大型外浮頂罐防雷擊保護及快速滅火措施

■ 李 軍 柳少磊

大型外浮頂罐防雷擊保護及快速滅火措施

■ 李 軍 柳少磊

通過對近年來國內外大型外浮頂罐雷擊火災分析，找出大型外浮頂罐油氣存在空間及形成著火的條件，結合實際提出大型外浮頂罐密封處防雷擊著火保護措施以及快速準確的滅火方法，對提高大型外浮頂罐的本質安全具有重要的現實意義。

浮頂罐；防雷；氮氣保護；滅火

1 國內外大型外浮頂儲罐雷擊著火案例

隨著石油、化工行業的快速發展，石油作為重要戰略物資儲備能源，其儲備庫的總容量及單罐的容量越來越大，大型外浮頂罐建設越來越多，各類火災和爆炸事故也頻頻發生。其中，雷擊已成為大型外浮頂罐火災的主要原因之一。近年來，國內外發生了多起大型外浮頂儲罐雷擊著火的事故。

1.1 1981年，新加坡油罐火災

1981年，新加坡的一場大雨和雷暴，引燃了一座直徑61 m、內存18 120 m3拔頭油的外浮頂儲罐，雷擊造成儲罐的環形密封區和相鄰浮箱的爆炸，在密封圈46 m長的范圍內引起了火災。

1.2 2011年，中石油大連新港油罐雷擊著火

2011年11月22日，大連新港兩個10萬m3外浮頂罐發生火情，起火點位于大連港油品碼頭海濱北罐區的T031、T032號原油罐。火災原因認定，在T031號油罐遭受直擊雷、T032號油罐遭受感應雷后，油罐浮頂的一次密封鋼板與罐壁之間、二次密封導電片與罐壁之間的放電火花引發兩個油罐的一次、二次密封空間內的爆炸性混合氣體爆炸并起火。

1.3 1995年，茂名石化北山罐區火災

1995年8月3日，茂名石化煉油廠北山罐區125號原油外浮頂罐遭雷擊著火，附近的作業人員發現雷擊和起火后迅速報警（監控電視也得到信號）。由于撲救及時，大火很快被撲滅，只有密封圈兩處被燒毀。

1.4 2006年，中石化儀征輸油站原油儲罐雷擊著火

2006年8月7日下午，中石化管道公司南京輸油處儀征輸油站16號15萬m3原油儲罐遭雷擊起火，起火點達5處之多。16號罐直徑約100 m，高22 m，屬國內當時最大的原油儲罐。經消防部門快速反應、及時處理，在火災初期成功將大火撲滅。事故原因分析認定，本次事故是雷擊引起的油罐浮頂導靜電片與罐壁發生間隙放電，產生的火花引燃一次密封和二次密封之間的油氣，從而導致油罐浮盤密封處火災。其火災過程為：導靜電片間隙放電，引燃一次、二次密封之間的可燃氣體，火焰傳播引燃了一次密封的泄漏點，形成密封圈火災。

1.5 2010年，寧波鎮海國家石油儲備庫油罐雷擊著火

2010年3月5日凌晨，寧波鎮海嵐山國家石油儲備庫T—49號10萬m3外浮頂罐遭雷擊引起油罐浮船與罐壁內油氣爆炸，導致油罐浮盤密封處火災。火災撲救后現場勘查結果表明：油罐機械密封（一次密封）部分變形，機械密封橡膠隔膜全部損壞；二次密封大部分損壞。從2007年 ～ 2010年，鎮海嵐山國家石油儲備庫共發生3起由于雷擊引發的浮頂油罐環形密封區位置起火的事故。

2 雷擊著火分析及保護原理

上述案例有一個共同的特點，著火點均發生在油罐罐壁與浮盤之間的密封處。這充分說明：1）雷擊在密封處放電引起火災。產生雷擊放電的原因很多，如浮盤與罐壁不等電位等，盡管目前采取了一些消除雷擊放電的技術措施，但也無法從根本上解決雷擊著火的問題。2）密封處聚集了足以著火的可燃氣體。這些氣體來源于浮盤一、二次密封的泄露，泄露量不僅取決于浮盤一、二密封完好情況，特別是一次密封完好情況，還與生產操作、介質的理化性質等諸多因素有關。3）從大型外浮頂儲罐設計規范，著火最大可能發生在罐壁與浮盤之間的密封處。因此，外浮頂罐的泡沫滅火系統也是按此原則布置。

