張巖 何淼

摘要：本文以大型石油化工企業(yè)原油儲罐火災為研究對象。以實用性和可操作性為研究原則。針對原油儲罐（外浮頂儲罐）火災中危害最大的沸溢和噴濺現(xiàn)象，以簡單的火災形式和經(jīng)驗估算沸溢或噴濺發(fā)生時間及有效安全距離。以工藝處置手段和消防滅火技戰(zhàn)術(shù)相結(jié)合的方式，總結(jié)出具有可操作性的技戰(zhàn)術(shù)方法，以備消防指戰(zhàn)員提高實戰(zhàn)中的指揮、研判、決策、處置中得以借鑒。

關(guān)鍵詞：原油儲罐種類;火災形式;沸溢與噴濺;消防技戰(zhàn)術(shù)

1 原油儲罐的種類及火災形式

1.1外浮頂儲罐種類

石油儲備庫多為外浮頂儲罐，外浮頂儲罐為常壓儲存、儲存介質(zhì)一般為原油、渣油等重質(zhì)油。正常儲存時原油緊貼浮盤，液面隨鋼制浮艙式浮船上下升降，浮盤形式分為單盤式、雙盤式。常見的單罐容積有5千、1萬、3萬、5萬、10萬、15萬立方米。儲量與高度、直徑的關(guān)系表所示。

1.2外浮頂罐火災形式

根據(jù)火災發(fā)展規(guī)律，可將外浮頂儲罐火災分為：儲罐密封圈火災（包括密封圈分散火點和密封圈環(huán)形火帶）;浮盤卡盤傾斜時，儲罐半液上/半液下火災;浮盤沉沒時，儲罐全液面火災;儲罐火災與管道閥門流淌火災;防火堤池火五種形式[1]。

2 沸溢、噴濺的原因、條件及危害

2.1沸溢、噴濺的原因

在輻射熱的作用下，輻射熱在向四周擴散的同時，也加劇了原油表面的溫度，隨著燃燒的持續(xù)時間延長，受加熱的油面表層也會加厚，當溫度達到原油沸點時，燃燒的原油就會沸騰，溢出罐外。

在熱波的作用下，原油中沸點低的輕餾分變成蒸氣被燒掉，而沸點高的重餾分則會把熱量傳導至燃燒液面之下的“冷面層”，稱之為熱波現(xiàn)象，當輻射熱與熱波共同作用時，燃燒的原油會很快達到沸點發(fā)生沸溢。

在水蒸氣的作用下，水變成蒸汽，其體積膨脹1700倍，壓力也相應增大，大量的水蒸汽在向上逸出，這就使原油膨脹，向外溢出，原油即發(fā)生“沸溢”[2]。

2.2發(fā)生沸溢和噴濺的條件

（1）儲罐中的油品具有移動熱波擴散的特性;

（2）儲罐中的油品含有一定游離水、乳化水和水墊層;

（3）儲罐中的油品具有粘稠度較大;

（4）原油儲罐內(nèi)油面層與罐內(nèi)空間不能容納其燃燒過程中的膨脹量。

2.3沸溢和噴濺的危害

一是沸溢時火焰高度急劇增加4-5倍，輻射熱量隨之突然增大。

二是沸溢時噴濺出的著火油品會造成大面積地面流淌火，流淌火的蠕動會接近鄰近油罐，從而引起串燒擴大著火范圍、易發(fā)生連鎖爆炸等事故造成更多人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3 防控理念

據(jù)統(tǒng)計，從1950年至今世界范圍外浮頂儲罐火災事故共有500余起，其中密封圈火災占72.8%，其他火災占27.2%。因此、外浮頂儲罐的防控應立足于初期密封圈火災的施救。固定泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)置，就是為了及時撲救密封圈初期火災。但當液位較低時，泡沫受到熱輻射，風向及紊流等因素的影響不能有效覆蓋起火點時，灌頂測量平臺設(shè)置的泡沫混合液二分水，罐頂外走臺、轉(zhuǎn)向走梯則為人員登罐使用泡沫管槍實施泡沫覆蓋滅火提供了必要條件。

