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淺談原油儲(chǔ)罐火災(zāi)撲救對(duì)策

  
評(píng)論: 更新日期:2016年10月08日

[摘  要] 大連是石油化工生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)闹匾劭诔鞘校笮褪髽I(yè)較多,如何才能撲救好大型石化企業(yè)火災(zāi)撲救工作是我們消防部隊(duì)?wèi)?yīng)該研究的課題。本文扼要談?wù)勗凸藁馂?zāi)的機(jī)理,特點(diǎn)及滅火對(duì)策。
[關(guān)鍵詞] 原油儲(chǔ)罐  沸溢  噴濺
1.引言
  大連是石油化工生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)闹匾劭诔鞘?,大型石化企業(yè)較多,就開(kāi)發(fā)區(qū)大隊(duì)而言就有西太平洋煉油廠、京大石化等大型石油化工企業(yè)。因此有很大儲(chǔ)量的原油,,原油罐一旦發(fā)生火災(zāi),或是猛,撲救難,影響大。為了更好的值勤備戰(zhàn),切實(shí)做好撲救原油罐火災(zāi)的撲救工作,充分做好"打大仗,打惡仗"滅火救援準(zhǔn)備工作,保護(hù)一方平安,我們有必要對(duì)原油罐火災(zāi)進(jìn)行研究討論。
2?!≡蓛?chǔ)罐火災(zāi)的機(jī)理及特性
2。1 油氣濃度對(duì)火災(zāi)的影響
  原油中有許多揮發(fā)性較強(qiáng)的碳?xì)浠衔铮诔叵履軓脑捅砻嬲舭l(fā),使儲(chǔ)罐原油面上部空間很快為石油蒸汽所飽和,達(dá)到蒸發(fā)和凝結(jié)率之間的動(dòng)態(tài)平衡。石油蒸汽與空氣形成的混合濃度,影響油罐火災(zāi)的發(fā)生。與形成爆炸極限濃度相對(duì)應(yīng)的溫度即為爆炸溫度極限。當(dāng)?shù)陀诒囟葮O限時(shí),由于油氣蒸發(fā)量很小,不足以引起燃燒,故不會(huì)發(fā)生火災(zāi);但當(dāng)高于爆炸溫度極限時(shí),由于油氣蒸發(fā)量大,油氣濃度超過(guò)爆炸上限,遇火就會(huì)引起燃燒。只有在爆炸溫度極限內(nèi),油氣蒸發(fā)的濃度剛好處于爆炸極限濃度內(nèi),一旦遇火,會(huì)引起油罐爆炸。其爆炸力是相當(dāng)大的。爆炸溫度極限的上下幅度越大,發(fā)生爆炸的機(jī)會(huì)越多。夏天因氣溫高過(guò)爆炸溫度上限,油蒸汽在空氣中含量超過(guò)爆炸濃度,因而遇火不會(huì)發(fā)生爆炸只能引起燃燒;相反冬天經(jīng)常處于爆炸溫度極限內(nèi),油蒸氣濃度也往往在爆炸極限濃度內(nèi),故冬天油罐爆炸的危險(xiǎn)性要比夏天大得多。
2。2原油罐火災(zāi)時(shí)的熱波特性
   原油在儲(chǔ)罐內(nèi)燃燒時(shí),液面以下的油品被加熱易形成高溫區(qū),并逐漸并對(duì)下一層冷油加熱,這種熱量逐漸向油層內(nèi)沿深度傳遞的特性叫做熱波特性。
原油和其它重質(zhì)油品在儲(chǔ)罐內(nèi)燃燒時(shí),火焰向液面輻射的熱量用于加熱油表面使之蒸發(fā)汽化,由于此類油品蒸發(fā)速度慢,蒸發(fā)汽化吸收的熱量也較小,因而向液面輻射的熱量往往在很大程度上消耗于加熱油表層。隨著熱量的積累,熱逐漸向油品內(nèi)部傳遞。
另外,隨著表層油中的輕質(zhì)組分的不斷汽化蒸發(fā),表層油理化性質(zhì)發(fā)生變化,粘度增大,重組分增多,比重大,以致與下一層油品形成對(duì)流而傳遞熱量。這種由于熱輻射的作用,使油面加熱并通過(guò)介質(zhì)傳導(dǎo),對(duì)流而導(dǎo)致的熱量傳遞是熱波傳遞的機(jī)理。
