簡(jiǎn)述：通過(guò)對(duì)全國(guó)油罐火災(zāi)案例的統(tǒng)計(jì),分析并量化了不同罐型的火災(zāi)危險(xiǎn)性、油罐火災(zāi)模式、起火原因。在此基礎(chǔ)上研究了不同材料、液位高度、容量對(duì)油罐破壞形式的影響,并就油罐火災(zāi)的起火原因和火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素進(jìn)行探討。
摘要:通過(guò)對(duì)全國(guó)油罐火災(zāi)案例的統(tǒng)計(jì),分析并量化了不同罐型的火災(zāi)危險(xiǎn)性、油罐火災(zāi)模式、起火原因。在此基礎(chǔ)上研究了不同材料、液位高度、容量對(duì)油罐破壞形式的影響,并就油罐火災(zāi)的起火原因和火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素進(jìn)行探討。
本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)、問(wèn)卷調(diào)查以及實(shí)地調(diào)研等不同形式,收集匯總了全國(guó)油罐火災(zāi)案例139例[1-6]。結(jié)合每個(gè)案例的特點(diǎn),利用統(tǒng)計(jì)分析的方法,總結(jié)出我國(guó)油罐火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律及特點(diǎn),進(jìn)一步明確了油罐火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的確定性。對(duì)消除火災(zāi)隱患,制定切實(shí)可行的安全措施和管理制度,提高滅火人員的撲救技術(shù)具有重要意義。
1油罐的安全性分析
1.1油罐的分類(lèi)
油罐有多種類(lèi)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(kù)油罐;按油罐的結(jié)構(gòu)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(jiàn),根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同,又可分為錐頂罐、無(wú)力矩頂罐、拱頂罐、套頂罐、浮頂罐等。
1.2各類(lèi)油罐的火災(zāi)危險(xiǎn)性
根據(jù)我國(guó)油罐的常見(jiàn)類(lèi)型,結(jié)合本課題的研究重點(diǎn),對(duì)拱頂罐、浮頂罐、內(nèi)浮頂罐、臥式罐和非金屬罐五種類(lèi)型的罐進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)55例有明顯罐型記載的火災(zāi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到不同罐型的火災(zāi)所占的比例,具體結(jié)果如表1所示。
由表1可以看到非金屬罐火災(zāi)占全部油罐火災(zāi)的14.5%,應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。非金屬油罐多建于地下或半地下,出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的考慮,罐身較淺而端面面積較大,油罐周?chē)话悴辉O(shè)防火堤,其容量由數(shù)百立方米到上萬(wàn)立方米不等,多數(shù)儲(chǔ)存原油和重油。對(duì)于地下非金屬罐,如果再考慮其他如防雷保護(hù)不及金屬罐、油氣在貼近地面處擴(kuò)散,起火危險(xiǎn)性和撲救難度都較大等因素,危險(xiǎn)性更高,是一種安全度較低的罐。
表1顯示出浮頂罐和內(nèi)浮頂罐發(fā)生火災(zāi)的相對(duì)比例較小,分別為9.1%和3.6%,這主要是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。由于浮頂和液面之間不存在空間,罐內(nèi)不易積聚油氣,且能緩解內(nèi)壓的增加,因此這類(lèi)罐不易爆炸起火,具有良好的防火性能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,浮頂罐的火災(zāi)一般只發(fā)生在罐頂邊緣密封處,其燃燒面積小,火勢(shì)較弱,油罐被破壞情況很少。內(nèi)浮頂罐在浮頂罐的基礎(chǔ)上有一固定頂,兼有浮頂罐和拱頂罐的優(yōu)點(diǎn)。一方面可以減少大小呼吸損耗,另一方面著火爆炸的危險(xiǎn)性大大降低。
