第二節　鋼制立式儲罐火災場景

可燃液體的燃燒為氣態燃燒，當其蒸氣與空氣混合比在爆炸上、下極限之間時，遇點火源可能被點燃。點燃可燃液體蒸氣與空氣混合氣體所需的能量在1mJ以下。雷擊是最主要的點火源，其他可能的點火源有車輛發動機、明火作業、自然發火、靜電、工廠爐火、外界因素（燃燒灰燼飄落）等。若混合比低于爆炸下限或高于爆炸上限，則通常不會被點燃。

閃點大致相當于可燃液體爆炸下限的溫度。圖3-10是乙醇的閃點、爆炸極限的關系曲線，可燃液體都存在類似的關系曲線。

立式鋼制儲罐火災場景因儲罐類型、起火原因及儲存可燃液體不同而異。研究儲罐火災場景，掌握其變化規律，對搞好儲罐（區）火災預防和火災撲救有重要的意義。為了闡明觀點，本書引用了一些儲罐火災案例，但并未詳細介紹。過往案例很多，有需要可閱讀有關案例匯編類書籍。

瑞典國家試驗研究所共收集分析統計了歐洲、美國及其他英語系國家自20世紀50年代至2003年9月28日所發生的479起儲罐火災案例，見表3-1。其他地區，因資料收集困難，沒有統計分析。在這479起儲罐火災案例中，全液面火災54起、浮頂密封圈火災79起、數個儲罐同時發生火災放棄滅火80起、資料不全無法判斷類別252起、僅覆蓋泡沫實際并無火災發生14起。

1998年7月第一版美國石油學會文件（API PUBLICATION 2021A）Interim Study—Prevention and Suppression of Fires in Large Aboveground Atmospheric Storage Tanks中輯入107起儲罐火災案例，火災原因見表3-2。

由于本書重點在于泡沫滅火技術，為與泡沫滅火技術銜接，同時提示有關單位或個人如何應對儲罐火災，所以依據鋼制立式儲罐類別，從火災波及范圍方面對于火災場景進行分類。

一、固定頂儲罐主要火災場景與設防標準

火災發生的客觀原因大致有可燃氣體意外混入儲罐內、儲罐超壓、高溫、罐頂破洞、儲罐滿溢、罐壁或罐底破洞、維修維護過程中可燃液體泄漏及其他外部事件（自然災害、恐怖攻擊）等。

（一）全液面火災

固定頂儲罐火災多為爆炸后穩定燃燒。即先是混合蒸氣爆炸，繼而穩定燃燒。小罐或中低液位罐爆炸著火時往往被“揭蓋”形成敞口全液面火災，參見圖3-11；高液位大罐有可能是罐頂與罐壁局部炸開口。

《石油化工企業設計防火規范》GB 50160、《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183均以一個儲罐發生全液面火災為設防基準，《石油庫設計規范》GB 50074—2014除其定義的特級石油庫外，其他級別石油庫也是如此。

固定頂儲罐發生全液面火災后，若不及時有成效地撲救，5～10min后會造成罐壁變形、罐頂塌陷。若是儲存高熱值可燃液體，極易因火焰溫度高、熱輻射強度大，甚至火焰直接作用到相鄰儲罐罐頂，而導致相鄰儲罐相繼爆炸起火，圖3-12為1989年芬蘭鮑爾加市煉油廠油罐火災。一旦形成多罐火災，滅火變成奢望，或許更期待其盡快燃盡，別進一步擴散。

（二）可燃液體流淌到防火堤內的火災

依據過往火災案例歸納為：

（1）可燃液體儲罐進出料過程中外溢事故導致的防火堤內火災。這類火災大都能夠通過關閉相關閥門停止作業，同時采取有效撲救得到控制。

（2）油品儲罐著火沸溢導致的防火堤內火災。除原油儲罐火災會發生沸溢外，高溫重油儲罐長時間燃燒后也會發生沸溢，并且噴射泡沫撲救還會導致油品濺溢（slop over）。最慘重的重油儲罐火災沸溢案例可能當屬1982年委內瑞拉首都加拉加斯附近的發電廠重油罐火災案例了，著火約8h后大火演變為劇烈沸溢，造成了150多人死亡、300多人受傷。

