摘要：通过对大型浮顶储罐火灾特点的介绍，针对不同类型储罐火灾国内外设置的泡沫灭火设施的不同，指出了大型浮顶储罐火灾现行灭火技术的局限性，建议加强扑救大型储罐全液面火灾的研究，吸收国外的一些理念，提高大型浮顶储罐灭火系统的稳定性和可靠性。

关键词：石油储罐：浮顶油罐：泡沫灭火系统 

石油储罐事故，特别是易酿成重大事故和恶性事故的火灾几率很高。尽管油罐在不断提高自身的本质安全性，但油罐火灾却仍时有发生。迄今为止，研究人员虽然发明了许多适用于油罐的灭火材料和设施，针对油罐做了许多方面的探讨和改革，然而，如果从防火安全性和灭火难度上分析，最接近“理想油罐”的依然是浮顶储罐。因此，体积超过5×l0⁴m³，的大型油罐，大都选用钢制外浮顶储罐。

进入21世纪后，我国大型浮顶储罐的发展非常迅速，目前我国最大的浮顶储罐已达15×l0⁴m³，已建成的10×l0⁴m³大型浮顶储罐多达上千座。大型化已成为国内外浮顶储罐今后发展的主要方向。如何做好油罐防火及火灾扑救，确保大型浮顶储罐的安全生产，是需要重点研究的课题。

一、大型石油储罐火灾危险分析

大型石油储罐区一般容积较大，大多在几百万立方米以上，有的甚至达到一千万立方米。一旦发生事故，其后果十分严重，事故主要呈现出以下特点：不易扑救；对后续工业生产及油供应会产生巨大影响：对地区环境及社会影响大。

2010年7月16日，大连市大连新港附近中石油1条输油管道发生爆炸进而引起l座10×l0⁴m³大型石油储罐起火，导致严重火灾事故，大火持续燃烧了15h，造成1座10×l0⁴m³大型石油储罐及港区主要输油管道严重损毁，同时部分原油流入附近海域，周边海域受到严重污染，社会影响重大，教训极为深刻。

1.1大型石油储罐火灾事故分析

对全球主要石油T业国家在2000～2010年10年间发生的共计95起油罐火灾事故进行了统计分析.得出以下结论：

(1)按着火源统计，雷击火灾事故在储罐火灾事故统计中所占比例最高。达到35.7%，其余已知着火源引起的火灾事故，如静电、泄漏、明火等，所占比例均较低。

(2)按储存油品统计，原油储罐火灾事故所占比例最高，达到34.7%，其次是汽油储罐，所占比例为28.4%。其余油品，如柴油、煤油、石脑油及燃料油等火灾事故比例均较低。

(3)按罐型统计，外浮顶储罐火灾事故所占比例最高，为30.5%，其余罐型，如拱顶罐、内浮顶罐以及球罐等火灾事故比例均较低。 

1.2浮顶储罐的火灾特点

浮顶储罐可能会发生2种不同形式的火灾，即密封部位火灾和全液面火灾(当浮顶沉没时)。实践表明，大型外浮顶储罐最常见的火灾形式是密封部位的火灾。这与浮顶储罐的结构有关。浮顶储罐的浮盘可随罐内液位的变化而上下浮动.不像拱顶式油罐那样在液面与罐顶之间存在可燃气体空间，而且减少了可燃液体暴露的表面积，而浮盘与罐壁之间的密封设施则进一步缩小了可燃液体的暴露量。这样.即便发生了火灾。也多半仅在其密封圈部位燃烧。

从国内外多起大型浮顶储罐密封圈火灾事故看，密封圈火灾主要有以下特点：

(1)雷击是造成大型浮顶储罐密封圈火灾的主要原因。发生密封圈火灾时常伴随有大风和大雨等恶劣天气。

(2)密封圈内处于爆炸极限范围内的可燃气体被点燃后，密封圈往往先发生闪爆，若密封圈内可燃气体充足，则密封圈可持续燃烧。

(3)密封圈存在多处燃爆点。密封圈往往多处同时发生着火.燃烧点不连续，每处着火点的密封圈长度短则几米，长则十多米，若扑救不及时，可能导致整个密封圈完全着火。

(4)火势相对较小。由于密封圈内暴露的油面仅限于浮盘与罐壁之间约250mm的环形空间，燃烧面积非常有限，燃烧时油气挥发量较小，因此，密封圈燃烧时火势相对较小。

二、大型浮顶储罐密封圈火灾泡沫灭火系统

目前GB50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》是国内油罐泡沫灭火设施设计的主要依据。该规范规定外浮顶储罐的保护面积“应按罐壁与泡沫堰板间的环形面积确定”。也就是说目前国内规范对大型外浮顶储罐火灾泡沫灭火，只是考虑浮顶储罐罐壁与泡沫堰板间密封圈部位的火灾。

根据规范要求，国内大型浮顶储罐泡沫灭火系统按设置型式可分为罐壁式泡沫灭火系统和浮盘边缘式泡沫灭火系统

2.1罐壁式泡沫灭火系统

罐壁式泡沫灭火系统的主要特征是泡沫管线固定在罐壁外侧，泡沫发生器安装在罐壁顶部，泡沫喷射口在罐顶圆周上均布，喷射口朝向罐内，泡沫喷射口一般设置在罐壁顶部的梯形护板上，喷射口处还设有泡沫导流板。

