大型外浮頂罐防雷擊保護(hù)及快速滅火措施

■ 李 軍 柳少磊

大型外浮頂罐防雷擊保護(hù)及快速滅火措施

■ 李 軍 柳少磊

通過對近年來國內(nèi)外大型外浮頂罐雷擊火災(zāi)分析，找出大型外浮頂罐油氣存在空間及形成著火的條件，結(jié)合實際提出大型外浮頂罐密封處防雷擊著火保護(hù)措施以及快速準(zhǔn)確的滅火方法，對提高大型外浮頂罐的本質(zhì)安全具有重要的現(xiàn)實意義。

浮頂罐；防雷；氮氣保護(hù)；滅火

1 國內(nèi)外大型外浮頂儲罐雷擊著火案例

隨著石油、化工行業(yè)的快速發(fā)展，石油作為重要戰(zhàn)略物資儲備能源，其儲備庫的總?cè)萘考皢喂薜娜萘吭絹碓酱?，大型外浮頂罐建設(shè)越來越多，各類火災(zāi)和爆炸事故也頻頻發(fā)生。其中，雷擊已成為大型外浮頂罐火災(zāi)的主要原因之一。近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起大型外浮頂儲罐雷擊著火的事故。

1.1 1981年，新加坡油罐火災(zāi)

1981年，新加坡的一場大雨和雷暴，引燃了一座直徑61 m、內(nèi)存18 120 m3拔頭油的外浮頂儲罐，雷擊造成儲罐的環(huán)形密封區(qū)和相鄰浮箱的爆炸，在密封圈46 m長的范圍內(nèi)引起了火災(zāi)。

1.2 2011年，中石油大連新港油罐雷擊著火

2011年11月22日，大連新港兩個10萬m3外浮頂罐發(fā)生火情，起火點位于大連港油品碼頭海濱北罐區(qū)的T031、T032號原油罐?；馂?zāi)原因認(rèn)定，在T031號油罐遭受直擊雷、T032號油罐遭受感應(yīng)雷后，油罐浮頂?shù)囊淮蚊芊怃摪迮c罐壁之間、二次密封導(dǎo)電片與罐壁之間的放電火花引發(fā)兩個油罐的一次、二次密封空間內(nèi)的爆炸性混合氣體爆炸并起火。

1.3 1995年，茂名石化北山罐區(qū)火災(zāi)

1995年8月3日，茂名石化煉油廠北山罐區(qū)125號原油外浮頂罐遭雷擊著火，附近的作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)雷擊和起火后迅速報警（監(jiān)控電視也得到信號）。由于撲救及時，大火很快被撲滅，只有密封圈兩處被燒毀。

1.4 2006年，中石化儀征輸油站原油儲罐雷擊著火

2006年8月7日下午，中石化管道公司南京輸油處儀征輸油站16號15萬m3原油儲罐遭雷擊起火，起火點達(dá)5處之多。16號罐直徑約100 m，高22 m，屬國內(nèi)當(dāng)時最大的原油儲罐。經(jīng)消防部門快速反應(yīng)、及時處理，在火災(zāi)初期成功將大火撲滅。事故原因分析認(rèn)定，本次事故是雷擊引起的油罐浮頂導(dǎo)靜電片與罐壁發(fā)生間隙放電，產(chǎn)生的火花引燃一次密封和二次密封之間的油氣，從而導(dǎo)致油罐浮盤密封處火災(zāi)。其火災(zāi)過程為：導(dǎo)靜電片間隙放電，引燃一次、二次密封之間的可燃?xì)怏w，火焰?zhèn)鞑ヒ剂艘淮蚊芊獾男孤c，形成密封圈火災(zāi)。

1.5 2010年，寧波鎮(zhèn)海國家石油儲備庫油罐雷擊著火

2010年3月5日凌晨，寧波鎮(zhèn)海嵐山國家石油儲備庫T—49號10萬m3外浮頂罐遭雷擊引起油罐浮船與罐壁內(nèi)油氣爆炸，導(dǎo)致油罐浮盤密封處火災(zāi)?；馂?zāi)撲救后現(xiàn)場勘查結(jié)果表明：油罐機(jī)械密封（一次密封）部分變形，機(jī)械密封橡膠隔膜全部損壞；二次密封大部分損壞。從2007年 ～ 2010年，鎮(zhèn)海嵐山國家石油儲備庫共發(fā)生3起由于雷擊引發(fā)的浮頂油罐環(huán)形密封區(qū)位置起火的事故。

2 雷擊著火分析及保護(hù)原理

上述案例有一個共同的特點，著火點均發(fā)生在油罐罐壁與浮盤之間的密封處。這充分說明：1）雷擊在密封處放電引起火災(zāi)。產(chǎn)生雷擊放電的原因很多，如浮盤與罐壁不等電位等，盡管目前采取了一些消除雷擊放電的技術(shù)措施，但也無法從根本上解決雷擊著火的問題。2）密封處聚集了足以著火的可燃?xì)怏w。這些氣體來源于浮盤一、二次密封的泄露，泄露量不僅取決于浮盤一、二密封完好情況，特別是一次密封完好情況，還與生產(chǎn)操作、介質(zhì)的理化性質(zhì)等諸多因素有關(guān)。3）從大型外浮頂儲罐設(shè)計規(guī)范，著火最大可能發(fā)生在罐壁與浮盤之間的密封處。因此，外浮頂罐的泡沫滅火系統(tǒng)也是按此原則布置。

