浮頂罐消防理論計算與實際效果分析

俞欣 徐玉朋

[摘 要]浮頂罐在設計階段計算的火災面積是罐壁與泡沫堰板之間的環(huán)形面積，并根據該環(huán)形面積配備相應的消防泡沫滅火系統(tǒng)以及冷卻水系統(tǒng)。在真正發(fā)生火災時，實際情況往往與設想情況完全不同，滅火面積并不一定按照這一面積，真實火災可能導致罐壁變形，浮盤傾側，罐壁破漏等情況。結合大量浮頂罐火災發(fā)生實例，針對火災發(fā)生時浮盤等附件變化對撲救著火面積產生的影響，并就幾種突發(fā)情況作了介紹。

[關鍵詞]浮頂罐;消防;泡沫;堰板

[中圖分類號]TE88 [文獻標識碼]A

近年來，隨著國家儲備油庫的建設，浮頂罐數量越來越多。儲罐數量增加后，事故發(fā)生概率也隨之加大。對于浮頂罐，儲存容量大，蒸發(fā)損耗小，利用這些特點，原油主要用浮頂罐儲存。浮頂罐發(fā)生火災后的主要特點有以下幾個。一是發(fā)生火災后，輻射熱量大，溫度高，易造成大面積火災;二是火情如果未得到控制，一旦發(fā)生沸溢或爆炸，則會影響相鄰罐區(qū)的生產操作，而且因爆炸流出的原油也會對周圍環(huán)境造成污染，影響生態(tài)。三是火勢增強后，高溫和熱輻射會對泡沫覆蓋產生影響。而浮頂罐的消防系統(tǒng)包括泡沫滅火系統(tǒng)和消防冷卻水系統(tǒng)是消防系統(tǒng)的重要組成部分，保障油庫安全生產。

一旦油罐發(fā)生火災，起火范圍則是從罐壁和泡沫堰板之間，這主要發(fā)生在密封圈部位，密封部分發(fā)生損壞，容易積聚油蒸氣。起火后，會有諸多的不確定因素，若能正常燃燒，是在罐壁和泡沫堰板之間，利用現有的消防系統(tǒng)裝備將其撲滅;但若產生其他變化，而現有的設施又不能隨機應變，則會帶來很大的麻煩。這些隨機因素包括浮盤傾側，罐壁破漏，罐壁變形，消防冷卻噴水裝置失靈，火災發(fā)生范圍延伸至浮盤上方，導致泡沫量不夠，重質油料易沸騰突溢等。綜合考慮這些潛在的危險因素，做好防范準備，確保油庫消防系統(tǒng)正常運行，保障油庫生產安全。本課題針對浮頂罐著火時產生的各種隨機因素對撲救著火面積進行討論分析。

1 基本依據

根據《石油庫設計規(guī)范》 《油庫安全工程技術》要求，單罐容量不小于5000m3的油罐，罐壁高度等于或大于17m，冷卻水需要量較多，設置固定式消防冷卻水系統(tǒng)。單罐容量小于5000m3的油罐，罐壁高度小于17m，冷卻水需要量相對較少，設置移動式消防冷卻水系統(tǒng)，或固定式水槍與移動式水槍相結合的消防冷卻水系統(tǒng)。冷卻水主要用于冷卻降溫。其供水范圍是著火浮頂油罐應冷卻，其相鄰油罐可不冷卻。當著火的浮頂油罐浮盤是淺盤、浮艙易熔材料制作時，其相鄰油罐也應冷卻。

2 浮頂罐的結構

浮頂罐是一個浮頂在貯存液面上下浮動的儲罐，在浮頂泡沫堰板和罐壁之間有一個環(huán)形空間，這個環(huán)形空間有一個密封裝置，使浮盤在上下移動時與大氣隔絕，從而減少油品在儲存過程中的蒸發(fā)損失。浮頂其他裝置有加強圈、盤梯和欄桿、靜電導出線、泡沫堰板、人孔、消防冷卻系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)等。

3 火災發(fā)生后不確定因素的分析

3.1 浮盤傾側或浮盤下沉

浮頂罐著火初期，固定式液上噴射泡沫滅火系統(tǒng)或半固定式泡沫滅火系統(tǒng)向罐內噴射泡沫。當浮頂上的泡沫重量達到一定值，超過浮盤的承載能力后，若重量分布均勻，則導致浮盤下沉;若重量分布不均勻，則導致浮盤傾側。這兩種情況使得浮頂罐的滅火面積發(fā)生變化，隨之而變的是所需的泡沫量。

3.2 罐壁變形

浮頂罐發(fā)生火災后，燃燒產生的熱量可能導致罐壁產生變形，導致著火面積發(fā)生改變。第一種情況是燃燒后罐壁膨脹，油品從密封圈出漏出，溢到浮盤上，增加了著火面積;第二種是燃燒后罐壁板收縮，環(huán)形面積減小，但罐壁受到的應力增大，增加了壁板破裂的風險。

3.3 罐壁產生裂縫

火災發(fā)生后，熱量積聚，罐壁板因熱脹冷縮，鋼板內部熱應力增加，因有板與板之間的束縛，鋼板變形，當熱應力進一步增大時，則導致焊縫開裂，油品從裂縫中滲漏，使得火災蔓延，增加危險性。再則若焊接不符合要求，易出現罐壁發(fā)生裂縫漏油燃燒。

