安全文化網 m.zltai.com 　　簡述：通過對全國油罐火災案例的統計,分析并量化了不同罐型的火災危險性、油罐火災模式、起火原因。在此基礎上研究了不同材料、液位高度、容量對油罐破壞形式的影響,并就油罐火災的起火原因和火災危險性影響因素進行探討。
　　
　　摘要:通過對全國油罐火災案例的統計,分析并量化了不同罐型的火災危險性、油罐火災模式、起火原因。在此基礎上研究了不同材料、液位高度、容量對油罐破壞形式的影響,并就油罐火災的起火原因和火災危險性影響因素進行探討。
　　
　　本文通過查閱文獻、問卷調查以及實地調研等不同形式,收集匯總了全國油罐火災案例139例[1-6]。結合每個案例的特點,利用統計分析的方法,總結出我國油罐火災發生的規律及特點,進一步明確了油罐火災發展過程的確定性。對消除火災隱患,制定切實可行的安全措施和管理制度,提高滅火人員的撲救技術具有重要意義。
　　
　　1油罐的安全性分析
　　1.1油罐的分類
　　
　　油罐有多種類型,按油罐的建筑材料,可分為金屬油罐和非金屬油罐;按油罐的安裝位置,可分為地面油罐、半地下油罐、地下油罐和洞庫油罐;按油罐的結構形狀,可分為立式油罐、臥式油罐和特殊形狀油罐(球形罐、扁球形罐、水滴形罐)。立式油罐較為常見,根據其結構不同,又可分為錐頂罐、無力矩頂罐、拱頂罐、套頂罐、浮頂罐等。
　　
　　1.2各類油罐的火災危險性
　　
　　根據我國油罐的常見類型,結合本課題的研究重點,對拱頂罐、浮頂罐、內浮頂罐、臥式罐和非金屬罐五種類型的罐進行統計。通過對55例有明顯罐型記載的火災進行統計,得到不同罐型的火災所占的比例,具體結果如表1所示。
　　
　　由表1可以看到非金屬罐火災占全部油罐火災的14.5%,應當引起足夠的重視。非金屬油罐多建于地下或半地下,出于結構強度方面的考慮,罐身較淺而端面面積較大,油罐周圍一般不設防火堤,其容量由數百立方米到上萬立方米不等,多數儲存原油和重油。對于地下非金屬罐,如果再考慮其他如防雷保護不及金屬罐、油氣在貼近地面處擴散,起火危險性和撲救難度都較大等因素,危險性更高,是一種安全度較低的罐。
　　
　　表1顯示出浮頂罐和內浮頂罐發生火災的相對比例較小,分別為9.1%和3.6%,這主要是由于其內部結構決定的。由于浮頂和液面之間不存在空間,罐內不易積聚油氣,且能緩解內壓的增加,因此這類罐不易爆炸起火,具有良好的防火性能。統計結果表明,浮頂罐的火災一般只發生在罐頂邊緣密封處,其燃燒面積小,火勢較弱,油罐被破壞情況很少。內浮頂罐在浮頂罐的基礎上有一固定頂,兼有浮頂罐和拱頂罐的優點。一方面可以減少大小呼吸損耗,另一方面著火爆炸的危險性大大降低。
　　
　　臥式罐通常容積較小,主要是作為加油站儲油罐和槽車罐。從反饋回來的火災資料看,臥式罐火災約占全部火災的56.4%。而以往的文獻中往往忽略對臥式罐的統計,因此,消防部門應高度重視臥式罐火災。對臥式油罐根據所儲油品和起火原因進一步統計,其結果如表2和表3所示。從表中可以看到,臥式罐所儲油品主要是汽油和柴油,約占總數的80.6%。而在起火原因中,明火和靜電的比例約占總數的87.4%。發生的主要原因是由于人為操作失誤、交通事故、電器短路或收發油時沒有有效消除靜電等。
　　
　　2油罐的火災模式
　　
