大型浮顶储罐全面积火灾防控措施
摘要：分析了大型浮顶储罐发生全面积火灾的着火原因和可能性，总结了大型储罐全面积火灾的模式与特点，指出泡沫液供给不足和消防设备配置偏低是导致国内外扑救大型浮顶储罐全面积火灾失败的主要原因，并提出进一步开展大尺度储罐燃烧实验、大尺度储罐泡沫灭火实验和大型储罐全面积火灾事故的统计分析研究。
关键词：大型浮顶储罐；全面积火灾；泡沫灭火灾验；消防
随着我国经济的高速发展和人民生活质量的逐渐提高，国内原油能源的需求量越来越大，原油进口已经成为满足我国原油需求的重要途径，而且原油进口量在逐渐增加，预计到2010年全国原油消费量将达3.8亿t，进口量将达1.8亿～2亿t。
为保证国内原油的连续供应，维持国内经济健康、持续、快速的发展，更好满足人们生活的需求，我国政府和各个石油公司陆续建立了国家战略原油储备库和商业原油储备库，多数原油储备库的规模高达上百万立方米，原油储备将逐渐成为保证国民经济发展的关键环节。
原油属于闪点低、易挥发、宽沸点、高热能、易燃易爆的危险品。大型浮顶储罐是当前国内储存原油的主要设施，随着浮顶储罐的大型化，储罐火灾成为对大型浮顶储罐的最严重威胁，其全面积火灾会造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。
浮顶储罐不仅可降低油品蒸发损耗，减少油气对大气的污染，降低发生火灾的危险性，而且大型浮顶储罐还可节省钢材，减少占地面积，方便操作管理，减少储罐附件和罐区管网，节省投资。因此，浮顶储罐的大型化是国内外浮顶储罐发展的必然趋势。1967年委内瑞拉建成了15万m³。的浮顶储罐，1971年日本建成了16万m³。的浮顶储罐，沙特阿拉伯建造了20万m³。的浮顶储罐。
我国自1985年从日本引进10万m³。浮顶储罐以来，大型浮顶储罐的建造逐年加快。进入21世纪以来，我国大型浮顶储罐的数量和单罐容量明显增加，目前我国最大的浮顶储罐容量已达到15万m³。截止到，2007年，我国已建成10万m³以上的大型浮顶储罐达上百座。
确保大型浮顶储罐的生产安全对保证国内工业生产的顺利发展、维护国内政治经济形势稳定至关重要，开展大型浮顶储罐全面积火灾的预防与扑救研究具有重要的政治和经济意义。
一、大型浮顶储罐全面积火灾的原因
随着全球气候变化异常，雷击、暴雨、暴雪、冻雨、地震、洪水、飓风等恶劣自然现象逐渐增多，造成大型浮顶储罐浮盘沉没或罐壁塌陷等事故，由此引发的储罐火灾时有发生，大型浮顶储罐正面临着日益严峻的考验。
引发浮顶储罐火灾的因素较多，常见的原因有雷击、静电、明火、违章作业、油品泄漏等。其中，雷击是导致大型浮顶储罐火灾的主要原因。1951—1995年间107起大型储罐(直径为30.5～100m)火灾事故的统计表明65起储罐火灾事故是雷击引起的，占61%。
浮顶外边缘与罐壁板之间有150～300mm的环形间隙，该环形间隙设有密封圈，密封圈是浮顶散发油气的主要途径，是浮顶发生火灾的主要位置。假若浮盘严重倾斜或沉没，则储罐的大部分油面将直接暴露在大气中，油气挥发量急速增加，油气与空气混合将形成大量可燃性油气，遇到点火源极易引发罐顶的全面积火灾。
大型浮顶储罐浮盘严重倾斜或沉没的可能性主要表现在5个方面：
(1)罐体严重变形或导向柱故障，浮盘被卡住不能上下运动，油料可能漫溢至浮盘上面，油面和倾斜的浮盘间也可能形成巨大的油气空间。
