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液化石油氣儲罐安全防護方式的比較與選擇

文檔作者：邢志祥蔣軍成葛秀坤文檔來源：南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全環(huán)境學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月08日
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第23卷第5期 油 氣 儲運
液化石油氣儲罐安全防護方式
的比較與選擇
邢志祥 蔣軍成 葛秀坤
(南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全環(huán)境學(xué)院)
邢志祥蔣軍成：液化石油氣儲罐安全防護方式的比較與選擇，油氣儲運，2004，23(5)41～43。
摘 要 介紹了液化石油氣儲罐火災(zāi)事故的危害及其連鎖反應(yīng)過程，對液化石油氣罐區(qū)的安
全防護方式進(jìn)行了分析，并對各種防護方式的特點進(jìn)行了比較，提出了液化石油氣儲罐設(shè)計時選擇
安全防護方法的基本原則。
主題詞 液化石油氣 儲罐 安全 防護 方式 比較 選擇
一
、液化石油氣儲罐
事故的危害
液化石油氣是工業(yè)和日常生活中應(yīng)用十分廣泛
的一種燃料，具有易燃、易爆等危險性，在生產(chǎn)、運輸
和使用中易發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。液化石油氣儲罐
周圍一旦發(fā)生火災(zāi)，儲罐內(nèi)液化石油氣的溫度和壓
力就會迅速升高，儲罐的強度將迅速下降，在一定的
條件下儲罐就會發(fā)生破裂和爆炸，并引起沸騰液體
膨脹蒸氣爆炸(BI EVE)，爆炸引起的沖擊波、熱輻
射和拋出的容器碎片會對周圍人員、建筑物和設(shè)備
造成巨大的破壞。國內(nèi)外曾多次發(fā)生液化石油氣火
災(zāi)爆炸事故，造成了嚴(yán)重的損失。例如，1984年，墨
西哥一液化氣儲配站由于液化石油氣泄漏而引起火
災(zāi)，使兩個球形儲罐破裂，高溫火焰包圍了附近的容
器，引起多臺容器破裂爆炸，導(dǎo)致500多人死亡，
7 000多人受傷，大量工業(yè)和生活設(shè)施被毀壞。1998
年，西安液化石油氣站一球罐底部泄漏，引起火災(zāi)，
在火焰高溫的作用下，兩個400 m。的球罐相繼發(fā)生
爆炸，并引起沸騰液體膨脹蒸氣爆炸，造成1O多人
死亡，數(shù)十人受傷，直接經(jīng)濟損失400×10 元。液
化石油氣儲罐事故引起連鎖反應(yīng)的過程見圖1。
圖1 液化石油氣儲罐事故鏈
*210009，江蘇省南京市新模范馬路5號南京工業(yè)大學(xué)186信箱；電話：(025)3587305。
**國家自然科學(xué)基金資助，重點項目編號29936110，面上項目編號50206009。
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油 氣儲運
液化氣體儲罐的許多事故，如蒸氣爆炸、氣體擴
散和燃燒爆炸等，在很大程度上超出人力所能控制
的范圍。因此，在液化氣體儲存中，采取適當(dāng)?shù)陌踩?
措施，最大限度地減少事故發(fā)生的可能性是非常重
要的。液化石油氣儲罐的安全防護方法很多，如何
選擇既安全可靠又經(jīng)濟合理的方法，是進(jìn)行安全設(shè)
計時必須考慮的問題。
二、儲罐的安全防護方法
從圖1可以看出，要防止液化石油氣儲罐連鎖
事故的發(fā)生，必須首先確保液化石油氣儲罐在使用
過程中的安全，防止火災(zāi)，防止熱沖擊引起的超壓或
機械撞擊引起的泄漏。可以采用水冷卻、防火隔熱
層、蒸氣泄壓等方法防止熱沖擊引起的超壓。
1、 水冷卻
當(dāng)儲罐受到火焰或輻射侵襲時，用冷卻水可以
有效降低儲罐表面溫度，使儲罐表面強度不會因溫
度迅速升高而顯著降低，避免罐內(nèi)介質(zhì)溫度迅速升
高。水冷卻的關(guān)鍵是噴水量必須足夠吸收作用在罐
體上的熱量，保證足夠的供水強度。水冷卻可以采
用移動式和固定式兩種方式。
移動式水冷卻采用消防水槍，以人工方式噴水，
是一種經(jīng)常采用的方法，具有簡單、可移動、可以根
據(jù)不同火災(zāi)條件靈活操作等優(yōu)點。人工噴水法在預(yù)
防蒸氣爆炸事故時受到很多制約，主要原因有，需水
量太大，受儲罐方位、火焰強度、場地等原因限制，操
作人員距離火焰太近會有生命危險。
固定式水冷卻系統(tǒng)有在儲罐頂部集中配水沿罐
壁漫流式、固定水噴淋、水噴霧、固定水炮4種基本
形式。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)的控制閥可以自動打開，
也可以設(shè)為手動方式。前兩種方法是水直接作用于
保護面進(jìn)行冷卻，水噴霧則首先對火焰冷卻，阻擋輻
射熱通過，然后作用于保護面起到冷卻作用。水噴
淋和水噴霧的主要區(qū)別在于噴出的水滴大小不同，
后者噴出的水滴較小，直徑大約為100～700,um。
為了避免風(fēng)和火焰熱流的影響，水噴霧應(yīng)有較高的
壓力，以保證霧滴有較大的勢能。
頂部集中配水設(shè)罐壁漫流式的噴嘴可以采用堰
式、穿孔管、噴頭等形式。該方式對球罐最為有效，
水分布均勻，管道配置少，管道不易堵塞，單閥啟動
快，不易被蒸氣爆炸所破壞，可用于著火罐和鄰罐的
冷卻。其缺點是，當(dāng)燃燒介質(zhì)在罐體表面產(chǎn)生抗?jié)?
