石油儲罐消防設計根據我國大型儲罐設置的特點，分析了大型石油儲罐在儲存、轉運過程中潛在的火災危險。通過對千例石油火災案例統計分析，獲得了石油儲罐發生火災的主要原因。在此基礎上，從石油儲罐工藝設計、布局、防火和滅火等角度出發，分析大型石油儲罐常用的類型、材料和防腐處理技術；研究儲罐的布置間距；總結大型儲罐消防設計中采用的防、滅火技術措施。論文研究的成果，可供實踐工程參考。

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹石油儲罐消防設計【關鍵詞】石油；大型儲罐；火災；消防安全；設計

    0 石油儲罐消防設計引言

    隨著我國能源戰略調整的進行，石油作為國家重要能源已積極擴大其戰略儲備，建設大型石油儲備基地[1]，計劃到2020年達到滿足90天石油消耗的戰略儲備水平。為降低儲存成本，油品儲罐逐漸朝大型化方向發展。我國已建和擬建的國家儲備庫，庫容大都在100×104 m3的量級以上，有的甚至規劃了2000×104 m3。單罐容積小則5×104 m3，大則15×104 m3，10×104 m3以上的儲罐屢見不鮮[2]。石油庫規模擴大，單罐容積變大，勢必引起石油及其產品儲存風險增大。

    據資料統計：在近50年間，國內外油品儲罐共發生242起重大事故[3]，其中震驚中外的黃島油庫火災造成10多人死亡，直接經濟損失超過3000萬元，英國邦斯菲爾德油庫火災燒毀大型儲罐20余座，直接經濟損失高達35億元。

    為有效遏制石油儲罐火災的發生，在油罐設計之初必須嚴把技術關，減少消防設計上的先天不足，降低消防安全隱患，因此，筆者針對大型儲罐的火災危險，提出了大型石油儲罐在工藝設計、布局、防火和滅火等方面應注意的問題，以供實踐工程參考。

    1 大型石油庫特點及消防設置概況

    1.1 大型石油庫特點

    與常規油庫相比，大型石油庫在選址、容量、管線和消防設置方面具有如下特點：

    1)為便于裝卸油品，大型石油庫往往設置在沿海地區。

    2)儲存規模大，儲存容量達到幾百萬立方米。

    3)輸送功能復雜，進出管線多。

    4)單罐儲存容量大，一般在10萬立方米以上。

    1.2 大型石油庫消防設置概況

    在消防設置方面主要體現在以下幾點：

    1)按我國現行相關規范進行設計，在某些方面參考了國外的一些規范。

    2)在消防設施上，設置了消防給水系統、泡沫滅火系統、水噴淋冷卻系統和火災監控系統等消防安全保護措施。

    3)配備了一定的移動消防裝備。

    雖然大型儲罐在消防安全方面采取了一定的技術措施，但與常規油罐相比仍存在較大的火災危險性。

    2 大型石油儲存設備火災危險性分析

    通過對大型石油儲罐與常規油罐的對比分析，其火災危險性及其具體內容如圖1所示。

大型研究

    圖1 大型儲罐危險因素示意圖

    1)單個石油儲罐的直徑大(80m以上)，發生火災時輻射熱明顯增強。

    目前我國建造的大型石油儲備庫中，單罐的容積大都集中在10×104 m3，罐直徑80m以上。假如發生油罐敞開式燃燒，所產生的輻射熱對于周圍油罐必然產生嚴重的影響。資料研究表明[2]，當汽油儲罐容積為2×104 m3，直徑為40.5m，整個罐面著火燃燒時，產生的輻射熱為14.33×104kw，危害距離在17.44m以上，超過了《石油庫設計規范》規定的油罐之間的小防護距離(0.4D)。而大型石油儲罐的直徑均在該油罐的一倍以上，假如發生池火燃燒，產生的輻射熱將成指數倍增長，對相鄰的油罐或其他基礎設施將產生毀滅性破壞。

    2)儲罐容積大，高度高，對地基和罐壁產生的壓力大，可能導致油罐發生事故。

    為便于石油的裝卸，庫區地址往往選在沿海，而沿海地區易遭受自然環境的影響。大型儲罐的容積一般在10×104 m3以上，無論是罐壁還是地基均要承受較大的壓力，一旦遭受海嘯或地震等自然災害的影響，罐基礎有可能發生不均勻沉陷，導致油罐破裂，大量油品瞬時泄出。1974年，日本三菱石油水島煉油廠曾發生過這樣的事故：5×104m3的油罐由于基礎不均勻沉陷造成罐底、罐壁同時拉裂，油品瞬時泄出，并將防火堤沖毀。我國某煉油廠也曾發生過此類事故。