(2)浮盘载荷与浮盘自身重力之和超过浮盘的最大浮力。暴风、暴雨、暴雪、冻雨、浮盘不均匀积水等都会造成浮盘的倾斜或沉没。
(3)罐体由于缺乏固定顶的支撑，与拱顶储罐相比，浮顶储罐罐体稳定性相对较弱。发生海啸、地震、台风、洪水等恶劣自然灾害时，罐体易受到外界的巨大冲击而发生罐体变形甚至撕裂，易导致油料外泄。
(4)多个浮仓泄漏导致浮盘失去浮力。浮仓发生腐蚀泄漏后，浮仓内易聚积大量油气，在遭受雷击或密封圈火灾时可引起浮仓内的油气燃烧爆炸，造成浮盘沉没。
(5)用铝或塑料等轻质材料制造的浮盘容易熔化，浮盘承受负荷的能力有限，浮盘载荷过多时也易造成浮盘沉没或倾斜。
尽管浮顶储罐发生全面积火灾的概率较低，但是这并不意味着浮顶储罐的全面积火灾不会发生。对107起大型储罐火灾事故的统计表明，在81起浮顶储罐单罐火灾中，浮顶储罐的全面积火灾有22起，占27%。我国使用大型浮顶储罐的时间相对较短，至今未发生过大型浮顶储罐的全面积火灾，但不能存在侥幸心理，应随时做好应对大型浮顶储罐全面积火灾的准备。
二、大型浮顶储罐全面积火灾的模式与特点
大型浮顶储罐发生全面积火灾主要有两种模式：一是密封圈火灾失控后发展为浮盘全面积火灾，二是浮盘沉没或倾斜后暴露的油面遇到火源引发全面积火灾。尽管大型浮顶储罐全面积火灾的很多特性和发展规律有待于进一步深入研究，但是如下特点是显而易见的。
(1)原油闪点较低，易挥发，火焰在油面上蔓延速度快，整个油面往往在几秒内便开始着火，着火面积大，火焰中心热气流猛烈。
(2)火焰温度高，辐射热强，烟尘浓厚，火焰中心温度高达1050～1400℃。
(3)储罐油面灭火后易复燃。
(4)油层热波速度快，长时间燃烧的原油储罐可能发生多次沸溢、喷溅现象。
三、影响大型浮顶储罐全面积火灾成功扑救的原因
应对大型储罐全面积火灾只有两种选择，要么保护邻近储罐，让着火罐自行燃尽并熄灭，要么主动采取措施将火扑灭。储罐火灾若耗尽油料自行熄灭，则火灾可能持续几天时间，这将造成严重的环境污染，并消耗大量的水资源，还可能导致沸溢、喷溅，显然这绝非上策。
由于大型浮顶储罐的全面积火灾具有着火面积大、火焰辐射强、热气流猛烈等特征，原先为应对密封圈火灾设计的罐壁泡沫灭火系统已不能有效控制。限制罐壁泡沫灭火系统扑救大型浮顶储罐全面积火灾的主要原因是泡沫覆盖层在着火油面的扩展距离有限，不能完全覆盖着火油面。NFPA、国外石油公司和泡沫液生产商的试验以及大型储罐灭火经验都表明：泡沫覆盖层在着火油面的流动距离与油料特性、泡沫类型与质量、燃烧时间、泡沫供给强度、泡沫喷射方式等因素密切相关，其最大运动距离约为30.5m。
我国至今未发生过大型浮顶储罐的全面积火灾，扑救这类特大火灾的经验为空白。国外应对大型储罐全面积火灾的主要消防设施是大流量泡沫炮，通过提高泡沫供给强度和改变泡沫的喷射方式进行灭火，然而，从以往大型储罐灭火案例来看，能成功扑救直径40m以上的储罐全面积火灾的案例很少，目前成功扑灭的最大储罐的直径82.4m。当前世界上最大的地上浮顶储罐直径已超过100m，对是否能成功扑救其全面积火灾还存在争论。
从国外对大型储罐全面积火灾的事故统计分析可以看出，大型浮顶储罐全面积火灾的成功扑救与消防装备、泡沫液类型与质量、泡沫液供给强度、连续供给时间、燃烧时间、储罐液位高度、油品特性、灭火战术、火场后勤保障、天气条件等因素关系密切，其中泡沫原液的储备量、泡沫供给强度、连续供给时问、后勤供应和灭火战术对大型储罐的成功灭火尤为重要。
