大型原油储罐火灾成因及扑救对策

      近年来, 随着我国国民经济的增长, 我国对能源特别是石油的需求量不断增加, 借助港口发展起来的港口中转油库、保税油库、国储油库, 相继在港口周边形成。这些油库罐体容积大, 油罐内储存的多是原油。此种油品具有易挥发、易流失、易燃烧、易爆炸等性质, 一旦发生火灾, 必将造成重大的损失。研究原油储罐的火灾成因及火灾扑救对策, 制订切实可行的消防对策, 对提高火场指挥员的火场指挥     

水平有着重要意义。
一 、原油的燃烧特点

原油是一种粘稠油状的可燃液体, 其主要特点是:

1. 比重轻。水的比重是1, 原油的比重在0.67 ～0.93 之间。

2. 闪点低, 挥发性强, 易燃烧和爆炸。根据油品的不同, 原油的闪点- 6.7 ℃～32.2 ℃, 也就是说有的油品在- 6.7 ℃的时候原油就有挥发性, 会产生可燃蒸汽, 原油的自燃点是380 ℃～520 ℃, 爆炸极限是1.1%～6.4%。
3. 热值大。原油具有很高的热值, 1 公斤原油完全燃烧会产生7 000 ～10 500 千卡的热量,火焰燃烧温度达700 ℃～1100 ℃, 火焰沿液体表面的热波传播速度很快, 每小时约40 ～90 cm,着火油面层温度在350 ℃, 有资料显示距火点5m 处温度为360 ℃, 7m 处为300 ℃, 10m 处为116 ℃, 如果发生火灾不及时进行冷却的话, 5～8 分钟内可使罐壁的温度达到500 ℃, 使钢板的强度下降50%。起火10 分钟后, 钢材结构温度可达700 ℃, 钢材的强度降低约90%以上,因而基本上失去承载能力, 然而低液面和高液面的情况有所不同, 低液面的储罐发生火灾,火焰的高温直接烧烤在罐壁上, 使罐壁的温度升得比较快, 定的时间内就会引起油罐的垮塌, 而对高液位的罐壁来讲, 还要取决于液面下降的情况。另外在油罐发生火灾时, 当罐壁的温度超过600 ℃时, 泡沫不能扑灭油罐火。只有当油品表面的温度下降到147 ℃以下时,才有可能用泡沫覆盖灭火。一般情况下, 泡沫进入燃烧液面时, 泡沫蒸发破灭很迅速, 由于泡沫蒸发, 油品得到冷却, 当油品液面温度降到147 ℃以下后, 泡沫层才能在燃烧液面推进,使燃烧液面不断小, 最后覆盖整个燃烧液面。只有油品温度下降到98 ℃以下, 泡沫蒸发破灭才逐渐减少。对于低液位的储罐, 泡沫在由罐顶部下落到罐底部的时候, 一部分泡沫被火焰烧蚀掉了, 一部分泡沫被强烈的热对流吹散掉了, 所以, 高液位的油罐火比低液位的油罐火要容易扑救得多。

4. 流动性大。在一定的温度下, 它能像水一样地由高向低流动。一旦油罐遭到破坏, 极易造成大面积燃烧。5. 含水量大。例如辽河油田30 号井原油,其含水量在千分之六左右, 而且有很高的粘度,受到温度影响, 油水分离, 积水也日益增多,并在油罐底部形成水垫层。粘度比较大、导热性能良好的原油, 它在火焰高温的作用下, 燃烧着的原油就会发生沸腾或喷溅, 燃烧时间越长, 发生沸溢与喷溅的危险就越大。石油储罐发生火灾后, 在多长时间后会发生沸溢与喷溅呢, 在理论上我们是可以计算出来的, 其公式为: 油层厚度÷( 原油直线燃烧速度+与原油传热速度之和) = 喷溅时间。

二 原油储罐火灾的主要原因

从火源的角度, 可以将原油罐火灾原因分为以下七类:

