外浮顶油罐火灾扑救技术研究

 外浮顶油罐火灾扑救技术研究

中国石化镇海炼化分公司消防支队叶曙鸣  朱胜高

 

1 引言

外浮顶罐遭雷击或因硫化亚铁自燃起火事故屡有发生，尽管外浮顶油罐发生全面积敞口火灾的几率不大，但一旦发生扑救难度较大，特别是大型原油罐火灾持续时间长容易发生沸溢，造成恶性事故。外浮顶火灾初期着火部位一般都是围堰的密封圈，只要战术合理，很容易把火势消灭在初起阶段，但是处置不当，也会使火势快速发展蔓延；如果在扑救过程中把大量的泡沬倾注到浮盘上，会引起浮盘倾斜甚至下沉，将会使火情恶化，难以控制，给扑救带来极大困难。所以正确分析油罐火情，掌握油罐火灾发展的规律及特点，对提高灭火扑救技术，达到快速灭火目的具有重要意义。

 

2 外浮顶油罐基本构造

外浮顶油罐是目前国内外大型油罐中最常用的一种结构形式，主要用于储存原油、汽油及柴油等介质。由于近年来大型固定顶技术和内浮顶技术的发展，汽油、航空煤油储罐大多数采用内浮顶或拱顶油罐结构。新建外浮顶油罐几乎都用于储存原油。目前常用的浮顶结构是双盘式和单盘式。外浮顶油罐一般包括底板、浮船、转动扶梯、加热器等，详见图1。

外浮顶油罐常见容积从几百到几万立方米，目前国内最大的外浮顶原油罐达15万立方米。

1—抗风圈；2—加强圈；3—包边角钢；4—泡沫消防挡板；5—转动扶梯；6－密封圈；7—加热器；8—量油管；9—底板；10—浮顶立柱；11—排水折管；12—浮船；13—单盘板。

 

图1 外浮顶油罐结构示意图

 

3 油品燃烧特性及风险分析

由于外浮顶油罐储存的介质大都为易燃、可燃的石化化工产品，因明火、静电、自燃或雷电均可引发火灾。外浮顶油罐火灾的基本类型可分为：只燃烧不爆炸、只爆炸不燃烧、先爆炸后燃烧、先燃烧后爆炸、连续性爆炸、沸溢喷溅性燃烧等。外浮顶油罐火灾燃烧形式分为：密封圈局部燃烧、密封圈燃烧、浮盘倾斜燃烧、浮盘下沉敞开式燃烧、油品外溢流散形燃烧、立体型燃烧。

3.1 油品燃烧特性

1）燃烧温度：油罐发生火灾，温度可达到1050～1400℃，油罐罐壁温度可达到1000℃；

2）火焰高度与油罐直径及风力有关：油罐直径越小，火焰高度相对较高。6m以下罐径火焰高度一般采用3D，6m以上罐径火焰高度一般为1.5D。无风情况下，火焰呈锥形，锥形底面积等于罐的横截面积，随着风力增大，火焰高度随之降低，但火焰宽度且大幅增加。锥形火焰受风力影响产生一倾斜角，倾斜角随着风力增大而增大。在无风情况下，倾斜角为0～15°，当风速大于等于4m／s时，则倾斜角为60～70°；

3）油罐火灾的燃烧速度与油罐的直径有关：液体的初始油度越高，燃烧的质量速度越快，火焰的热辐射能力越强，燃烧的速度越快；高液位燃烧速度大于低液位的燃烧速度；随着直径的增加而燃烧速度加快；

4）热辐射：受气流影响，辐射线强度呈梨形指向下风方向，在等距离范围内下风方向温度最高，约为上风方向的2~3倍以上；沸溢导致燃烧火焰的直径和高度明显增大，沸溢时火焰平均热辐射强度是沸溢前的2.5~3倍；

