浅谈原油储罐火灾扑救对策

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年10月08日

[摘  要] 大连是石油化工生产、储存、运输的重要港口城市,大型石化企业较多,如何才能扑救好大型石化企业火灾扑救工作是我们消防部队应该研究的课题。本文扼要谈谈原油罐火灾的机理,特点及灭火对策。
[关键词] 原油储罐  沸溢  喷溅
1.引言
  大连是石油化工生产、储存、运输的重要港口城市,大型石化企业较多,就开发区大队而言就有西太平洋炼油厂、京大石化等大型石油化工企业。因此有很大储量的原油,,原油罐一旦发生火灾,或是猛,扑救难,影响大。为了更好的值勤备战,切实做好扑救原油罐火灾的扑救工作,充分做好"打大仗,打恶仗"灭火救援准备工作,保护一方平安,我们有必要对原油罐火灾进行研究讨论。
2。 原由储罐火灾的机理及特性
2。1 油气浓度对火灾的影响
  原油中有许多挥发性较强的碳氢化合物,在常温下能从原油表面蒸发,使储罐原油面上部空间很快为石油蒸汽所饱和,达到蒸发和凝结率之间的动态平衡。石油蒸汽与空气形成的混合浓度,影响油罐火灾的发生。与形成爆炸极限浓度相对应的温度即为爆炸温度极限。当低于爆炸温度极限时,由于油气蒸发量很小,不足以引起燃烧,故不会发生火灾;但当高于爆炸温度极限时,由于油气蒸发量大,油气浓度超过爆炸上限,遇火就会引起燃烧。只有在爆炸温度极限内,油气蒸发的浓度刚好处于爆炸极限浓度内,一旦遇火,会引起油罐爆炸。其爆炸力是相当大的。爆炸温度极限的上下幅度越大,发生爆炸的机会越多。夏天因气温高过爆炸温度上限,油蒸汽在空气中含量超过爆炸浓度,因而遇火不会发生爆炸只能引起燃烧;相反冬天经常处于爆炸温度极限内,油蒸气浓度也往往在爆炸极限浓度内,故冬天油罐爆炸的危险性要比夏天大得多。
2。2原油罐火灾时的热波特性
   原油在储罐内燃烧时,液面以下的油品被加热易形成高温区,并逐渐并对下一层冷油加热,这种热量逐渐向油层内沿深度传递的特性叫做热波特性。
原油和其它重质油品在储罐内燃烧时,火焰向液面辐射的热量用于加热油表面使之蒸发汽化,由于此类油品蒸发速度慢,蒸发汽化吸收的热量也较小,因而向液面辐射的热量往往在很大程度上消耗于加热油表层。随着热量的积累,热逐渐向油品内部传递。
另外,随着表层油中的轻质组分的不断汽化蒸发,表层油理化性质发生变化,粘度增大,重组分增多,比重大,以致与下一层油品形成对流而传递热量。这种由于热辐射的作用,使油面加热并通过介质传导,对流而导致的热量传递是热波传递的机理。
   热波传播特性与原油性质组成,含水量,储罐的几何条件(罐体,油面高度)及气象条件(风,风向,气温)等因素有关。其中原油本身的特性是原油具有热波特性的基础。原油低温馏分越多,含水量越多,则热波传播速率越快。一般均质油品,如汽油,煤油,轻柴油等不具有热波特性,因为此类液体燃烧时,蒸发快,向液面辐射的热量基本上被液体蒸发吸热所抵消,燃料表层没有热量积累,也就没有热量传递。一般非均质油品,如原油,渣油,燃料油,润滑油等由于蒸发慢,燃烧时表层有热量积累,油层有热量传递,故具有热波特性。热波传递速度随罐径的加大而增大,当罐径大于25m时,热波速率趋于稳定。原油中含水量越多,热波传播速度越快,这是因为含水量越多,粘度越小,油品内对流传热的阻力越小,其水份汽化及对油品的搅动作用加强。
2。3沸溢与喷溅