   熱波傳播特性與原油性質(zhì)組成,含水量,儲(chǔ)罐的幾何條件(罐體,油面高度)及氣象條件(風(fēng),風(fēng)向,氣溫)等因素有關(guān)。其中原油本身的特性是原油具有熱波特性的基礎(chǔ)。原油低溫餾分越多,含水量越多,則熱波傳播速率越快。一般均質(zhì)油品,如汽油,煤油,輕柴油等不具有熱波特性,因?yàn)榇祟愐后w燃燒時(shí),蒸發(fā)快,向液面輻射的熱量基本上被液體蒸發(fā)吸熱所抵消,燃料表層沒(méi)有熱量積累,也就沒(méi)有熱量傳遞。一般非均質(zhì)油品,如原油,渣油,燃料油,潤(rùn)滑油等由于蒸發(fā)慢,燃燒時(shí)表層有熱量積累,油層有熱量傳遞,故具有熱波特性。熱波傳遞速度隨罐徑的加大而增大,當(dāng)罐徑大于25m時(shí),熱波速率趨于穩(wěn)定。原油中含水量越多,熱波傳播速度越快,這是因?yàn)楹吭蕉?,粘度越小,油品?nèi)對(duì)流傳熱的阻力越小,其水份汽化及對(duì)油品的攪動(dòng)作用加強(qiáng)。
2。3沸溢與噴濺
  原油貯罐(含油池、油輪、油駁等)發(fā)生火災(zāi),如未能及時(shí)撲滅,則很可能發(fā)生沸溢與噴濺,從而擴(kuò)大火場(chǎng)面積,造成人員傷亡,給撲救工作帶來(lái)被動(dòng),后果十分嚴(yán)重。原油火災(zāi)的這一突出特點(diǎn)--沸溢與噴濺,是滅火指揮員必須嚴(yán)肅對(duì)待的重要問(wèn)題之一?! ?br /> 2。3。1發(fā)生沸溢與噴濺的條件
(1)是著火油品中含有沸程很寬的成分;
(2)是油品中含有游離水或水油乳化液,貯罐底部有水墊層(起火前原有的,滅火過(guò)程中進(jìn)入罐內(nèi)的水形成的);
(3)是油品的重尾餾分含量足以產(chǎn)生可以形成粘稠持久的油和水蒸氣泡沫的殘留物。
  如果起火油品缺少其中任何一個(gè)條件,則不可能發(fā)生沸溢與噴濺。但問(wèn)題在于幾乎所有原油甚至大部分合成重油混合物都具備上述三個(gè)條件。因此,原油貯罐起火,經(jīng)過(guò)一段平穩(wěn)燃燒后,都會(huì)發(fā)生程度不同的沸溢與噴濺。對(duì)此,不能有絲毫的麻痹大意?! ?br /> 2。3。1原因與過(guò)程
  原油、重質(zhì)油品燃燒時(shí),處于液面的沸點(diǎn)高的重組分不能隨輕組分一起揮發(fā)燃燒。當(dāng)輕組分在液面燒掉后,溫度較高(149℃~300℃)的重組分油品等殘留物比緊靠下面的未燃原油更稠厚、比重更大,因而會(huì)帶著熱量逐漸向下沉降,此沉降過(guò)程隨著燃燒時(shí)間的延長(zhǎng)連續(xù)不斷的進(jìn)行,從而逐步形成高溫層,其向下沉降的速率實(shí)際上又比燃燒表面的遞降快的多,這就形成了所謂的"熱波"。這種熱波特性可強(qiáng)化罐內(nèi)油品的對(duì)流,它是由于燃燒表面部分重質(zhì)熱油沉降的結(jié)果,火災(zāi)撲救中進(jìn)入燃燒區(qū)被加熱的水(泡沫中也含水)向液面下沉降和金屬罐體的熱傳導(dǎo)會(huì)起到輔助作用(常見(jiàn)有些資料把"熱波"定義為燃燒表面的余熱通過(guò)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)向油品深度加熱形成的高溫層。對(duì)此,筆者認(rèn)為是說(shuō)不通的,這時(shí)不存在從燃燒表面向下的熱傳導(dǎo))。如果溫度高于100℃的熱波接觸到油品中的乳化液并達(dá)到一定程度,乳化液的汽化膨脹便會(huì)造成油品的沸溢燃燒,其情形比較溫和;如果熱波作用于罐底的水墊層,則足以使大量的水迅速汽化產(chǎn)生高壓。當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),高壓水蒸氣便會(huì)帶著部分稠厚的油品向上噴出,在噴出著火液面時(shí),有的會(huì)被瞬間點(diǎn)燃,有的則由于沖力作用和液面動(dòng)蕩在尚未點(diǎn)燃時(shí)便噴出罐外。其情形很是突然和兇猛,噴濺距離雖因多種因素各有不同,但一般在十米至數(shù)十米之間。
2。3。3沸溢與噴濺時(shí)間的估算