（3）儲罐開裂導致的防火堤內火災。固定頂油罐起火爆炸時，可能發生罐壁與罐底焊縫沿罐底圓周方向全部或部分撕開油品外泄的惡性事故。為盡可能防止發生此種場景火災，相關設計規范規定采用弱頂結構或設置易碎罐頂。但現實工程中往往難以落實，如2009年4月8日，位于內蒙古鄂爾多斯市的伊泰煤制油有限責任公司中間罐區4號500m3蠟油罐火災，其罐頂與罐壁尚且完好而罐底炸裂，導致燃燒著的蠟油流淌入防火堤內，又相繼引燃了500m3石腦油1A、1B、1C內浮頂罐，見圖3-13。另外，對于直徑小于15m的小型儲罐，按國家有關標準規定的鋼板厚度設計建造，其罐壁重量可能不足以抵消儲罐爆炸時的提升力，應特別注意保證弱頂結構，這一點未得到普遍認識。

火災蔓延到防火堤內的火災場景不在固定泡沫系統設防范圍內，需要移動救援力量施救。沸溢和儲罐開裂導致的防火堤內火災，尤其是沸溢，往往在施救過程中突然發生而猝不及防，在制訂應急預案時應考慮這種風險，防范救援人員傷亡。

（三）防火堤被外泄的油品沖毀，火災失控

《石油庫設計規范》GB 50074、《石油化工企業設計防火規范》GB 50160、《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183、《石油儲備庫設計規范》GB 50737四部國家標準對防火堤結構強度要求都是能承受液體充滿防火堤時的靜壓，并為適應浮頂儲罐，規定將防火堤距外側道路高度由不大于2.2m增高到3.2m。其規定既自相矛盾，又存在重大隱患。只有罐組內最大儲罐在上限液位時，罐壁底部開裂才能使儲存液體充滿防火堤，這種情況下會產生相當大的沖擊動壓，若按靜壓設防，儲罐破裂會沖毀防火堤。現實火災案例中，在儲罐沒有破裂，只是長時間撲救形成一定深度的積水就導致混凝土堤局部失效了，此案例在后面內浮頂儲罐火災場景部分中進一步介紹。防火堤被外泄的油品沖毀的火災案例為數不少，現介紹比較慘重的兩起國外案例加以警示。

1982年12月19日，委內瑞拉首都加拉加斯電力公司的油罐發生大火，約8h后劇烈沸溢并沖毀土防火堤。由于油庫位于陡峭山坡，近似熔巖狀的燃油順勢流淌到居民區，造成重大人員傷亡和財產損失。有關案例的詳細介紹可見張清林等編的《國內外石油儲罐典型火災案例剖析》（天津大學出版社，2014）一書。

1994年11月2日，埃及艾斯龍特市儲量15000噸的石油基地油罐區遭雷擊起火，燃油外泄沖毀防火堤。該油罐區距居民區200m，且油罐區地勢較高，燒著的油品順流而下成火海，導致500多人死亡。

二、外浮頂油罐主要火災場景與設防標準

有關外浮頂油罐火災場景與發生概率，1997年由16家國外石油公司組成的大型常壓儲罐火災調查項目組（LASTFIRE），收集了36個國家164個站點1981～1995年2420座直徑大于40m的外浮頂油罐數據資料，被考察儲罐的平均使用年限為27.1年，代表著33909罐×年。調查得到火災場景及統計數據分別見圖3-14與表3-3。

（一）環型密封圈火災

外浮頂油罐普遍采用鋼制單、雙盤式浮頂，罐頂與油品接觸，罐內幾乎沒有氣相空間。因密封不嚴或受損，導致油氣泄漏，當油氣濃度達到爆炸極限范圍內，并遇點火源時，便發生密封圈爆炸火災。到目前為止，外浮頂油罐的浮盤密封仍是一個薄弱環節。密封圈火災場景見圖3-15。