灭火系统启动后，泡沫混合液通过罐壁外侧的消防立管输送到罐顶的泡沫发生器，泡沫经泡沫喷射口喷出后，在导流板的作用下沿罐壁从罐顶流至浮盘的泡沫堰板与罐壁之间的环形空间内，流下的泡沫沿环形空间向两侧自然流动，由多个泡沫喷射口喷出的泡沫在该环形空间内相互汇合.并逐渐在环形空间内形成完整的具有一定厚度的泡沫带。泡沫即从密封圈顶部的裂口溢流进入密封圈内部实施灭火。

我国大多数大型浮顶储罐采用这种罐壁式泡沫灭火系统，该灭火系统的优点是技术成熟。基本上是标准设计，为规范所认可，特别是在扑救储罐高液位密封圈火灾时，泡沫利用率高，效果显著。即使浮船倾斜、下沉，仍然可以发挥作用。

该灭火系统也存在一定缺点：

(1)由于泡沫喷射口设置在罐顶，在扑救油罐低液位密封舱火灾时，从上部喷射的泡沫液极易在下降过程中被火焰吹开而很难落入密封舱内，造成泡沫的大量损失。同时，泡沫还有可能进入浮船内，增加其负荷。造成新的危险。因此，在扑救低液位浮顶油罐火灾时，该灭火系统是有局限性的。

 (2)当密封圈的着火点不在罐顶泡沫喷射口的正下方时。从罐顶流下的泡沫不能直接流进密封圈内，只能等泡沫完全淹没密封圈后才能进入密封圈内部灭火。对于体积在10×10⁴m³以上的大型浮顶储罐，泡沫在环形空间的汇集至少需要9min。因此，在泡沫喷出9min后才开始灭火，可能错过最佳的灭火时间。

(3)由雷击引发的密封圈火灾往往伴随着大雨，喷射的泡沫会被雨水稀释，同时，雨水还会夹带着大量的泡沫穿过堰板底部的排水口流到浮盘上，这会在一定程度上影响灭火效果。如某15×10⁴m³，油罐雷击起火时正好是强对流天气，风和雨都很大。虽然值班人员发现火情后及时开启了泡沫灭火系统，但泡沫被大雨稀释，加上油气燃烧时的上升气流和大风的影响，灭火效果不佳，最终还是靠消防人员在罐顶用泡沫枪压制火头.泡沫枪与固定式泡沫灭火系统联合作用才最终成功灭火。

2.2浮盘边缘泡沫灭火系统

浮盘边缘式泡沫灭火系统是近年来由国外引进的一种消防技术，其主要特点是把混合液供给方式由罐外改到罐内。从防火堤外引来的泡沫混合液管直接引入罐内，并在罐内与1根耐压柔性软管连接.再通过软管把泡沫混合液送到设置在浮盘中央的泡沫液分配器上，罐内的软管可随浮盘升降而自由收缩和伸展。泡沫发生器由原来固定在罐壁上改为固定在浮盘泡沫密封堰板上，随浮盘上下浮动，泡沫混合液通过泡沫液分配器和浮盘上的泡沫管线输送到均布于浮盘边缘的泡沫发生器，泡沫喷射口设置在泡沫堰板与二次密封装置支撑板(或挡雨板)之间的开放空间，也可直接伸入密封圈内部，具体情况见图1 

相比而言。泡沫喷射口设置在密封圈内部的泡沫系统在密封圈火灾扑救方面有突出优点：

(1)喷出的泡沫可直接覆盖在油面上实施灭火.泡沫分布速度快且分布均匀；另外，由于泡沫直接喷人密封圈内部，泡沫液可避免雨水的稀释和冲刷。

(2)由于泡沫喷射口与密封圈之间的距离始终保持不变，从而避免了外界风力、火焰热气流、浮盘与泡沫喷射口的高度差等因素的影响。

(3)泡沫覆盖的空间大大减小，以10×10⁴m³浮顶储罐为例，储罐的直径为80m，浮盘与罐壁的间距约为250mm，而堰板与罐壁的间距一般为1200mm.因此，这种型式的泡沫灭火系统的泡沫覆盖面积仅为罐壁式泡沫灭火系统泡沫覆盖面积的21%。

(4)在密封圈内喷射泡沫覆盖未着火油面，可避免密封圈的着火点向两侧蔓延，可有效阻止密封圈火灾的扩大。

但是泡沫喷射口若设置在密封圈内部，不便于工作人员日常维护和检修：另外，二次密封金属支撑板的管线穿越处需要有效密封，否则容易导致密封圈内的油气从穿越处泄漏。

尽管浮盘边缘式泡沫系统的灭火效率明显高于国内现在普遍采用的罐壁式泡沫灭火系统，但浮盘边缘式泡沫系统尚未在我国普遍应用，主要原因是罐内泡沫管线的密闭性难以保证，存在泄漏、位移或脱落等现象，在不清罐的情况下无法对损坏的罐内泡沫管线进行维修。而当前大型储罐周转频繁，生产载荷大，检修周期长.业主不可能仅因为罐内泡沫管线的损坏而实施清罐，而且大型储罐的清罐费用高，耗时长，这是阻碍浮盘边缘式泡沫灭火系统在国内广泛应用的主要原因。另外，罐内泡沫管线对耐腐蚀、耐高温、耐高压等性能的要求较高，且多为进口产品，成本较高，这也是阻碍浮盘边缘式泡沫灭火系统推广的原因之一。