性炭沉積層時，漫流水離開罐體表面不能形成水膜．
影響冷卻效果。此外，罐底部供水不足。
水噴淋和水噴霧系統(tǒng)管道配置多，噴頭布置為
網(wǎng)格狀，水分布均勻。但一套系統(tǒng)不能同時進(jìn)行著
火罐和鄰罐的冷卻，一般需要設(shè)置兩套系統(tǒng)。此系
統(tǒng)易被蒸氣爆炸所破壞，噴頭易堵塞．維護較困難。
水噴淋對處于均勻火焰環(huán)境下的儲罐能起到較好的
防護效果，但對于噴射火焰，由于加熱的不均勻性，
效果較差。固定水炮可以較快地向儲罐供水，不易
被蒸氣爆炸所破壞，一般不易堵塞。如果水炮布置
得當(dāng)，水可以覆蓋儲罐全部表面，可以減少用水量。
當(dāng)受風(fēng)影響較大時，需要加大用水量。
2、防火隔熱層
防火隔熱層是位于火焰和金屬殼體之間的絕熱
層，它能延緩罐壁溫度升高和介質(zhì)壓力上升，從而為
采取其它滅火措施爭取時間。設(shè)置防火隔熱層的關(guān)
鍵是要合理地選擇并安裝具有足夠阻火率且適合使
用環(huán)境的隔熱材料。設(shè)置防火隔熱層具有明顯的優(yōu)
越性，能從火災(zāi)發(fā)生的瞬間就開始提供防護．不需要
以任何方式開啟系統(tǒng)，不需要用冷卻水防護。一個
直徑為l5 m的球罐，人工水冷卻的需水量為0．1 9
～ O．22 m。／s，自動噴淋冷卻的需水量為0．13 m。／s。
采用防火隔熱層的缺點是，初期投資多，罐體和支承
結(jié)構(gòu)的重量增加，不利于罐體檢查，任何防火隔熱層
的延緩時間都是有限的。
3、安全閥泄壓
上述方法的思路是保護儲罐表面不受熱量侵
襲，防止最終被完全破壞。蒸氣泄壓的思路是降低
儲罐內(nèi)的壓力，防止火焰侵襲造成殼體損壞，防止造
成災(zāi)難性后果。蒸氣泄壓最簡單的方法是使用安全
泄放閥。然而，泄放的蒸氣可能會發(fā)生燃燒和爆炸．
使儲罐處于危險之中。安全閥泄壓雖然可以降低儲
罐內(nèi)的壓力，但是不能防止儲罐罐壁溫度升高，如果
單獨使用安全閥，儲罐仍然有破裂爆炸的危險，因
此，蒸氣泄壓一般總是與其它防護方式共同使用。
4、 防止機械破壞
有時，儲罐的損壞并非由于受熱，而是由于撞擊
等機械破壞。防止這類破壞，主要應(yīng)注意儲罐本體
及儲罐系統(tǒng)的合理設(shè)計和維護。
除了上述技術(shù)措施外，健全的管理制度在預(yù)防
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第23卷第5期 邢志祥等：液化石油氣儲罐安全防護方式的比較與選擇
任何災(zāi)害中都是必不可少的。此外，在儲罐設(shè)計中
適當(dāng)增強罐體和附件的可靠性，對于預(yù)防事故是十
分必要的。同時，應(yīng)進(jìn)一步開展有關(guān)可燃液化氣體
安全性的基礎(chǔ)研究和試驗研究，從深層次上認(rèn)識災(zāi)
害的機理，從而提出更加合理可靠的安全措施。
三、儲罐安全防護方式的選擇
儲罐的安全防護方式可以選擇上述一種或同時
選擇幾種，一般蒸氣泄放法應(yīng)與水冷卻或防火隔熱
層聯(lián)合使用。
1、 水冷卻與防火隔熱層保護效果比較
文獻(xiàn)[1、2]介紹了液化石油氣儲罐采用水噴淋
冷卻和防火隔熱層保護時的全包圍火災(zāi)試驗，其試
驗條件為，容器容積為4．85 m。，壁厚為6．5 mm，材
料為STE36鋼(屈服強度為360 MPa)，儲罐上設(shè)置
安全泄放閥。試驗結(jié)果見圖2。
一
莖
一
出
黎
火災(zāi)作用時間(min)
圖2 各種防護方式的試驗結(jié)果
從圖2可以看出，未采用防護措施的儲罐，在火