( 一) 明火引燃、引爆

油罐附近的烟道的火星、车辆喷出的火星、放鞭炮和烧纸的飞火、库区内违章吸烟, 动明火、电气焊作业等极易引燃泄漏在地面的油品或引爆弥漫在空气中的油蒸汽。

( 二) 静电火花引起爆炸

电阻率在1 012 Ω·cm 左右的原油最容易产生聚集静电。多数原油的电阻率大于1 012 Ω·cm, 为带静电物质, 很容易产生和聚集静电荷, 而且消散慢。由于油罐接地电阻过大( 大于100 Ω) , 或消除静电的装置失灵, 或孤立的导体( 如浮顶) 与油罐接触不良, 很容易聚集静电荷, 一旦放电形成火花, 足以引燃或引爆弥漫的油蒸汽。

( 三) 雷击引起火灾或爆炸

由于油罐顶孔口关闭不严或未安装阻火器,避雷装置设计不合理或发生故障, 金属罐接地过大( 大于10 Ω) 静电荷消除不掉等在雷击时易引起火灾或爆炸。

( 四) 碰撞和摩擦火花引起火灾

油罐的量油孔口没用有色金属制作, 钢尺放入或拉出时易与量油孔口边缘摩擦而发生火花, 引燃油罐内油蒸汽; 用钢铁造的工具开启油罐孔口或搬运时相互撞击产生火花易引燃泄漏的油蒸汽。

( 五) 电气原因引起火灾
油罐的主要电气设备如输电设备、线路、泵房电机照明设备等, 若发生短路、漏电、接地, 过负荷等故障时, 产生的电弧、电火花、高热极易引燃泄漏的油及油蒸汽。
( 六) 自燃引起火灾

常见的情况如油罐中含硫油品的沉积物在消除时发生自燃, 原油加温时温度超过闪点而自燃。

( 七) 放火引起火灾

根据统计资料, 石油储运系统发生的火灾,主要原因中明火引燃占67 %, 静电引燃占13%, 雷击引燃占8%, 电气故障及其它原因占12%。由此看出各种明火引燃是油罐火灾最主要的原因。
三、原油储罐火灾的扑救

下面以10 万方原油储罐为例, 简要介绍一下大型原油储罐火灾的扑救。

( 一) 灭火基本要求。

坚持冷却保护, 防止爆炸, 充分利用固定、半固定消防设施实施内攻, 适时消灭火灾。

( 二) 灭火战术要点。

1. 速战速决。加强第一出动, 一次性向火场调派具备攻坚灭火能力的优势兵力, 力求速战速决。

2. 冷却保护。

( 1) 对燃烧油罐全面冷却, 控制火势发展,防止油罐变形或塌裂。

( 2) 对于邻近罐( 理论上讲带有保温层的不需冷却) 没有保温层的需进行半面( 着火面)冷却, 视情加大冷却强度。

3. 以固为主, 固移结合。对装有固定、半固定泡沫灭火装置的燃烧罐, 在可以使用的情况下, 坚持“以固为主”的原则, 辅以移动式消防车泡沫炮或移动泡沫炮、泡沫钩管、泡沫管枪等相结合的方法灭火。

4. 备足力量, 攻坚灭火。对爆炸后形成稳定燃烧的油罐, 在进行冷却的同时, 积极做好灭火准备工作, 在具备了灭火所需人员、装备、灭火剂、水等条件下发动总攻, 一举将火势扑灭。5. 隔绝空气, 窒息灭火。油罐的裂口、呼吸阀、量油孔等处呈火炬型燃烧时, 可采取封堵、覆盖灭火法, 将其窒息。

( 三) 灭火措施和行动要求

1. 火情侦察通过外部观察、询问知情人、仪器检测,迅速查明以下情况:

( 1) 燃烧罐内油的储量、液面高度和油液面积。

( 2) 燃烧罐的罐顶结构。
( 3) 受火势威胁或热辐射作用的邻近罐的情况。

( 4) 固定、半固定灭火装置完好程度, 以及架设泡沫钩管的位置。

2. 冷却防爆措施

( 1) 冷却强度

①燃烧罐=0.68 ～0.8 L/s·m。

②邻近罐= 0.35 ～0.7 L/s·m。

( 2) 冷却方法

①开启水喷淋冷却装置。

②利用水枪、带架水枪或水炮。

③冷却水要射至罐壁上沿, 要求均匀, 不留空白点。

④对邻近受火势威胁的油罐, 视情形启动泡沫灭火装置, 先期泡沫覆盖, 防止油品蒸发,引起爆炸。

⑤用湿毛毡、棉被等, 覆盖呼吸阀、量油口等油品蒸汽的泄漏点。
3. 灭火准备

( 1) 加强灭火剂储备。泡沫液的准备量通常应达到一次灭火用量的6 倍, 同时准备一定数量的干粉灭火剂。

( 2) 落实人员、装备。进攻所需要的大功率泡沫消防车、干粉消防车、举高消防车、移动泡沫炮、泡沫钩管、指战员个人防护装备器材等要组织到位, 落实作战人员, 明确作战任务。

( 3) 搞好火场供水。指定专人负责火场供水, 合理分配水源, 确定最佳的供水方案, 确保供水不间断。

( 4) 保证火场通信畅通。火场通信必须畅通无阻, 有条件的火场应设置大功率扩音器。

4. 灭火措施

( 1) 对大面积地面流淌性火灾, 采取围堵防流、分片消灭的灭火方法; 对大量的地面油品火灾, 可视情形采取挖沟导流方法, 将油品导入安全的指定地点, 利用干粉泡沫一举消灭。
( 2) 对灭火装置好用的燃烧罐, 启动灭火装置实施灭火。

( 3) 对灭火装置被破坏的燃烧罐, 利用泡沫管枪、移动泡沫炮、泡沫钩管进攻或利用高喷车、举高消防车喷射泡沫等方法灭火。

( 4) 对在油罐的裂口、呼吸阀、量油口等处形成的火炬型燃烧、可用覆盖物( 浸湿的棉被、石棉被、毛毡等) 覆盖火焰窒息灭火, 也可用直流水冲击灭火或喷射干粉灭火。

5. 注意事项

( 1) 参战人员应配有防高温、防毒气的防护装备。

( 2) 正确选用灭火剂。液上喷射可使用普通蛋白泡沫, 液下喷射应使用氟蛋白泡沫。

( 3) 正确选择停车位置。消防车尽量停在上风或侧风方向, 与燃烧罐保持一定的安全距离。扑救原油罐火灾时, 消防车头应背向油罐,以备紧急撤离。

( 4) 注意观察火场情况变化, 及时发现沸溢、喷溅征兆。
( 5) 充分冷却, 防止复燃。燃烧罐的火势被扑灭后, 要继续向罐壁冷却, 直至使油品温度降到燃点以下为止。

四、灭火力量及灭火剂用量计算

10 万方罐直径= 80m;

10 万方浮顶罐灭火冷却水强度= 0.45L/s·m;

10 万方罐周长= 251.20m;

10 万方罐壁表面积= 5 526.40m2;

10 万方罐底表面积= 5 024m2;

10 万方罐体积= 110 528m3;

10 万方罐浮顶泡沫堰板与罐壁环形面积=248.06m2;

防火堤表面积= 210 ×100 - 5 024 ×2 =10 952m2 ( 一组两个罐) 。

10 万方原油储罐灭火力量计算:

( 一) 用水量的计算

( 1) 着火罐冷却用水量:

Q 着= nπDq=同一时间着火罐数量( 个) ×π×着火罐直径(m) ×冷却水供给强度( L/s·m)= 1 ×3.14 ×80 ×0.45 = 113.04 L/s;

( 2) 邻近罐冷却用水量( 距着火罐壁15m范围内的邻近罐2 个) :

Q 邻= 0.5 nπDq = 0.5 ×需要同时冷却邻近罐数量(个) ×π×邻近罐直径( m) ×冷却水供给强度( L/s·m) = 0.5 ×2 ×3.14 ×80 ×0.45 =113.04L/s

 ( 3) 配制泡沫的灭火用水量:

PC8 泡沫发生器的混合液流量为8L/s, 一个罐的共有12 个PC8 泡沫发生器, 所以:泡沫混合液流量=12×8 L/s= 96 L/sQ 灭=Q 混a = 泡沫混合液量×泡沫混合液中含水率= 96 L/s×94%= 90.24 L/s。一次进攻按5 分钟计, 为保证多次进攻的顺利进行, 灭火用水常备量应为一次进攻用水量的6 倍, 即按30 分种考虑, 计算公式如下:配制泡沫的灭火用水常备量Q 备= 1.8Q 灭=30 分种灭火用水量系数( 泡沫灭火用水常备

