对某企业乙醇储罐现场防火间距布置的研究

刘俊岐，贾鹏珍，王文立

(中国平煤神马集团河南神马氯碱化工股份有限公司，河南 平顶山 467200)

随着经济的发展，我国氯碱工艺规模逐渐趋向大型化，产业链趋向集中化，对原料有机液体的需求量大大增加。原料有机液体储备库的大规模建设，给企业的发展提供了便利，也给安全管理带来的巨大的挑战。对发生的6 099起化工企业发生的事故统计分析发现，火灾事故在最高时可达41.4%[1]；同时可以发现储罐泄漏易燃液体挥发达到爆炸极限范围内出现的池火灾，是爆炸事故中最常发生的。

1 易燃液体储罐发生池火灾的危害

池火灾是易燃液体发生泄漏引起的火灾事故中危害最大的事故种类，大部分是因为管道、法兰、燥缝连接处等部位材料产生形变发生泄漏，通过漏点使易燃液体外散，在防火围堰内积聚后产生液池，上层的易燃液体发生挥发，当气态易燃物质达到爆炸极限，遇到点火源，就会发生火灾，形成爆炸现象。防火围堰内产生的火灾最主要的危害是通过热量传导对周边物体产生辐射，进而影响周边物体的耐火极限，产生裂变，引起多米诺骨牌效应[2]。

火灾在易燃储罐间蔓延的直接原因就是最初的泄漏液体发生火灾后产生的辐射热影响到周边储罐的罐壁耐火极限，使罐壁产生裂变后，泄漏大量液体引起二次火灾；所以，池火灾产生的热辐射是研究和分析储罐区产生火灾事故危害性的最主要因素。

2 防火间距

2.1 储罐区防火间距的作用

防火间距是在火灾情况下，能够保证相邻储罐之间处于安全状态的最小间距。其作用是当存储区域发生火灾紧急情况时，减少因为热辅射对周边设备设施和人员造成的伤害影响，以达到抑制火势蔓延的目的。一旦发生多储罐火灾，现有的消防设施很难发挥作用，在储备库及储罐设置适当的防火间距，对大型化集约化发展有至关重要的作用。

2.2 储罐区防火间距的分析

我国现行相关设计标准对储罐区防火间距，规定数据的依据往往是以往行业内发生事故后总结出来的，是对某一类易燃液体的通用规定，没有像国外那样，做到根据具体物质具体分析。防火间距可以在一定时间保护相邻储罐，不被着火储罐燃烧产生的热辐射引起内部压力陡升，造成罐壁破裂或者达到耐火极限造成罐壁保护作用失效。但是如果着火储罐泄漏液体起火后火势没有得到控制，长时间烘辐射相邻储罐就会造成相邻储罐出现不可预估的后果。理论上风速、间距、灭火时间等因素都能影响热辐射，因此，如果储罐之间的距离足够大，被热辐射带来的危害影响到的其他储罐发生事故的概率就会降低。所以本着安全第一的原则，在易燃液体储罐的防火间距设计上增加距离的规划布置，可以从根本上防止储罐着火产生热辐射。化工企业实际规划中，土地规模是一定的，企业为了最大化的开发利用土地资源，往往按照规范要求的最低防火间距去设计易燃液体储罐实际的布置，没有根据使用的物质本身的危害性大小、当地的全年风速等因素具体问题具体分析。

3 乙醇液体储罐防火间距研究

3.1 工程概况

某公司现有1个规划总储量为30 000 m3的乙醇罐区，储罐单罐容量为5 000 m3的内浮顶储罐，一个围堰区为4座5 000 m3的乙醇储罐。下面对该乙醇罐区的防火间距设计安全性进行研究。

按照《建筑设计防火规范》规定，储存甲B、乙类液体的内浮顶储罐，其与相邻储罐之间的防火间距0.4D,目前按照规范的最低要求间距布置乙醇储罐，如图1所示。

图1 乙醇储罐区平面布置图

图1储罐的直径是22 m，高14 m，拱高2.8 m，总高18.8 m，体积5 000 m3。图1中内浮顶乙醇与相邻储罐的防火间距为8.8 m，储罐底面积为379.94 m2，储罐罐壁表面积为967.12 m2。

