罐區(qū)火災事故原因分析及預防處置措施

胡多多

國家管網集團東部原油儲運有限公司 江蘇徐州 221008

隨著國民經濟的飛速發(fā)展，石油及其產品在日常生產、生活中得到了越來越廣泛的應用，其消耗量逐年增長，石油化工行業(yè)的規(guī)模更是持續(xù)擴大。由于石油這一戰(zhàn)略資源的稀缺性，以及各國對石油需求的增大，在世界掀起了大力興建國家戰(zhàn)略儲備庫的熱潮。在這一大環(huán)境下，油罐作為儲備油品的最重要設備，大型化、集約化已成為其顯著特征。然而，因所儲存油品本身具有易燃爆、易揮發(fā)、易泄漏等特點，再加上罐區(qū)油罐容積大、數(shù)量多、布置集中，導致罐區(qū)內各種火災危險并存，一旦發(fā)生爆炸起火，其后果不堪設想。

近些年，國內外罐區(qū)火災事故頻發(fā)，具有災難性、損失大、污染重的重特大火災事故也時有發(fā)生，引起了社會對石化企業(yè)生產安全的過度關注和擔憂。例如，2020 年4 月29 日，美國德州位于Lockhart 郡一油罐區(qū)遭閃電擊中，引發(fā)大火；2020 年2 月7 日，廣東茂名潤東石油化工有限公司油罐區(qū)儲罐發(fā)生火災事故[1]。表1 簡單列舉了國內外大型罐區(qū)重特大火災事故相關情況。這些罐區(qū)重特大火災事故，給行業(yè)的安全運行敲響了警鐘。中國石化“十大”安全生產風險調查結果顯示，罐區(qū)風險數(shù)量排名第二。因此，罐區(qū)安全工作顯得尤為重要，分析罐區(qū)火災事故原因，并提出應對措施，對提高罐區(qū)的安全可靠性，預防和減少罐區(qū)的火災爆炸事故具有重要意義。

表1 國內外大型罐區(qū)重特大火災事故

1 罐區(qū)火災事故原因分析

火災事故的發(fā)生需要具備三個必不可少的條件：點火源、可燃物和氧氣。以下分別從這三個方面對罐區(qū)火災事故的主要原因進行分析。

1.1 點火源

（1）明火引發(fā)的罐區(qū)火災。油罐附近煙道的火星、車輛噴出的火星、放鞭炮或紙張燃料的飛火、罐區(qū)內違章吸煙，以及動明火、電氣焊作業(yè)等都極易引燃泄露在地面的油品，或引爆彌漫在空氣中的油蒸汽[2]。

（2）靜電引發(fā)的罐區(qū)火災。大多數(shù)油品為帶靜電物質，很容易產生和聚集靜電荷，而且消散慢，一旦放電形成火花，足以引發(fā)火災[3]。表2 統(tǒng)計了國內外由靜電火花引發(fā)的罐區(qū)火災典型事例。

表2 國內外由靜電火花引發(fā)的罐區(qū)火災典型事例

（3）雷電引發(fā)的罐區(qū)火災。若油罐的防雷接地系統(tǒng)設計不合理或出現(xiàn)故障，油罐的頂孔口關閉不嚴，油罐接地電阻過大（大于10Ω）或靜電荷無法消除等，在雷擊時都容易引起火災。表3 統(tǒng)計了國內外由雷擊引發(fā)的罐區(qū)火災典型實例。

表3 國內外由雷擊引發(fā)的罐區(qū)火災典型實例

（4）撞擊或摩擦引發(fā)的罐區(qū)火災。若油罐的量油孔口未用有色金屬制作，當鋼尺放入或拉出時易與量油孔口邊緣摩擦而產生火花，引燃油罐內油蒸汽；或者用鋼鐵造的工具開啟油罐孔口，當相互撞擊時易產生火花，也容易引燃泄漏的油蒸汽。

（5）電器及線路引發(fā)的罐區(qū)火災。若罐區(qū)的電器線路發(fā)生短路、漏電，或未按規(guī)范要求采用防爆燈、電機等用電設備，一旦產生電火花或電弧，極易點燃泄漏的油品或積聚油蒸汽，從而引發(fā)火災事故。