　　油罐火災因油罐類型、起火原因或油品種類的不同,其火災模式也各不相同。通過對油罐火災案例的調查,總結出油罐發生火災時,可能的火災模式主要有以下幾種。
　　
　　2.1先爆炸,后燃燒
　　
　　油罐發生火災后,大多數情況是先爆炸,后燃燒,這種情況一般是罐內油蒸氣濃度處在爆炸極限范圍內,遇到火源,罐內先爆炸,罐頂炸飛,或罐頂部分塌落罐內,隨后引起液面迅速穩定燃燒。
　　
　　2.2先燃燒,后爆炸
　　
　　油罐發生火災后,在燃燒過程中發生的爆炸一般有三種情況:
　　
　　(1)油罐在火焰或高溫作用下,罐內的油蒸氣壓力急劇增加,當超過它所能承受的耐壓強度時,會發生物理性爆炸。
　　
　　(2)燃燒罐的鄰近罐在受到熱輻射作用時,罐內的油蒸氣增加,并通過呼吸閥等部位向外擴散,與周圍空氣混合達到爆炸極限,遇燃燒罐的火焰,即發生爆炸。
　　
　　(3)回火引起的爆炸。油罐發生火災,罐蓋未被破壞,當采取由罐底部倒流排油時,如排速過快,使罐內產生負壓,發生回火現象,將導致油罐爆炸。
　　
　　2.3爆炸后不再燃燒
　　
　　油罐內油品的溫度低于閃點,其蒸氣濃度又處于爆炸濃度極限范圍內;或油罐內雖無儲油,但存在油蒸氣和空氣的混合氣體,一旦遇到明火,就會發生爆炸,把罐頂或整個油罐破壞。但爆炸后不再繼續燃燒。在油罐清洗、通風和動火補焊時應注意這種情況的發生。
　　
　　2.4穩定燃燒
　　
　　當罐內液面以上的氣體空間油蒸氣與空氣混合濃度達不到爆炸極限時,遇明火或其他火源,燃燒僅在液面穩定進行。如果外界條件不能使罐內混合濃度達到爆炸極限范圍,將會使油料燒完為止。
　　
　　在收集到的火災案例中,有62起案例可明顯地按照上面的四種類型劃分火災模式。另外,根據所含油品的類型和油面位置兩個因素,進一步分析了不同模式所占的比例,如表4所示。
　　
　　由表4可以看到,62例火災中,有43例是先爆炸后燃燒,占火災總數的69%;先燃燒后爆炸6例,占火災總數的10%;爆炸后不燃燒有4例,占火災總數的6%;穩定燃燒9例,占火災總數的15%。因此,預防油罐火災的重點應放在抑制爆炸上。在先爆炸后燃燒火災模式中上,有明顯液位記載的案例有8例,其中低液位有6例,可見低液位油罐容易發生該火災模式,重要是由于存在油氣空間,油蒸氣濃度容易處在爆炸極限范圍內。而在爆炸后不再燃燒的火災模式中,有明顯記載的3個案例中的油罐全部是充滿油蒸氣的空罐。
　　
　　3油罐火災的起火原因
　　
　　在收集到的案例中,101例有起火原因記載。起火原因主要有明火、雷擊、自燃和靜電等,其分析結果如表5所示。
　　
　　從表5可以看出,由明火引起的油罐火災居第一位,占53.5%。其主要原因是在使用電氣、焊修儲輸油設備時,其動火管理不善或措施不力而引起。另一個重要原因是在油庫禁區及油蒸氣易積聚的場所攜帶和使用了火柴、打火機、燈火等違禁品或在上述場合吸煙等。雷擊和靜電作為點火源的主要原因是由于未設置排靜電裝置及防雷裝置,或其安裝不合要求,致使靜電積聚放電或因雷擊儲油罐、透氣管等設備,引燃油氣混合物。這類點火源在油庫著火爆炸事故中占總數的28%。超溫自燃也是油罐著火的一個主要原因,約占火災總數10.9%。其他點火源,占總數的7.9%,主要包括沖擊摩擦產生火星和超壓以及未查清的點火源等。
　　
　　4油罐破壞情形的影響因素
　　
