常压地上立式油罐火灾爆炸事故扑救措施

常压地上立式油罐火灾爆炸事故扑救措施

随着油单储容量和整个储区规模的增加，国内外大型油储区的火灾和爆炸发生。从大量储罐区火灾爆炸事故案例分析可见,油罐的火灾爆炸危险类型与油罐的结构形式、储存油品的类型、是否因意外泄漏发生了空间爆燃等因素密切相关,因而消防人员在制订油罐区灭火救援预案和实施火灾扑救时必须要进行科学地分析判断。油品储罐按材质不同可分为金属油罐和非金属油罐;按埋置形式不同可分为地下油罐、半地下油罐和地上油罐;按安装形式不同可分为立式罐与卧式罐两种。由于非金属油罐安全系数低,我国在1989年山东黄岛油库特大火灾爆炸事故以后,已逐步淘汰了非金属油罐;与地上油罐相比,直埋式地下油罐和半地下油罐的安全性较高;与容积较小的卧式(圆筒形)油罐(一般不大于100m3)相比,地上立式(圆柱形)油罐的储存容量变化范围较大,火灾爆炸危险性较高。1浮顶罐内部火灾根据罐顶结构形状,地上立式油罐可分为固定顶罐和浮顶罐,浮顶罐又有外浮顶罐和内浮顶罐之分。固定顶油罐中,我国以拱顶罐最为常用,美国则以锥形顶罐较为常见。与浮顶罐相比,固定顶罐设计相对简单,需要的维护也相对较少,但存在蒸发损耗,储罐内部存在较大的蒸气空间,因而存在内部爆炸的危险。与固定顶罐相比,浮顶罐有限的蒸气空间大大减少了油品的蒸发损耗,并限制了挥发性有机物的释放,因而发生油罐内部爆炸的危险性较小。但若浮盘上积聚了大量的雨雪或消防用水,则浮盘有下沉进而形成全面积火灾的危险。不同结构储罐容易发生的火灾爆炸类型及其概率如表1所示。可以看出,溢油火灾、油罐孔口火灾、浮顶罐密封圈火灾、油罐有遮蔽全面积池火、油罐全面积池火和溢油蒸气空间爆燃、固定顶罐物理性爆炸、内浮顶罐物理性爆炸等都是地上立式油罐的常见火灾爆炸类型,事故类型及其发生频率因油罐结构的不同而有所差异。表2列出的是近20a来国内外地上立式油罐典型火灾爆炸事故案例。2爆炸事故救援时油基安全分析在为油罐区制订灭火救援预案或展开油罐区火灾爆炸事故灭火救援工作时,必须要充分考虑油品的性质、储罐的类型及其储存规模。图1为常压地上立式油罐常见火灾爆炸事故类型的分析判断流程。2.1溢油火灾发生的原因油罐或管线泄漏往往会形成防火堤内的地面流淌火,无论地上立式油罐的结构类型如何,都有发生溢油火灾的可能。溢油火灾在各类油罐火灾爆炸事故中的发生频率均为1.5×10-4,绝大多数溢油火灾都是由于设备故障或者人员误操作引起。如果溢漏的油品挥发性比较强(汽油、石脑油、原油等)、泄漏量比较大时,由于泄漏油品蒸气扩散范围广,往往会引起空间爆燃,进而形成溢油火灾和储罐内油品的稳定燃烧。表2中列出的15起油罐火灾爆炸事故中,案例2、3、7、9、12、13、14都是溢油火灾,而且都发生了空间爆燃,2005年发生于英国邦斯菲尔德的油库爆炸火灾还出现了强烈的空间爆炸。2.2邻近罐或内浮顶罐油罐孔口火灾通常发生在固定顶罐和内浮顶罐的蒸气空间开口处,可能是雷击或操作过程中的静电引起,也可能是在火灾过程中邻近的固定顶罐或内浮顶罐因受着火罐稳定燃烧的烘烤,内部蒸气压力增大,孔口溢出的油气被点燃而形成。