災(zāi)作用下其內(nèi)部壓力會迅速上升，12 rain就發(fā)生爆
炸；采用水噴淋冷卻(冷卻強度為100 L／(h·m。))
的儲罐，在火災(zāi)作用下，在開始的5 rain內(nèi)壓力會迅
速上升，當(dāng)達(dá)到安全閥排放壓力1．4 MPa時，安全
閥開啟排氣，儲罐內(nèi)壓力在1．2～1．4 MPa之間波
動，隨后有所下降；采用隔熱層保護的儲罐，在火災(zāi)
作用下壓力升高速度緩慢，在前50 rain，儲罐內(nèi)部
的壓力一直低于水噴淋冷卻的儲罐，之后壓力較水
噴淋儲罐稍高。水噴淋冷卻和隔熱層保護的儲罐均
可以在火災(zāi)作用下90 rain內(nèi)不發(fā)生爆炸。從防護
效果看，在火災(zāi)初期，采用隔熱層防護比水噴淋冷卻
更為有效，采用水噴淋冷卻必須與安全閥配合使用。
對于移動式儲罐，應(yīng)采用隔熱層防護。
2、水冷卻方式的選擇
對于上述4種水冷卻方式，根據(jù)國外資料，可靠
性的排序依次為漫流式、固定水炮、水噴淋或水噴
霧。我國目前大多采用水噴淋或水噴霧方式．考察
其使用效果，這種方式未必妥當(dāng)，尤其在發(fā)生蒸氣爆
炸時系統(tǒng)易遭到破壞，而且噴頭容易堵塞，維護比較
困難。根據(jù)我國國情，水冷卻方式宜采用頂部集中
配水罐壁漫流與固定水炮相結(jié)合的方式，即部分冷
卻水用漫流式，部分冷卻水用固定水炮提供。該形
式可靠性、靈活性高，能夠滿足防日曬冷卻、著火罐
冷卻以及鄰近罐冷卻等不同冷卻強度的供水要求，
對于與儲罐內(nèi)部蒸氣區(qū)相接觸的罐壁部分的冷卻更
有效，容易維護，工程費用比水噴淋或水噴霧系統(tǒng)
低。對于大型儲罐，應(yīng)設(shè)置自擺的移動式水炮，以減
少滅火人員暴露于火災(zāi)危險區(qū)中的危險性，有效保
證噴射水流到達(dá)暴露于火災(zāi)中的儲罐表面。
四、結(jié)論
防止液化石油氣儲罐發(fā)生事故需要采取多種措
施，例如，強化安全管理、提高儲罐設(shè)計的可靠性、提
高自動化水平等。其中液化石油氣儲罐防護方式對
于預(yù)防和控制災(zāi)難性事故的發(fā)生是至關(guān)重要的，應(yīng)
根據(jù)具體情況選擇合適的防護方式。對于固定式儲
罐，應(yīng)采用儲罐頂部水漫流冷卻和固定水炮相結(jié)合
的方式，同時應(yīng)設(shè)置大小合適的安全閥。對于大型
儲罐，應(yīng)設(shè)置自擺式移動水炮。對于移動式儲罐，應(yīng)
采用隔熱層和安全泄放閥相結(jié)合的方法。對于固定
水噴淋和水噴霧冷卻方式，在增強其可靠性的同時，
也可以根據(jù)實際情況合理選擇。
參 考 文 獻(xiàn)
1， Droste B and Schoen W ：Fu11 scale fire tests with unprotected
and thermal insulated LPG storage tanks，Journal of Hazardous
M aterials，1988，20：41～ 53．
2， Schoen W and Droste B：Investigati0ns of water spraying sys—
terns for LPG storage tanks by full scale fire tests，Journal of
Hazardous Materials，1988。20：73～82．
(收稿日期：2003—03—03)
編輯：陳桂明

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