在LASTFIRE調查報告記錄的62起初始火災中，有55起密封圈火災，其中52起是雷擊引起的，2起是在運行中的儲罐上進行明火作業引起的，1起火災原因不明，與第一版美國石油學會文件（API PUBLICATION 2021A）分析數據基本一致。由于樣本差異，瑞典國家試驗研究所給出了不同的分析數據，不過根據我國大型外浮頂油罐密封圈火災案例，雷擊為最主要原因是不容置疑的。雷擊火災概率帶明顯的地域性，這是不同地域雷暴日和雷暴強度不同的緣故，年雷暴次數多的國家地區其密封圈雷擊火災概率較高。在LASTFIRE調查的15年期間，雷暴多發地點的一些儲罐多次遭雷擊引發密封圈火災。我國也一樣，廣州石化某罐組的儲罐反復遭雷擊起火，寧波鎮海國家石油儲備基地47號罐（10×104m3）2007年一個月內兩次遭雷擊起火，2010年3月3日相鄰的49號儲罐又遭雷擊爆炸著火，2011年11月22日大連新港兩個10×104m3儲罐同時遭雷擊起火。目前規范的設防標準為一座儲罐密封圈火災。

（二）全液面火災

有關大型外浮頂油罐發生全液面火災概率，LASTFIRE只收集了36個國家164個站點的案例，且截止到1995年。瑞典國家試驗研究所收集的案例截止到2003年09月28日，且均為歐、美和部分英語系國家或地區。到2015年末，實際發生的火災案例遠多于上述兩家的統計數據。綜合LASTFIRE的統計數據，外浮頂油罐發生全液面火災的概率應在10-4量級。圖3-14（b）、（e）都會發展成為浮盤沉沒后的全液面火災，其中圖3-14（b）顯示了發生于1983年8月30日Amoco公司英國米爾福德港煉油廠一座直徑255英尺（容積約10×104m3）的原油外浮頂儲罐火災。該著火罐中部鋼板常年受風力作用而產生了疲勞裂紋，油氣從裂紋處泄露，遇點火源（最可能是30m內煙囪排出的熾熱碳顆粒被風吹到罐頂上）發生火災。滅火救援過程中采用了消防炮向儲罐中央噴射泡沫和水，浮盤被擊沉，盡管采取了倒出著火罐與相鄰罐油品的措施，著火罐還是發生了兩次沸溢。火災中，著火罐被燒毀、燒掉原油25000噸，距離60m遠的兩個相鄰儲罐被燒嚴重變形而報廢。2010年7月16日，大連中石油國際儲運有限公司卸油管道爆炸大火中也波及了其103號罐，形成了全液面火災，參見圖3-16。慶幸其油品大都經管道泄露流淌了，而沒有發生沸溢，保住了其他儲罐。

迄今為止，發生全液面火災直徑最大的當屬美國路易斯安那州諾科市某煉油廠汽油儲罐火災，而且堪稱油罐全液面火災撲救的范例。撲救成功的關鍵除指揮得當外，一是超大流量泡沫炮成功壓制烈焰，二是滅火后在泡沫保護下倒罐，三是著火油罐附近水源充足，四是相鄰儲罐間距大沒有冷卻之憂（見圖3-17）。簡介如下：

2001年6月7日，美國路易斯安那州諾科市煉油廠一座直徑82.4m、高9.8m的外浮頂油罐因雷擊起火。火災發生時內儲47700m3汽油，著火前浮盤部分沉沒。滅火時，在罐東南側部署了一臺流量為30300L/min的消防炮，在罐西南側部署了一臺流量為15100L/min的消防炮，為進一步鞏固滅火成果，在正南方向又增加了1臺流量為3785L/min的消防炮。65min后火災被撲滅。滅火后為防復燃，工作人員將該儲罐內的汽油轉移到另外的一座儲罐。倒罐過程中，每隔45min向罐內噴射一次泡沫，每次噴射持續15min。滅火過程中泡沫混合液供給強度為8.55L/（min·m2），泡沫液總用量為106 t。

