罐区火灾事故原因分析及预防处置措施

胡多多

国家管网集团东部原油储运有限公司 江苏徐州 221008

随着国民经济的飞速发展，石油及其产品在日常生产、生活中得到了越来越广泛的应用，其消耗量逐年增长，石油化工行业的规模更是持续扩大。由于石油这一战略资源的稀缺性，以及各国对石油需求的增大，在世界掀起了大力兴建国家战略储备库的热潮。在这一大环境下，油罐作为储备油品的最重要设备，大型化、集约化已成为其显著特征。然而，因所储存油品本身具有易燃爆、易挥发、易泄漏等特点，再加上罐区油罐容积大、数量多、布置集中，导致罐区内各种火灾危险并存，一旦发生爆炸起火，其后果不堪设想。

近些年，国内外罐区火灾事故频发，具有灾难性、损失大、污染重的重特大火灾事故也时有发生，引起了社会对石化企业生产安全的过度关注和担忧。例如，2020 年4 月29 日，美国德州位于Lockhart 郡一油罐区遭闪电击中，引发大火；2020 年2 月7 日，广东茂名润东石油化工有限公司油罐区储罐发生火灾事故[1]。表1 简单列举了国内外大型罐区重特大火灾事故相关情况。这些罐区重特大火灾事故，给行业的安全运行敲响了警钟。中国石化“十大”安全生产风险调查结果显示，罐区风险数量排名第二。因此，罐区安全工作显得尤为重要，分析罐区火灾事故原因，并提出应对措施，对提高罐区的安全可靠性，预防和减少罐区的火灾爆炸事故具有重要意义。

表1 国内外大型罐区重特大火灾事故

1 罐区火灾事故原因分析

火灾事故的发生需要具备三个必不可少的条件：点火源、可燃物和氧气。以下分别从这三个方面对罐区火灾事故的主要原因进行分析。

1.1 点火源

（1）明火引发的罐区火灾。油罐附近烟道的火星、车辆喷出的火星、放鞭炮或纸张燃料的飞火、罐区内违章吸烟，以及动明火、电气焊作业等都极易引燃泄露在地面的油品，或引爆弥漫在空气中的油蒸汽[2]。

（2）静电引发的罐区火灾。大多数油品为带静电物质，很容易产生和聚集静电荷，而且消散慢，一旦放电形成火花，足以引发火灾[3]。表2 统计了国内外由静电火花引发的罐区火灾典型事例。

表2 国内外由静电火花引发的罐区火灾典型事例

（3）雷电引发的罐区火灾。若油罐的防雷接地系统设计不合理或出现故障，油罐的顶孔口关闭不严，油罐接地电阻过大（大于10Ω）或静电荷无法消除等，在雷击时都容易引起火灾。表3 统计了国内外由雷击引发的罐区火灾典型实例。

表3 国内外由雷击引发的罐区火灾典型实例

（4）撞击或摩擦引发的罐区火灾。若油罐的量油孔口未用有色金属制作，当钢尺放入或拉出时易与量油孔口边缘摩擦而产生火花，引燃油罐内油蒸汽；或者用钢铁造的工具开启油罐孔口，当相互撞击时易产生火花，也容易引燃泄漏的油蒸汽。

（5）电器及线路引发的罐区火灾。若罐区的电器线路发生短路、漏电，或未按规范要求采用防爆灯、电机等用电设备，一旦产生电火花或电弧，极易点燃泄漏的油品或积聚油蒸汽，从而引发火灾事故。

（6）自燃引发的罐区火灾。对油罐中含硫油品的沉积物进行消除时，易发生自燃；或对润滑油及重油加温时温度超过闪点而引起自燃。

1.2 可燃物

油品本身就是可燃物，一旦发生泄漏，就有可能引发火灾事故。在储运设施中发生泄漏事故较为常见，而导致油罐泄漏的原因主要包括：腐蚀、裂纹、变形、设计和制造原因，以及焊接不当、水压试验操作不当、设备和人为因素等。油品对油罐的腐蚀是造成油罐泄漏的重要原因。例如，罐底油析水中含有大量渗透性很强的无机盐，会造成罐底溃疡状坑点腐蚀甚至穿孔；油罐地基的不均匀沉降或裂缝，会导致罐底板与地基之间渗入地下水或雨水，造成腐蚀。

1.3 氧化剂

对于油罐来说，当油品暴露在空气中时，空气中的氧气便是引发罐区火灾事故的天然氧化剂[4]。

由此可见，多种有害因素会引发罐区火灾事故，要想从根本上预防火灾事故的发生，必须针对这些因素从管理和技术两个方面进行合理整治。

2 预防处置措施

2.1 人员管理

所谓人员管理，就是要千方百计地防止因违章作业、违章操作、违章指挥而引发的火灾爆炸事故。企业不仅要加强职工安全方面的培训、教育工作，让其认识到油罐爆炸的危害性和严重性，而且要进一步规范职工的行为，使其严格按照操作规程作业，尤其是要注重操作细节，比如穿防静电工作服、不穿化纤类衣服和胶鞋上班作业等。