5）油品的热波特性：由于重组分的下沉速度远大于油品的燃烧速度，随着燃烧时间的增长，在原油中形成了一个以一定速度向下推进的温度大致不变的热油层又称热波层，热油层温度称为稳定高温层温度；

6）沸溢喷溅现象：重质油品（如原油、重柴油、渣油、蜡油、沥青、润滑油等）在燃烧中低沸点组分首先蒸发并燃烧，由于油品的热波特性，温度不断下传，加热的液层越来越厚；油品含有水份或灭火时向罐内射了水（混合液），水被加热到沸点汽化，体积扩大1720倍，以高压向外冲击，形成沸溢喷溅现象。在一次油罐火灾扑救中，沸溢现象可能会重复发生多次。一般燃烧1个小时后，油罐就会出现沸溢现象。

3.2 风险

由于油罐往往储存有大量的易燃可燃介质，如火灾发现或处置不及时，导致火灾燃烧时间过长，势必对罐体及附属设施造成破坏，存在介质外溢形成流淌火等风险。鉴于外浮顶油罐较多用于储存原油等重质油品，因而油品沸溢的是不容忽视的风险。重质油品具有较高的沸点和较大的粘度，水沸腾汽化被油薄膜包围形成油泡沫，大量油泡沫从罐内沸溢而出，范围是罐径的十倍以上，面积可达几千平方米，形成大面积燃烧，造成事故扩大，同时给现场抢险人员带来极大的安全风险。

 