（6）自燃引發(fā)的罐區(qū)火災。對油罐中含硫油品的沉積物進行消除時，易發(fā)生自燃；或對潤滑油及重油加溫時溫度超過閃點而引起自燃。

1.2 可燃物

油品本身就是可燃物，一旦發(fā)生泄漏，就有可能引發(fā)火災事故。在儲運設施中發(fā)生泄漏事故較為常見，而導致油罐泄漏的原因主要包括：腐蝕、裂紋、變形、設計和制造原因，以及焊接不當、水壓試驗操作不當、設備和人為因素等。油品對油罐的腐蝕是造成油罐泄漏的重要原因。例如，罐底油析水中含有大量滲透性很強的無機鹽，會造成罐底潰瘍狀坑點腐蝕甚至穿孔；油罐地基的不均勻沉降或裂縫，會導致罐底板與地基之間滲入地下水或雨水，造成腐蝕。

1.3 氧化劑

對于油罐來說，當油品暴露在空氣中時，空氣中的氧氣便是引發(fā)罐區(qū)火災事故的天然氧化劑[4]。

由此可見，多種有害因素會引發(fā)罐區(qū)火災事故，要想從根本上預防火災事故的發(fā)生，必須針對這些因素從管理和技術兩個方面進行合理整治。

2 預防處置措施

2.1 人員管理

所謂人員管理，就是要千方百計地防止因違章作業(yè)、違章操作、違章指揮而引發(fā)的火災爆炸事故。企業(yè)不僅要加強職工安全方面的培訓、教育工作，讓其認識到油罐爆炸的危害性和嚴重性，而且要進一步規(guī)范職工的行為，使其嚴格按照操作規(guī)程作業(yè)，尤其是要注重操作細節(jié)，比如穿防靜電工作服、不穿化纖類衣服和膠鞋上班作業(yè)等。

2.2 技術預防處置

2.2.1 控制氧氣的進入來破壞火災條件的形成

由可燃物發(fā)生燃燒爆炸的條件可知，要想避免油罐發(fā)生火災爆炸事故，就必須禁止氧氣或空氣進入油罐內。對于容量大的內浮頂油罐，可以實行收付混合操作方式，使浮盤在較小的范圍內浮動，減少浮盤以下空間的硫化亞鐵外露與空氣接觸的機會；采取高液位操作，減少油罐氣相空間，減少腐蝕范圍；采取惰性氣體置換（氮氣保護）的方法，既可實現(xiàn)無氧操作又可防止爆炸性混合氣體的形成；在油罐付油時，在停止注入蒸汽后，應及時注入氮氣，防止空氣進入油罐。

2.2.2 從工藝方面入手來加強預防

改進常壓裝置，采用“一脫四注”工藝來降低硫含量；采用油渣加氫轉化工藝，來降低常壓渣油的硫含量；油品進罐前進行有效的脫水來降低含水量；在分餾塔頂添加緩腐蝕劑，使鋼材表面形成保護膜以起到阻蝕作用；在油品中添加抗靜電劑，來提高油品的電導率。

2.2.3 從設備方面采取措施

在設備中易被腐蝕的地方，使用耐腐蝕的鋼材；在易腐蝕設備內表面，采用噴涂耐腐蝕金屬或涂鍍耐腐蝕材料等技術；在油罐內壁嚴格按標準使用防靜電涂料以消除靜電放電產生的危害，或靜電引力導致的各種生產障礙；采用罐頂噴淋技術來有效降低油罐溫度，延緩硫腐蝕，同時及時消散硫化鐵氧化釋放出的熱量；通過靜電接地、跨接或設置靜電緩和器來加強靜電泄漏，防止靜電積聚；安裝避雷針來有效避免雷電的危害；加強罐體密封性檢查和維修；對大型油罐安裝可燃氣體報警裝置、滅火和冷卻設施等。

2.2.4 從日常操作中進行預防

采取底部裝油的措施，減少空氣的進入、靜電的產生和油霧的產生；加大注油管的管徑，以控制流速，減少靜電的產生；在檢測井內進行檢測和取樣，并靜置幾分鐘來避免靜電的產生；定期采用酸洗、高pH 溶劑、多級氧化劑、鈍化劑等方法來清除硫化亞鐵沉積物；定期清罐，盡可能地排除儲罐中的積水；加強日常設備的檢修、罐區(qū)的安全檢查和巡檢工作，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