　　油罐發生火災時,常伴有爆炸,火勢猛烈,使油罐遭到破壞或變形,可能導致油品外溢蔓流燃燒,據文獻[7]介紹,油罐發生火災后,罐頂破壞的約占著火油罐總數的75%,罐底破壞的約占4%,罐體無影響的約占21%。本文對90例罐底和罐頂破壞形式有準確記載的火災案例進行統計,結果如表6所示。
　　
　　從表6的分析結果可以看出,油罐的破壞形式以罐頂破壞為主,約占破壞總數的72.2%,這與油罐的設計思想相符,按照規范要求,在施工過程中將罐頂與罐壁的連接做成弱焊接,這就避免了罐體炸裂,油品流散,將火限制在罐內。而罐底破壞和罐壁破壞分別占總數的16.7%和11.1%,可見這兩種類型的破壞在油罐火災的破壞形式中所占比例不大。
　　
　　4.1不同油罐材質對油罐破壞的影響
　　
　　(1)金屬罐。金屬油罐主要用鋼材制造。在儲罐爆炸的情況下,金屬罐蓋全部被掀開的實例約占40%,多數情況是罐蓋產生裂口。固定頂金屬罐著火爆炸后,一般頂蓋破壞占大多數,這就避免了罐體炸裂,油品流散。但由于罐內油氣濃度、液位高低及油罐結構的強弱等各方面的差異,油罐的破壞不僅局限于罐頂破壞,有時在罐頂破壞的同時,還會有罐底或罐壁的破壞,油從罐內外泄,形成非限制火災,給滅火帶來困難,但這種情況一般較少,統計資料表明[8],對于金屬罐,在罐頂破壞時,罐壁和罐底同時破壞的比例約占總數的15%左右。
　　
　　(2)非金屬罐。早期建造的大型油罐多為非金屬油罐,有鋼筋混凝土結構、磚石和鋼筋混凝土混合結構。頂蓋一般為預制鋼筋混凝土板。這類油罐著火后,罐蓋幾乎100%受到破壞,罐頂爆裂后塌落罐內。地下或半地下罐在沒有覆土的情況下,甚至罐壁也遭到破壞,造成油品流散的大面積燃燒。
　　
　　非金屬的一個很重要的火災特點是相對燃燒面積大,即單位體積油品所擁有的燃燒面積大,約在(0.15～0.4)m2/m3之間,而標準金屬罐的相對燃燒面積平均值約0.1m2/m3。這是因為非金屬罐的建筑特點多采用地下式或半地下式,深度較小,一般在2m～6m之間,在增大容量的情況下,不得不增大儲罐直徑或邊長,以至造成儲罐液面大的不良條件。例如1989年黃島油庫大火中,首先發生爆炸的5號油罐,是半地下的非金屬罐,長72m,寬48m,容積為23000m3。爆炸時罐頂被掀掉,形成了約3500m2的火場。另外由于罐身淺,容易在短期內發生沸溢噴濺,給撲救帶來很大的困難。
　　
　　4.2液位的影響
　　
　　表7是對41起不同液位的油罐火災案例統計。
　　
　　由表7可以看出,油罐發生火災時,易造成損壞的是空罐或半空罐。若油罐內儲油量較多,如在半罐以上時,氣體空間的油氣濃度較大,超過爆炸上限,遇火源時油罐不會爆炸,只能連續燃燒,油罐的破壞一般是罐頂與罐壁接觸處沿罐周裂口,比較容易撲救。如高液位的油罐火災共18起,頂部部分破壞的占10起,占總數的56%。相應空罐或只有少量油的低液位油罐,油蒸氣濃度易達到爆炸極限,遇火即引起爆炸,容易造成罐頂掀掉、或罐壁裂口,或整個油罐拔起。
　　
　　4.3油罐容量的影響
　　
　　對于有明確容量記載的油罐火災,本文收集到的共有36例,具體情況如表8所示:
　　