根據(jù)著火三要素（點火源、可燃物、氧氣），只要能去掉一個因素，著火就不能發(fā)生。點火源雷擊屬自然現(xiàn)象，空氣屬自然環(huán)境，可燃物油氣是油罐密封處泄露出來的，前兩者無法控制，但后者采取技術(shù)措施是可以人為控制的，只要把浮盤堰板與罐壁間油氣濃度降到著火濃度以下，同時將一、二次密封間油氣采用真空吸出補(bǔ)入氮氣保護(hù)，就可以清除雷擊著火的必要條件。根據(jù)這一原理，我們設(shè)想在大型外浮頂罐二次密封上部加一套氮氣保護(hù)系統(tǒng)，在雷雨來臨前，將二次密封上部堰板與罐壁間的可燃?xì)鉂舛认♂尩奖O限以下，即使發(fā)生雷擊放電也不會著火爆炸；在一、二次密封間加一套真空抽氣系統(tǒng)，將一、二次密封間的油氣抽出排至防火堤外大氣空間，若有條件引入油氣回收系統(tǒng)更好，真空抽氣系統(tǒng)在抽出一、二次密封間的可燃?xì)鈺r使此處產(chǎn)生負(fù)壓，此時二次密封上部的保護(hù)氮氣隨時補(bǔ)充進(jìn)來，一、二次密封間的氣體就不會排向堰板與罐壁之間。另外，考慮到極端情況，萬一雷擊時浮盤密封處著火，我們在氮氣保護(hù)系統(tǒng)增設(shè)了3支泡沫滅火槍，在氮氣保護(hù)系統(tǒng)罐外底部增設(shè)了與泡沫滅火系統(tǒng)連接的快速接頭，可實現(xiàn)點對點快速滅火。筆者以5萬m3外浮頂儲罐為例，介紹氮氣保護(hù)系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)的布置。

3 氮氣保護(hù)系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)布置

3.1 5萬m3儲罐基本尺寸

5萬m3外浮頂儲罐基本尺寸見表1。

表1 5萬m3外浮頂儲罐尺寸

計算得堰板與罐壁間的空間體積為410 m3，二次密封與一次密封空間體積為42 m3。

3.2 堰板與罐壁間的空間氮氣保護(hù)系統(tǒng)管線布置方案

氮氣流量按410 m3/h、壓力按0.6 MPa計算，氮氣保護(hù)系總管按DN 80布置即可滿足要求，氮氣擴(kuò)散環(huán)管布置在堰板與罐壁之間，且按DN 100布置即可，擴(kuò)散環(huán)管環(huán)向按一定尺寸開氮氣擴(kuò)散孔，擴(kuò)散管環(huán)向120 °布置3條支管與大氣總管相連，擴(kuò)散管開孔率滿足大于410 m3/h氮氣排放量即可。氮氣總管經(jīng)扶梯至罐頂沿儲罐外壁至管底部，旋轉(zhuǎn)處采用金屬軟管連接，在底部與氮氣管線連接，同時設(shè)置消防泡沫快速接頭（見圖1）。

3.3 真空抽汽系統(tǒng)布置方案

真空抽氣系統(tǒng)吸氣能力按42 m3/h設(shè)計，抽氣總管按DN 50設(shè)計，總管經(jīng)扶梯至罐頂沿著儲罐外壁至罐底部，旋轉(zhuǎn)部分采用金屬軟管饒性鏈接，在底部與真空泵連接，真空泵出口管接至可燃?xì)怏w報警器。連接抽氣總管的支管沿著浮盤圓周120 °布置3條DN 50管線，支線末端接入一二密封空間，具體方案見圖2。

3.4 操作簡介

1）雷雨天氣開啟氮氣保護(hù)系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)，抽氣系統(tǒng)開啟后注意可燃?xì)怏w報警器報警情況，發(fā)生報警說明可燃?xì)怏w濃度高于爆炸極限，報警停止說明一、二次密封間的可燃?xì)鉂舛鹊陀诒O限，此時達(dá)到安全狀態(tài)。雷雨結(jié)束后關(guān)閉保護(hù)系統(tǒng)。

2）氮氣保護(hù)系統(tǒng)在儲罐底部和浮盤上布置了消防泡沫快速接口，極端情況浮盤密封處萬一出現(xiàn)火情，立即將保護(hù)系統(tǒng)與泡沫消防系統(tǒng)連接進(jìn)行點對點快速滅火處理，將初期火災(zāi)撲滅。

3.5 管理措施

1）浮盤增設(shè)氮氣保護(hù)系統(tǒng)后浮盤上部空間執(zhí)行密閉有效空間管理規(guī)定。

2）進(jìn)入浮盤作業(yè)人員應(yīng)配備便攜式氧氣檢測儀和佩戴空氣呼吸器，且雙人互相監(jiān)護(hù)。

3）油罐檢修時應(yīng)將氮氣保護(hù)系統(tǒng)盲板隔離。