    3)腐蝕是油罐發生泄漏的重要原因，盡管油罐采取了防腐措施，卻只能減緩，不能*腐蝕。

    單個油罐容積增大，油品儲量增多，腐蝕性成分總量增加，加劇了油罐的腐蝕，且某些反應屬于放熱反應，釋放的熱量使油罐內部溫度升高，增加了發生火災泄漏事故的危險。Ping L[4]、張振華[5]等研究表明原油中含有一定量的活潑硫，含硫物質(H2S)與罐壁中Fe3O2發生反應，在反應過程中放出一定的熱量，隨著一些新鮮空氣的涌入，氧含量增加，該反應的生成產物(FeS)繼續被氧化，釋放出大量熱量。而隨著周圍溫度的升高，又促進了反應的進行，使得放出的熱量進一步增加，在局部某個部位積聚了大量的熱量，溫度較高，在一定程度上增加了發生火災和爆炸的危險性。

    4)石油庫儲量多，進油、出油管線復雜，管理難度大，事故的幾率增加。

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥按照大型儲備庫的功能，要求石油庫具有強大的進油和出油能力。為實現這種功能，需要布置大量的管線，設置多個閥門。輸油設備的增多，必然增大事故發生的幾率。據資料統計，在過去的幾十年內，由于管道、閥門原因引起的火災事故占總油庫火災的9.2%。

    5)石油庫儲量增多，規模增大，油罐密集，發生大面積火災，撲救難度增大。

    大型石油儲備庫大則千萬噸，小則百萬噸，單個儲罐容積以10×104m3計算，所需儲罐多則上百個，少則幾十個。如此大規模的集中儲存，一旦發生惡性火災事故，其火災將是災難性的。在這種情況下，常規的固定消防設施往往受損失效，增加了火災撲救的難度。黃島油庫火災和倫敦油庫大火就是例證。

    6)石油儲罐多為地上式儲存，目標明顯，遭受惡意襲擊的可能性增加。

    按我國目前的規劃，*期石油戰略儲備庫中的儲罐主要以地上式油罐為主，這種儲存方式雖便于油庫的維護管理，但是目標明顯，在特殊情況下，易成為攻擊的目標，進而增加了發生特大事故的可能。

    3 火災發生原因分析

    引起油庫區火災的原因分為電氣火、明火、發動機、焊接和其他。其中電氣火包括了靜電和雷電；明火包括庫內、庫外(油品流到庫外引起)和吸煙；發動機是指發動機熱表面、電器、火星等；其他原因包括沖擊、摩擦等原因。

    油庫千例事故數據分布如圖2所示[6]。由圖知，電氣火災占36.6%，明火火災占22.7%。統計結果表明，電氣和用火不慎是引起火災的主要原因。該統計結果為油庫消防安全設計，提供了。

    大型研究

    圖2 火災爆炸事故起火原因統計

    4 大型油罐消防技術措施

    針對大型儲罐存在的火災危險性及其影響因素，主要從工藝設計、儲罐布局、防火、滅火措施等方面研究大型儲罐的消防安全技術措施。

    4.1 工藝方面

    1)儲罐類型的選擇

    石油及其產品常用的儲存設備主要有固定頂儲罐、內浮頂儲罐和外浮頂儲罐。固定頂儲罐在油品上存在一個油氣混合空間，極易發生爆炸，所以固定頂儲罐不宜用來存儲大量油品。內浮頂儲罐的密閉性較好，能夠大幅度減少油品的蒸發，火災危險性較小，安全性較高，但造價較高，一般用來儲存成品油中韻輕質油品。外浮頂儲罐的安全性比固定頂儲罐高，且易做成大型儲罐。目前(10～15)×104m3浮頂罐是世界各國儲存原油的主體罐型。因此，大容量儲罐一般選擇外浮頂儲罐。如某石油儲備基地建造50多個10×104m3的大型外浮頂儲罐(直徑80m)，江蘇儀征設計了15×104m3的雙浮頂儲罐。

    2)儲罐材料的選擇

    目前，我國石油儲存形式主要采用金屬罐儲存。10萬噸以上的大型儲罐，由于石油儲量大，罐壁承受壓力較大，因此，對鋼材的性能提出了更高的要求。早在20世紀60年代，日本已經開始生產適用于大型儲罐的鋼材，到目前上已經擁有十分成熟的鋼材生產技術。這種鋼材特征主要表現在低C-Si-Mn，低硫低磷，合金化，鋼質純凈，具有較好的韌性和塑性。目前，我國已基本實現鋼材國產化，如：寶鋼生產的B 610E(08MnNiVR)、武鋼研制的W DL610D2，都能滿足生產大型儲罐的要求。