  原油火災(zāi)的沸溢特別是噴濺具有很大的危害性。較為準(zhǔn)確的估算噴濺發(fā)生時(shí)間,果斷采取相應(yīng)對(duì)策,對(duì)滅火戰(zhàn)斗起著至關(guān)重要的作用,也是火場(chǎng)指揮員必須認(rèn)真對(duì)待的頭等大事。由發(fā)生沸溢和噴濺的原因可以看出,原油火災(zāi)之所以會(huì)發(fā)生沸溢與噴濺,主要是"熱波"作用的結(jié)果,如果要估算發(fā)生沸溢的時(shí)間,尤為困難。加以它本身具有的溫和性而顯得實(shí)際意義不大,火場(chǎng)上最為重要的是較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)發(fā)生噴濺的時(shí)間。影響沸溢時(shí)間的主要因素有油品性質(zhì),含水量,罐內(nèi)空間的大小,熱波的傳播速度及燃燒時(shí)的速度等,通常采用下面經(jīng)驗(yàn)公式測(cè)算:
T=(H-h)/(Vo+Vt) - K*H       ----(1)
式中   T--預(yù)計(jì)發(fā)生沸溢的時(shí)間,h;
     H--儲(chǔ)罐液面高度,m;
     h --儲(chǔ)罐水墊層高度,m;
     Vo--原油燃燒的線速度,m/h;
     Vt--原油的熱波傳播速度,m/h;
     K--提前常數(shù),h/m。儲(chǔ)油溫度低于燃點(diǎn)取K=0,高于燃點(diǎn)取K=0。1
油  品 熱波傳導(dǎo)速度Vt(m。h-1) 燃燒線速度Vo(m。h-1)
 含水量<;0。3% 含水量>;0。3% 
輕質(zhì)原油   0。3~0。9      0。43~1。27    0。102~0。6
  重質(zhì)原油   0。5~0。75     0。3~1。27     0。075~0。13
原油熱波傳播速度與燃燒線速度表
2。4原油罐火災(zāi)特點(diǎn)
    原油儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí),由于油氣濃度﹑環(huán)境溫度﹑氣候條件﹑罐體結(jié)構(gòu)及罐組形式的不同,火災(zāi)的情況也是多種多樣的。原油儲(chǔ)罐火災(zāi)一般具有以下特點(diǎn)。
2。4。1油罐燃燒
     當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)爆炸溫度上限時(shí),由于油氣濃度較高,一旦遇火點(diǎn)燃油罐,油品在罐中燃燒,罐頂?shù)牧芽p處和通氣口等部位有蒸汽冒出,形成火炬。這時(shí)由于供氧不足,燃燒受到限制,初期火勢(shì)不會(huì)太大,是滅火最好時(shí)機(jī)。
2。4。2油罐爆炸
    油罐由上部空間的油氣濃度在爆炸極限內(nèi)時(shí),一旦遇火,油罐就發(fā)生爆炸。所以油罐火災(zāi)有的是先爆炸后燃燒,有的是先燃燒,當(dāng)油氣濃度降到爆炸極限時(shí),由燃燒突發(fā)成爆炸。
油罐爆炸可出現(xiàn)炸掉罐頂﹑炸裂罐體等情況。炸掉罐頂時(shí),其頂可拋到12~30m以外,緊接著引起油品的迅速燃燒;炸開(kāi)罐頂時(shí),一部分罐頂落在罐中液體上,這部分液體燒的不很猛烈,而敝露部分液體的燃燒則比猛烈;罐內(nèi)油品將順裂口向外漫流,引起火勢(shì)更大的漫流燃燒。
2。4。3油罐變形
     油品火災(zāi)十分猛烈,火焰有時(shí)高達(dá)8-20m,罐壁被迅速加熱,5min內(nèi)可使罐壁溫度升到500℃,使油罐鋼板強(qiáng)度降低50%,10min內(nèi)可使罐壁溫度升到700℃,罐壁鋼板強(qiáng)度降低90%以上,此時(shí)罐體得發(fā)生變形或破裂,罐壁向里邊塌陷,使火災(zāi)進(jìn)一步擴(kuò)大。
2。4。4火災(zāi)的擴(kuò)大
    火災(zāi)若不能及時(shí)控制,罐區(qū)火災(zāi)會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大?;馂?zāi)擴(kuò)大蔓延主要有以下幾種情況:
(1)著火罐所產(chǎn)生的輻射熱引燃鄰近油罐或其它燃燒物;
(2)在火災(zāi)時(shí),由于熱空氣的強(qiáng)烈對(duì)流,將流火帶到未燃罐內(nèi),引燃其它油罐;
(3)著火油罐的沸溢﹑沸噴或漫流火災(zāi),使罐區(qū)成為一片火海。
3。 原油儲(chǔ)罐火災(zāi)撲救對(duì)策
    原油罐火災(zāi)的撲救關(guān)鍵是要早期發(fā)現(xiàn)﹑及時(shí)撲救,一旦形成大火,必須動(dòng)用固定的滅火設(shè)備和大型的消防車輛進(jìn)行冷卻和泡沫滅火,并適時(shí)度勢(shì),注意安全,保障滅火工作的順利進(jìn)行。
3。1初期火災(zāi)的撲救
     火災(zāi)通常有一個(gè)由小到大的發(fā)展過(guò)程,一般可分為3個(gè)階段,即火災(zāi)的初起階段﹑發(fā)展階段和熄滅階段?;馂?zāi)的初起階段由于燃燒面積小,燃燒強(qiáng)度弱,油層還為升溫,是滅火的最有利時(shí)機(jī)。原油罐的初起小火,通常在呼吸孔﹑入孔口燃燒,或漏灑的不分地面殘油火災(zāi),這時(shí)可就近取用石棉氈﹑棉上衣等覆蓋物將罐頂呼吸孔或入孔蓋住,使火焰在罐內(nèi)由于缺氧而窒熄,地面殘油小火可用土﹑砂等掩埋或取用罐區(qū)的滅火器及時(shí)撲救,同時(shí)也可以用泡沫管槍進(jìn)行撲救。
3。2油罐的冷卻
     當(dāng)初起火災(zāi)未撲滅,火災(zāi)一旦形成,這時(shí)首要任務(wù)是控制火勢(shì),防止災(zāi)情進(jìn)一步擴(kuò)大,有效地手段是對(duì)油罐及時(shí)冷卻。冷卻著火罐可以起保護(hù)罐體不致燒塌的作用,使火災(zāi)控制在著火罐內(nèi),同時(shí)也能給油層降溫,推遲油罐沸溢的到來(lái),爭(zhēng)取滅火的有利時(shí)間;冷卻相鄰罐可減輕著火罐輻射熱對(duì)相鄰罐的威脅,尤其是保護(hù)下風(fēng)向的相鄰罐不被引燃,故及時(shí)冷卻是避免火災(zāi)擴(kuò)大的強(qiáng)有力措施,但在冷卻過(guò)程中要避免水槍的水射進(jìn)罐內(nèi),以致加速沸溢的危險(xiǎn)。同時(shí)應(yīng)該盡量使用固定消防設(shè)施,這樣既高效,又能相對(duì)的保證安全。
冷卻水槍數(shù)的計(jì)算。
著火罐的冷卻水槍數(shù)(不考慮固定冷卻系統(tǒng))可按下式計(jì)算。
    n=πDq/v             ---(2)
其中  n為冷卻水槍數(shù)
    π為圓周率,通常取π=3。14
    D為著火罐的直徑
    q為著火罐的供水強(qiáng)度,通常可取q=0。6L/s。m
    v為一支水槍的用水量,通常19mm直流水槍v=6。5L/s
鄰近罐的冷卻水槍數(shù)(不考慮固定冷卻系統(tǒng))可按式(3)計(jì)算。
    n=0。5πDq/v             ---(3)
其中  n為冷卻水槍數(shù)
    π為圓周率,通常取π=3。14
    D為著火罐的直徑
    q為著火罐的供水強(qiáng)度,通常可取q=0。6L/s。m
    v為一支水槍的用水量,通常19mm直流水槍v=6。5L/s
3。3集中優(yōu)勢(shì)兵力打殲滅戰(zhàn)
    在火勢(shì)得到控制后,要抓緊泡沫滅火的組織準(zhǔn)備,有人員和滅火器材齊全后發(fā)起總攻,力求一舉將火撲滅。泡沫滅火注意掌握進(jìn)攻時(shí)機(jī),力求在沸溢發(fā)生前撲滅。一般認(rèn)為火災(zāi)燃燒半小時(shí)侯,熱區(qū)已經(jīng)建立,而且形成一定厚度的高溫層,此時(shí)若冒然行動(dòng),直接噴射泡沫,有可能由于含水泡沫的輸入而引起沸溢事故。熱區(qū)越厚﹑原油含水越多﹑液面以上安全距離越小,噴射泡沫后濺溢的可能性越大。因此,應(yīng)該充分的計(jì)算和對(duì)自己勢(shì)力的估算后才能適時(shí)的發(fā)總攻,集中自己的優(yōu)勢(shì)滅火力量力求一舉將火撲滅。