4 外浮顶油罐火灾灭火方法

4.1 灭火战术原则

对外浮顶油罐火灾应坚持统一指挥，统一行动，准确迅速，集中兵力，速战速决打歼灭战。

1）第一时间调集兵力，以充分的准备，准确迅速的战斗行动和有效措施，达到快速灭火目的；

2）进行火情侦察，准确掌握火场全面情况，拟定灭火方案，是掌握火场主动，歼灭火灾的一项关键工作；

3）第一时间控制火势，就是集中兵力，抓住战机，包围火点，在短时间内夺取灭火战斗的胜利；

4）坚持固定设施优先，移动力量配合，根据实际情况，采取必要的工艺措施，力争将火势消灭在初起阶段；

5）当灭火力量不能满足灭火需要且邻近油罐受到火势威胁时，应先把主要兵力投入到冷却保护邻近油罐上，对邻罐及地面区域进行泡沬覆盖保护，预防火势蔓延；

6）保证火场不间断供水和备足灭火药剂，合理分配水源，优化用水方案，确保总攻灭火时间的持续性。

4.2 灭火行动程序

先上风、后下风；先外围、后中间；先地面、后油罐；只灭火、不冷却；边冷却、边灭火；先冷却、后灭火。

4.3 灭火方法

1）火情侦察

a) 固定式、半固定式灭火设施是否还完好，是否可以登罐设移动炮和泡沬枪阵地，是否需要架设泡沫钩管；

b) 着火油罐的破坏状况，邻罐、尤其是下风方向油罐受火势威胁情况；

c) 着火油罐和邻罐的直径、间距、储存油品的种类、数量和液位高度（着火罐液位以上变色，液位以下不变色）；

d) 重质油品的含水量，水垫层高度，有否沸溢、喷溅的可能，预测沸溢、喷溅发生的时间及可能造成的危害范围；

e) 有无必要提高（注油）和降低液位（导油），防火堤是否需要加固，雨水沟切断阀是否已关闭。

2）启动固定灭火及喷淋设施

凡是设有固定灭火及喷淋冷却设施的，应迅速启动投用，在实施灭火的同时对着火油罐和邻近进行冷却保护。

外浮顶火灾扑救案例：2007年5月24日下午，15时16分，某国储公司油库47＃油罐由雷击造成长度为3.6m、4.4m两处开裂口起火，二次密封烧毁长度为12.2m，开裂最大宽度为22cm，一次密封烧毁长度为18m，整个着火面积为15.3m2。15时18分，消防队接到报警后，出动了两台消防车（共12人）于15时21分30秒赶到了火灾现场，15时25分30秒火势被扑灭。这次火灾扑救，采用的是典型的“以固为主、固移结合”的战术，整个灭火过程只有8分15秒。在这期间固定设施起到了关键作用，在15点17分45秒灭火系统启动到15时20分39秒，第一裂口处火势就己被扑灭。消防队从接警出动到准备出泡沬实施灭火，此时围堰火势已基本被扑灭，这也是由于当班内操发现火情早，固定灭火系统投入及时，抓住了灭火的最佳时机，以致于把火势消灭在了初起阶段。

3）冷却降温、预防爆炸

在灭火力量充足的情况下，对着火罐和邻近罐采用移动力进行冷却保护（有保温层或有喷淋设施的邻罐可以不考虑），一般情况下，冷却着火罐的供水强度为0.6～0.8L／s·m。即每秒需用冷却水量为0.8升×油罐周长。通常一支19mm水枪，充实水柱为15m，能控制油罐的周长10m左右，对低液位的着火罐要增加冷却水枪支数，控制油罐的周长降至6～8m左右邻近罐冷却水的强度一般为0.35～0.7L/S·m，按油罐半个周长计算，即每秒需要冷却水0.7升×1/2油罐周长，也可以根据现场实际情况采用自动摇摆炮、移动炮来进行冷却。

4）登罐强攻，枪炮结合

用手提式干粉灭火器和覆盖物（浸湿的毛毡、石棉布、麻袋、棉被等），从上风方向接近火点，严密盖住火焰，喷射干粉窒息灭火，对初起火灾效果最佳；

抓住时机，以快制快，充分利用外浮顶油罐的特点，抓住火灾初起阶段燃烧面积小、温度不高、火势较弱的有利时机，在条件允许的情况下登罐强攻。利用半固定消防竖管在平台或浮盘上出泡沬枪进行灭火，也可以同时采用垂直铺设水带的方法，在罐顶增加泡沬枪或移动炮。采用远炮近枪战术，以最快的灭火行动，迅速控制火势，取得火灾扑救的战术性胜利。

火灾扑救案例：1998年7月13日15时19分，某炼化企业5000m3石脑油罐由于硫化亚铁自燃引起火灾，着火周长为围堰的71m。消防队在接到报警后，调集了责任中队和增援中队7台消防车先后在15时23分赶到现场，利用半固定消防竖管向罐内注入泡沬灭火，同时，出泡沬钩管对盘梯口火势进行了压制，15时40分，火势被扑灭。此次灭火共用了21分钟，采取的战术正确，整个战斗展开有序、以快制胜，为把火灾消灭在初起阶段赢得了宝贵的时间。

5）工艺配合、各显其能

油罐罐盖塌陷起火，浮顶塌入罐内，部分在液面上，部分在液面下。液面敞露部分燃烧猛烈，罐盖遮住部分火焰微弱，泡沫打不进去。这时可采取注水（油）提高液位的办法，消除隐蔽火焰，然后再向液面上喷射泡沫灭火，不能提高液位的，要发挥移动炮的灵活性的优点调整最佳角度和用高喷车举高向着火罐盖缝隙上方的罐壁喷射泡沬灭火；当油罐浮盘下沉，形成敞开式稳定燃烧后，应在上风和侧上风方向选择合适进攻位置，使用高架炮、车载炮、移动炮，高喷车和泡沬钩管等装备集中向着火罐内喷射泡沬，如果液位太低扑救有困难时，可在上风方向距液面50－80cm处罐壁上开洞（技术含量要求较高，实施起来有一定因难，还要切合现场实际情况），向罐内喷射泡沬灭火。

