内浮顶油罐火灾扑救中应用氮气的技战术研究

摘要：从氮气的灭火性能出发，充分利用罐区内的氮气资源，结合内浮顶油罐独特的结构，从应用条件、实施操作、注意事项等方面，提出了火灾扑救中进行降氧抑制的灭火措施和加氮输油的工艺措施，为消防救援队伍扑救内浮顶油罐火灾提供参考借鉴。

关键词：消防;内浮顶;油罐;氮气

随着我国经济的高速发展，对石油的需求与日俱增，油罐的规模、数量不断增多，其消防安全问题日益突出。内浮顶油罐因其减少损失、防污染的特点被越来越多的应用，成为轻质成品油最常用的储存容器。同时，对密封要求高的油品，如石脑油、焦化汽油、苯等，常常设置有氮气密封装置。在内浮顶油罐火灾中，如何利用氮气进行灭火，成为消防救援队伍面临的新课题。

目前，许多专家对氮气扑救内浮顶油罐火灾进行了一定的研究，张庆红分析了油罐油气蒸发机理，论证了氮气密封技术在储运生产中应用的必要性[1]。叶琳从油罐构造的角度，指出了内浮顶油罐事故发生概率高于外浮顶罐的主要原因，提出了设置氮封的必要性，并对内浮顶罐的氮封提出了改造要求[2]。杨松柳通过CFD技术建立氮气扑救油罐火灾的模型，在不同工况条件下，分析表明了氮气对油罐火灾扑救的有效性[3]。

现阶段多注重于氮气对内浮顶油罐的安全防护，在灭火扑救中的氮气技战术应用还缺少研究。因此，从氮气灭火技术和内浮顶结构出发，分析内浮顶油罐火灾扑救过程，可以应用氮气技战术的措施，为消防救援队伍扑救内浮顶油罐火灾提供参考借鉴。

1  氮气灭火技术

氮气，在一般情况下是一种无色无味无毒无腐蚀的气体。氮气灭火，主要是利用惰性气体的特点，不支持燃烧，降低空气中的氧气含量，抑制燃烧，一定程度上隔离燃烧物与氧气的接触，温度极低的液氮对燃烧物有很好的降温灭火作用。

氮气密封装置是保障内浮顶油罐安全运行的设施，主要作用是防止硫铁化合物自燃、雷击、静电或明火等引燃罐顶空间的可燃气体，防止储存介质氧化聚合等。适合易挥发、剧毒性的轻质成品油，如石脑油、焦化汽油、苯等。

氮封系统，就是用氮气补充罐内气相空间，其工艺原理如图1所示。在油罐压力可控范围内，当内浮顶上部气压达到设计高点时，呼吸阀打开，呼出氮气;当内浮顶上部气压达到设计低点时，开通氮气注入罐内。因氮气比油气轻，所以氮气浮在空间上面，油气沉在空间下面。从而保证油罐在呼气时，呼出的是氮气，吸气时不吸入空气，避免爆炸性气体的形成[4]。

设有氮气密封装置的内浮顶油罐一般取消了环形通气孔，但是多了一条氮气管线作为标识，如图2所示，由此可以从外观区分内浮顶油罐和拱顶罐。

2  内浮顶油罐结构

内浮顶油罐实质上是在油罐内设有浮盘的固定顶油罐，主要由罐底、罐壁、罐顶、浮盘、密封装置以及附属构件组成，其基本结构如图3所示。

由于受到拱顶的限制，内浮顶油罐容积不易大型化，普遍比外浮顶油罐小，与拱顶罐相似。内浮顶油罐以储存轻质成品油为主，且容积多为几千立方米的罐体。规范《钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列》（HG21502.2-92）中明确规定了内浮顶油罐的尺寸数据，根据公称容积的大小划分为小型、中型、大型三类内浮顶油罐，基本参数如表1所示。

3  内浮顶油罐火灾扑救中的氮气应用

利用氮气惰性气体的特点，减少或隔离油气和空气的混合，避免形成燃烧爆炸混合气体，较大程度地保护燃烧罐和邻近罐，也为油液转输的实施增加安全性。

3.1  降氧抑制

通常在火灾发生初期，例如内浮顶油罐发生闪爆，整个罐体相对完好，浮盘完好可用，但固定泡沫产生器损坏，移动灭火装备缺少进攻入口，导致泡沫无法注入罐内，如图4所示。

利用罐区中存储同种油品的油罐，向燃烧罐转输同种冷油，提升液面，抬高浮盘，减少浮盘与罐顶之间的气相空间，加之内浮顶油罐公称容积普遍较小，也为抑制燃烧提供有利的条件。

对配备有氮气密封装置的燃烧罐，要加大氮气注入量。对氮气密封装置失效或没有氮气密封装置的燃烧罐，则利用油罐旋梯、拉梯或登高车铺设氮气软管插入固定式泡沫产生器孔洞或通气孔，向罐内注入氮气，抑制燃烧，甚至达到抑制燃烧的目的，同时需要对氮气软管进行冷却保护，如图5所示。