泡沫滅火劑的計(jì)算。
  撲救原油火災(zāi)的泡沫液量可按式(4)進(jìn)行計(jì)算。
Q=kAq               ---(4)
   其中   Q為撲救原油火災(zāi)的泡沫液量,單位L/min。m2
k為泡沫液的混合比,通常k=0。06或0。03
A為著火的面積,單位m2
q泡沫混合液的供給強(qiáng)度,通??扇=10L/min。m2
3。4做好及時(shí)撤退的準(zhǔn)備
    原油罐火災(zāi)的撲救,要統(tǒng)一指揮,有高度的組織性﹑紀(jì)律性,對(duì)油罐的爆炸﹑沸溢等嚴(yán)重災(zāi)情有充分的估計(jì),應(yīng)當(dāng)做好一旦發(fā)生爆炸、沸溢噴濺后及時(shí)撤退的準(zhǔn)備,保證戰(zhàn)斗人員、裝備的安全。所以應(yīng)當(dāng)仔細(xì)觀察征兆準(zhǔn)確掌握撤退時(shí)機(jī)。
     油罐爆炸前的征兆:如油罐內(nèi)油蒸汽濃度較大時(shí),油罐火災(zāi)處于燃燒階段,只由當(dāng)罐內(nèi)油蒸汽濃度消耗到爆炸極限范圍內(nèi)時(shí),才能由燃燒突發(fā)爆炸。油罐是否會(huì)爆炸可以從火焰顏色來(lái)判斷。當(dāng)燃燒區(qū)內(nèi)含氧量高于50%時(shí),燃燒充分,火焰呈蘭色不亮。沒(méi)有燒紅的微小炭粒,所以煙霧較少或無(wú)煙,此時(shí)罐中油蒸汽濃度在很快降低,接近爆炸極限,這說(shuō)明很可能在短時(shí)間內(nèi)要發(fā)生爆炸。如果火焰呈蘭色發(fā)光﹑射時(shí)罐中的空氣與油蒸汽混合不好,有缺氧現(xiàn)象,燃燒不充分,火焰中帶有燒得火紅的微小炭粒,所以火焰非常明亮,有較大黑煙,射說(shuō)明油罐一時(shí)不會(huì)發(fā)生爆炸。
要想更為準(zhǔn)確的知道噴濺發(fā)生時(shí)間,僅靠定量的時(shí)間估算是不夠的,還必須依據(jù)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),適時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)噴濺前的預(yù)兆并進(jìn)行分析判斷才行。噴濺之前先沸溢,噴濺前油面出現(xiàn)蠕動(dòng)、涌漲是難以觀察的現(xiàn)象;容易觀察到的是火焰增大、發(fā)亮、變白、煙色由濃變淡,發(fā)出劇烈地"嘶嘶"聲。金屬原油罐發(fā)生噴濺前的典型預(yù)兆是罐壁顫抖并伴有強(qiáng)烈的噪聲。如果時(shí)間估算和對(duì)預(yù)兆觀察的分析判斷相吻合時(shí),指揮員就必須果斷地下達(dá)撤退命令,以防造成人員傷亡和車輛裝備損失。
4。結(jié)語(yǔ)
    以上是對(duì)原油罐火災(zāi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。限于本人水平,很多地方還值得進(jìn)一步探討研究。原油罐一旦發(fā)生火災(zāi),或是猛,撲救難,影響大。為更好地認(rèn)識(shí)油罐火災(zāi)的客觀規(guī)律,做好防火,滅火工作,我們平時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究,根據(jù)具體的情況制定好滅火做戰(zhàn)預(yù)案,這樣才能打有把握之戰(zhàn),打勝仗。

參考文獻(xiàn)
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(2)張順興。原油儲(chǔ)罐火災(zāi)的特征及對(duì)策。全國(guó)隊(duì)伍建設(shè)和滅火戰(zhàn)術(shù)論文集。中國(guó)消防協(xié)會(huì)
(3)呂凡輝?!\談原油火災(zāi)的沸溢與噴濺?!∩綎|消防雜志?!∩綎|省公安廳消防局
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