　　表8的火災案例中,容量不大于1000m3的小罐火災共有21例,其中罐頂全掀的是12例,占總數的57%;而對于容量1000m3～5000m3的油罐火災8例,只有兩例是頂部全掀,4例是部分掀開,占總數的50%;對于容積大于5000m3的油罐火災共7例,但是全掀的卻有3例,原因是這三個罐全是非金屬罐,這與我們前面介紹的非金屬罐著火后,罐蓋幾乎100%受到破壞的結論相一致。而對于頂部部分掀開的3個大罐中,全是金屬罐。由此可以看出,對于小容量油罐,當發生油罐爆炸時,大部分是頂蓋全掀或被拋到空中,油料外流燃燒,形成大面積燃燒。而大型金屬罐發生火災時,多在罐頂與罐壁的弱焊接處局部掀開一條口子,全掀的幾率較小,且直徑越大幾率越小。
　　
　　5火災危險性影響因素分析
　　
　　縱觀整個油罐火災的案例統計,收發作業、雷雨天氣及人員操作失誤是油罐火災發生的重要因素,針對這三種情況,具體分析如下:
　　
　　5.1收發油料時的火災危險性
　　
　　油罐在收發油品作業時,油罐的呼吸稱作“大呼吸”。收發作業的結果,空間油氣濃度變化是相當大的。收油時,罐呼出量很大,有些現場經驗表明[9],在溫度20℃,常壓條件下每進1m3汽油時,便有1kg汽油蒸氣排入大氣。如2001年9月1日,沈陽大龍洋石油有限公司在倒油過程中,油罐內汽油外溢,大量的揮發氣體流到160m外的汽車庫內,當司機發動汽車時,火花引燃油揮發氣體,導致油罐爆炸起火。而在發油時,因為油料輸出時油位下降,罐中氣體空間增大,罐內氣體壓力小于大氣壓力。大量空氣補充進入罐內,當達到爆炸極限時,遇火就發生爆炸。同時,油料輸出使罐內形成負壓,在罐外燃燒的火焰會輕易被吸入罐內,使罐內油蒸氣爆炸。因此,收發油作業時,嚴格控制點火源,避免靜電產生,是防止火災發生的根本所在。
　　
　　5.2雷雨天氣時輸油作業的危險性
　　
　　在收集到的案例中,起火原因是雷擊的共有13起,其中6個非金屬罐,1個浮頂罐,6個罐型不詳。可見,在油罐的雷擊事故中,雷擊事故較多的是非金屬油罐,而固定頂鋼油罐、浮頂油罐,雷擊事故少。
　　
　　因此,非金屬罐應加強其避雷和導電的預防措施。在雷雨天應停用非金屬罐,收油和發油作業只能使用金屬浮頂罐;如使用金屬拱頂罐,則只能收油而不宜發油。再就是將其呼吸口引得遠些(比如高出罐頂3m以上,離開罐的爆炸危險區)。
　　
　　5.3人員的不安全因素
　　
　　眾多油罐火災事故表明,人的不安全因素是導致油罐發生火災事故的直接原因。文獻[10]曾對337例油罐火災著火爆炸性質進行過統計分析,具體結果如表9所示。
　　
　　從分析結果看,油庫60%以上的火災爆炸事故皆屬于責任事故。
　　
　　6結論
　　
　　綜合以上分析,可得出以下結論:
　　
　　(1)不同罐型,其安全性是不一樣的。浮頂罐、內浮頂罐的安全度較高,是儲存油料較為理想的設備。
　　
　　(2)油罐不同破壞形式受多種因素的影響,主要是油罐材料、液位、油罐容量。在發生火災后,這些因素致使油罐破壞的形式也不同。因此,在設計安裝油罐時,要考慮這些因素,避免罐體破壞,這樣既可將燃燒控制在罐內,又可使固定滅火設施免遭破壞,使滅火更加迅速、有效。
　　
　　(3)起火原因主要是由于不符和規程的人為因素引起的,如違章的焊接,動用明火等。因此,在庫區一定要嚴格執行各種規章制度。
　　
　　由于本文收集資料的局限性以及統計的不完全性,可能總結的某些規律與事實有一定差異,另外,有些案例的記載還不是十分詳細,有望在今后的工作中進一步完善。 安全文化網 m.zltai.com