降氧抑制过程中，需要注意：①氮气软管符合耐热耐烧等特性，避免氮气软管破损;②加氮前，先排除氮气软管内的空气，再送入罐壁通气孔;③要为氮气软管持續不间断地提供冷却保护;④加大浮盘液面高度处的罐壁冷却，防止浮盘受热损坏而不能顺利提升液位;⑤实施降氧抑制的消防员如有险情，立即撤离。

3.2  加氮输油

油液转输以油库罐区的转输系统、内浮顶油罐的进出油设施和罐体完好为前提条件，根据火情的需要，主要解决以下方面的问题：

内浮顶油罐处于中、低液位，提升液位，使液面高出罐顶的塌陷部位，淹没罐内的隐蔽火点，利于泡沫灭火。

浮盘倾斜、卡船时，在液面与浮盘之间形成隐蔽的燃烧空间，泡沫难以进入。因此，通过注油提升液位，使得油面贴合浮盘，让浮盘恢复平稳状态。

向燃烧罐一边注入同种冷却油品、一边抽离高温油品，降低燃烧罐油液温度，达到循环冷油的目的。

抽离燃烧罐的油品，减少罐内可燃物，加快灭火进程，减少扑救时间;也可抽离邻近罐的油品，根据pV=nRT可知，邻近罐受热辐射温度T上升，罐内气压p上升，抽离油液增加罐内气相空间使V上升，从而抑制罐内气压p上升速率，降低邻近罐爆炸的危险。

此时在油液转输过程中，加注氮气，通过进出液管线向燃烧罐、转输罐、空罐中注入，稀释罐内的油蒸气，隔离油气与助燃气体，降低油罐发生爆炸或加剧燃烧的可能。

启动氮气设施，制备氮气，在提升液位和循环冷油中，氮气注入口连接部位设置在转输罐进油和出油管线处，如图6（a）所示;或者设置在转输罐出油管线处，空罐进油管线处，如图6（b）所示。

加氮輸油过程中，需要注意：①必须在油罐技术人员的指导下进行;②实时监测管线的运行情况，及时处置泄漏问题，对于含有或本身就是剧毒物质的油品，加大了火灾扑救的危险性，必须加强安全防护;③做好管线的冷却保护;④利用空罐进行循环冷油加氮时，必须要提前对空罐进行泡沫覆盖，防止进入的热油发生燃烧。

整个火灾扑救中，对全体参战人员要严格做好安全防护措施，最大限度减小人员的伤亡，应当注意：①对一线灭火的消防人员要求严格佩戴空气呼吸器、穿戴全套隔热服;②在火场周边多点设立安全观察哨，及时向火场指挥部反馈信息，应对危险的异常变化有权立即下达撤离的命令;③设立安全监督员，对进入火场一线的作战人员进行安全教育、防护检查;④若是内浮顶油罐存储油品有毒，现场人员严格佩戴空气呼吸器、着防化服，时刻检测毒气浓度，设立水幕屏障防止毒气蔓延;⑤严格身体洗消，降低对消防员的危害。

4  结语

通过对氮气灭火技术和内浮顶结构分析，结合内浮顶油罐火灾扑救实际，提出了降氧抑制的灭火措施和加氮隔离的工艺措施，实现了氮气在油罐火灾扑救中的技战术应用创新，为消防救援队伍扑救内浮顶油罐火灾提供了新的技战术措施。

参考文献：

[1]张庆红，安汝文.氮气密封技术在储运生产中的应用[J].安全、健康和环境，2002（9）：29-30.

[2]叶琳.焦化汽油内浮顶储罐的氮封设计[J].广州化工，2013，41（10）：193-194.

[3]杨松柳.储油罐火灾氮气灭火技术的研究[D].沈阳：东北大学，2011.

[4]杨东凯.内浮顶加氮封技术在苯罐中的应用[J].化工管理，2014（29）：159.

[5]HG 21502.2-92.钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列[S].

[6]李建华，黄郑华.火灾扑救[M].北京：化学工业出版社，2012.

[7]兰天其，王靖元，张国强.浮顶结构对内浮顶油罐火灾扑救的影响研究[J].武警学院学报，2016，32（2）：19-23.

Technical and tactical research on nitrogen application

in firefighting of the internal floating roof oil tank

Lan Tianqi

（China Rescue Chongqing Motorized Professional Division， Chongqing  401133）

Abstract：Based on the fire extinguishing performance of nitrogen， making full use of the nitrogen resources in the tank area， combining with the unique structure of the internal floating roof oil tank， this paper puts forward the firefighting measures of oxygen reduction suppression to extinguish and the technological measures of nitrogen addition and oil transportation from the aspects of application conditions， operation and attentions， so as to provide references for the fire department to firefighting the fire of internal floating roof oil tanks.

Keywords：firefighting;internal floating roof;oil tank;nitrogen