  原油贮罐(含油池、油轮、油驳等)发生火灾,如未能及时扑灭,则很可能发生沸溢与喷溅,从而扩大火场面积,造成人员伤亡,给扑救工作带来被动,后果十分严重。原油火灾的这一突出特点--沸溢与喷溅,是灭火指挥员必须严肃对待的重要问题之一。  
2。3。1发生沸溢与喷溅的条件
(1)是着火油品中含有沸程很宽的成分;
(2)是油品中含有游离水或水油乳化液,贮罐底部有水垫层(起火前原有的,灭火过程中进入罐内的水形成的);
(3)是油品的重尾馏分含量足以产生可以形成粘稠持久的油和水蒸气泡沫的残留物。
  如果起火油品缺少其中任何一个条件,则不可能发生沸溢与喷溅。但问题在于几乎所有原油甚至大部分合成重油混合物都具备上述三个条件。因此,原油贮罐起火,经过一段平稳燃烧后,都会发生程度不同的沸溢与喷溅。对此,不能有丝毫的麻痹大意。  
2。3。1原因与过程
  原油、重质油品燃烧时,处于液面的沸点高的重组分不能随轻组分一起挥发燃烧。当轻组分在液面烧掉后,温度较高(149℃~300℃)的重组分油品等残留物比紧靠下面的未燃原油更稠厚、比重更大,因而会带着热量逐渐向下沉降,此沉降过程随着燃烧时间的延长连续不断的进行,从而逐步形成高温层,其向下沉降的速率实际上又比燃烧表面的递降快的多,这就形成了所谓的"热波"。这种热波特性可强化罐内油品的对流,它是由于燃烧表面部分重质热油沉降的结果,火灾扑救中进入燃烧区被加热的水(泡沫中也含水)向液面下沉降和金属罐体的热传导会起到辅助作用(常见有些资料把"热波"定义为燃烧表面的余热通过介质的热传导向油品深度加热形成的高温层。对此,笔者认为是说不通的,这时不存在从燃烧表面向下的热传导)。如果温度高于100℃的热波接触到油品中的乳化液并达到一定程度,乳化液的汽化膨胀便会造成油品的沸溢燃烧,其情形比较温和;如果热波作用于罐底的水垫层,则足以使大量的水迅速汽化产生高压。当达到一定程度时,高压水蒸气便会带着部分稠厚的油品向上喷出,在喷出着火液面时,有的会被瞬间点燃,有的则由于冲力作用和液面动荡在尚未点燃时便喷出罐外。其情形很是突然和凶猛,喷溅距离虽因多种因素各有不同,但一般在十米至数十米之间。
2。3。3沸溢与喷溅时间的估算
  原油火灾的沸溢特别是喷溅具有很大的危害性。较为准确的估算喷溅发生时间,果断采取相应对策,对灭火战斗起着至关重要的作用,也是火场指挥员必须认真对待的头等大事。由发生沸溢和喷溅的原因可以看出,原油火灾之所以会发生沸溢与喷溅,主要是"热波"作用的结果,如果要估算发生沸溢的时间,尤为困难。加以它本身具有的温和性而显得实际意义不大,火场上最为重要的是较为准确地预测发生喷溅的时间。影响沸溢时间的主要因素有油品性质,含水量,罐内空间的大小,热波的传播速度及燃烧时的速度等,通常采用下面经验公式测算:
T=(H-h)/(Vo+Vt) - K*H       ----(1)
式中   T--预计发生沸溢的时间,h;
     H--储罐液面高度,m;
     h --储罐水垫层高度,m;
     Vo--原油燃烧的线速度,m/h;
     Vt--原油的热波传播速度,m/h;
     K--提前常数,h/m。储油温度低于燃点取K=0,高于燃点取K=0。1
油  品 热波传导速度Vt(m。h-1) 燃烧线速度Vo(m。h-1)
 含水量<;0。3% 含水量>;0。3% 
轻质原油   0。3~0。9      0。43~1。27    0。102~0。6
  重质原油   0。5~0。75     0。3~1。27     0。075~0。13
原油热波传播速度与燃烧线速度表