浮頂沉沒是發生或發展為全液面火災的原因。瑞典國家試驗研究所對浮頂沉沒的原因進行了統計分析，參見圖3-18。

（三）蔓延到防火堤內的火災

導致儲罐內部火災蔓延到防火堤內的原因有：進油過程中的冒頂事故、原油火災沸溢、油罐開裂等。前面已有案例表述，不再舉例贅述了。以往火災案例顯示，對于汽油、柴油等油品儲罐火災過程中，罐壁向內凹陷，通常不會蔓延到防火堤內。但滅火救援過程中過量噴射水或泡沫導致儲罐滿溢的案例是存在的。大型原油儲罐全液面火災滅火成功者寥寥，大都發生沸溢。我國應特別關注防范此類火災，因為它可能釀成區域性風險，甚至會釀成社會風險。

（四）防火堤被外泄的油品沖毀，火災失控

迄今作者并未獲得外浮頂儲罐破裂沖毀防火堤，并發生火災的例證，只是依據如下兩個案例推測的：①1974年日本三菱石油水島煉油廠一座5×104m3油罐因基礎不均勻沉陷造成罐底、罐壁同時拉裂，瞬時泄出油品，并將防火堤沖毀。②20世紀50年代，英國發生過2×104m3油罐試水時脆性破裂，罐內水瞬時泄出而沖毀防火堤。日本石油儲備庫多考慮了這一場景（圖3-19），設防標準是我國無法比擬的。地域狹小的日本能用如此高標準設防，并從國家立法層面頒布了包括《石油聯合企業災害防治法》在內的系列法律。這不是杞人憂天，2010年7月16日發生在大連中石油國際儲運有限公司管道爆炸火災，事前是想象不出的，但卻成為載入史冊的惡性火災案例。聊以寬慰的是其處于儲存區低位，見圖3-20。

三、內浮頂儲罐主要火災場景與設防標準

內浮頂儲罐通常用于儲存凝析油、穩定輕烴、原油一、二次加工所得的輕質油品及化工液體等甲、乙類液體。原油一、二次加工所得的粗輕油罐硫醇、硫醚等腐蝕性物質一般含量高，易產生硫化亞鐵，且易帶靜電等。因所儲存甲、乙類液體的易燃性，決定了內浮頂儲罐的火災危險性高，世界范圍內，有大量內浮頂儲罐火災案例，且我國也有不少內浮頂儲罐火災案例。但國內外的相關統計分析資料和媒體報道，基本未說明著火儲罐的浮盤形式，作者掌握的案例都是鋁浮盤浮頂罐與早期使用的淺盤。相信會有鋼制單、雙盤內浮頂儲罐火災案例，但可能較少。

鋼制單、雙盤內浮頂儲罐為雙頂結構，固定頂為內浮頂遮風擋雨，還可能有防雷作用，相對于外浮頂儲罐，導致火災的因素少許多，它是一種較為安全的儲罐。如果要分析其火災場景，類似于外浮頂儲罐，只是火災概率低許多。對于此類儲罐相關標準是按密封圈火災設防。