2.2 技术预防处置

2.2.1 控制氧气的进入来破坏火灾条件的形成

由可燃物发生燃烧爆炸的条件可知，要想避免油罐发生火灾爆炸事故，就必须禁止氧气或空气进入油罐内。对于容量大的内浮顶油罐，可以实行收付混合操作方式，使浮盘在较小的范围内浮动，减少浮盘以下空间的硫化亚铁外露与空气接触的机会；采取高液位操作，减少油罐气相空间，减少腐蚀范围；采取惰性气体置换（氮气保护）的方法，既可实现无氧操作又可防止爆炸性混合气体的形成；在油罐付油时，在停止注入蒸汽后，应及时注入氮气，防止空气进入油罐。

2.2.2 从工艺方面入手来加强预防

改进常压装置，采用“一脱四注”工艺来降低硫含量；采用油渣加氢转化工艺，来降低常压渣油的硫含量；油品进罐前进行有效的脱水来降低含水量；在分馏塔顶添加缓腐蚀剂，使钢材表面形成保护膜以起到阻蚀作用；在油品中添加抗静电剂，来提高油品的电导率。

2.2.3 从设备方面采取措施

在设备中易被腐蚀的地方，使用耐腐蚀的钢材；在易腐蚀设备内表面，采用喷涂耐腐蚀金属或涂镀耐腐蚀材料等技术；在油罐内壁严格按标准使用防静电涂料以消除静电放电产生的危害，或静电引力导致的各种生产障碍；采用罐顶喷淋技术来有效降低油罐温度，延缓硫腐蚀，同时及时消散硫化铁氧化释放出的热量；通过静电接地、跨接或设置静电缓和器来加强静电泄漏，防止静电积聚；安装避雷针来有效避免雷电的危害；加强罐体密封性检查和维修；对大型油罐安装可燃气体报警装置、灭火和冷却设施等。

2.2.4 从日常操作中进行预防

采取底部装油的措施，减少空气的进入、静电的产生和油雾的产生；加大注油管的管径，以控制流速，减少静电的产生；在检测井内进行检测和取样，并静置几分钟来避免静电的产生；定期采用酸洗、高pH 溶剂、多级氧化剂、钝化剂等方法来清除硫化亚铁沉积物；定期清罐，尽可能地排除储罐中的积水；加强日常设备的检修、罐区的安全检查和巡检工作，将事故消灭在萌芽状态。

2.2.5 从在线监测技术上来控制

（1）建立适合的腐蚀监测网来控制与预防硫腐蚀。通过合理选点与布点做到在线监测和离线监测，长周期挂片与瞬时腐蚀速率测量相结合，全方位把握腐蚀状况，以便及时采取措施，防患于未然。

（2）用可燃性气体报警器检测环境，将可燃气体、可燃液体蒸汽和粉尘的浓度控制在低于火灾爆炸的极限范围。

（3）对易燃、易爆作业场所的防火设计，采用自动报警和自动灭火系统。自动报警的探测器应采用防爆型，自动灭火的灭火剂应采用CO2气体灭火剂。

2.2.6 从事故应急处置方面进行防控

构建基于5G 网络环境下的罐区可视化消防应急救援平台。2019 年6 月6 日，工信部正式向运营商发放5G 商用牌照，我国进入5G 商用元年。5G 也正在给消防数据的联动带来质的改变，比如智能监控数据读取及共享能力将极大加强，视频监控将普遍从“看得清”迈向“看得懂”；通过AI 可穿戴设备，对救援人员的心跳、皮肤温度等健康指标进行实时监控，实时了解消防人员身体状况及生命安全情况；某些事故中，消防人员只需进行远程操控即可完成救灾。

5G+ 罐区可视化消防应急救援平台，以“平战结合”为指导思想，能够提供罐区突发事件的预防、应急处置、辅助决策、资源保障和大数据分析应用的全方位信息化支撑，最终可实现智能指挥与灭火救援可视化。平台中具体涵盖的内容如图1 所示。

图1 5G+ 罐区可视化消防应急救援平台

3 中国石化的应对策略

3.1 解决思路

（1）采用防护层技术，构筑本质安全。防护层理论核心是“系统安全、层层防护”。为保证罐区的整体安全，针对风险评估识别出来的能够导致重大危险的因素，从核心到外围，逐步完善和设立防护层，防止和减少风险，避免重大事故的发生。

（2）采用系统论思想，构筑系统防护。罐区的事故一般为多因素作用，由量变到质变发展演化的。罐区安全是系统工程，需要从各要素之间的相互关系、作用方式和功能结构开展研究，找到根源问题和控制手段，不断优化原有系统，降低风险及后果。

