石油儲罐消防設(shè)計

石油儲罐消防設(shè)計根據(jù)我國大型儲罐設(shè)置的特點，分析了大型石油儲罐在儲存、轉(zhuǎn)運過程中潛在的火災(zāi)危險。通過對千例石油火災(zāi)案例統(tǒng)計分析，獲得了石油儲罐發(fā)生火災(zāi)的主要原因。在此基礎(chǔ)上，從石油儲罐工藝設(shè)計、布局、防火和滅火等角度出發(fā)，分析大型石油儲罐常用的類型、材料和防腐處理技術(shù)；研究儲罐的布置間距；總結(jié)大型儲罐消防設(shè)計中采用的防、滅火技術(shù)措施。論文研究的成果，可供實踐工程參考。

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹石油儲罐消防設(shè)計【關(guān)鍵詞】石油；大型儲罐；火災(zāi)；消防安全；設(shè)計

    0 石油儲罐消防設(shè)計引言

    隨著我國能源戰(zhàn)略調(diào)整的進行，石油作為國家重要能源已積極擴大其戰(zhàn)略儲備，建設(shè)大型石油儲備基地[1]，計劃到2020年達到滿足90天石油消耗的戰(zhàn)略儲備水平。為降低儲存成本，油品儲罐逐漸朝大型化方向發(fā)展。我國已建和擬建的國家儲備庫，庫容大都在100×104 m3的量級以上，有的甚至規(guī)劃了2000×104 m3。單罐容積小則5×104 m3，大則15×104 m3，10×104 m3以上的儲罐屢見不鮮[2]。石油庫規(guī)模擴大，單罐容積變大，勢必引起石油及其產(chǎn)品儲存風(fēng)險增大。

    據(jù)資料統(tǒng)計：在近50年間，國內(nèi)外油品儲罐共發(fā)生242起重大事故[3]，其中震驚中外的黃島油庫火災(zāi)造成10多人死亡，直接經(jīng)濟損失超過3000萬元，英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)燒毀大型儲罐20余座，直接經(jīng)濟損失高達35億元。

    為有效遏制石油儲罐火災(zāi)的發(fā)生，在油罐設(shè)計之初必須嚴把技術(shù)關(guān)，減少消防設(shè)計上的先天不足，降低消防安全隱患，因此，筆者針對大型儲罐的火災(zāi)危險，提出了大型石油儲罐在工藝設(shè)計、布局、防火和滅火等方面應(yīng)注意的問題，以供實踐工程參考。

    1 大型石油庫特點及消防設(shè)置概況

    1.1 大型石油庫特點

    與常規(guī)油庫相比，大型石油庫在選址、容量、管線和消防設(shè)置方面具有如下特點：

    1)為便于裝卸油品，大型石油庫往往設(shè)置在沿海地區(qū)。

    2)儲存規(guī)模大，儲存容量達到幾百萬立方米。

    3)輸送功能復(fù)雜，進出管線多。

    4)單罐儲存容量大，一般在10萬立方米以上。

    1.2 大型石油庫消防設(shè)置概況

    在消防設(shè)置方面主要體現(xiàn)在以下幾點：

    1)按我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范進行設(shè)計，在某些方面參考了國外的一些規(guī)范。

    2)在消防設(shè)施上，設(shè)置了消防給水系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、水噴淋冷卻系統(tǒng)和火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)等消防安全保護措施。

    3)配備了一定的移動消防裝備。

    雖然大型儲罐在消防安全方面采取了一定的技術(shù)措施，但與常規(guī)油罐相比仍存在較大的火災(zāi)危險性。

    2 大型石油儲存設(shè)備火災(zāi)危險性分析

    通過對大型石油儲罐與常規(guī)油罐的對比分析，其火災(zāi)危險性及其具體內(nèi)容如圖1所示。

大型研究

    圖1 大型儲罐危險因素示意圖

    1)單個石油儲罐的直徑大(80m以上)，發(fā)生火災(zāi)時輻射熱明顯增強。

    目前我國建造的大型石油儲備庫中，單罐的容積大都集中在10×104 m3，罐直徑80m以上。假如發(fā)生油罐敞開式燃燒，所產(chǎn)生的輻射熱對于周圍油罐必然產(chǎn)生嚴重的影響。資料研究表明[2]，當汽油儲罐容積為2×104 m3，直徑為40.5m，整個罐面著火燃燒時，產(chǎn)生的輻射熱為14.33×104kw，危害距離在17.44m以上，超過了《石油庫設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的油罐之間的小防護距離(0.4D)。而大型石油儲罐的直徑均在該油罐的一倍以上，假如發(fā)生池火燃燒，產(chǎn)生的輻射熱將成指數(shù)倍增長，對相鄰的油罐或其他基礎(chǔ)設(shè)施將產(chǎn)生毀滅性破壞。