三、大型浮顶储罐全液面火灾泡沫灭火系统

以上2种泡沫灭火系统都是针对扑救浮顶储罐罐壁与泡沫堰板间密封圈部位的火灾，如果储罐的浮盘倾覆，发生全液面火灾，上述2种泡沫灭火系统都是无能为力的。由于浮顶储罐浮盘倾覆而导致的全液面火灾这种极端事故在现实生活中是有可能发生的。2009年l0月波多黎各首府圣胡安海湾储油基地发生的爆炸事故就是一起极端事故，由于一次气体爆炸引起11个储罐起火，在接下来2d内事故最终涉及22座储罐，其中大部分储罐发生的就是全液面火灾.在这种情况下，储罐罐壁或浮顶设置的泡沫灭火设施是根本无法发挥作用的。

面对这种大型浮顶储罐全液面火灾的极端事故，我们的灭火设计能力应有所提升。

国外对扑救大型石油储罐的全液面火灾已经有所研究。目前成功扑救过的最大直径储罐的全液面火灾是利用移动式灭火装备扑救直径为83m的大型储罐全液面火灾事故，其成功经验表明，若想扑救大型储罐(直径大于46m)火灾，需要详细的计划、大功率的移动设备以及经过专业化训练的灭火团队。

针对这种大型浮顶储罐全液面火灾的极端事故。目前主要采用高流量的泡沫消防炮对储罐进行灭火。

泡沫消防炮需要布置在能够使泡沫液打入罐内的某点并落到储罐液面一处相同的区域。这样有助于快速形成稳定的泡沫覆盖层，比泡沫分散地布置在储罐液面3～4处位置更加有效。大范围的泡沫覆盖区域的建立速度越快，火灾被扑灭的速度也越快。同时在液面附近进行罐壁外部冷却有助于泡沫覆盖层的形成，冷却水应该只施加在罐壁上直至泡沫覆盖层控制住火势。在泡沫施加过程中应该小心地使用冷却水，如果冷却水误人泡沫层，则会很容易稀释并对泡沫层产生破坏。

该泡沫消防炮系统涉及的主要计算原理如下：

大型浮顶储罐的保护面积为整个储罐的圆周截面积(S)。泡沫消防炮的流量为，L=S×泡沫灭火强度。

美国国家消防标准(NFPAII)建议储罐灭火至少使用0.16gal/(min·ft²)的泡沫灭火强度，同时当储罐直径增大时，泡沫灭火强度也要相应地增加，具体情况见表1。 

以1O×10⁴m³。浮顶储罐为例，储罐直径为80m(262ft)：

储罐的圆周截面积S=πD²/4=3.14×262²/4=53886ft²

泡沫消防炮需要的泡沫混合液流量L=53886×0.22=1l855 gal/min，以12000gal/min来计算。

泡沫混合比按l%计，则：

泡沫原液流量=12000×l%=120 gal/min

NFPA中建议原油泡沫灭火时间为65min.则：

泡沫原液量=120×65=7800gal

根据上述计算，10×10⁴m³，浮顶储罐灭火需要泡沫消防炮泡沫混合液流量为l1855gal/min(750L/s)，需要混合比为1%泡沫原液7800gal(30m3)。

以上参数均远远超过目前国内的设计标准。

由于泡沫消防炮用水量巨大，其水源需依托条件适宜的地表水源。该泡沫消防炮灭火系统主要包括大流量的取水泵作为水源供给泵，泡沫比例混合器以及大口径高流量的泡沫消防炮。若着火点距水源较远，还需设置中继加压泵。设备之间用超大直径的双层专业消防水带连接。目前上述整套泡沫消防炮设施均需国外进口，在国内还未有应用。 

四、结语

目前国内大型储罐泡沫灭火设施均立足于扑救浮顶储罐罐壁与泡沫堰板间密封圈部位的火灾。浮盘边缘式泡沫灭火系统与罐壁式泡沫灭火系统相比有许多优点，具有实施和推广的价值。国内应加强对浮盘边缘式泡沫灭火系统关键构件，主要是罐内的泡沫柔性软管的研发.从而降低该灭火系统的成本.并提高其稳定性和可靠性。

针对大型储罐全液面火灾的扑救。国内尚缺乏相关研究，由于储备原油的大型储罐本身就具备了火灾危险性以及对环境造成严重污染的危害性.一旦发生事故，带来的损失是极大的。后果也十分严重。今后应加强针对扑救大型储罐全液面火灾的研究，吸收国外的一些理念，在面对极端事故时做到有备无患。

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