外浮頂儲罐火災撲救，火災初期較容易控制，僅僅會出現(xiàn)密封圈點式局部或帶式燃燒。一旦到了火災后期，出現(xiàn)卡盤、沉盤全液面火災時，燃燒面積大，熱輻射強，原油的蓄熱能力強，火災撲救將面臨極大困難。油品中的水墊層極易出現(xiàn)沸溢、噴濺。因此，外浮頂儲罐的防控理念應立足于初期密封圈火災的控制和采取對應措施施救。

4 消防技戰(zhàn)術(shù)的運用

根據(jù)原油儲罐火災的特性和沸溢發(fā)生原理，在滅火戰(zhàn)斗中可以主要從兩個方面去預防其發(fā)生：一是減緩或避免熱波頭與水墊層相遇;二是改變水墊層沸騰氣化時所造成的突發(fā)性嚴重后果。具體戰(zhàn)術(shù)運用方法如下：

4.1冷卻法

對燃燒儲罐罐壁進行冷卻保護，可以延緩在輻射熱和熱波作用下的沸溢時間，減弱罐壁對罐內(nèi)油層的熱傳導作用，從而來減緩沸溢、噴濺的發(fā)生。罐壁上安裝有環(huán)形水噴淋系統(tǒng)或者消防力量能夠滿足燃燒罐體的罐壁冷卻需求的，則可以降低燃燒速度。對于有保溫層的罐壁而言，其冷卻的效果也只能停留在罐壁外層，其罐壁內(nèi)層因受到保溫層的保護，冷卻效果不明顯，熱傳導作用依然很大。

4.2滅火法

油罐燃燒需要持續(xù)一段時間后才會達到發(fā)生沸溢、噴濺的條件。因此，在油品沸溢前及時將火撲滅，是防止油罐發(fā)生沸溢、噴濺最有效的方法。但對于大型原油儲罐，由于其罐體規(guī)模大，原油儲量多，燃燒面積大等原因，需要的滅火力量也相對較多，當罐上固定的滅火設(shè)施遭到破壞，無法滿足固定滅火設(shè)施啟用時，很難及時有效將火撲滅，從而增加了撲救難度。需要調(diào)集足夠的人員、消防移動裝備、設(shè)備、滅火劑等才能有效的實施滅火行動。

4.3排水法

適用于罐內(nèi)油面較高、技術(shù)設(shè)計較先進的油罐。通過罐底的排水閥門裝置定時排掉罐底的水墊層，從而防止沸溢噴濺的發(fā)生。這樣可以在滅火救援的過程中減小沸溢發(fā)生的概率，同時也可獲得灌內(nèi)注入泡沫滅火劑的罐內(nèi)上部空間，減少原油損失。

4.4注入冷油法

適用于罐內(nèi)油面較低，技術(shù)設(shè)計較先進的油罐。在滅火力量無法及時調(diào)集的情況下，采取此方法是以增加油面到水層距離的方式，來延長熱波傳遞到水層引發(fā)沸溢的時間。因為注入的是冷油，所以還能降低油液溫度，對防止沸溢有很好的效果。但是采取此方法的前提是必須準確掌握燃燒罐內(nèi)的油面高度，油罐上方罐體必須完好，準確掌握注入冷油的量，避免因加注過量而造成油液外溢，進而使火勢加大[3]。

4.5環(huán)形隔水圈法

此種方法只適用于已經(jīng)安裝了隔水圈的油罐，用以消除罐壁導熱對水墊層的傳熱作用。此方法在罐底部安裝一個環(huán)形隔水板圈，圈與罐壁之間設(shè)有導水管，以便罐底積水通過水管自動流入隔水圈內(nèi)。

4.6防沸石突沸法

此方法適用于已經(jīng)設(shè)置有防沸石的儲罐。當油品的高溫層下降到水墊層時會造成較大的過熱度，過熱度越大，水氣化越劇烈，其產(chǎn)生的氣泡也越大，為了減小水墊層氣化產(chǎn)生的氣泡大小，降低油品沸溢的強度，在罐底水墊層預先放置一種防沸石，以便水墊層氣化時形成必要的氣化核，易于細小氣泡的生成，避免大氣泡產(chǎn)生，減弱過熱度對沸溢強度的影響。