    2)儲罐容積大，高度高，對地基和罐壁產(chǎn)生的壓力大，可能導(dǎo)致油罐發(fā)生事故。

    為便于石油的裝卸，庫區(qū)地址往往選在沿海，而沿海地區(qū)易遭受自然環(huán)境的影響。大型儲罐的容積一般在10×104 m3以上，無論是罐壁還是地基均要承受較大的壓力，一旦遭受海嘯或地震等自然災(zāi)害的影響，罐基礎(chǔ)有可能發(fā)生不均勻沉陷，導(dǎo)致油罐破裂，大量油品瞬時泄出。1974年，日本三菱石油水島煉油廠曾發(fā)生過這樣的事故：5×104m3的油罐由于基礎(chǔ)不均勻沉陷造成罐底、罐壁同時拉裂，油品瞬時泄出，并將防火堤沖毀。我國某煉油廠也曾發(fā)生過此類事故。

    3)腐蝕是油罐發(fā)生泄漏的重要原因，盡管油罐采取了防腐措施，卻只能減緩，不能*腐蝕。

    單個油罐容積增大，油品儲量增多，腐蝕性成分總量增加，加劇了油罐的腐蝕，且某些反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，釋放的熱量使油罐內(nèi)部溫度升高，增加了發(fā)生火災(zāi)泄漏事故的危險。Ping L[4]、張振華[5]等研究表明原油中含有一定量的活潑硫，含硫物質(zhì)(H2S)與罐壁中Fe3O2發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)過程中放出一定的熱量，隨著一些新鮮空氣的涌入，氧含量增加，該反應(yīng)的生成產(chǎn)物(FeS)繼續(xù)被氧化，釋放出大量熱量。而隨著周圍溫度的升高，又促進了反應(yīng)的進行，使得放出的熱量進一步增加，在局部某個部位積聚了大量的熱量，溫度較高，在一定程度上增加了發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險性。

    4)石油庫儲量多，進油、出油管線復(fù)雜，管理難度大，事故的幾率增加。

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥按照大型儲備庫的功能，要求石油庫具有強大的進油和出油能力。為實現(xiàn)這種功能，需要布置大量的管線，設(shè)置多個閥門。輸油設(shè)備的增多，必然增大事故發(fā)生的幾率。據(jù)資料統(tǒng)計，在過去的幾十年內(nèi)，由于管道、閥門原因引起的火災(zāi)事故占總油庫火災(zāi)的9.2%。

    5)石油庫儲量增多，規(guī)模增大，油罐密集，發(fā)生大面積火災(zāi)，撲救難度增大。

    大型石油儲備庫大則千萬噸，小則百萬噸，單個儲罐容積以10×104m3計算，所需儲罐多則上百個，少則幾十個。如此大規(guī)模的集中儲存，一旦發(fā)生惡性火災(zāi)事故，其火災(zāi)將是災(zāi)難性的。在這種情況下，常規(guī)的固定消防設(shè)施往往受損失效，增加了火災(zāi)撲救的難度。黃島油庫火災(zāi)和倫敦油庫大火就是例證。

    6)石油儲罐多為地上式儲存，目標明顯，遭受惡意襲擊的可能性增加。

    按我國目前的規(guī)劃，*期石油戰(zhàn)略儲備庫中的儲罐主要以地上式油罐為主，這種儲存方式雖便于油庫的維護管理，但是目標明顯，在特殊情況下，易成為攻擊的目標，進而增加了發(fā)生特大事故的可能。

    3 火災(zāi)發(fā)生原因分析

    引起油庫區(qū)火災(zāi)的原因分為電氣火、明火、發(fā)動機、焊接和其他。其中電氣火包括了靜電和雷電；明火包括庫內(nèi)、庫外(油品流到庫外引起)和吸煙；發(fā)動機是指發(fā)動機熱表面、電器、火星等；其他原因包括沖擊、摩擦等原因。

    油庫千例事故數(shù)據(jù)分布如圖2所示[6]。由圖知，電氣火災(zāi)占36.6%，明火火災(zāi)占22.7%。統(tǒng)計結(jié)果表明，電氣和用火不慎是引起火災(zāi)的主要原因。該統(tǒng)計結(jié)果為油庫消防安全設(shè)計，提供了。