3.2 主要存在问题

中国石化通过开展大型罐区安全评估、隐患排查和安全研究，发现大型罐区存在的主要安全问题如下：

（1）雷电是油罐火灾的主要点火源，油罐现有雷电防护手段不能安全泄放雷电流，且油罐一、二次密封之间可燃油气浓度普遍超标，一旦遭到雷击，极易引起密封圈火灾事故。

（2）由于罐基础沉降导致罐体变形，以及浮盘倾斜、浮梯脱轨、暴雨天气等因素，均可能导致浮盘卡盘或沉船等事故。

（3）原油劣质化使油罐腐蚀加剧，存在较大的腐蚀泄漏风险。

（4）罐区安全监测仪表故障率较高，难以实施精准的罐区安全管理。

3.3 主要技术成果

3.3.1 罐区雷电预警技术

对小范围（10k～15km）正在发展的雷云带电量进行监测，临近预报闪电的发生。其中每个区域的预警探头采用蜂窝布局方式，雷电预警探头通过系统软件进行区域局部组网。整个蜂窝雷电预警系统可根据每个时段的电场强度判断雷暴云的移动轨迹，并实现雷电10～30min 临近预警。

3.3.2 罐区雷击火灾防护技术

（1）取消了导电片等放电点；

（2）二次密封压条采用T 型；

（3）量油孔、导向柱采用40mm 厚四氟绝缘板与浮顶电气绝缘；

（4）刮蜡器与浮顶之间采用横截面不小于16mm2的镀锡软铜复绞线进行可靠电气连接；

（5）浮顶与罐壁之间安装可伸缩式等电位连接装置RGF（导线横截面不小于50 mm2）进行可靠电气连接。

采用以上雷击火花放电控制技术，可以使油罐抗雷击能力从40 kA 上升到150 kA。

3.3.3 可燃介质泄漏检测和控制技术

（1）密封圈油气浓度在线检测技术：主要实现油罐密封圈内油气浓度的实时监测，并进行数据分析和报警。表4 为检测设备的一些相关参数。

表4 检测设备的相关参数

（2）防爆型密封圈技术：在一、二次密封空间增设抑爆结构，可减少油气空间90%，降低爆炸能量，一旦发生密封圈燃爆也不会造成密封圈火灾，

（3）防止储存介质泄漏技术：腐蚀泄漏、中央排水管漏油或沉船是储存介质泄漏的主要原因。利用石墨烯等新型高效防腐技术，可延长金属防腐涂料使用寿命至15～20 年，从而解决腐蚀泄漏问题；基于LED 紫外光源的溢油监测传感器灵敏度高，并且具备防爆性能，可监测中央排水管泄漏的事故隐患；利用本质安全型光纤传感技术实现浮盘运行状态的实时监测，实现浮盘不安全状态的预警。

3.3.4 火灾应急处置技术

（1）密封圈压缩空气泡沫灭火技术。基于压缩空气泡沫技术，将泡沫预混液与高压气体预先储存在一压力容器内；容器内的高压气体与泡沫混合液在容器内的气液混合器内进行发泡，泡沫通过管道输送至浮盘密封圈内，泡沫喷射持续时间约105s，密封圈内泡沫层厚度为300～450mm。

（2）油罐全面积火灾扑救技术。基于压缩气体泡沫灭火技术，将大流量泡沫混合液与大流量高压气体充分混合，形成高效泡沫；通过专用大口径、大跨度高喷车将泡沫精准喷射至着火油面，及时扑灭全面积火灾。其灭火效率是负压式泡沫系统的1.7～2 倍。

（3）罐区阀门防火罩技术。受防火罩保护的阀门执行机构在烃类火焰1100℃中维持30min 后，可保证执行机构正常工作，为事故应急提供可靠的操作条件。

（4）大型罐区应急指挥决策平台。该平台综合了信息获取、远程信号动态监测、事故演化过程预测，以及应急处置方案动态生成等技术，能够实现对罐区事故的有效防控和科学应急处置。

4 总结

通过对罐区火灾事故原因进行分析，针对性地提出了一系列预防处置措施，得出的结论如下：

（1）点火源（明火、静电、雷电、撞击或摩擦、电器及线路、自燃）、可燃物（油品）、氧化剂(氧气)是引发罐区火灾事故的不同危险有害因素。

（2）针对事故发生前的预防，以及事故发生后的处置，可从人员管理和技术预防处置两个方面制定措施。其中5G+ 罐区可视化消防应急救援平台可实现智能指挥与灭火救援的可视化。

（3）中国石化在罐区火灾预防及处置中采用了罐区雷电预警技术、罐区雷击火灾防护技术，以及可燃介质泄漏检测和控制技术等多种技术的联动。

风险是危险情况发生的可能性和后果的乘积，罐区火灾爆炸事故虽然是小概率事件，但后果极其严重。因此，一定要认真分析，积极防范，采取一切必要的措施和手段，阻止事故的发生。