3.2 辐射热通量计算

根据乙醇储罐现场防火间距布置，当1号罐发生泄漏引发隔堤内全表面池火灾，则池火灾的液池面积为1 115.7 m2，液池当量直径为37.69 m，火焰高度为39.62 m。

在无风条件下，选用Shokri-Beyler模型计算被辐射储罐接受的热辐射通量[3]，如图2所示。

图2 无风状态时被辐射储罐受到的热辐射通量与距离关系

由图2可以看出：随着被辐射目标距着火点的距离不断增加，相邻储罐受到的热辐射通量不断变小。在最理想的自然环境中没有风速时，距1号着火罐水平距离为8.8 m的2号罐和3号罐，受到的热辐射通量为34.1 kW/m2。与设计的1号着火储罐间距为21.56 m的4号罐受到的热辐射通量为19.3 kW/m2。

在实际的自然环境中存在风速时，选用Mudan模型计算被辐射乙醇储罐接受的热辐射通量[3]，在不同风速的全年最小频率，距火1号着火罐不同水平距离处的热辐射通量如图3所示。其中，风速按二级、三级、四级、五级和六级风5种情况分别进行计算。

由图3可以看出：随着风速的增加，距火焰中心相同水平距离处，目标接受的热辐射通量不断增加。根据热辐射破坏准则，计算出不同风速下热辐射破坏安全距离表，如表1所示。

图3 有风状态时被辐射储罐受到的热辐射通量与距离关系

表1 不同风速下热辐射破坏安全距离表

由表1可以看出：随着风速的增加，池火灾造成的危害范围也不断扩大，入射热通量为37.5 kW/m2时，在无风情况下，距着火储罐边缘5.6 m范围内操作设备会遭到热辐射损坏，在自然状态下风速从二级增加到六级时，设备设施受到热辐射破坏的距离，依次为5.6、7.1、9.4、11.2、13.3 m。

热辐射通量临界值为37.5 kW/m2时，2、3号储罐分别在无风、二级风、三级风、四级风、五级风、六级风时的受热辐射通量依次为：34.1、38.1、40.3、43.4、47.9和51.2 kW/m2。

防火间距能够保证相邻储罐在火灾情况下处于安全状态。《建筑设计防火规范》GB 50016—2014规定：甲B、乙类液体内浮顶储之间的防火间距为0.4D。根据热辐射破坏准则，当目标接受的热辐射通量大于等于37.5 kW/m2时，现场设备设施全部损坏[4]。在该企业乙醇储罐实际布置中，储罐之间的防火间距为8.8 m。若1号储罐发生池火灾，实际的防火间距能够保证在无风情况下邻近储罐不被着火储罐产生的热辐射破坏；若2、3号乙醇储罐在二级、三级、四级、五级、六级风环境中，随着风速的增加，受到的热辐射通量均超过37.5 kW/m2，防火间距就不能抵御着火储罐带来的热辐射能量，会极大可能引起多米诺骨牌效应。

3.3 建议

通过建模计算，现行布置对储罐间距能够满足在无风状况下临近储罐不被着火储罐产生对热辐射破坏，当风速增加时，池火灾产生当热辐射将对临近储罐产生强烈的影响。因此，建议增大储罐间防火间距，保证在有风情况下，临近储罐不被破坏。另外，储罐区的消防应急能力也深深影响着防火间距的设计，加强该罐区的消防设施配备和提升人员消防处置能力也能在一定程度上弥补防火间距的不足[5]。

建议该企业本着安全第一的原则增加储罐防火间距设计，确保在有风等最不利自然条件下，相邻被热辐射危害的储罐不被破坏。同时，储罐区的消防应急能力也与防火间距有着密切关联，建议该企业加强乙醇罐区的消防设施配备和提升人员消防处置能力，在一定程度上弥补防火间距的不足。