鋁或不銹鋼薄板浮盤等浮筒式內浮頂罐，密封不嚴、無抗爆炸破壞能力。它們被用以儲存輕質成品油、中間產品及化工液體，不但浮頂與所儲存液體液面間有氣相空間，而且浮頂上方氣相空間混合氣體常處于爆炸極限范圍內，遇點火源爆炸起火，同時內浮頂被破壞而形成全液面火災。當采用不銹鋼薄板浮盤時，由于漂浮在液面無法熔化，泡沫滅火設施難以將火災徹底撲滅。我國有一定數量的采用不銹鋼薄板的浮筒式內浮頂罐，某地已將此類汽油罐的容量做到5×104m3，且是按密封圈火災設防的，這不符合國家標準《泡沫滅火系統設計規范》GB 50151—2010的規定。對于此類儲罐，國家標準《石油庫設計規范》GB 50074、《石油化工企業設計防火規范》GB 50160在總圖布置方面執行外浮頂儲罐的相關規定，在消防冷卻水系統與泡沫系統設計方面執行固定頂儲罐的相關規定；國家標準《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183均按固定頂儲罐對待。面對高企的火災概率，應當限制此類儲罐用于儲存閃點低于45℃的甲、乙類液體，業內支持者在逐步增多。關于此類儲罐的火災場景基本類似于固定頂儲罐，而且因其儲存輕質液體、儲罐間距小（0.4倍儲罐直徑），火災更容易蔓延。騰龍芳烴（漳州）有限公司“4.6”重大爆炸火災事故是最好的例證。

2015年4月6日18時56分，騰龍芳烴（漳州）有限公司二甲苯裝置在停產檢修后開車時，引料操作過程中出現壓力和流量波動，引發液擊，存在焊接質量問題的管道焊口作為最薄弱處斷裂。約295℃物料蒸氣從管線開裂處泄漏擴散，后被鼓風機吸入風道進入爐膛爆燃，并引爆彌漫在空中的蒸氣與空氣混合物形成球火，巨大的爆炸沖擊波導致距二甲苯裝置西側約67.5m中間罐區的607號、608號2座重石腦油儲罐和610號輕重整液儲罐罐壁內陷，與罐頂間焊口撕裂并先后爆炸著火。爆炸還損毀了敷設在管廊上由變電所到罐區變電站的二回路電纜和儲罐上消防冷卻水環管，儲罐爆炸損毀了儲罐上的橫式泡沫產生器，固定消防設施全部癱瘓。4月8日10時53分，609號輕重整液儲罐又被引燃。至此同一罐組4座容量均為10000m3的儲罐全部被燒，著火前它們存量分別為6622噸、2000噸、1562噸、4000噸。

事故發生后，公安消防部門先后共調動消防車輛269部、官兵1169名全力滅火。先后以陸運、空運方式從山東、江蘇等地調集泡沫液1600多噸（實際使用800噸）運往現場，曾兩次控火（相關文件中說滅火），兩次復燃。滅火救援過程中，噴射了大量消防水冷卻，儲罐內液體外溢到防火堤內，由于防火堤內地面經水浸泡后，局部沉降，致使一段防火堤向內傾斜，在接縫處形成開口，水與燃液向防火堤外泄流，火災蔓延到防火堤外。經過消防官兵68小時連續奮戰，于4月9日3時10分，以最后起火的609號儲罐物料燃盡熄滅宣告滅火，保住了相鄰罐組，見圖3-21。“4·6”重大爆炸火災事故留給人們許多需要思考的問題，敏感話題就不談了。

（1）騰龍芳烴（漳州）有限公司火災時，用于安全保障的空分裝置單元未建，依《消防法》規定應設的企業消防站未見到，應該是安全配套設施不健全就試生產了。

（2）案由雖然定性為物料操壓力和流量波動引發液擊，可是其管道內壓力才1.0MPa，在發達國家焊口都不作為隱患點，連同儲罐如此不堪一擊，反映出其設備材料與施工質量是何等低劣。

（3）相關動力電纜、防火堤、儲罐間距等設置符合國家標準《石油化工企業設計防火規范》GB 50160—2008的規定，可見該標準尚需完善。

（4）國家標準《泡沫滅火系統設計規范》GB 50151—2010規定固定頂儲罐與按固定頂儲罐對待的內浮頂儲罐宜設置立式鋼制泡沫產生器，規定外浮頂儲罐當從頂部供給泡沫時應設置泡沫導流罩，該工程均未遵守。

（5）相關事故調查報告都未對著火儲罐的結構形式、所儲存液體組分或餾分進行分析，對今后科學研究幫助甚少。作者等深入災后現場只是聽企業人員說儲罐采用的是鋁浮盤，對所儲液體未作具體回答。