4.7改變油品粘度法

通過改變油品的物理性質(zhì)可有效的延長和抑制沸溢、噴濺的時間和發(fā)生。主要是油品的沸點和油品粘稠度有著密切關(guān)系。但會影響油品的使用性能，而且在燃燒過程中加注表面活性添加劑的難度大、風險高、成本高。

5 應急處置過程中應注意的事項

（1）第一處置力量到達現(xiàn)場后，應將車輛停靠在上風方向，迅速查明水源、風向、風力等基本情況。通過觀察罐外走道、固定泡沫產(chǎn)生器及儲罐編號等情況，迅速對儲罐類型進行辨識。通過詢問罐區(qū)工作人員和調(diào)派專人去消防控制室，及時查詢確認儲罐容量、儲存介質(zhì)、儲存液位、固定消防設(shè)施是否啟動、著火部位等情況[4]。

（2）通過不間斷火場偵查、確定火情是否處于密封圈初期火災、卡盤半液面燃燒及沉盤全液面燃燒階段。要在便于觀察和警示的地方設(shè)立安全員，明確撤退信號，著重觀察風向變化及沸溢噴濺征兆等危險情況。

（3）指揮員要視情請求調(diào)派增援力量，在未查明火場情況時，切忌直接對浮盤射水冷卻。

（4）牢牢把握外浮頂儲罐火災處置的先機，立足于設(shè)防理念，初期密封圈火災時要樹立“登罐滅火”的戰(zhàn)術(shù)思想，嚴禁短時間內(nèi)對浮盤噴射大量泡沫射流。

（5）做好現(xiàn)場的安全防護工作，登罐滅火時人員要著隔熱服、佩戴空氣呼吸器，防止硫化氫中毒。設(shè)立安全員，明確撤離信號，當有發(fā)生沸溢噴濺的前兆時，果斷下達撤退命令。

（6）固定、半固定消防設(shè)施由于長時間受到腐蝕、維護保養(yǎng)不到位等情況，要做好其不能正常啟動的準備。

（7）儲罐底部定時排水，防止罐內(nèi)形成水墊層。

（8）關(guān)閉防火堤、分隔堤雨排閥門及化污水出口，保持事故防火堤1/5水封液位，防止儲罐油品外溢、沸溢，引發(fā)整個罐區(qū)火災。防止廢消水流入江河湖海，引發(fā)環(huán)保事件。

6 結(jié)語

隨著我國石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，新能源、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，整個行業(yè)向著“基地化、大型化、規(guī)?；@區(qū)化”轉(zhuǎn)變，企業(yè)數(shù)量越來越多，裝置體量和生產(chǎn)規(guī)模越來越大，數(shù)字化程度越來越高，工藝流程越來越細，上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)系越來越緊密，原油儲備越來越大。石油化工企業(yè)中的原油儲罐火災處置風險增大，其中沸溢、噴濺所造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失會非常嚴重。因此，本文針對原油儲罐種類、火災形式，以及事故中的沸溢、噴濺這兩種災害現(xiàn)象做了闡述，并結(jié)合原油儲罐在應急處置中總結(jié)出7種防止沸溢、噴濺的技戰(zhàn)法。希望能夠為石油化工企業(yè)的消防隊伍在應急處置滅火行動中提供可借鑒信息，以達到安全處置原油儲罐火災的目的。

參考文獻：

[1] 羅永強，楊國宏.石油化工事故滅火救援技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2017.

[2] 黃鄭華，李建華，李元福.燃燒油品的沸溢噴濺特性分析研究[D].廊坊：中國人民武裝警察部隊學院，2005.

[3] 何利民，何躍生，郭光臣.原油儲罐的沸溢與消防中應注意的問題[J].石油大學（華東），1994，（13）.

[4] 蔡麗輝，蔣軍成.池火災沸溢早期特性數(shù)值模擬研究[M].南京：南京工業(yè)大學，2006.