当前，国内外扑救大型储罐全面积火灾的难点主要有如下几方面：
(1)泡沫液储备量不足。从国外历次扑救大型储罐全面积火灾来看，泡沫消耗量相当大，往往需要几十甚至上百立方米的泡沫原液储量，例如，2001年美国扑救直径82.4m浮顶储罐的全面积火灾共消耗泡沫原液106 m³，美国1996年扑救直径45m浮顶储罐的全面积火灾共消耗泡沫原液280 m³。，加拿大1996年扑救直径42.7m浮顶储罐的全面积火灾共消耗泡沫原液约51 m³。
泡沫液的作用主要体现在两方面，一是扑灭着火油面的火焰，二是覆盖油面，减少油气蒸发，防止油面复燃。在扑灭火焰后泡沫层继续覆盖油面，并间歇向油面补充泡沫，以保持油面泡沫覆盖层的有效厚度和完整性。泡沫覆盖油面直至着火罐的储油转移出去为止，这个保护过程少则几个小时，多则长达几天时间。当前罐区泡沫液的储备量远不能满足扑灭这类火灾的需要
(2)泡沫液供给强度低，泡沫层难以完全覆盖整个着火油面。由于大型储罐全面积火灾着火面积大、热气流猛烈、辐射热强，泡沫供给强度低，泡沫流在接近火焰前受热蒸发或被热气流吹散，无法形成有效的泡沫流进入油面的准确位置灭火。进入油面的泡沫层受到强烈热辐射后泡沫破裂严重，泡沫层的水分蒸发迅速，泡沫层被破坏，另外，泡沫层若遇到倾斜浮盘的阻碍，无法覆盖着火油面的死角，从而无法覆盖整个油面灭火。
(3)消防设备配置偏低。应对大型储罐全面积火灾时，泡沫原液和消防水消耗量往往很大，扑救大型储罐的全面积火灾所消耗的泡沫量是扑灭密封圈火灾所消耗泡沫量的5O～i00倍。在实施灭火时，当前泡沫炮、泡沫混合器等消防设备配置偏低，无法满足泡沫混合液供给强度的要求，这将导致泡沫灭火系统无法有效灭火。
四、展望
目前，人们对大型浮顶储罐全面积火灾的火灾特性、火灾发展机理、控制措施等认识还不够全面、深刻，大型浮顶储罐全面积火灾给居民、环境、经济等造成的风险尚未精确量化，大型储罐全面积火灾的扑救缺乏有效指导，针对大型储罐消防系统设计标准的修订缺乏足够的依据，鉴于此，深入开展如下工作十分必要。
(1)大尺度储罐燃烧实验。研究大型储罐的火灾特性，包括燃烧速度、热辐射、火焰形状、火焰内温度场分布、火焰内的油气组成、烟尘扩散轨迹、烟尘颗粒分布、火焰内离子流等，为改善泡沫灭火性能和研究灭火方式提供基础支持。
(2)大尺度储罐泡沫灭火实验。研究应对大型储罐全面积火灾的泡沫原液类型和最低储备量、泡沫混合液供给强度、连续供给时间、泡沫层覆盖着火油面的方式及其相关消防设备。
(3)大型储罐全面积火灾事故的统计分析。收集大型储罐全面积火灾事故和大尺度储罐实验的详细信息，分析火灾发展特点和灭火措施，为修正相关消防工程模型、修订消防设计标准提供数据支持。
往期文章
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本文主要内容来自于：郎需庆1，曲玲2，厉建祥1，宋贤生1，宫宏1
(1.中国石油化工集团安全工程研究院，山东青岛266071；2。青岛市图书馆，山东青岛266034)
中图分类号：X92，TE88，TU998.1文献标志码：B
文章编号：1009—0029(2008)S2—0094—02
版权归属于原作者。
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