地上储油罐区防火堤设计若干问题的分析和探讨

2017-04-07任亚丽洪桂根

石油库与加油站 2017年4期

关键词：土堤储油罐油罐

任亚丽洪桂根

〔1.军委后勤保障部建筑工程规划设计研究院北京 100036；2.中国人民解放军62350部队〕

地上储油罐区防火堤设计若干问题的分析和探讨

任亚丽1洪桂根2

〔1.军委后勤保障部建筑工程规划设计研究院北京 100036；2.中国人民解放军62350部队〕

防火堤是石油库罐区的重要安全设施。为防止储罐油品的泄漏、外流，甚至火灾漫延，通过实际调研，结合 GB50074—2014《石油库设计规范》，分别就防火堤的设计、建造及其造型、有效容量、高度、材质和人行通道的形式、大小以及操作阀门的保护等问题进行了分析探讨，提出了相应建议。指出防火堤的设计与建造是储油罐区安全的重要工作，必须引起设计和管理人员的高度重视。

石油库储油罐区防火堤设计问题分析探讨

防火堤是在地上储油罐或其他液态危险品储罐发生泄漏时, 用来防止液体外流并可阻止火势蔓延的建筑物[1]。油罐发生爆炸或破裂事故后，油品会流出储罐外，如果没有防火堤，还会到处流淌，甚至形成大面积流淌火，不仅会对经济造成很大损失, 也会给人民生命及财产安全造成不可逆转的危害。例如，1950年，英国一座20 000 m3浮顶油罐在进水试压时发生脆性破裂，水在瞬间流出油罐，冲毁防火堤并冲入泵房，造成灾害；1974年，日本三菱石油水岛炼厂一座50 000 m3浮顶油罐，由于不均匀沉降，在罐体底部角焊缝处发生破裂，沿罐壁撕开，罐中油品瞬时将防火堤冲毁，油品四处流淌；1997年，某石化厂4号原油浮顶罐由于罐底搭接焊缝开裂24.5 m，造成大量油品泄漏，1 500 t油品流入污油池，5 500 t油品流入水库；1998年，某石化厂储油罐由于罐基础局部下沉，罐底搭接焊缝开裂，造成大量油品泄漏，有1 000 t油品流入隔油池，400 t油品流入污油池，3 000 t油品流入水库。因此，储油罐区防火堤的设计对油库安全管理意义重大，有必要对防火堤有关设计标准进行深入分析和探讨。

1 防火堤的有效容量

GB50074—2014 《石油库设计规范》中6.5.1规定，地上储罐组应设防火堤，防火堤内的有效容量，不应小于罐组内一个最大储罐的容量[2]。

依据《石油库设计规范》中防火堤内有效容量的相关规定，考虑了下述各种类型储罐漏油的可能性。

(1)装满半罐以上油品的固定顶储罐如果发生爆炸，大部分只是罐顶炸开。如1981年上海某厂一个固定顶储罐在满罐时爆炸，只把罐顶炸开2 m长的一个裂口。1978年大连某厂一个固定顶储罐爆炸，也是罐顶被炸开，油品未流出储罐。

(2)固定顶储罐油位低时发生爆炸，有的将罐底炸裂，如2008年内蒙某煤液化厂一个污油储罐发生爆炸起火事故，事故时罐内油位不到2 m，爆炸把罐底撕开两个20～30 cm裂口。

(3)火灾案例显示，内浮顶储罐如果发生爆炸，无论液位高低均只是炸开罐顶。如2009年上海某厂一个5 000 m3内浮顶罐发生爆炸时，罐内液位只有5～6 m，爆炸把罐顶掀开约1/4，罐底未破裂。2007年镇海某厂一个5 000 m3内浮顶罐爆炸，当时罐内液位在2/3高度处，也是罐顶被炸开，罐底未破裂。

(4)对于浮顶储罐，因为是敞口形式，不易发生整体爆炸。即使爆炸，也只是发生在密封圈局部处，不会炸破储罐下部，所以油品流出储罐的可能性很小。

(5)储罐冒罐或漏失的油量都不会大于一个罐的容量。

为防范罐体在特殊情况下破裂，造成油品全部流出这种极端事故，因此参照国外标准，GB50074—2014规定防火堤内有效容量不应小于一个最大储罐的容量。

2 关于防火堤的高度

GB50074—2014《石油库设计规范》中6.5.3规定，地上储罐组的防火堤实高应高于计算高度0.2 m，防火堤高于堤内设计地坪不应小于1.0 m，高于堤外设计地坪或消防车道路面(按较低者计)不应大于3.2 m，地上卧式储罐的防火堤应高于堤内设计地坪不小于0.5 m。

按防火堤内规定的有效容积计算，对应的防火堤高度刚好与油罐破裂后油位高相等，没有安全系数，容易使油品蔓溢，故防火堤实际高度应高出计算高度0.2 m。考虑防火堤内油品着火时用泡沫枪灭火易冲击造成喷洒，故防火堤最好不低于1 m。新版《石油库设计规范》中防火堤的最高限高比2002年、1984年版有所提高，由2.2 m提高到 3.2 m。这主要是针对受地形、场地等条件限制或标准限制，而堤内储罐数量少，单罐容量又很大的情况提出的，目的是在满足消防车辆实施灭火的前提下，尽量节约用地。最高高度的限制主要是为了方便消防操作，不应高于3.2 m，故从防火堤外侧地坪或消防道路路面起算。防火堤高度的确定是综合考虑的结果，若防火堤过矮，则罐区防火堤内面积增大，增加了占地面积；若防火堤过高，则人员在防火堤外道路经过时不宜发现泄漏情况，且泄漏时积聚的油气不易扩散。对油库的管理来说，及时发现、处理泄漏对减少损失防止事故扩大是非常宝贵的。如某厂罐组防火堤超过了人的视线，一罐阀门处着火，值班人员只看到堤内有红光，但不能确定火情，急忙跑到堤内看准后才报警，耽误了报警时间。因此在设计防火堤高度时，需充分论证、综合考虑。既满足设计要求，又契合油库管理的需求。