臥式罐通常容積較小,主要是作為加油站儲(chǔ)油罐和槽車(chē)罐。從反饋回來(lái)的火災(zāi)資料看,臥式罐火災(zāi)約占全部火災(zāi)的56.4%。而以往的文獻(xiàn)中往往忽略對(duì)臥式罐的統(tǒng)計(jì),因此,消防部門(mén)應(yīng)高度重視臥式罐火災(zāi)。對(duì)臥式油罐根據(jù)所儲(chǔ)油品和起火原因進(jìn)一步統(tǒng)計(jì),其結(jié)果如表2和表3所示。從表中可以看到,臥式罐所儲(chǔ)油品主要是汽油和柴油,約占總數(shù)的80.6%。而在起火原因中,明火和靜電的比例約占總數(shù)的87.4%。發(fā)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(fā)油時(shí)沒(méi)有有效消除靜電等。
2油罐的火災(zāi)模式
油罐火災(zāi)因油罐類(lèi)型、起火原因或油品種類(lèi)的不同,其火災(zāi)模式也各不相同。通過(guò)對(duì)油罐火災(zāi)案例的調(diào)查,總結(jié)出油罐發(fā)生火災(zāi)時(shí),可能的火災(zāi)模式主要有以下幾種。
2.1先爆炸,后燃燒
油罐發(fā)生火災(zāi)后,大多數(shù)情況是先爆炸,后燃燒,這種情況一般是罐內(nèi)油蒸氣濃度處在爆炸極限范圍內(nèi),遇到火源,罐內(nèi)先爆炸,罐頂炸飛,或罐頂部分塌落罐內(nèi),隨后引起液面迅速穩(wěn)定燃燒。
2.2先燃燒,后爆炸
油罐發(fā)生火災(zāi)后,在燃燒過(guò)程中發(fā)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(nèi)的油蒸氣壓力急劇增加,當(dāng)超過(guò)它所能承受的耐壓強(qiáng)度時(shí),會(huì)發(fā)生物理性爆炸。
(2)燃燒罐的鄰近罐在受到熱輻射作用時(shí),罐內(nèi)的油蒸氣增加,并通過(guò)呼吸閥等部位向外擴(kuò)散,與周?chē)諝饣旌线_(dá)到爆炸極限,遇燃燒罐的火焰,即發(fā)生爆炸。
(3)回火引起的爆炸。油罐發(fā)生火災(zāi),罐蓋未被破壞,當(dāng)采取由罐底部倒流排油時(shí),如排速過(guò)快,使罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,發(fā)生回火現(xiàn)象,將導(dǎo)致油罐爆炸。
2.3爆炸后不再燃燒
油罐內(nèi)油品的溫度低于閃點(diǎn),其蒸氣濃度又處于爆炸濃度極限范圍內(nèi);或油罐內(nèi)雖無(wú)儲(chǔ)油,但存在油蒸氣和空氣的混合氣體,一旦遇到明火,就會(huì)發(fā)生爆炸,把罐頂或整個(gè)油罐破壞。但爆炸后不再繼續(xù)燃燒。在油罐清洗、通風(fēng)和動(dòng)火補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)注意這種情況的發(fā)生。
2.4穩(wěn)定燃燒
當(dāng)罐內(nèi)液面以上的氣體空間油蒸氣與空氣混合濃度達(dá)不到爆炸極限時(shí),遇明火或其他火源,燃燒僅在液面穩(wěn)定進(jìn)行。如果外界條件不能使罐內(nèi)混合濃度達(dá)到爆炸極限范圍,將會(huì)使油料燒完為止。
在收集到的火災(zāi)案例中,有62起案例可明顯地按照上面的四種類(lèi)型劃分火災(zāi)模式。另外,根據(jù)所含油品的類(lèi)型和油面位置兩個(gè)因素,進(jìn)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(zāi)中,有43例是先爆炸后燃燒,占火災(zāi)總數(shù)的69%;先燃燒后爆炸6例,占火災(zāi)總數(shù)的10%;爆炸后不燃燒有4例,占火災(zāi)總數(shù)的6%;穩(wěn)定燃燒9例,占火災(zāi)總數(shù)的15%。因此,預(yù)防油罐火災(zāi)的重點(diǎn)應(yīng)放在抑制爆炸上。在先爆炸后燃燒火災(zāi)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(jiàn)低液位油罐容易發(fā)生該火災(zāi)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(nèi)。而在爆炸后不再燃燒的火災(zāi)模式中,有明顯記載的3個(gè)案例中的油罐全部是充滿油蒸氣的空罐。
3油罐火災(zāi)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(jié)果如表5所示。
從表5可以看出,由明火引起的油罐火災(zāi)居第一位,占53.5%。其主要原因是在使用電氣、焊修儲(chǔ)輸油設(shè)備時(shí),其動(dòng)火管理不善或措施不力而引起。另一個(gè)重要原因是在油庫(kù)禁區(qū)及油蒸氣易積聚的場(chǎng)所攜帶和使用了火柴、打火機(jī)、燈火等違禁品或在上述場(chǎng)合吸煙等。雷擊和靜電作為點(diǎn)火源的主要原因是由于未設(shè)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(chǔ)油罐、透氣管等設(shè)備,引燃油氣混合物。這類(lèi)點(diǎn)火源在油庫(kù)著火爆炸事故中占總數(shù)的28%。超溫自燃也是油罐著火的一個(gè)主要原因,約占火災(zāi)總數(shù)10.9%。其他點(diǎn)火源,占總數(shù)的7.9%,主要包括沖擊摩擦產(chǎn)生火星和超壓以及未查清的點(diǎn)火源等。