量以m3 或T 为单位, 故30 ×60 ÷1 000 = 1.8 ) ×配制泡沫灭火用水量( L/s) = 90.24 L/s×1.8 =162.43 T。

( 4) 油罐区消防用水量为:

Q=Q 着+Q 邻+Q 灭=113.04 L/s+113.04 L/s+90.24 L/s= 316.32 L/s。

( 5) 一次进攻5 分钟用水常备量为:
316.32 L/s×5 ×60 s= 94.896 T。

( 6) 用水常备量为:

94.896 T×6= 569.376 T。

( 7) 六个小时灭火常备量: 6 个小时灭火用水量= 6 832.44 T。

( 二) 泡沫液用量的计算。

PC8 泡沫发生器的混合液流量为8L/s, 一个罐的共有12 个PC8 泡沫发生器, 所以:泡沫混合液流量Q 混=12 ×8 L/s=96 L/s。泡沫液常备量:Q 液=0.108Q 混= 按6%配比, 30 分钟用液量系数( 泡沫液常备量以m3 或T 为单位, 故0.06 ×30 ×60 ÷1 000 = 0.108) ×泡沫混合液流量= 0.108 ×96 L/s= 10.37 T。

( 三) 火场水枪数量的计算。

19 mm 水枪有效射程15 m, 流量为6.5 L/s,控制面积为33 ～54m2, 控制周长10 ～15m。着火罐冷却需水枪的数量=火场周长÷水枪控制周长=251.20m÷15m=16.75≈17 支;邻近罐泠却水枪的数量( 两个邻近罐) = n( 罐数) ×0.5 ( 采用移动式水枪冷却时, 冷却水的范围按半个周长计算) ×火场周长÷水枪控制周长=2 ×0.5 ×251.20 m÷15 m=17 支; 两个邻近冷却罐, 共17 支水枪, 我们实际使用取18 支,每个邻近罐使用9 支水枪。

( 四) 泡沫枪数量的计算。

泡沫供给强度为1 L/s·m2, 当进口压力为70 ×104Pa 时, 每支PQ8 型泡沫枪泡沫量为50L/s, 泡沫混合液流量为8 L/s。控制面积为50m2。

( 1) 计算一:

扑救流散火需用泡沫量= 10 952 ×1 ( 泡沫供给强度) = 10 952 L/sPQ8 泡沫枪数=10 952 ÷50 = 219.04 ≈ 220 支

( 2) 计算二:

根据《消防灭火救援》规定, 当防护堤内面积超过400 m2 时, 仍按400 m2 计算。此罐区一组防火堤设12 个泡沫栓, 故以出12 支泡沫枪为准。则: PQ8 型泡沫枪= 12 支
( 3) 冷却着火罐、邻近罐需消防车数量计算:按每辆车出三支水枪, 冷却共需水枪34 支( 1 个着火罐, 2 个邻近罐) , 则:冷却需消防车数量= 冷却共需水枪数÷3 =34 ÷3 = 11.3≈12 辆

( 4) 火场泡沫消防车数量计算。

消防车控制火势面积=消防车泡沫供给量÷泡沫灭火供给强度( 举例如下) :东风王车= 200 L/s ÷1 L/s·m2= 200m2黄河车= 300 L/s÷1 L/s·m2= 300m2消防车数量=火场燃烧面积÷消防车控制面积:

东风王车= 10 952m2÷200m2= 54.76 ≈55 辆

黄河车=10 952m2 ÷300m2=36.51≈37 辆

以上计算均以一个罐着火为准。

五、结束语
俗话说: “兵无常势, 水无常形”, 火场如同战场, 火势变化多端, 情况复杂多样。在实际运用过程中, 还是要靠指挥员审时度势, 针对火灾的不同阶段, 灵活机动地运用战术技术,力求尽快扑灭火灾, 最大限度地减少火灾的损失。