3 防火堤人行道的设计

防火堤人行道是在发生紧急情况时有关人员逃生、救火的有效通道。按照一般的设计规律，防火堤人行道基本都是按照台阶设计，现场称“踏步”[3]。安全有效的防火堤人行道能够保证储罐区的安全和工作人员的生命安全。然而根据现今的设计方式，虽然人行道对于相关人员的进出是方便的，但是忽略了对于大型工具的运输问题，导致需要通过肩扛手抬的方式来通过防火堤。因此应该结合一些经验和教训，需增加设计能够通过运送大型笨重工具的坡道，这样对于储罐区的安全有了进一步的保证，设计也更加科学合理、方便安全。相比较而言，“踏步”较陡，占地面积较小；坡道较缓，占地面积较大。因此设计中，二者较难设计在同一处，可在防火堤不同向设计两个人行道，一处采用“踏步”，另一较长处可采用坡道。

4 防火堤的材质

GB50074—2014《石油库设计规范》中6.5.4规定，防火堤宜采用土筑防火堤，堤顶宽度不应小于0.5 m，不具备采用土筑防火堤条件的地区，可选用其它结构形式的防火堤。

防火堤选型时应遵循技术、经济、环保和安全四项原则, 即在满足一定安全要求的条件下综合考虑技术、经济、环保三方面的要求。各类型防火堤的技术、经济、环保及安全四方面的性能如下述，供选型时参考。

(1)从技术层面讲，土堤施工简单，耐燃烧性能最好，无需设伸缩缝，也没有管道穿堤时密封不严的难题，但不美观，占地面积较大(例如2 m高的土堤基底宽度6～7 m)、维护工作量大；砖、砌块防火堤取材方便，施工简单，但不耐盐碱，而且使用过程中难免出现温度裂缝或沉降裂缝；毛石防火堤在山区、半山区取材方便，施工简单，但整体性差，基础抗不均匀沉降能力低，抗震性能差；钢筋混凝土防火堤整体性、密封性好，强度高，抗震性能好。

(2)从经济层面讲，砖、砌块防火堤与毛石防火堤造价相差不大，而钢筋混凝土防火堤的造价较前两者高；对于土堤，因土的来源不同，土堤本身的造价差别很大。另一方面，罐区投资不仅决定于防火堤自身的造价，还包括土地征用费、在山区、半山区还有土石方工程费等，对于土地资源紧缺的地区，即使土堤本身的造价较低，若加上土堤多占土地而提高的其他费用后就不占任何优势了。相反，在8度抗震设防区，2 m高的钢筋混凝土防火堤，堤身厚度只有0.25 m，同样高的砖堤厚度为0.93 m。钢筋混凝土堤由于占地面积小，在土地资源紧缺的地区占优势。所以，考虑防火堤的经济性应根据具体情况综合考虑，以降低油罐区的总造价。

(3)从环保层面讲，土堤占用土地资源多，砖堤因取土烧砖，破坏土地资源，已经并继续受到限制，砖堤最终将被淘汰；毛石防火堤因整体性能差，只能用于抗震设防烈度小于等于6度的地区。所以从环保角度看，钢筋混凝土防火堤以其占用土地少、保护资源而占主导地位。

(4)从安全层面讲，土堤耐燃烧性和密封性都是最好的，只要维护得当，其安全性是最好的；钢筋混凝土堤整体性好、强度高、抗震性能和安全性能好，特别是当罐区下游地区为重要工业区或生活区时，采用强度和密实性都好的钢筋混凝土防火堤更具有明显的安全意义；砖、砌块防火堤和毛石防火堤由于均属脆性材料，使用中容易出现裂缝，耐久性、安全性较差，使用上必然受到限制。

GB50074—2014《石油库设计规范》中6.5.5规定，防火堤应能承受在计算高度范围内所容纳液体的静压力且不应泄漏；防火堤的耐火极限不应低于5.5 h。

防火堤耐火极限是考虑了火灾持续时间和设计方便等因素确定的。根据现行国家标准GB50016—2014《建筑设计防火规范》的有关规定，结构厚度为240 mm的普通黏土砖、钢筋混凝土等实体墙的耐火极限即可达到5.5 h[4]。防火堤应能承受在计算高度范围内所容纳液体的静压力，且不应泄漏的规定。若防火堤自身结构不能满足此要求，可以采取在堤内侧培土或喷涂隔热防火涂料等保护措施[5]。

5 防火堤对操作阀门的保护设计

在发生泄漏事故时，油罐区的一些阀门是必须操作的，例如为了倒罐而开启、关闭某些输油管线阀门；为了灭火而开启、关闭某些泡沫管线阀门；为了冷却油罐而开启、关闭某些消防管线阀门；同时关闭排出雨水的管道阀门等等。这些阀门不应受到事故威胁。20世纪80年代，我国浙江省某个油罐区着火，就发生过两名工人冒险在防火堤附近操作阀门而被烧至重伤的事故。因此，在设计中要考虑对阀门的保护。首先，这些阀门不应设置在防火堤内，而应在防火堤外，否则在紧急情况下人员难以接近。其次，应局部提高阀门组附近的防火堤高度，使防火堤在储油区与阀门组之间构成一道屏障。