2。4原油罐火灾特点
    原油储罐发生火灾时,由于油气浓度﹑环境温度﹑气候条件﹑罐体结构及罐组形式的不同,火灾的情况也是多种多样的。原油储罐火灾一般具有以下特点。
2。4。1油罐燃烧
     当环境温度超过爆炸温度上限时,由于油气浓度较高,一旦遇火点燃油罐,油品在罐中燃烧,罐顶的裂缝处和通气口等部位有蒸汽冒出,形成火炬。这时由于供氧不足,燃烧受到限制,初期火势不会太大,是灭火最好时机。
2。4。2油罐爆炸
    油罐由上部空间的油气浓度在爆炸极限内时,一旦遇火,油罐就发生爆炸。所以油罐火灾有的是先爆炸后燃烧,有的是先燃烧,当油气浓度降到爆炸极限时,由燃烧突发成爆炸。
油罐爆炸可出现炸掉罐顶﹑炸裂罐体等情况。炸掉罐顶时,其顶可抛到12~30m以外,紧接着引起油品的迅速燃烧;炸开罐顶时,一部分罐顶落在罐中液体上,这部分液体烧的不很猛烈,而敝露部分液体的燃烧则比猛烈;罐内油品将顺裂口向外漫流,引起火势更大的漫流燃烧。
2。4。3油罐变形
     油品火灾十分猛烈,火焰有时高达8-20m,罐壁被迅速加热,5min内可使罐壁温度升到500℃,使油罐钢板强度降低50%,10min内可使罐壁温度升到700℃,罐壁钢板强度降低90%以上,此时罐体得发生变形或破裂,罐壁向里边塌陷,使火灾进一步扩大。
2。4。4火灾的扩大
    火灾若不能及时控制,罐区火灾会继续扩大。火灾扩大蔓延主要有以下几种情况:
(1)着火罐所产生的辐射热引燃邻近油罐或其它燃烧物;
(2)在火灾时,由于热空气的强烈对流,将流火带到未燃罐内,引燃其它油罐;
(3)着火油罐的沸溢﹑沸喷或漫流火灾,使罐区成为一片火海。
3。 原油储罐火灾扑救对策
    原油罐火灾的扑救关键是要早期发现﹑及时扑救,一旦形成大火,必须动用固定的灭火设备和大型的消防车辆进行冷却和泡沫灭火,并适时度势,注意安全,保障灭火工作的顺利进行。
3。1初期火灾的扑救
     火灾通常有一个由小到大的发展过程,一般可分为3个阶段,即火灾的初起阶段﹑发展阶段和熄灭阶段。火灾的初起阶段由于燃烧面积小,燃烧强度弱,油层还为升温,是灭火的最有利时机。原油罐的初起小火,通常在呼吸孔﹑入孔口燃烧,或漏洒的不分地面残油火灾,这时可就近取用石棉毡﹑棉上衣等覆盖物将罐顶呼吸孔或入孔盖住,使火焰在罐内由于缺氧而窒熄,地面残油小火可用土﹑砂等掩埋或取用罐区的灭火器及时扑救,同时也可以用泡沫管枪进行扑救。
3。2油罐的冷却
     当初起火灾未扑灭,火灾一旦形成,这时首要任务是控制火势,防止灾情进一步扩大,有效地手段是对油罐及时冷却。冷却着火罐可以起保护罐体不致烧塌的作用,使火灾控制在着火罐内,同时也能给油层降温,推迟油罐沸溢的到来,争取灭火的有利时间;冷却相邻罐可减轻着火罐辐射热对相邻罐的威胁,尤其是保护下风向的相邻罐不被引燃,故及时冷却是避免火灾扩大的强有力措施,但在冷却过程中要避免水枪的水射进罐内,以致加速沸溢的危险。同时应该尽量使用固定消防设施,这样既高效,又能相对的保证安全。
冷却水枪数的计算。
着火罐的冷却水枪数(不考虑固定冷却系统)可按下式计算。
    n=πDq/v             ---(2)
其中  n为冷却水枪数
    π为圆周率,通常取π=3。14
    D为着火罐的直径
    q为着火罐的供水强度,通常可取q=0。6L/s。m
    v为一支水枪的用水量,通常19mm直流水枪v=6。5L/s
邻近罐的冷却水枪数(不考虑固定冷却系统)可按式(3)计算。
