沸喷油品储罐火灾事故的处理

沸喷油品储罐火灾事故的处理王士芳仲继文王静深摘要针对沸喷性油品燃烧时产生沸溢喷溅的原因、规律和特点进行了详细的论述，并结合实际灭火经验，提出了灭火的最佳时机及防止沸溢喷溅的具体方法。采用液下喷射泡沫灭火装置不受油罐爆炸的影响，，能有效地控制火情。主题词油品沸溢火灾安全沸喷性油品是在火灾燃烧过程中能够发生沸溢或喷溅的油品，如原油、重油、渣油、蜡油等重质油品。从这类火灾燃烧的情况分析，除了具有一般油品火灾的共性之外，还具有其独特的规律。在灭火工作中，重质油品的沸溢和喷溅不仅会使油罐火灾瞬间扩大蔓延，造成大面积燃烧，同时也会给灭火人员和消防车辆造成严重的威胁。一、产生沸溢和喷溅的原因及过程1、原因重质油品粘度较大，并含有一定量的水分，一般以乳化水和水垫两种形式存在，因此也就产生了两种不同的燃烧特性。如油品在燃烧过程中，由于热波(热波温度远远大于水的沸点)的影响，油品中的乳化水(也称自由水)被汽化沸腾，大量蒸汽泡在上升过程中被油薄壳所包围，这种表面包含有油品的汽泡，比原来的水体积扩大千倍以上，浮在油面并从油罐向外溢流，这种现象叫沸溢。随着油品不断燃烧，热波温度继续下移，当热波到达罐底水垫层时，水就会沸腾汽化，产生大量蒸汽，并聚集在油层和水层之间，当蒸汽压力超过上部油层重量时，便冲破油层向上抛出，这种现象叫做喷溅。2、过程当油品燃烧时，火焰将热传给液面，由于热波的作用，使靠近液面的油层温度上升，油品粘度变小，水滴向下沉积，同时受向上运动的热油的作用而蒸发变成蒸汽，导致液体体积膨胀，当油罐容纳不下时向外溢出，形成沸溢(也称水沸溢现象)。油品火焰向液面传热，液体吸收热量，较轻油品组分首先被蒸发燃烧，而重质组分油品因温度没有达到其沸点而不能汽化，则携带其吸收的热量向液体深层沉降形成高温油层，并逐渐加热冷的液层，这种特性叫热波特性。随燃烧时间的延长，高温层会逐渐变厚，当高温层的热波头接触罐底水垫时，水便开始吸收大量的热量迅速汽化，使产生的蒸汽体积迅速膨胀，将上部油抬起抛向空中并向罐外喷射，形成喷溅。综上所述，形成沸溢和喷溅的主要因素是油品中含有水分。油品中水的来源有以下两种，一是油品本身含有水分，原油在油罐中静止后，油水分离使部分水沉降底部而形成水垫。二是油罐防水防雨设施不完善。另外，还有一种类似沸溢现象，叫油沸溢出。即在热波形成以后的任何时间内，在燃烧的表面上施放水或泡沫时会产生油沫，只要没有其它通路，油品会超过油罐边缘而溢出。如1986年3月30日林源炼油厂油罐爆炸着火，就是在扑救中射入水和使用泡沫时油罐出现早期油沫溢出(也称油沸溢现象)。因此，在灭火过程中，冷却水使用不当或实施泡沫灭火一次不能将火扑灭时，尤其是在着火罐燃烧时间较长，罐内液体已形成高温层的条件下，射进的水或泡沫在热油中就会被迅速汽化形成油沫子，导致油品大量涌出罐外。二、油品沸溢和喷溅的特点及规律1、沸喷性油品火灾的燃烧规律很多油罐火灾事例证明，沸喷油品的燃烧可分为三个阶段：一是初期阶段，着火后30min以内，这个时期油品燃烧较为平稳，一般不会发生沸喷。二是猛烈阶段，即火灾中期，是火灾燃烧最强烈的阶段，也是发生沸溢和喷溅的关键时期。油罐发生沸喷的时间与重质油品的油层厚度和其含水量以及粘度等有关，一般油层越厚发生沸喷的时间越晚，油品含水大、粘度大发生水沸溢也较剧烈。但燃烧中期也有火焰起伏现象，其原因是油罐发生燃烧，首先轻质油分挥发，在一定的油层厚度内，重质馏分相对增加，在火焰辐射热的作用下，液面会发生焦化而形成焦质层，这个焦质层既不利于油面的燃烧，又可阻止下层油品蒸发。因此，在这段时间内火势较弱，燃烧较平稳，可以说是中期的燃烧低潮，约有几分钟到十几分钟。随燃烧时间的延长，油层受热增大，焦质层下油蒸气增多，其压力不断提高，突破焦质层进入燃烧区，火势转为猛烈，燃烧强度出现高点。掌握火灾的起伏现象，对于油品燃烧中期灭火是非常重要的。三是熄灭阶段，轻质油将燃尽，燃烧强度逐渐下降，直至熄灭。2、沸溢和喷溅发生前的特征沸溢前的表面特征：火焰突然增高、变白、发亮。这是因为大量汽化蒸汽在上升的过程中，加速了燃烧区的油蒸气扩散速度，即增加了火焰的紊流性质，从而增大了火焰表面积，使油蒸气和空气氧化更加充分，燃烧温度增高，浓烟减少，火焰发白发亮。同时，大量水滴受高温作用急剧汽化而形成飞溅并发出轻微的轰隆和嘶嘶声，即油炸食品的声音。