通常前者规模较小,用干粉灭火器就能直接灭火;后者在火场条件下因受着火罐和邻近罐自身孔口火灾的双重加热作用,往往会引发邻近罐蒸气空间的物理性爆炸,使得火灾进一步恶化。黄岛油库爆炸火灾和沈阳大龙洋储罐区爆炸火灾都出现了这种情况。2.3浮顶罐全面积火灾浮顶罐浮盘密封圈火灾多发于外浮顶罐,内浮顶罐也有发生的可能,其发生概率在各类油罐火灾爆炸危险中最高,为1.6×10-3。浮顶罐密封圈火灾可能由溢油事故引起,也可能由雷击直接引发(占全部密封圈火灾的95%)。如果浮盘下沉(积水过多、地震、浮船破坏等),就会形成浮顶罐全面积火灾。表2列出的15起典型油罐火灾中,除3起溢油蒸气空间爆炸引发的大规模罐群爆炸火灾事故外,8起浮顶罐火灾中有6起形成了全面积池火。2001年发生在美国路易斯安娜州Orion炼油厂的直径为82.4m的油罐火灾是迄今为止成功扑救的最大一起浮顶油罐全面积火灾。目前,我国尚未见大型浮顶罐全面积火灾的报道,但随着我国石油储备基地的建设发展,近年已数次发生雷击引发的大型浮顶罐密封圈火灾。2.4外浮顶罐和浮船的把力机关迅速扩大火炬的发生油面池火的一部分被损坏的罐顶或浮盘遮挡就会形成有遮蔽的全面积池火。这种形式的火灾通常在固定顶罐或内浮顶罐蒸气空间发生物理性爆炸时形成,外浮顶罐由于浮船被破坏或者浮盘倾斜也会发生油罐有遮蔽的全面积池火。此类火灾的扑救相对比较困难,而且有再次发生物理性爆炸的可能。1993年发生在美国佛罗里达州杰克逊维尔市Steuart石油公司油罐爆炸火灾就是一起典型的油罐有遮蔽全面积池火,大火持续燃烧5d,期间发生了罐顶与内浮盘之间区域的二次爆炸。2.5油罐直径大小对比无论是固定顶罐、外浮顶罐还是内浮顶罐,都有形成油罐液面全面积池火的可能,其中外浮顶罐形成全面积池火的概率最高,其次是固定顶罐和内浮顶罐。对于直径不大于45m的油罐(对应我国外浮顶罐公称容积约为3×104m3)全面积火灾,通常只要有足够的人力和物力(水、泡沫等)就可以有效灭火;但当油罐直径大于45m时,因扑救火灾需要大量人力、物力而使得灭火救援工作的难度大为增加。因而通常将直径大于45m的油罐看作是大型油罐。3常用的提取聚合物资源大型油罐全面积池火对有效的灭火能力(包括训练有素的人员、装备、水源和泡沫灭火剂等资源)有较高的要求。油罐尺寸越大,热辐射越强,火焰上升的热气流速度越快,泡沫灭火剂在油品液面上形成闭合需要的时间越长,因而对泡沫供给强度和供给方式也有特殊的要求。3.1动泡沫灭火系统性能的影响因素泡沫混合液的供给强度及连续供给时间要求与油罐类型、泡沫灭火系统的类型、泡沫自身的灭火性能、油品的挥发性等诸多因素密切相关。与固定泡沫灭火系统相比,移动泡沫灭火系统需要较高的泡沫混合液供给强度及连续供给时间,其原因主要是移动泡沫灭火系统供应的泡沫在灭火过程中更容易受到风力、火焰上升的热气流(上升速率可超过120km/h)、储罐高度以及油罐液位的影响。随着我国大型油品储罐区的建设发展,我国于2011年最新颁布的《泡沫灭火系统设计规范》(简称“泡规”)中有关低倍泡沫混合液供给强度及连续供给时间的规定也比以往提高了很多,已经达到甚至超过了现行NFPA11《低、中、高倍泡沫标准》的相关要求。