2.2.5 從在線監(jiān)測技術上來控制

（1）建立適合的腐蝕監(jiān)測網來控制與預防硫腐蝕。通過合理選點與布點做到在線監(jiān)測和離線監(jiān)測，長周期掛片與瞬時腐蝕速率測量相結合，全方位把握腐蝕狀況，以便及時采取措施，防患于未然。

（2）用可燃性氣體報警器檢測環(huán)境，將可燃氣體、可燃液體蒸汽和粉塵的濃度控制在低于火災爆炸的極限范圍。

（3）對易燃、易爆作業(yè)場所的防火設計，采用自動報警和自動滅火系統(tǒng)。自動報警的探測器應采用防爆型，自動滅火的滅火劑應采用CO2氣體滅火劑。

2.2.6 從事故應急處置方面進行防控

構建基于5G 網絡環(huán)境下的罐區(qū)可視化消防應急救援平臺。2019 年6 月6 日，工信部正式向運營商發(fā)放5G 商用牌照，我國進入5G 商用元年。5G 也正在給消防數(shù)據(jù)的聯(lián)動帶來質的改變，比如智能監(jiān)控數(shù)據(jù)讀取及共享能力將極大加強，視頻監(jiān)控將普遍從“看得清”邁向“看得懂”；通過AI 可穿戴設備，對救援人員的心跳、皮膚溫度等健康指標進行實時監(jiān)控，實時了解消防人員身體狀況及生命安全情況；某些事故中，消防人員只需進行遠程操控即可完成救災。

5G+ 罐區(qū)可視化消防應急救援平臺，以“平戰(zhàn)結合”為指導思想，能夠提供罐區(qū)突發(fā)事件的預防、應急處置、輔助決策、資源保障和大數(shù)據(jù)分析應用的全方位信息化支撐，最終可實現(xiàn)智能指揮與滅火救援可視化。平臺中具體涵蓋的內容如圖1 所示。

圖1 5G+ 罐區(qū)可視化消防應急救援平臺

3 中國石化的應對策略

3.1 解決思路

（1）采用防護層技術，構筑本質安全。防護層理論核心是“系統(tǒng)安全、層層防護”。為保證罐區(qū)的整體安全，針對風險評估識別出來的能夠導致重大危險的因素，從核心到外圍，逐步完善和設立防護層，防止和減少風險，避免重大事故的發(fā)生。

（2）采用系統(tǒng)論思想，構筑系統(tǒng)防護。罐區(qū)的事故一般為多因素作用，由量變到質變發(fā)展演化的。罐區(qū)安全是系統(tǒng)工程，需要從各要素之間的相互關系、作用方式和功能結構開展研究，找到根源問題和控制手段，不斷優(yōu)化原有系統(tǒng)，降低風險及后果。

3.2 主要存在問題

中國石化通過開展大型罐區(qū)安全評估、隱患排查和安全研究，發(fā)現(xiàn)大型罐區(qū)存在的主要安全問題如下：

（1）雷電是油罐火災的主要點火源，油罐現(xiàn)有雷電防護手段不能安全泄放雷電流，且油罐一、二次密封之間可燃油氣濃度普遍超標，一旦遭到雷擊，極易引起密封圈火災事故。

（2）由于罐基礎沉降導致罐體變形，以及浮盤傾斜、浮梯脫軌、暴雨天氣等因素，均可能導致浮盤卡盤或沉船等事故。

（3）原油劣質化使油罐腐蝕加劇，存在較大的腐蝕泄漏風險。

（4）罐區(qū)安全監(jiān)測儀表故障率較高，難以實施精準的罐區(qū)安全管理。

3.3 主要技術成果

3.3.1 罐區(qū)雷電預警技術

對小范圍（10k～15km）正在發(fā)展的雷云帶電量進行監(jiān)測，臨近預報閃電的發(fā)生。其中每個區(qū)域的預警探頭采用蜂窩布局方式，雷電預警探頭通過系統(tǒng)軟件進行區(qū)域局部組網。整個蜂窩雷電預警系統(tǒng)可根據(jù)每個時段的電場強度判斷雷暴云的移動軌跡，并實現(xiàn)雷電10～30min 臨近預警。

