原油储罐火灾形式和防止沸溢、喷溅技战术方法运用

张岩 何淼

摘要：本文以大型石油化工企业原油储罐火灾为研究对象。以实用性和可操作性为研究原则。针对原油储罐（外浮顶储罐）火灾中危害最大的沸溢和喷溅现象，以简单的火灾形式和经验估算沸溢或喷溅发生时间及有效安全距离。以工艺处置手段和消防灭火技战术相结合的方式，总结出具有可操作性的技战术方法，以备消防指战员提高实战中的指挥、研判、决策、处置中得以借鉴。

关键词：原油储罐种类;火灾形式;沸溢与喷溅;消防技战术

1 原油储罐的种类及火灾形式

1.1外浮顶储罐种类

石油储备库多为外浮顶储罐，外浮顶储罐为常压储存、储存介质一般为原油、渣油等重质油。正常储存时原油紧贴浮盘，液面随钢制浮舱式浮船上下升降，浮盘形式分为单盘式、双盘式。常见的单罐容积有5千、1万、3万、5万、10万、15万立方米。储量与高度、直径的关系表所示。

1.2外浮顶罐火灾形式

根据火灾发展规律，可将外浮顶储罐火灾分为：储罐密封圈火灾（包括密封圈分散火点和密封圈环形火带）;浮盘卡盘倾斜时，储罐半液上/半液下火灾;浮盘沉没时，储罐全液面火灾;储罐火灾与管道阀门流淌火灾;防火堤池火五种形式[1]。

2 沸溢、喷溅的原因、条件及危害

2.1沸溢、喷溅的原因

在辐射热的作用下，辐射热在向四周扩散的同时，也加剧了原油表面的温度，随着燃烧的持续时间延长，受加热的油面表层也会加厚，当温度达到原油沸点时，燃烧的原油就会沸腾，溢出罐外。

在热波的作用下，原油中沸点低的轻馏分变成蒸气被烧掉，而沸点高的重馏分则会把热量传导至燃烧液面之下的“冷面层”，称之为热波现象，当辐射热与热波共同作用时，燃烧的原油会很快达到沸点发生沸溢。

在水蒸气的作用下，水变成蒸汽，其体积膨胀1700倍，压力也相应增大，大量的水蒸汽在向上逸出，这就使原油膨胀，向外溢出，原油即发生“沸溢”[2]。

2.2发生沸溢和喷溅的条件

（1）储罐中的油品具有移动热波扩散的特性;

（2）储罐中的油品含有一定游离水、乳化水和水垫层;

（3）储罐中的油品具有粘稠度较大;

（4）原油储罐内油面层与罐内空间不能容纳其燃烧过程中的膨胀量。

2.3沸溢和喷溅的危害

一是沸溢时火焰高度急剧增加4-5倍，辐射热量随之突然增大。

二是沸溢時喷溅出的着火油品会造成大面积地面流淌火，流淌火的蠕动会接近邻近油罐，从而引起串烧扩大着火范围、易发生连锁爆炸等事故造成更多人员伤亡和财产损失。

3 防控理念

据统计，从1950年至今世界范围外浮顶储罐火灾事故共有500余起，其中密封圈火灾占72.8%，其他火灾占27.2%。因此、外浮顶储罐的防控应立足于初期密封圈火灾的施救。固定泡沫灭火系统的设置，就是为了及时扑救密封圈初期火灾。但当液位较低时，泡沫受到热辐射，风向及紊流等因素的影响不能有效覆盖起火点时，灌顶测量平台设置的泡沫混合液二分水，罐顶外走台、转向走梯则为人员登罐使用泡沫管枪实施泡沫覆盖灭火提供了必要条件。

外浮顶储罐火灾扑救，火灾初期较容易控制，仅仅会出现密封圈点式局部或带式燃烧。一旦到了火灾后期，出现卡盘、沉盘全液面火灾时，燃烧面积大，热辐射强，原油的蓄热能力强，火灾扑救将面临极大困难。油品中的水垫层极易出现沸溢、喷溅。因此，外浮顶储罐的防控理念应立足于初期密封圈火灾的控制和采取对应措施施救。

4 消防技战术的运用

根据原油储罐火灾的特性和沸溢发生原理，在灭火战斗中可以主要从两个方面去预防其发生：一是减缓或避免热波头与水垫层相遇;二是改变水垫层沸腾气化时所造成的突发性严重后果。具体战术运用方法如下：

4.1冷却法

对燃烧储罐罐壁进行冷却保护，可以延缓在辐射热和热波作用下的沸溢时间，减弱罐壁对罐内油层的热传导作用，从而来减缓沸溢、喷溅的发生。罐壁上安装有环形水喷淋系统或者消防力量能够满足燃烧罐体的罐壁冷却需求的，则可以降低燃烧速度。对于有保温层的罐壁而言，其冷却的效果也只能停留在罐壁外层，其罐壁内层因受到保温层的保护，冷却效果不明显，热传导作用依然很大。

4.2灭火法

油罐燃烧需要持续一段时间后才会达到发生沸溢、喷溅的条件。因此，在油品沸溢前及时将火扑灭，是防止油罐发生沸溢、喷溅最有效的方法。但对于大型原油储罐，由于其罐体规模大，原油储量多，燃烧面积大等原因，需要的灭火力量也相对较多，当罐上固定的灭火设施遭到破坏，无法满足固定灭火设施启用时，很难及时有效将火扑灭，从而增加了扑救难度。需要调集足够的人员、消防移动装备、设备、灭火剂等才能有效的实施灭火行动。