    3)儲罐內壁防腐處理

    油品內或多或少含有一定量的腐蝕性組分，如水、氧氣、硫化氫、氯化物和硫酸鹽，長時間與灌頂、罐壁和罐底接觸，會引起這些部位出現腐蝕穿孔，油品泄漏。所以要對油罐進行防腐處理，如粉刷防腐涂料、適當增加底圈壁板的厚度、采用陰極保護[7]等措施。

    4)設置合理的排水系統

    由于雨雪天氣會在儲罐頂部積聚一定量的液體，為了減輕浮頂承受的壓力，減少浮頂發生傾斜的幾率，需要及時將浮頂上的液體排走。所以，在大型油罐中需設置合理的排水系統。如油罐排水系統、燕山石化設計院自行研制的大型浮頂儲罐自適應排水，效果良好。

    4.2 儲罐布局

    對于儲存原油的外浮頂罐，按照現行《石油庫設計規范》的規定，油罐應成組布置且罐組不應大于6×104m3；油罐間距不小于0.4 D(甲、乙A類)。現行相關規范針對常規油罐制定，適用于大型儲罐時，是否能滿足火災安全的需要，很多人提出了質疑，且有很多相關學者對其進行了研究。

    蔡勝修等人[8]采用TurboC 2.0編程語言，在假定某一原油儲罐罐頂發生池火災的情況下，對儲罐半徑由10m增加到50m時，其罐外0.4 D距離處的熱輻射強度進行了計算，研究表明，隨著原油儲罐容量(或半徑)的增大，其罐壁外0.4 D處的熱輻射強度逐漸減小。即大容量儲罐較之小容量儲罐而言，著火時對罐外壁0.4 D處的鄰近罐的熱輻射危害相對較輕。也就是說，按現行規范規定的防火間距設計，能夠滿足火災安全的需要。

    4.3 防火、滅火措施

    合理進行油罐消防設計，是保證消防安全的重要前提。在進行消防設計時，既要考慮日常防火的需要，又要考慮滅火時可靠的技術保證。縱觀國內外消防設計，油罐的消防技術措施主要有以下幾點：

    4.3.1 設置防雷設施

    雷擊引起儲罐火災事故時有發生。據資料統計，近幾十年來由于雷擊引起的火災占總火災的4.7%，的黃島油庫大火就是由雷擊引起的，此次火災造成了3540萬元的經濟損失，100多人受傷。隨著油罐大型化的發展，一旦發生類似事故，將會引起更為嚴重的災難。因此，在設計油罐時，應進行防雷設施設計。對于外浮頂儲罐通常將浮頂與罐壁用2根導線做電氣連接，并設置合適的接地裝置。

    4.3.2 設置防靜電設施

    當油品與固體、油品與氣體之間、油品與不相混的液體之間，由于攪拌、沉降、噴射、飛濺、發泡、流動等發生接觸-分離的相對運動時，會在油品中產生靜電。這種靜電對易燃油品是種潛在的火源。據資料統計，由于靜電原因引起的火災占總火災次數的14.1%。因此，采取可靠的靜電防護措施，是減少油罐火災的重要措施。

    4.3.3 選用合格電氣設備和電器防爆設施

    油罐的主要電氣設備如輸電設備、線路、泵房電機、照明設備等，若采用非防爆型或防爆等級不夠的泵房電機、燈具、開關等，在使用時產生電火花，極易引燃泄漏的油蒸氣。電氣設備是引起油罐火災的重要原因。資料統計表明，電氣原因引發的火災占總火災數的19.8%，居各種火災原因。選用合理的電氣設備，科學的使用和管理，是減少電氣火災的主要措施。

    4.3.4 設置火災報警系統聯動設施及可燃油氣檢測裝置

    利用火災報警設施對油罐進行監測，一旦油罐中某處發生故障，立即發出報警信號，管理人員及時進行檢查，排除故障，將火災消滅在萌芽階段。目前，罐區火災自動報警系統采用的技術主要包括感溫電纜及光柵光纖兩種，感溫電纜是一種傳統油罐探測技術，在早期建造的油罐中用于火災探測。光柵光纖火災探測系統是近幾年出現的應用于油罐的火災探測技術，與感溫電纜相比，該系統性能穩定，適合應用于大型儲罐。經在鎮海煉化和茂名石油公司的大型儲罐上的應用檢測證明，光纖光柵探測系統具有優良的火災探測性能[9]。