根據著火三要素（點火源、可燃物、氧氣），只要能去掉一個因素，著火就不能發生。點火源雷擊屬自然現象，空氣屬自然環境，可燃物油氣是油罐密封處泄露出來的，前兩者無法控制，但后者采取技術措施是可以人為控制的，只要把浮盤堰板與罐壁間油氣濃度降到著火濃度以下，同時將一、二次密封間油氣采用真空吸出補入氮氣保護，就可以清除雷擊著火的必要條件。根據這一原理，我們設想在大型外浮頂罐二次密封上部加一套氮氣保護系統，在雷雨來臨前，將二次密封上部堰板與罐壁間的可燃氣濃度稀釋到爆炸極限以下，即使發生雷擊放電也不會著火爆炸；在一、二次密封間加一套真空抽氣系統，將一、二次密封間的油氣抽出排至防火堤外大氣空間，若有條件引入油氣回收系統更好，真空抽氣系統在抽出一、二次密封間的可燃氣時使此處產生負壓，此時二次密封上部的保護氮氣隨時補充進來，一、二次密封間的氣體就不會排向堰板與罐壁之間。另外，考慮到極端情況，萬一雷擊時浮盤密封處著火，我們在氮氣保護系統增設了3支泡沫滅火槍，在氮氣保護系統罐外底部增設了與泡沫滅火系統連接的快速接頭，可實現點對點快速滅火。筆者以5萬m3外浮頂儲罐為例，介紹氮氣保護系統和真空抽氣系統的布置。

3 氮氣保護系統和真空抽氣系統布置

3.1 5萬m3儲罐基本尺寸

5萬m3外浮頂儲罐基本尺寸見表1。

表1 5萬m3外浮頂儲罐尺寸

計算得堰板與罐壁間的空間體積為410 m3，二次密封與一次密封空間體積為42 m3。

3.2 堰板與罐壁間的空間氮氣保護系統管線布置方案

氮氣流量按410 m3/h、壓力按0.6 MPa計算，氮氣保護系總管按DN 80布置即可滿足要求，氮氣擴散環管布置在堰板與罐壁之間，且按DN 100布置即可，擴散環管環向按一定尺寸開氮氣擴散孔，擴散管環向120 °布置3條支管與大氣總管相連，擴散管開孔率滿足大于410 m3/h氮氣排放量即可。氮氣總管經扶梯至罐頂沿儲罐外壁至管底部，旋轉處采用金屬軟管連接，在底部與氮氣管線連接，同時設置消防泡沫快速接頭（見圖1）。

3.3 真空抽汽系統布置方案

真空抽氣系統吸氣能力按42 m3/h設計，抽氣總管按DN 50設計，總管經扶梯至罐頂沿著儲罐外壁至罐底部，旋轉部分采用金屬軟管饒性鏈接，在底部與真空泵連接，真空泵出口管接至可燃氣體報警器。連接抽氣總管的支管沿著浮盤圓周120 °布置3條DN 50管線，支線末端接入一二密封空間，具體方案見圖2。

3.4 操作簡介

1）雷雨天氣開啟氮氣保護系統和真空抽氣系統，抽氣系統開啟后注意可燃氣體報警器報警情況，發生報警說明可燃氣體濃度高于爆炸極限，報警停止說明一、二次密封間的可燃氣濃度低于爆炸極限，此時達到安全狀態。雷雨結束后關閉保護系統。

2）氮氣保護系統在儲罐底部和浮盤上布置了消防泡沫快速接口，極端情況浮盤密封處萬一出現火情，立即將保護系統與泡沫消防系統連接進行點對點快速滅火處理，將初期火災撲滅。

3.5 管理措施

1）浮盤增設氮氣保護系統后浮盤上部空間執行密閉有效空間管理規定。

2）進入浮盤作業人員應配備便攜式氧氣檢測儀和佩戴空氣呼吸器，且雙人互相監護。

3）油罐檢修時應將氮氣保護系統盲板隔離。