4.3排水法

适用于罐内油面较高、技术设计较先进的油罐。通过罐底的排水阀门装置定时排掉罐底的水垫层，从而防止沸溢喷溅的发生。这样可以在灭火救援的过程中减小沸溢发生的概率，同时也可获得灌内注入泡沫灭火剂的罐内上部空间，减少原油损失。

4.4注入冷油法

适用于罐内油面较低，技术设计较先进的油罐。在灭火力量无法及时调集的情况下，采取此方法是以增加油面到水层距离的方式，来延长热波传递到水层引发沸溢的时间。因为注入的是冷油，所以还能降低油液温度，对防止沸溢有很好的效果。但是采取此方法的前提是必须准确掌握燃烧罐内的油面高度，油罐上方罐体必须完好，准确掌握注入冷油的量，避免因加注过量而造成油液外溢，进而使火势加大[3]。

4.5环形隔水圈法

此种方法只适用于已经安装了隔水圈的油罐，用以消除罐壁导热对水垫层的传热作用。此方法在罐底部安装一个环形隔水板圈，圈与罐壁之间设有导水管，以便罐底积水通过水管自动流入隔水圈内。

4.6防沸石突沸法

此方法适用于已经设置有防沸石的储罐。当油品的高温层下降到水垫层时会造成较大的过热度，过热度越大，水气化越剧烈，其产生的气泡也越大，为了减小水垫层气化产生的气泡大小，降低油品沸溢的强度，在罐底水垫层预先放置一种防沸石，以便水垫层气化时形成必要的气化核，易于细小气泡的生成，避免大气泡产生，减弱过热度对沸溢强度的影响。

4.7改变油品粘度法

通过改变油品的物理性质可有效的延长和抑制沸溢、喷溅的时间和发生。主要是油品的沸点和油品粘稠度有着密切关系。但会影响油品的使用性能，而且在燃烧过程中加注表面活性添加剂的难度大、风险高、成本高。

5 应急处置过程中应注意的事项

（1）第一处置力量到达现场后，应将车辆停靠在上风方向，迅速查明水源、风向、风力等基本情况。通过观察罐外走道、固定泡沫产生器及储罐编号等情况，迅速对储罐类型进行辨识。通过询问罐区工作人员和调派专人去消防控制室，及时查询确认储罐容量、储存介质、储存液位、固定消防设施是否启动、着火部位等情况[4]。

（2）通过不间断火场侦查、确定火情是否处于密封圈初期火灾、卡盘半液面燃烧及沉盘全液面燃烧阶段。要在便于观察和警示的地方设立安全员，明确撤退信号，着重观察风向变化及沸溢喷溅征兆等危险情况。

（3）指挥员要视情请求调派增援力量，在未查明火场情况时，切忌直接对浮盘射水冷却。

（4）牢牢把握外浮頂储罐火灾处置的先机，立足于设防理念，初期密封圈火灾时要树立“登罐灭火”的战术思想，严禁短时间内对浮盘喷射大量泡沫射流。

（5）做好现场的安全防护工作，登罐灭火时人员要着隔热服、佩戴空气呼吸器，防止硫化氢中毒。设立安全员，明确撤离信号，当有发生沸溢喷溅的前兆时，果断下达撤退命令。

（6）固定、半固定消防设施由于长时间受到腐蚀、维护保养不到位等情况，要做好其不能正常启动的准备。

（7）储罐底部定时排水，防止罐内形成水垫层。

（8）关闭防火堤、分隔堤雨排阀门及化污水出口，保持事故防火堤1/5水封液位，防止储罐油品外溢、沸溢，引发整个罐区火灾。防止废消水流入江河湖海，引发环保事件。

6 结语

随着我国石油化工行业的迅猛发展，新能源、新技术不断涌现，整个行业向着“基地化、大型化、规模化、园区化”转变，企业数量越来越多，装置体量和生产规模越来越大，数字化程度越来越高，工艺流程越来越细，上下游产业联系越来越紧密，原油储备越来越大。石油化工企业中的原油储罐火灾处置风险增大，其中沸溢、喷溅所造成的人员伤亡和财产损失会非常严重。因此，本文针对原油储罐种类、火灾形式，以及事故中的沸溢、喷溅这两种灾害现象做了阐述，并结合原油储罐在应急处置中总结出7种防止沸溢、喷溅的技战法。希望能够为石油化工企业的消防队伍在应急处置灭火行动中提供可借鉴信息，以达到安全处置原油储罐火灾的目的。

参考文献：

[1] 罗永强，杨国宏.石油化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2017.

[2] 黄郑华，李建华，李元福.燃烧油品的沸溢喷溅特性分析研究[D].廊坊：中国人民武装警察部队学院，2005.

[3] 何利民，何跃生，郭光臣.原油储罐的沸溢与消防中应注意的问题[J].石油大学（华东），1994，（13）.

[4] 蔡丽辉，蒋军成.池火灾沸溢早期特性数值模拟研究[M].南京：南京工业大学，2006.