    大型研究

    圖2 火災(zāi)爆炸事故起火原因統(tǒng)計

    4 大型油罐消防技術(shù)措施

    針對大型儲罐存在的火災(zāi)危險性及其影響因素，主要從工藝設(shè)計、儲罐布局、防火、滅火措施等方面研究大型儲罐的消防安全技術(shù)措施。

    4.1 工藝方面

    1)儲罐類型的選擇

    石油及其產(chǎn)品常用的儲存設(shè)備主要有固定頂儲罐、內(nèi)浮頂儲罐和外浮頂儲罐。固定頂儲罐在油品上存在一個油氣混合空間，極易發(fā)生爆炸，所以固定頂儲罐不宜用來存儲大量油品。內(nèi)浮頂儲罐的密閉性較好，能夠大幅度減少油品的蒸發(fā)，火災(zāi)危險性較小，安全性較高，但造價較高，一般用來儲存成品油中韻輕質(zhì)油品。外浮頂儲罐的安全性比固定頂儲罐高，且易做成大型儲罐。目前(10～15)×104m3浮頂罐是世界各國儲存原油的主體罐型。因此，大容量儲罐一般選擇外浮頂儲罐。如某石油儲備基地建造50多個10×104m3的大型外浮頂儲罐(直徑80m)，江蘇儀征設(shè)計了15×104m3的雙浮頂儲罐。

    2)儲罐材料的選擇

    目前，我國石油儲存形式主要采用金屬罐儲存。10萬噸以上的大型儲罐，由于石油儲量大，罐壁承受壓力較大，因此，對鋼材的性能提出了更高的要求。早在20世紀60年代，日本已經(jīng)開始生產(chǎn)適用于大型儲罐的鋼材，到目前上已經(jīng)擁有十分成熟的鋼材生產(chǎn)技術(shù)。這種鋼材特征主要表現(xiàn)在低C-Si-Mn，低硫低磷，合金化，鋼質(zhì)純凈，具有較好的韌性和塑性。目前，我國已基本實現(xiàn)鋼材國產(chǎn)化，如：寶鋼生產(chǎn)的B 610E(08MnNiVR)、武鋼研制的W DL610D2，都能滿足生產(chǎn)大型儲罐的要求。

    3)儲罐內(nèi)壁防腐處理

    油品內(nèi)或多或少含有一定量的腐蝕性組分，如水、氧氣、硫化氫、氯化物和硫酸鹽，長時間與灌頂、罐壁和罐底接觸，會引起這些部位出現(xiàn)腐蝕穿孔，油品泄漏。所以要對油罐進行防腐處理，如粉刷防腐涂料、適當增加底圈壁板的厚度、采用陰極保護[7]等措施。

    4)設(shè)置合理的排水系統(tǒng)

    由于雨雪天氣會在儲罐頂部積聚一定量的液體，為了減輕浮頂承受的壓力，減少浮頂發(fā)生傾斜的幾率，需要及時將浮頂上的液體排走。所以，在大型油罐中需設(shè)置合理的排水系統(tǒng)。如油罐排水系統(tǒng)、燕山石化設(shè)計院自行研制的大型浮頂儲罐自適應(yīng)排水，效果良好。

    4.2 儲罐布局

    對于儲存原油的外浮頂罐，按照現(xiàn)行《石油庫設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，油罐應(yīng)成組布置且罐組不應(yīng)大于6×104m3；油罐間距不小于0.4 D(甲、乙A類)?，F(xiàn)行相關(guān)規(guī)范針對常規(guī)油罐制定，適用于大型儲罐時，是否能滿足火災(zāi)安全的需要，很多人提出了質(zhì)疑，且有很多相關(guān)學(xué)者對其進行了研究。

    蔡勝修等人[8]采用TurboC 2.0編程語言，在假定某一原油儲罐罐頂發(fā)生池火災(zāi)的情況下，對儲罐半徑由10m增加到50m時，其罐外0.4 D距離處的熱輻射強度進行了計算，研究表明，隨著原油儲罐容量(或半徑)的增大，其罐壁外0.4 D處的熱輻射強度逐漸減小。即大容量儲罐較之小容量儲罐而言，著火時對罐外壁0.4 D處的鄰近罐的熱輻射危害相對較輕。也就是說，按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的防火間距設(shè)計，能夠滿足火災(zāi)安全的需要。