3.3.2 罐區(qū)雷擊火災防護技術

（1）取消了導電片等放電點；

（2）二次密封壓條采用T 型；

（3）量油孔、導向柱采用40mm 厚四氟絕緣板與浮頂電氣絕緣；

（4）刮蠟器與浮頂之間采用橫截面不小于16mm2的鍍錫軟銅復絞線進行可靠電氣連接；

（5）浮頂與罐壁之間安裝可伸縮式等電位連接裝置RGF（導線橫截面不小于50 mm2）進行可靠電氣連接。

采用以上雷擊火花放電控制技術，可以使油罐抗雷擊能力從40 kA 上升到150 kA。

3.3.3 可燃介質泄漏檢測和控制技術

（1）密封圈油氣濃度在線檢測技術：主要實現(xiàn)油罐密封圈內油氣濃度的實時監(jiān)測，并進行數(shù)據(jù)分析和報警。表4 為檢測設備的一些相關參數(shù)。

表4 檢測設備的相關參數(shù)

（2）防爆型密封圈技術：在一、二次密封空間增設抑爆結構，可減少油氣空間90%，降低爆炸能量，一旦發(fā)生密封圈燃爆也不會造成密封圈火災，

（3）防止儲存介質泄漏技術：腐蝕泄漏、中央排水管漏油或沉船是儲存介質泄漏的主要原因。利用石墨烯等新型高效防腐技術，可延長金屬防腐涂料使用壽命至15～20 年，從而解決腐蝕泄漏問題；基于LED 紫外光源的溢油監(jiān)測傳感器靈敏度高，并且具備防爆性能，可監(jiān)測中央排水管泄漏的事故隱患；利用本質安全型光纖傳感技術實現(xiàn)浮盤運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)浮盤不安全狀態(tài)的預警。

3.3.4 火災應急處置技術

（1）密封圈壓縮空氣泡沫滅火技術?；趬嚎s空氣泡沫技術，將泡沫預混液與高壓氣體預先儲存在一壓力容器內；容器內的高壓氣體與泡沫混合液在容器內的氣液混合器內進行發(fā)泡，泡沫通過管道輸送至浮盤密封圈內，泡沫噴射持續(xù)時間約105s，密封圈內泡沫層厚度為300～450mm。

（2）油罐全面積火災撲救技術?；趬嚎s氣體泡沫滅火技術，將大流量泡沫混合液與大流量高壓氣體充分混合，形成高效泡沫；通過專用大口徑、大跨度高噴車將泡沫精準噴射至著火油面，及時撲滅全面積火災。其滅火效率是負壓式泡沫系統(tǒng)的1.7～2 倍。

（3）罐區(qū)閥門防火罩技術。受防火罩保護的閥門執(zhí)行機構在烴類火焰1100℃中維持30min 后，可保證執(zhí)行機構正常工作，為事故應急提供可靠的操作條件。

（4）大型罐區(qū)應急指揮決策平臺。該平臺綜合了信息獲取、遠程信號動態(tài)監(jiān)測、事故演化過程預測，以及應急處置方案動態(tài)生成等技術，能夠實現(xiàn)對罐區(qū)事故的有效防控和科學應急處置。

4 總結

通過對罐區(qū)火災事故原因進行分析，針對性地提出了一系列預防處置措施，得出的結論如下：

（1）點火源（明火、靜電、雷電、撞擊或摩擦、電器及線路、自燃）、可燃物（油品）、氧化劑(氧氣)是引發(fā)罐區(qū)火災事故的不同危險有害因素。

（2）針對事故發(fā)生前的預防，以及事故發(fā)生后的處置，可從人員管理和技術預防處置兩個方面制定措施。其中5G+ 罐區(qū)可視化消防應急救援平臺可實現(xiàn)智能指揮與滅火救援的可視化。

（3）中國石化在罐區(qū)火災預防及處置中采用了罐區(qū)雷電預警技術、罐區(qū)雷擊火災防護技術，以及可燃介質泄漏檢測和控制技術等多種技術的聯(lián)動。

風險是危險情況發(fā)生的可能性和后果的乘積，罐區(qū)火災爆炸事故雖然是小概率事件，但后果極其嚴重。因此，一定要認真分析，積極防范，采取一切必要的措施和手段，阻止事故的發(fā)生。