工和动火作业，在安全管理上各有侧重点。

（1）防腐施工。防腐蚀工程有内防腐和外防腐之分，相较而言，内防腐工程比外防腐工程更复杂，在安全管理上难度更大。内防腐施工一般在罐区内进行，施工所在区域储存的易燃易爆油品多，施工会受到其他储罐正常生产的影响；防腐涂料大多属于易燃品，部分还有一定毒性，易发生人身中毒和火灾爆炸事故；罐内作业环境差，属于容器内高空作业，易发生人身伤亡事故和油罐损坏的设备事故，同时也是矽肺等职业病的直接诱发因素。因此，储罐内防腐施工的安全防护可以概括为防火防爆、防毒、防坠落、防尘、防噪音等。

（2）动火作业。无论技术改造还是各类维修，都离不开动火作业。储罐的动火作业有其特殊性，特殊在油罐内部承装易燃、可燃液体，有潜在的火灾爆炸危险。在对油罐进行动火作业时，必须采取严格的防范措施：清洗油罐，确认罐内无残油，对有泄漏的浮舱进行蒸煮或拆除修复处理；油罐上所有管线加盲板与罐体隔离；浮顶密封装置内的弹性物质等填料需及时处理；罐内开展明火试验；动火现场设专人监护，配备灭火器材，必要时由消防车协助监护等[9～10]。

2.2.3 消防应急设施

（1）防火堤与污染防控系统

防火堤在罐区防火安全设计中起着至关重要的作用，设置防火堤的根本目的就是临时存放堤内储罐事故状态下泄漏的油品，防止油品自由流淌给周边生产装置或设施造成事故隐患。设计防火堤的基本要求有两条：一是防火堤有效容积能容纳事故泄漏液体，同时需考虑到事故状态下事故救援产生的消防污水量，以及事故状态下可能存在的降雨余量；二是防火堤的设计强度应能承受堤内泄漏液体的静压力、地震引起的破坏力，以及大型储罐破裂时液体倾泻对防火堤产生的巨大冲击力。

此外，储油罐区设置有三级污染防控系统。当储油罐发生泄漏事故时，防火堤作为第一级防控将泄漏油品和消防水等事故液控制在堤内；当产生的事故液量超过防火堤容积时，启用第二级防控系统，将事故液通过含油污水管道排至事故缓冲池；在极端事故下，当防火堤和库区事故缓冲池不足以容纳事故液时，启用第三级防控系统，将事故液排至末端事故缓冲设施，避免对周边水域、土壤带来生态破坏。

（2）固定泡沫灭火系统

固定泡沫灭火系统是扑救油类火灾的主要灭火系统，在石油石化企业应用广泛。固定式泡沫灭火系统是由固定消防泵站、泡沫比例混合器、泡沫液储存设备、泡沫产生装置和固定管道及系统组件组成的灭火系统，一旦保护对象着火，能自动或手动供给泡沫及时扑救火灾。

（3）消防给水系统

消防给水系统是指向各种水灭火系统和泡沫灭火系统提供水源的消防设施系统。包括消防水源、消防水泵、消防给水管道、消火栓和消防竖管。消防水源的水量应能确保枯水时期最低水位的消防用水量，消防水泵能满足灭火时对水压和水量的要求，消防管道采用环状管网、分段布设，消火栓的数量满足罐区火灾用水量需求，消防竖管设置简单、便于使用。

（4）移动消防装备

大型油品罐区火灾的扑救是以移动消防装备为主导的，最主要的就是消防车。消防车是装备各种消防器材、消防器具的各类消防车辆的总称，是目前消防队伍与火灾作斗争的主要工具，是最基本的移动式消防装备。消防车按使用目的可分为灭火类消防车、专勤消防车、后援消防车、举高类消防车、机场消防车。按结构特征可分为罐类消防车、举高类消防车、特种消防车[11～12]。针对大型油品罐区火灾，用的比较多的主要有水罐消防车、泡沫消防车、举高喷射消防车等。

3火灾应急处置对策

3.1 火灾模式

火灾模式相当于灾情设定。通过对大量原油储罐火灾事故案例进行统计，大型外浮顶原油储罐，其火灾模式大致可分为密封圈火灾（火灾发生在外浮顶罐密封圈处，火点为单点、多点或连成线状）、全液面火灾（火灾发生在外浮顶罐内部可燃液体表面，浮盘倾覆或破坏）、防火堤火灾（外浮顶罐可燃液体物料大量溢出或泄漏，遇到点火源在防火堤内形成的液体池火灾）、沸溢火灾（油品储罐发生火灾后，油品在燃烧过程中出现沸腾、溢流、突沸等现象）和外部管线火灾（发生在外浮顶罐设备管线,含阀门、仪表、法兰等位置的火灾）。外浮顶储罐火灾应急，归根结底是针对不同的火灾模式，研究每种模式火灾的特点，结合消防灭火设施装备，制定有针对性的扑救措施[13]。