    4.3 防火、滅火措施

    合理進行油罐消防設(shè)計，是保證消防安全的重要前提。在進行消防設(shè)計時，既要考慮日常防火的需要，又要考慮滅火時可靠的技術(shù)保證?？v觀國內(nèi)外消防設(shè)計，油罐的消防技術(shù)措施主要有以下幾點：

    4.3.1 設(shè)置防雷設(shè)施

    雷擊引起儲罐火災(zāi)事故時有發(fā)生。據(jù)資料統(tǒng)計，近幾十年來由于雷擊引起的火災(zāi)占總火災(zāi)的4.7%，的黃島油庫大火就是由雷擊引起的，此次火災(zāi)造成了3540萬元的經(jīng)濟損失，100多人受傷。隨著油罐大型化的發(fā)展，一旦發(fā)生類似事故，將會引起更為嚴重的災(zāi)難。因此，在設(shè)計油罐時，應(yīng)進行防雷設(shè)施設(shè)計。對于外浮頂儲罐通常將浮頂與罐壁用2根導(dǎo)線做電氣連接，并設(shè)置合適的接地裝置。

    4.3.2 設(shè)置防靜電設(shè)施

    當油品與固體、油品與氣體之間、油品與不相混的液體之間，由于攪拌、沉降、噴射、飛濺、發(fā)泡、流動等發(fā)生接觸-分離的相對運動時，會在油品中產(chǎn)生靜電。這種靜電對易燃油品是種潛在的火源。據(jù)資料統(tǒng)計，由于靜電原因引起的火災(zāi)占總火災(zāi)次數(shù)的14.1%。因此，采取可靠的靜電防護措施，是減少油罐火災(zāi)的重要措施。

    4.3.3 選用合格電氣設(shè)備和電器防爆設(shè)施

    油罐的主要電氣設(shè)備如輸電設(shè)備、線路、泵房電機、照明設(shè)備等，若采用非防爆型或防爆等級不夠的泵房電機、燈具、開關(guān)等，在使用時產(chǎn)生電火花，極易引燃泄漏的油蒸氣。電氣設(shè)備是引起油罐火災(zāi)的重要原因。資料統(tǒng)計表明，電氣原因引發(fā)的火災(zāi)占總火災(zāi)數(shù)的19.8%，居各種火災(zāi)原因。選用合理的電氣設(shè)備，科學(xué)的使用和管理，是減少電氣火災(zāi)的主要措施。

    4.3.4 設(shè)置火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動設(shè)施及可燃油氣檢測裝置

    利用火災(zāi)報警設(shè)施對油罐進行監(jiān)測，一旦油罐中某處發(fā)生故障，立即發(fā)出報警信號，管理人員及時進行檢查，排除故障，將火災(zāi)消滅在萌芽階段。目前，罐區(qū)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用的技術(shù)主要包括感溫電纜及光柵光纖兩種，感溫電纜是一種傳統(tǒng)油罐探測技術(shù)，在早期建造的油罐中用于火災(zāi)探測。光柵光纖火災(zāi)探測系統(tǒng)是近幾年出現(xiàn)的應(yīng)用于油罐的火災(zāi)探測技術(shù)，與感溫電纜相比，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，適合應(yīng)用于大型儲罐。經(jīng)在鎮(zhèn)海煉化和茂名石油公司的大型儲罐上的應(yīng)用檢測證明，光纖光柵探測系統(tǒng)具有優(yōu)良的火災(zāi)探測性能[9]。

    在儲罐區(qū)除設(shè)置火災(zāi)探測裝置外，還應(yīng)同時設(shè)有可燃氣體檢測設(shè)備，一旦某處發(fā)生泄漏，可燃氣體濃度超過規(guī)定指標時發(fā)出報警，管理人員及時檢查維修，降低惡性事故發(fā)生的幾率。

    4.3.5 合理設(shè)置油罐保護設(shè)施，減少輻射熱對油罐的破壞

    石油是一種高能燃料，1kg石油燃燒時可產(chǎn)生41868 kJ的熱量，一旦油罐發(fā)生火災(zāi)，其強烈的輻射熱對罐體及鄰近罐產(chǎn)生強烈的破壞作用。為減少輻射熱對著火罐及鄰近罐的危害，降低火災(zāi)中著火油罐的個數(shù)，需要設(shè)置保護設(shè)施。