    n=0。5πDq/v             ---(3)
其中  n为冷却水枪数
    π为圆周率,通常取π=3。14
    D为着火罐的直径
    q为着火罐的供水强度,通常可取q=0。6L/s。m
    v为一支水枪的用水量,通常19mm直流水枪v=6。5L/s
3。3集中优势兵力打歼灭战
    在火势得到控制后,要抓紧泡沫灭火的组织准备,有人员和灭火器材齐全后发起总攻,力求一举将火扑灭。泡沫灭火注意掌握进攻时机,力求在沸溢发生前扑灭。一般认为火灾燃烧半小时侯,热区已经建立,而且形成一定厚度的高温层,此时若冒然行动,直接喷射泡沫,有可能由于含水泡沫的输入而引起沸溢事故。热区越厚﹑原油含水越多﹑液面以上安全距离越小,喷射泡沫后溅溢的可能性越大。因此,应该充分的计算和对自己势力的估算后才能适时的发总攻,集中自己的优势灭火力量力求一举将火扑灭。
泡沫灭火剂的计算。
  扑救原油火灾的泡沫液量可按式(4)进行计算。
Q=kAq               ---(4)
   其中   Q为扑救原油火灾的泡沫液量,单位L/min。m2
k为泡沫液的混合比,通常k=0。06或0。03
A为着火的面积,单位m2
q泡沫混合液的供给强度,通常可取q=10L/min。m2
3。4做好及时撤退的准备
    原油罐火灾的扑救,要统一指挥,有高度的组织性﹑纪律性,对油罐的爆炸﹑沸溢等严重灾情有充分的估计,应当做好一旦发生爆炸、沸溢喷溅后及时撤退的准备,保证战斗人员、装备的安全。所以应当仔细观察征兆准确掌握撤退时机。
     油罐爆炸前的征兆:如油罐内油蒸汽浓度较大时,油罐火灾处于燃烧阶段,只由当罐内油蒸汽浓度消耗到爆炸极限范围内时,才能由燃烧突发爆炸。油罐是否会爆炸可以从火焰颜色来判断。当燃烧区内含氧量高于50%时,燃烧充分,火焰呈兰色不亮。没有烧红的微小炭粒,所以烟雾较少或无烟,此时罐中油蒸汽浓度在很快降低,接近爆炸极限,这说明很可能在短时间内要发生爆炸。如果火焰呈兰色发光﹑射时罐中的空气与油蒸汽混合不好,有缺氧现象,燃烧不充分,火焰中带有烧得火红的微小炭粒,所以火焰非常明亮,有较大黑烟,射说明油罐一时不会发生爆炸。
要想更为准确的知道喷溅发生时间,仅靠定量的时间估算是不够的,还必须依据实战经验,适时观察发现喷溅前的预兆并进行分析判断才行。喷溅之前先沸溢,喷溅前油面出现蠕动、涌涨是难以观察的现象;容易观察到的是火焰增大、发亮、变白、烟色由浓变淡,发出剧烈地"嘶嘶"声。金属原油罐发生喷溅前的典型预兆是罐壁颤抖并伴有强烈的噪声。如果时间估算和对预兆观察的分析判断相吻合时,指挥员就必须果断地下达撤退命令,以防造成人员伤亡和车辆装备损失。
4。结语
    以上是对原油罐火灾进行简单的探讨。限于本人水平,很多地方还值得进一步探讨研究。原油罐一旦发生火灾,或是猛,扑救难,影响大。为更好地认识油罐火灾的客观规律,做好防火,灭火工作,我们平时应当认真研究,根据具体的情况制定好灭火做战预案,这样才能打有把握之战,打胜仗。

参考文献
(1)公安部政治部。灭火技术与装备。北京:中国人民公安大学出版社
(2)张顺兴。原油储罐火灾的特征及对策。全国队伍建设和灭火战术论文集。中国消防协会
(3)吕凡辉。 浅谈原油火灾的沸溢与喷溅。 山东消防杂志。 山东省公安厅消防局
(4)公安部消防局。消防灭火救援。北京:中国人民公安大学出版社

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