3.2tt泡沫混合液的供给强度当油罐直径大于45m时,泡沫混合液供给强度应根据油罐直径规模加大泡沫混合液供应强度,表3为专家推荐的扑救大面积池火需要提供的泡沫混合液供给强度。泡沫混合液的总需求量Q根据q·t·A计算,其中,q为泡沫混合液的供给强度,L/(min·m2);t为泡沫混合液连续供给时间,min;圆形储罐的面积A可以由0.8D2近似计算,D为油罐直径,m。虽然在“泡规”及NFPA11两部规范中都明确规定:浮顶罐、直径大于18m的固定顶罐以及水溶性易燃可燃液体储罐不得选用泡沫炮作为主要灭火设施;直径大于18m或高度大于6～7m的固定顶罐不得选用泡沫枪作为主要灭火设施,但在实际油罐火灾爆炸事故中,往往由于各种原因导致固定泡沫系统损坏或失效而不得不依靠移动式泡沫炮进行火灾扑救,而且由于大容量移动式泡沫炮的性能在不断提高,其在火灾扑救过程中发挥了比预想大得多的作用。因而,充分考虑移动泡沫灭火力量的作用是非常有必要的。4热辐射作用下的储罐、设施对着火罐和邻近罐以及周围设施的有效冷却可以大大降低由于满罐溢油、管线设备破裂和储罐爆炸形成的地面流淌火、油罐孔口火灾以及油罐液面池火的热辐射作用。首先要考虑对着火罐下风方向受到辐射影响的储罐和设施进行冷却,其次是着火罐侧风方向的储罐和设施。对着火罐的冷却目的在于为泄漏控制、倒罐、灭火或任由油品燃尽提供时间,冷却着火罐时应注意在其各个方向同时进行均匀冷却,否则,非均匀冷却很容易引发着火罐的坍塌变形。4.1罐顶结构对集中冷却水排水剂的要求通常使用储罐自身的固定冷却系统可以更为有效地实施冷却。NFPA15《固定消防喷水系统标准》规定,用于控制燃烧的喷水强度(适用于非保温着火罐)和用于热辐射保护(适用于储罐完全处于火焰烘烤作用下的情况)的喷水强度分别不应小于20.4L/(min·m2)和10.2L/(min·m2),未区分不同的罐顶结构。相比之下,我国的《石油库设计规范》、《石油天然气工程设计防火规范》及《石油化工企业设计防火规范》对固定式消防冷却水的供水强度要求偏低,根据罐顶结构不同及是否已着火,规定消防冷却水供水强度介于2.0～2.5L/(min·m2)。GB50016-2006《建筑设计防火规范》对储罐固定系统和移动系统冷却强度要求的量纲为L/(s·m)。因此,对于储罐固定冷却系统的供水强度问题还需进行深入的研究,不同规范之间的相关规定也有必要协调统一。4.2移动冷却消防救援人员展开的移动冷却作业可以大大弥补固定冷却强度的不足,尤其是在因爆炸或其他原因造成固定冷却系统损坏或失效而不能发挥应有的作用时,移动冷却就成为控制火场范围非常关键的因素。一方面移动冷却应提供足够的冷却强度;另一方面冷却过程中应避免过多使用冷却水。因为大量冷却水的排放会加重原本设计为排放雨水的下水系统的负担,流失的水可能会又返回到着火区域并溢出防火堤。冷却油罐的原则是水流能够在罐壁上产生水蒸气,一旦没有水蒸气产生,就停止冷却,以节约消防用水并减少流失的水,防止火灾的蔓延扩大和消防冷却水排放对周围水体及土壤的污染。