3.4 泡沫量不足

在滅火時，泡沫量不足，不能全面覆蓋環(huán)形著火面積，使得火勢不能得到控制。發(fā)生蔓延，擴大著火面積，可能會引發(fā)浮頂結構變形。正常情況泡沫量是夠的，但當火災擴散至浮盤上方，原來設計配備的泡沫液數量就不足以滅火。

3.5 油品沸騰突溢

儲存重質油料（例如：原油）的油罐著火后，會引發(fā)油料的突沸。油品突沸后，會造成燃燒的油品大量外溢，擴大燃燒面積。這不僅易造成附近人員傷亡，而且輻射熱量大，可能會引起相鄰的油罐燃燒，同時增加撲救上的難度。

4 著火面積分析

在浮盤傾側和下沉中，滅火面積最小也即正常滅火面積為罐壁板和泡沫堰板之間的環(huán)形面積，最大面積為罐內液面面積。

4.1 浮盤傾側對滅火面積的影響

發(fā)生火災時，浮盤發(fā)生傾側，火勢蔓延至浮盤下側液面，形成整個液面燃燒，在滅火時應按照液面最大面積進行撲救。在火災發(fā)生過程中，可能會產生隱蔽死角著火點，在撲救中，很難直接通過泡沫覆蓋進行滅火，需要泡沫槍等其他輔助設備進行滅火。

4.2 浮盤下沉對滅火面積的影響

在火災發(fā)生后，浮盤難免會發(fā)生下沉，因而形成敞開式最大液面積燃燒，相對于浮盤傾側可能會產生的隱蔽死角著火點，這大大降低了撲救難度。可通過大量泡沫覆蓋達到滅火效果。

在保證按規(guī)范配備規(guī)定數目的泡沫產生器，此外還需有移動消防設施，儲罐消火栓等對二次密封進行滅火。

4.3 罐壁變形對滅火面積的影響

首先估算發(fā)生火災后著火溫度對鋼板線膨脹系數影響，進而粗略計算出鋼板伸縮量，比較變形后與環(huán)形面積的大小，經比較兩者基本一致，則可忽略罐壁變形對滅火面積的影響。

4.4 罐壁產生裂縫對滅火面積的影響

當火災發(fā)生后，油品從裂縫處滲出，然而罐外壁有持續(xù)不斷的冷卻水，可將滲出的油品降溫稀釋冷卻。

4.5 重質油料突沸對燃燒面積的影響

在火災發(fā)生后，輻射熱量增大，油品溫度升高，當熱波面與水墊層相遇時，水加熱汽化，體積膨脹約1700倍，攜帶著油品沖出液面，形成巨大火柱，火柱一般可達70-80m，火柱順風向噴射距離可達120m左右，形成罐內罐外同時燃燒，大大增加了燃燒面積。

5 應對措施

（1）利用現有監(jiān)控手段實時監(jiān)控儲罐內情況，一旦有異樣，及時反饋。

（2）利用現有感煙、感溫系統(tǒng)報警裝置，實時監(jiān)測油罐內的具體情況。

（3）增加儲罐泡沫噴射口的數量，在原基礎上，增加備用泡沫噴射口。提出備用系數問題

（4）發(fā)生火災后，集中優(yōu)勢兵力，速戰(zhàn)速決，利用移動消防滅火設備進行撲救，防止火勢擴大。對大面積的流淌性火災，采取圍堵防流、分片消滅的方法。

（5）泡沫管線噴射口改裝為“T”字型，即泡沫噴射沿圓周流動，而不是簡單利用堰板來控制噴射方向等

（6）加強日常管理，跟進罐區(qū)設備保養(yǎng)工作，保證密封圈結構正常、浮盤上下靈活等，以免為事故發(fā)生埋下隱患。

（7）防止浮盤損壞是當務之急，否則一旦發(fā)生破壞，要么泡沫可能從破損位置流失，也可能油品受高溫影響溢流到浮盤上方，都給滅火帶來問題

6 結語

隨著我國經濟的發(fā)展，能源需求日益上升，在化工、材料等領域廣泛應用，原油儲量也在不斷增加，其儲罐數量逐年增多，消防安全問題也日漸突出。消防安全是安全生產的基礎，儲罐及生產設備的安全是經濟發(fā)展的基石，經濟穩(wěn)定增長的前提是生產安全，消防安全。消防安全問題在如今的生產中越來越受到企業(yè)的重視。因此要不斷健全企業(yè)消防安全條例及相關法律法規(guī)，保障生產安全運行，推動經濟增長。

[參考文獻]

[1] 范繼義.油庫安全工程全書：油庫安全工程技術[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2] 張乃祿，肖榮鴿.油氣儲運安全技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013.

[3] 張正偉.浮頂罐驗收泡沫堰板高度不足對撲救密封圈火災的影響[J].儲運工程，2018（02）.

[4] 石中玉，孟甜.大型浮頂原油儲罐消防系統(tǒng)的設計與運行管理[J].油氣儲運工程，2009（05）.

[5] 聶世全.油罐泡沫滅火系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)綜合性能檢測的方法與步驟[J].石油庫與加油站，2005（02）.

[6] 蘭天其，王靖元，張國強.浮頂結構對內浮頂罐火災撲救的影響研究[J]. 武警學院學報，2016（02）.

[7] 張正偉.浮頂罐驗收泡沫堰板高度不足對撲救密封圈火災的影響[J].儲運工程，2018（02）.

[8] 馮刊民，王豐，唐清.油庫事故分析與預防[M].北京：中國石化出版社，2005.