喷溅前的表面特征：除火焰突然增高外，罐内由于压力升高而造成罐体抖动或振动。3、沸溢和喷溅发生的时间根据扑救林源炼油厂火灾事故分析，沸溢时间主要与油品种类、油品含水量以及罐内液面距罐上沿的距离大小有关。试验证明，含水为1%的原油燃烧45～60min后就会发生沸溢，喷溅发生的时间要比沸溢晚，这主要与储罐内油层厚度、油品燃烧的直线速度和热波速率有关，即式中t——喷溅时间，h；h——储罐内油层厚度；v1——油品燃烧的直线速度；v2——热波速率。如果油罐燃烧时间较长，油品含水较少，在火灾扑救过程中射进水或泡沫，这样在高温油层已经形成的条件下，就会出现油品沸溢现象。4、发生沸溢和喷溅的规律及其范围一般说来，一次油罐火灾可连续发生几次沸溢，两次沸溢时间间隔最短为30min，最长为135min，沸溢的平均间隔时间为90min。在油层较浅的情况下，喷溅一般只发生一次，在油层较深的情况下往往发生多次，但其特点是间隔要比沸溢短，因为在第一次喷溅之后，罐内剩下的高温层油品在翻动接触水垫时，经过热传递过程又很快汽化成很大的蒸汽压，以致再次喷溅，而且喷溅威力有时比前次还要大。沸溢或喷溅时油品溢出或飞溅的范围不同。沸溢时，因受地势或防火堤的限制，一般油品溢出距离可达几十米。若地势较高，防火堤不完善，则局部油品随地势流散可达300m以上。有时沸溢油品可能越过防火堤，造成大面积扩散。喷溅时，由于受喷溅高度和风力的影响，水平扩散距离有时可达130m以上，而不受围堤的影响，燃烧面积可扩大10000m2以上。从国外一些资料看，油品沸溢或喷溅时至少使燃烧面积扩大10%，多者达75%～80％。从我国几次火灾发生沸溢的情况来看，一般每次在10%～30%之间，喷溅要比沸溢的危害大得多。三、扑救火灾的措施(1)油罐火灾具有先爆炸后着火的特性，因此要考虑各种复杂情况，首先要对着火罐和邻近罐实施冷却，防止火势扩大，降低燃烧罐的温度，延长发生沸喷的时间。同时，调集力量，扫清外围，充分做好灭火准备。(2)对于扑救沸喷性油品火灾来说，一是油罐燃烧的初期阶段，这时液体表面还没有形成高温层，热油向下传递不深，温度也不高，此时不会发生沸溢，更不会出现喷溅现象，是灭火的最佳时期。这个时期要及时投入大量泡沫灭火设施进行灭火。二是在猛烈阶段，液面形成结焦层的燃烧低潮期，组织实施灭火是较为有利的时机。这时轻质油受到结焦层的限制，挥发较慢，因此燃烧强度较弱，灭火较为有利。但这个时期灭火时应当充分考虑热油层的问题，否则施放泡沫时会产生燃烧着的油沫而使施放的泡沫遭到破坏或者越过罐边缘溢出。最好的方法是在施放泡沫之前采取以下措施：①从远处以扇形在燃烧表面上施放直流水流，故意使燃烧表面产生含油气泡，以达到控制油沫的目的(溢出的油沫必须引导到安全地段或可有效控制的地方)，冷却热波层，减少热波层的深度，待油沸溢稳定后，再施放泡沫灭火。若油沫不断产生，则应考虑沸溢喷溅的时间，以便及时撤出。②往罐内输入部分冷油，然后施放泡沫。必要时两种方法可同时进行，但输冷油应在罐位允许的情况下进行。(3)猛烈阶段的灭火计划应着眼于减少可能发生的沸溢和喷溅带来的破坏。火场指挥员要密切注意火情变化。了解燃烧的时间、油品含水以及罐底水垫等情况。随时观察油罐热波面向下推进的时间，可采取以下两种方法：①在罐壁上喷水观察蒸发情况；②在罐壁上涂刷一道特殊的温度指示漆(如汞碘亚铜涂料)观察颜色变化情况。根据火场实际情况推算出可能发生沸溢、喷溅的时间。同时，指定一个或几个人作为火情观察员，随时观察火情，发现异常情况及时发出信号。在可能发生沸溢、喷溅的前期，正确采取转移油品降低液面、排除罐底积水或输入冷油等措施，以破坏产生沸溢和喷溅的条件。加强对燃烧罐和毗邻罐壁的冷却，在无准备的情况下禁止将水喷入燃烧罐内。(4)正确选择和使用灭火装置，建议推广拱顶油罐使用液下喷射泡沫灭火装置，其优点是：①不受油罐爆炸的影响，沸喷油罐火灾实例证明，大多为先爆炸后燃烧，随着罐顶的爆炸，罐上泡沫灭火装置很容易遭受破坏，从而影响了火灾的扑救；②泡沫是通过液下喷射的，因此泡沫不受火焰和上升热气流的影响，同时泡沫在油品液体内上升的过程中，还可以起到冷却和破坏热波层的作用，使泡沫在液面形成覆盖层。王士芳仲继文等：沸喷油品储罐火灾事故的处理，油气储运，1999，18(5)53～55。作者单位：王士芳仲继文东北输油管理局大庆输油公司王静深大庆市公安局刑警支队(收稿日期：1998-11-02)