5孔口火灾和外浮顶罐圈火灾在上述各种常见的常压地上立式油罐火灾爆炸危险类型中,通常单纯的油罐孔口火灾和外浮顶罐密封圈火灾相对容易扑救,而涉及到溢油火灾、油罐有遮蔽的全面积池火以及油罐全面积池火的火灾扑救则相对困难。另外,需要特别注意防范火灾扑救过程中固定顶罐和内浮顶罐可能出现的物理性爆炸。5.1热辐射防护在下风方向与侧风方向人员的热辐射防护体油罐火灾爆炸事故抢险救援过程中要充分考虑到现场操作人员、周围居民以及消防人员自身的安全,尤其是灭火救援过程中下风方向与侧风方向人员的热辐射防护。要掌握整个油罐区储存油品的类型、油罐的结构及规模等基本信息,油罐区周围是否有液化烃储罐区等,全面准确把握可能出现的火灾爆炸事故危险对成功处置油罐区火灾爆炸事故是非常重要的。5.2油罐机构使用泡沫的必要性各种不同结构的地上立式油罐都有引发溢油火灾的可能,其中因满罐溢油形成大面积池火的火灾是非常难以扑救的。由于油品占据了油罐内部的全部空间,再加上燃烧对油品自身的辐射加热作用引起的油品体积膨胀,会不断有油火沿罐壁流淌。对已经形成全面积池火的着火油罐,如果此时对油罐着火液面持续施放泡沫,不仅泡沫难以在液面停留,不能形成闭合泡沫层灭火,而且泡沫析出的水分沉降在罐内使得更多的油品从罐内沿罐壁溢出,流淌火面积会进一步增大;对于浮盘没有下沉的浮顶罐环形密封圈火灾,大量泡沫和冷却水的使用还有造成浮盘下沉从而引发全面积池火的危险;对于重质油品,大量泡沫和冷却水的施放还有形成沸溢喷溅火灾的可能。因而这种情况下灭火时机的掌握非常重要,要在油罐存在足够的泡沫存留空间的前提下,力求一次灭火。表4给出的油品质量燃烧速率值可用于估算不同油品及火灾条件下能够形成足够泡沫存留空间的时间。5.3人工灭火系统未正常使用的,浮顶罐密封圈火灾通常主要是依靠油罐本身安装的固定或半固定泡沫灭火系统灭火。如果储罐没有安装固定或半固定泡沫灭火系统,或因各种原因泡沫灭火系统不能正常使用,就需要实施人工灭火。美国Williams火灾危险控制公司开发了一种称为Daspit的移动式灭火工具,主要用于扑救浮顶罐密封圈火灾,其泡沫混合液的供应能力如表5所示,其数据可用作移动灭火力量扑救浮顶罐密封圈火灾的参考。6防火设备及热冲击问题的防控建议从油品的性质、油罐的结构以及油罐的规模等方面综合分析判断常压立式油罐区可能出现的火灾爆炸危险,是成功处置此类火灾爆炸事故的前提。在此基础上,还要特别注意冷却的实施、灭火时机的把握以及灭火方式的选择等方面的问题。(1)根据油品性质和油罐结构不同,常压地上立式油罐可能出现溢油火灾、油罐开口火灾、浮顶罐密封圈火灾、油罐有遮蔽全面积火灾、油罐全面积火灾和溢油蒸气空间爆燃、固定顶罐物理性爆炸、内浮顶罐物理性爆炸等火灾爆炸危险。(2)无论油罐结构如何,都有可能发生溢油火灾、溢油蒸气空间爆燃,并形成油罐全面积池火。固定顶罐还有发生油罐孔口火灾、油罐有遮蔽全面积火灾以及物理性爆炸的可能;外浮顶罐以浮盘密封圈火灾为主,也有形成油罐全面积池火的可能;内浮顶罐则兼有固定顶罐和外浮顶罐的结构及火灾爆炸特征。(3)在大