    1)設(shè)置防火隔熱涂層

    在油罐外壁和與其相連的管道上噴涂防火隔熱涂料，形成一層隔絕輻射熱的保護層。

    該涂層附著在油罐本身，日常能減少太陽熱輻射的影響，火災(zāi)時自動對油罐進行保護。從技術(shù)發(fā)展來看，20世紀中期，國外就已開始研究防火涂料，我國在20世紀70年代開始此項技術(shù)研究。通過幾十年的努力，已經(jīng)擁有適合不同場所、具有不同性能的防火隔熱涂料。20世紀90年代研制開發(fā)了具有防腐蝕與隔熱雙重功效的隔熱涂料，如涼涼隔熱膠、丙烯酸聚氨酯類涂料。這種石油儲罐外壁隔熱防腐涂料不論防腐性、耐候性，還是隔熱性都很好，通過外檢測試，丙烯酸聚氨酯類涂料隔熱層體系熱反射率達到75%，降溫幅度達到8～10℃。

    2)設(shè)置水冷卻系統(tǒng)

    水具有很好的冷卻降溫作用，如1kg水*氣化可吸收2259 kJ的熱量，所以水常用作冷卻介質(zhì)。在《石油庫設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，“著火的浮頂油罐應(yīng)進行冷卻”；滿足地上儲罐高度超過15m，或單灌容積大于2000m3時，應(yīng)采用固定式水噴淋冷卻系統(tǒng)。同時在油罐區(qū)周圍設(shè)置一定數(shù)量的水炮。水炮的射程遠，流量大，一旦油罐發(fā)生爆炸損壞固定水噴淋冷卻系統(tǒng)，水炮能夠繼續(xù)發(fā)揮冷卻作用。

    4.3.6 設(shè)置固定滅火系統(tǒng)，將火災(zāi)消除在初級階段

    固定滅火系統(tǒng)是按照相應(yīng)的設(shè)計要求，預(yù)先安裝好的、著火時可立即啟動對油罐進行保護的滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)在油罐發(fā)生火災(zāi)時，可隨時按照預(yù)定的程序啟動，有效地實施滅火。和移動設(shè)施相比，該系統(tǒng)啟動時間短，滅火劑消耗少、釋放位置比較準確，滅火效率高。固定滅火系統(tǒng)主要有液上噴射泡沫滅火系統(tǒng)和泡沫炮系統(tǒng)。

    4.3.7 設(shè)置消防給水系統(tǒng)

    無論是水冷卻系統(tǒng)還是泡沫滅火系統(tǒng)，在冷卻和滅火過程中需要大量的水，因此，在儲罐區(qū)必須設(shè)置儲水和輸水設(shè)備。在石油儲罐區(qū)往往設(shè)置臨時高壓給水系統(tǒng)(或穩(wěn)高壓給水系統(tǒng))，平時，靠穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)的壓力，當發(fā)生火災(zāi)時啟動消防水泵，達到滅火需要的壓力。同時，在輸水管線和泡沫管線上分別設(shè)置消火栓和泡沫栓，并用不同的顏色標示。消防用水一般通過消防水池、水罐或利用附近的江河湖?自的水資源作為消防用水，保證火災(zāi)的情況下具有足夠的冷卻和滅火用水。

    5 其他

    完善的消防設(shè)計是確保消防安全的重要技術(shù)前提。而真正要提高石油儲罐的消防安全，還需要在石油儲罐運行過程中加強安全管理[10]、加大移動消防設(shè)備的投入力度和增強應(yīng)對突發(fā)事故的能力。

    6 結(jié)論

    結(jié)合我國石油能源供需現(xiàn)狀和石油儲備大型化的特點，總結(jié)了大型石油及其產(chǎn)品儲存設(shè)備在消防安全方面應(yīng)采取的技術(shù)措施，主要得出如下幾方面的結(jié)論：

    1)分析了大型石油儲罐區(qū)的特點，一般大型儲罐區(qū)具有儲量大、管線多、單罐容積大的特點。

    2)進行了大型石油及其產(chǎn)品儲存設(shè)備火災(zāi)危險性分析，認為儲罐容量變大，在一定程度上增加了儲罐發(fā)生事故的危險性。

    3)從工藝設(shè)計、儲罐布局和消防設(shè)計3個角度，分析了大型石油儲罐常采用的類型、材料和防腐處理技術(shù)，研究了儲罐的布置間距，總結(jié)了大型儲罐消防設(shè)計中采用的防滅火技術(shù)措施。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求