6）积极防御、等待时机

油罐呈敞开式燃烧且燃烧猛烈情况下，在灭火力量不足以歼灭火灾时，就要积极冷却防御，为增援队伍的到达创造灭火战机。向邻近罐注入泡沬保护，对地面区域喷洒泡沬进行覆盖，防止火势蔓延，根据现有力量按先邻近罐后着火罐的次序进行冷却保护。对大面积的油罐流淌火，应迅速组织人员关闭防火堤雨水阀，筑堤拦坝、阻止油品外流，在防止火势蔓的基础上，对燃烧区域进行穿插分割，四面合围、逐片消灭。堤内火扑灭后，消防员不要盲目进入高温热油中，防止烫伤，防火堤内的油品对火灾扑救有产生影响的，应利用沟渠排至空旷安全的区域，并派人严密监护。

油库火灾扑救案例：2001年9月1日，凌晨4时30分，某油库在倒油过程中，汽油从油罐内外溢，挥发的可燃气体遇汽车发动机产生的火花起火。着火过程中引起8个油罐共3200m3的柴油和汽油罐发生爆炸，由于着火罐的四面毗邻方向有油库、加油站、液化气站、铁路油槽车、汽车油槽车，如果措施不当一旦发生爆炸造成火势蔓延，那后果不甚设想。针对现场实际情况，火场总指挥以“积极防御，控制延蔓、等待时机、一举歼灭”为指导思想，先后调集了三个消防队和四个消防支队的灭火力量。采取对着火邻近罐进行积极冷却保护、转移油槽车、引导人员疏散、加固防火提、切断邻近区域电源、气源等各项有效措施，预防事态的进一步恶化。经过连续9个多小时的奋战，趁火势燃烧进入哀弱阶段时，现场总指挥抓住战机，果断组织力量实施总攻，最终将大火扑灭。这个火灾案例其实也可说是一个“丢卒保车”的战例，在整个战斗过程中指挥员大局感强、战术运用灵活，采用积极防御、确保重点，兼顾一般、协同配合，引导疏散、抓住时机、一举歼灭的灭火战术，以最小的代价换来了一方的平安。

7）调集力量，主动进攻

扑救油罐火灾，一味的采取防御是没有成效的，解决不了最根本的问题，应当把主攻灭火意识放到第一位，把有限的水源都集中投入到灭火中去，消灭火灾才是真正的目的。要把主要精力投入到灭火力量和灭火药剂的调集中来。根据油罐大小和已知的现场情况，按1︰2的比例迅速调集相邻消防力量，按1︰8的要求调运灭火药剂。在调集消防车辆时要以大功率泡沫车和举高消防车为主，以利于适应油罐火灾扑救的需要 ，要始终贯穿于火场的不断侦察和研究，制定最佳的灭火方案，一旦备足力量，待时机成熟后，同时集中发起进攻，一举歼灭火灾，决不能另打碎敲，既浪费灭火药剂，又造成火灾扑救陷入被动的局面。

油罐火灾扑救案例：在2001年6月7－8日，位于美国新奥尔良西部奥里昂炼油厂一个直径82m、高10m，50000m3的开方式无铅汽油浮顶罐被闪电击中起火。威廉姆斯危险物质火灾控制公司在13：45接到报警求助，14：00开始调集人员、设备及泡沬，于01：32开始灭火，其中间装备及灭火药剂的调集就整整花费了11个小时47分钟。所以扑救油罐火灾时，在请求力量增援的同时应考虑到对灭火剂的调集，以保证总攻时间的持续性。

8）泡沬冷却，视机歼灭

对敞开式油罐燃烧火灾，应选择在上风方向进攻有利位置布置主攻力量，采用远射程车载炮、移动炮、高喷车向整个燃油表面用泡沬进行喷射，对高温油面进行冷却，逐渐降低整个燃油表面的温度，以发挥泡沬最佳的灭火效果（当油品的温度降到147℃以下后，泡沫层才能在燃烧液面上推进，油品温度降至98℃以下时，泡沫蒸发才逐渐减少）。冷却期间要注意观察火势的燃烧情况，寻找最佳的灭火点（既燃烧最充分火势最猛烈部位），视时机集中灭火力量发起总攻，用大流量的泡沬集中对火势进行压制，在油面上形成一个或两个泡沬落点持续向四面扩散，逐渐完成对整个油平面的覆盖，从而达到灭火目的。