3.2 火灾应急处置

3.2.1 密封圈火灾

密封圈火灾是外浮顶储罐最常见的火灾模式，若不能及时合理应对，很可能引发更大的火灾并带来巨大损失。扑救密封圈火灾的技术要点包括：

①优先使用固定泡沫灭火系统进行灭火。固定泡沫灭火系统就是按发生环形密封区火灾来设防的，若固定灭火系统失效，可使用移动式或手提式灭火设备。

②由于消防炮很难将泡沫准确输送至密封圈着火部位，且消防炮的流量很可能造成浮盘倾覆，因此不建议使用消防炮来扑救密封圈火灾。

③扑灭外浮顶罐密封圈火灾应首先开启浮顶排水系统。

密封圈火灾及全液面火灾事故资料图

④推荐采用消防队员登顶灭火方法，利用罐外盘梯攀登至罐顶平台或浮盘上，按照强攻近战原则配合移动泡沫枪进行灭火。

⑤若仅有密封区着火，通常不会发生沸溢事故；若浮盘大面积损坏或沉没形成大面积池火，则很有可能发生沸溢，需及时制定措施应对。

3.2.2 全液面火灾

扑救全液面火灾成败的关键在于足够的泡沫供给能力。

①全液面火灾规模大、控制难，泡沫混合液供给强度要求高，在实际灭火工作中，应做好长时间作战的准备。

②由于火灾现场环境和天气条件存在变化可能，在制定和实施灭火方案时应针对可能发生的突发情况、极端情况进行准备，避免出现泡沫中断等事件而造成灭火工作前功尽弃。

③当消防力量充足时可进行灭火操作，并在火灾扑灭后继续对罐内泡沫进行补充，防止罐内油料因泡沫逐渐消减变薄再次发生复燃。

④当消防力量不足时，应采取冷却罐壁、控制燃烧的措施，在避免事故扩大的前提下放任罐内燃料燃尽。

3.2.3 防火堤火灾

①扑灭储罐火灾时，应首先将防火堤内的火扑灭，这样做可保护储罐管路、阀门等，避免管道破裂造成更多的油品泄漏；扑灭防火堤内火可保护固定灭火系统的管线，避免固定灭火系统失效。

②如果泄漏到防火堤的油品较多，为保证人员的安全，即使防火堤内火灾已被扑灭，也应禁止消防人员进入防火堤内。

③扑救储罐周围防火堤内地面火灾时，应采取以下战术措施：首先利用固定或半固定消防喷淋系统、消防车、移动炮等对防火堤内受火势直接威胁的储罐及其邻近罐罐壁实施冷却；截断泄漏油品的管线，减少地面火灾燃料的补充；关闭防火堤内所有的排液阀、罐顶排放阀和水垫层排放阀，防止油品或火灾的蔓延 [14～16]。

3.2.4 沸溢火灾

①沸溢火灾发生时，若不能在短时间内扑灭，则立即将火场内不必要的人员和设备撤离现场，通常可能需疏散到600m以外，若储罐直径大，则需疏散到更远的距离。

②沸溢火灾发生后，对着火储罐的扑救难度非常大，通常会选择放任罐内燃料燃尽的方法，同时对邻近的储罐罐壁进行冷却降温，避免火灾扩大。

③灭火之后需要同样警惕沸溢事故的发生，这是由于热波层可能会继续下降，当达到水垫层时仍可能有足够的热量造成沸溢。

3.2.5 外部管线火灾

针对外浮顶罐外部管线火灾，首先需要通过直接关闭泄漏管线的罐底阀和远端阀门中断燃烧物料的供给，采取移动式或手提式消防灭火器材直接对管线泄漏燃烧点实施灭火；若泄漏物料量大，在防火堤内快速形成池火，其消防扑救措施应按照防火堤火灾执行[6,17～18]。

4结束语

大型石油罐区多临海或临江而建，槽车、管道、油轮等运输设施密集，集中大量危险化学品，是典型高风险区域。一旦发生火灾、爆炸事故就有可能形成连锁灾害事故，不仅对罐区内设施、人员生命以及财产安全造成严重威胁，也会给周边城市和环境的安全带来较大风险。因此，做好储罐区的安全管理、维护好罐区的消防应急设施，把火灾风险消除在萌芽状态是刻不容缓的。即使发生火灾，消防救援人员也可根据不同的火灾模式采取有针对性的灭火对策措施，制定合理战术，力争快速控制火情，降低伤害和损失。