    在儲罐區除設置火災探測裝置外，還應同時設有可燃氣體檢測設備，一旦某處發生泄漏，可燃氣體濃度超過規定指標時發出報警，管理人員及時檢查維修，降低惡性事故發生的幾率。

    4.3.5 合理設置油罐保護設施，減少輻射熱對油罐的破壞

    石油是一種高能燃料，1kg石油燃燒時可產生41868 kJ的熱量，一旦油罐發生火災，其強烈的輻射熱對罐體及鄰近罐產生強烈的破壞作用。為減少輻射熱對著火罐及鄰近罐的危害，降低火災中著火油罐的個數，需要設置保護設施。

    1)設置防火隔熱涂層

    在油罐外壁和與其相連的管道上噴涂防火隔熱涂料，形成一層隔絕輻射熱的保護層。

    該涂層附著在油罐本身，日常能減少太陽熱輻射的影響，火災時自動對油罐進行保護。從技術發展來看，20世紀中期，國外就已開始研究防火涂料，我國在20世紀70年代開始此項技術研究。通過幾十年的努力，已經擁有適合不同場所、具有不同性能的防火隔熱涂料。20世紀90年代研制開發了具有防腐蝕與隔熱雙重功效的隔熱涂料，如涼涼隔熱膠、丙烯酸聚氨酯類涂料。這種石油儲罐外壁隔熱防腐涂料不論防腐性、耐候性，還是隔熱性都很好，通過外檢測試，丙烯酸聚氨酯類涂料隔熱層體系熱反射率達到75%，降溫幅度達到8～10℃。

    2)設置水冷卻系統

    水具有很好的冷卻降溫作用，如1kg水*氣化可吸收2259 kJ的熱量，所以水常用作冷卻介質。在《石油庫設計規范》中規定，“著火的浮頂油罐應進行冷卻”；滿足地上儲罐高度超過15m，或單灌容積大于2000m3時，應采用固定式水噴淋冷卻系統。同時在油罐區周圍設置一定數量的水炮。水炮的射程遠，流量大，一旦油罐發生爆炸損壞固定水噴淋冷卻系統，水炮能夠繼續發揮冷卻作用。

    4.3.6 設置固定滅火系統，將火災消除在初級階段

    固定滅火系統是按照相應的設計要求，預先安裝好的、著火時可立即啟動對油罐進行保護的滅火系統。該系統在油罐發生火災時，可隨時按照預定的程序啟動，有效地實施滅火。和移動設施相比，該系統啟動時間短，滅火劑消耗少、釋放位置比較準確，滅火效率高。固定滅火系統主要有液上噴射泡沫滅火系統和泡沫炮系統。

    4.3.7 設置消防給水系統

    無論是水冷卻系統還是泡沫滅火系統，在冷卻和滅火過程中需要大量的水，因此，在儲罐區必須設置儲水和輸水設備。在石油儲罐區往往設置臨時高壓給水系統(或穩高壓給水系統)，平時，靠穩壓泵維持系統的壓力，當發生火災時啟動消防水泵，達到滅火需要的壓力。同時，在輸水管線和泡沫管線上分別設置消火栓和泡沫栓，并用不同的顏色標示。消防用水一般通過消防水池、水罐或利用附近的江河湖?自的水資源作為消防用水，保證火災的情況下具有足夠的冷卻和滅火用水。

    5 其他

    完善的消防設計是確保消防安全的重要技術前提。而真正要提高石油儲罐的消防安全，還需要在石油儲罐運行過程中加強安全管理[10]、加大移動消防設備的投入力度和增強應對突發事故的能力。

    6 結論

    結合我國石油能源供需現狀和石油儲備大型化的特點，總結了大型石油及其產品儲存設備在消防安全方面應采取的技術措施，主要得出如下幾方面的結論：

    1)分析了大型石油儲罐區的特點，一般大型儲罐區具有儲量大、管線多、單罐容積大的特點。

    2)進行了大型石油及其產品儲存設備火災危險性分析，認為儲罐容量變大，在一定程度上增加了儲罐發生事故的危險性。

    3)從工藝設計、儲罐布局和消防設計3個角度，分析了大型石油儲罐常采用的類型、材料和防腐處理技術，研究了儲罐的布置間距，總結了大型儲罐消防設計中采用的防滅火技術措施。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求