油罐火灾扑救案例：在2001年6月8日，威廉姆斯危险物质火灾控制公司在扑救美国奥里昂炼油厂50000m3无铅汽油浮顶罐火灾中，用一门约505升/秒（混合液）及一门约252升/秒（混合液）的移动泡沬炮，用时65分钟就成功扑灭火势，消耗3%型轻水泡沬液约105990升（约106吨）。

从以上数据中可以看出，大流量、远射程的灭火工具及高质量的灭火剂在火灾扑救中灭火效率高，优势体现明显。根据我们目前企业消防装备配置状况来看一般都以大功率消防车为主，虽然在装备上基本能达到灭火需求，但是由于受道路、环境等因素限制，出现进攻点位较多、攻击力不够集中，给灭火效率带来了一定的影响，所以在油罐火灾扑救中指挥员应合理调集车輌，充分发挥大功率消防车的作用，选择最佳进攻的位置，一旦时机成熟齐中火力对火势进行打击，以达到最佳灭火效果。

9）优化兵力分配，全面控制，逐个消灭

在多罐同时发生着火的情况下，应按照先邻近罐后着火罐，先下风后上风的原则，尽最大努力冷却受到火势威胁的邻近罐，确保邻近罐的安全，以防止火势的扩大蔓延，在力量有余的情况下，同时对着火罐进行冷却保护，对着火罐的冷却一定要均匀，以免罐壁温差过大，引起油罐变形、塌陷，如果出现受风力、高温等恶劣因素使消防队员无法靠近的情况，应该把重点放在对邻近罐的冷却保护上；在灭火力量不足时，按先上风后下风的原则逐个进行扑救。若力量足够，则可按力量分组同时实施扑救。

10）消灭残火，预防复燃

油罐火灾扑灭后，应继续向罐内喷洒一定数量的泡沬，以彻底清除隐藏在各个死角的残火、暗火。不留火险隐患，以致于引起复燃为止。不仅应在罐内液面上保持泡沬覆盖层，还需对油罐继续冷却降温，直至罐壁温度降到低于油品的自燃点，达到常温以预防油品复燃，

4.4 注意事项

1）消防车应尽量停在上风或侧风方向，并与油罐至少保持40米以上的距离，要以能迅速撤离为前提，指定一名素质好、经验丰富的同志负责观察油罐燃烧现象，一旦发现沸溢喷溅征兆时，立即发出撤离通知。停水，卸下水带，携带枪炮、分水器等，开车撤离现场；

2）一些石油产品，燃烧时会分解出硫化氢等有毒有害物质，消防队员在扑救中，特别是在下风方向灭火的，必须穿戴相应的防毒装备，以策安全；

3）对着火罐的冷却要均匀，不能留有空白点，以免冷却不均匀，造成罐壁温差过大反而导致油罐变形、塌陷，绝不允许把水流打入罐内，以至发生沸溢喷溅。如果力量不够，应优先考虑冷却保护邻近罐；

4）可以通过罐底的排水装置排除罐底的水垫层，从而防止沸溢喷溅的发生。但是需要灭火人员冒着极大的危险靠近着火罐的罐底，操作起来需要较高的技术要求。

5）在罐内液位较高的情况下，可采用工艺手段进行倒油，以防止沸溢的发生。倒油操作时，不得将罐底水垫层的水带入热油层；同时还要加强罐壁的水冷却，并做好灭火准备，当发现火情异常时，应立即停止倒油。

6）不得将高温热油倒向其它油罐，一般油罐都有水垫层，如果倒油不慎，就会发生沸溢。