4油罐破壞情形的影響因素
油罐發(fā)生火災(zāi)時(shí),常伴有爆炸,火勢(shì)猛烈,使油罐遭到破壞或變形,可能導(dǎo)致油品外溢蔓流燃燒,據(jù)文獻(xiàn)[7]介紹,油罐發(fā)生火災(zāi)后,罐頂破壞的約占著火油罐總數(shù)的75%,罐底破壞的約占4%,罐體無(wú)影響的約占21%。本文對(duì)90例罐底和罐頂破壞形式有準(zhǔn)確記載的火災(zāi)案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表6所示。
從表6的分析結(jié)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(shù)的72.2%,這與油罐的設(shè)計(jì)思想相符,按照規(guī)范要求,在施工過(guò)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(nèi)。而罐底破壞和罐壁破壞分別占總數(shù)的16.7%和11.1%,可見(jiàn)這兩種類(lèi)型的破壞在油罐火災(zāi)的破壞形式中所占比例不大。
4.1不同油罐材質(zhì)對(duì)油罐破壞的影響
(1)金屬罐。金屬油罐主要用鋼材制造。在儲(chǔ)罐爆炸的情況下,金屬罐蓋全部被掀開(kāi)的實(shí)例約占40%,多數(shù)情況是罐蓋產(chǎn)生裂口。固定頂金屬罐著火爆炸后,一般頂蓋破壞占大多數(shù),這就避免了罐體炸裂,油品流散。但由于罐內(nèi)油氣濃度、液位高低及油罐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱等各方面的差異,油罐的破壞不僅局限于罐頂破壞,有時(shí)在罐頂破壞的同時(shí),還會(huì)有罐底或罐壁的破壞,油從罐內(nèi)外泄,形成非限制火災(zāi),給滅火帶來(lái)困難,但這種情況一般較少,統(tǒng)計(jì)資料表明[8],對(duì)于金屬罐,在罐頂破壞時(shí),罐壁和罐底同時(shí)破壞的比例約占總數(shù)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(jié)構(gòu)、磚石和鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)。頂蓋一般為預(yù)制鋼筋混凝土板。這類(lèi)油罐著火后,罐蓋幾乎100%受到破壞,罐頂爆裂后塌落罐內(nèi)。地下或半地下罐在沒(méi)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(gè)很重要的火災(zāi)特點(diǎn)是相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)金屬罐的相對(duì)燃燒面積平均值約0.1m2/m3。這是因?yàn)榉墙饘俟薜慕ㄖ攸c(diǎn)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(chǔ)罐直徑或邊長(zhǎng),以至造成儲(chǔ)罐液面大的不良條件。例如1989年黃島油庫(kù)大火中,首先發(fā)生爆炸的5號(hào)油罐,是半地下的非金屬罐,長(zhǎng)72m,寬48m,容積為23000m3。爆炸時(shí)罐頂被掀掉,形成了約3500m2的火場(chǎng)。另外由于罐身淺,容易在短期內(nèi)發(fā)生沸溢噴濺,給撲救帶來(lái)很大的困難。
4.2液位的影響
表7是對(duì)41起不同液位的油罐火災(zāi)案例統(tǒng)計(jì)。
由表7可以看出,油罐發(fā)生火災(zāi)時(shí),易造成損壞的是空罐或半空罐。若油罐內(nèi)儲(chǔ)油量較多,如在半罐以上時(shí),氣體空間的油氣濃度較大,超過(guò)爆炸上限,遇火源時(shí)油罐不會(huì)爆炸,只能連續(xù)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(zāi)共18起,頂部部分破壞的占10起,占總數(shù)的56%。相應(yīng)空罐或只有少量油的低液位油罐,油蒸氣濃度易達(dá)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(gè)油罐拔起。
4.3油罐容量的影響
對(duì)于有明確容量記載的油罐火災(zāi),本文收集到的共有36例,具體情況如表8所示:
表8的火災(zāi)案例中,容量不大于1000m3的小罐火災(zāi)共有21例,其中罐頂全掀的是12例,占總數(shù)的57%;而對(duì)于容量1000m3～5000m3的油罐火災(zāi)8例,只有兩例是頂部全掀,4例是部分掀開(kāi),占總數(shù)的50%;對(duì)于容積大于5000m3的油罐火災(zāi)共7例,但是全掀的卻有3例,原因是這三個(gè)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(jié)論相一致。而對(duì)于頂部部分掀開(kāi)的3個(gè)大罐中,全是金屬罐。由此可以看出,對(duì)于小容量油罐,當(dāng)發(fā)生油罐爆炸時(shí),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(fā)生火災(zāi)時(shí),多在罐頂與罐壁的弱焊接處局部掀開(kāi)一條口子,全掀的幾率較小,且直徑越大幾率越小。
5火災(zāi)危險(xiǎn)性影響因素分析
縱觀整個(gè)油罐火災(zāi)的案例統(tǒng)計(jì),收發(fā)作業(yè)、雷雨天氣及人員操作失誤是油罐火災(zāi)發(fā)生的重要因素,針對(duì)這三種情況,具體分析如下:
5.1收發(fā)油料時(shí)的火災(zāi)危險(xiǎn)性
油罐在收發(fā)油品作業(yè)時(shí),油罐的呼吸稱作“大呼吸”。收發(fā)作業(yè)的結(jié)果,空間油氣濃度變化是相當(dāng)大的。收油時(shí),罐呼出量很大,有些現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明[9],在溫度20℃,常壓條件下每進(jìn)1m3汽油時(shí),便有1kg汽油蒸氣排入大氣。如2001年9月1日,沈陽(yáng)大龍洋石油有限公司在倒油過(guò)程中,油罐內(nèi)汽油外溢,大量的揮發(fā)氣體流到160m外的汽車(chē)庫(kù)內(nèi),當(dāng)司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí),火花引燃油揮發(fā)氣體,導(dǎo)致油罐爆炸起火。而在發(fā)油時(shí),因?yàn)橛土陷敵鰰r(shí)油位下降,罐中氣體空間增大,罐內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力。大量空氣補(bǔ)充進(jìn)入罐內(nèi),當(dāng)達(dá)到爆炸極限時(shí),遇火就發(fā)生爆炸。同時(shí),油料輸出使罐內(nèi)形成負(fù)壓,在罐外燃燒的火焰會(huì)輕易被吸入罐內(nèi),使罐內(nèi)油蒸氣爆炸。因此,收發(fā)油作業(yè)時(shí),嚴(yán)格控制點(diǎn)火源,避免靜電產(chǎn)生,是防止火災(zāi)發(fā)生的根本所在。
5.2雷雨天氣時(shí)輸油作業(yè)的危險(xiǎn)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(gè)非金屬罐,1個(gè)浮頂罐,6個(gè)罐型不詳。可見(jiàn),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(yīng)加強(qiáng)其避雷和導(dǎo)電的預(yù)防措施。在雷雨天應(yīng)停用非金屬罐,收油和發(fā)油作業(yè)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(fā)油。再就是將其呼吸口引得遠(yuǎn)些(比如高出罐頂3m以上,離開(kāi)罐的爆炸危險(xiǎn)區(qū))。
5.3人員的不安全因素
眾多油罐火災(zāi)事故表明,人的不安全因素是導(dǎo)致油罐發(fā)生火災(zāi)事故的直接原因。文獻(xiàn)[10]曾對(duì)337例油罐火災(zāi)著火爆炸性質(zhì)進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,具體結(jié)果如表9所示。
從分析結(jié)果看,油庫(kù)60%以上的火災(zāi)爆炸事故皆屬于責(zé)任事故。
6結(jié)論
綜合以上分析,可得出以下結(jié)論:
(1)不同罐型,其安全性是不一樣的。浮頂罐、內(nèi)浮頂罐的安全度較高,是儲(chǔ)存油料較為理想的設(shè)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(fā)生火災(zāi)后,這些因素致使油罐破壞的形式也不同。因此,在設(shè)計(jì)安裝油罐時(shí),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(nèi),又可使固定滅火設(shè)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(guī)程的人為因素引起的,如違章的焊接,動(dòng)用明火等。因此,在庫(kù)區(qū)一定要嚴(yán)格執(zhí)行各種規(guī)章制度。
由于本文收集資料的局限性以及統(tǒng)計(jì)的不完全性,可能總結(jié)的某些規(guī)律與事實(shí)有一定差異,另外,有些案例的記載還不是十分詳細(xì),有望在今后的工作中進(jìn)一步完善。