第三章　鋼制立式儲罐及其火災(zāi)場景

第一節(jié)　鋼制立式儲罐的結(jié)構(gòu)形式

在世界范圍內(nèi)，鋼制立式儲罐早已是低倍數(shù)泡沫系統(tǒng)的主要應(yīng)用場所。我國20世紀(jì)八九十年代，原石油部銷售公司和后來原商業(yè)部的石油庫中曾使用過基于氟蛋白泡沫的中倍數(shù)泡沫系統(tǒng)，且當(dāng)時僅有武漢市某一家企業(yè)生產(chǎn)中倍數(shù)泡沫系統(tǒng)設(shè)備、安徽安慶市某一家企業(yè)生產(chǎn)泡沫滅火藥劑。為了真實反映客觀情況，作者在相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心進(jìn)行了相關(guān)查詢，僅查到20世紀(jì)90年代武漢市某企業(yè)中倍數(shù)泡沫產(chǎn)生器的型式檢驗記錄。隨著2012年泡沫系統(tǒng)部件實施3C認(rèn)證，兩家企業(yè)均未進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證。目前僅有俄羅斯還在立式油儲罐上安裝基于合成泡沫滅火劑的中倍數(shù)泡沫系統(tǒng)。作者依多年試驗研究與經(jīng)驗認(rèn)為，發(fā)泡倍數(shù)6～8的成膜類或添加氟碳表面活性劑動物蛋白類泡沫是立式甲、乙、丙類液體儲罐的首選。

盡管甲、乙、丙類液體罐種類很多，但隨時間推移，在役的地上罐型基本為固定頂、外浮頂、內(nèi)浮頂?shù)蠕撝屏⑹絻藜吧倭颗P式罐。立式鋼制儲罐遍及我國各地，基本都安裝泡沫系統(tǒng)，且非石油、石化領(lǐng)域從業(yè)者一般了解較少，故對鋼制立式儲罐的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行介紹。涉及立式儲罐工藝結(jié)構(gòu)與防火要求的國家標(biāo)準(zhǔn)有《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB 50074、《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB 50160、《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183、《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》GB 50341、《石油儲備庫設(shè)計規(guī)范》GB 50737等，上述規(guī)范已規(guī)定的內(nèi)容不再贅述。

一、固定頂儲罐

固定頂儲罐是指罐頂周邊與罐壁頂端固定連接的儲罐（圖3-1）。在我國實際工程中，基本采用罐頂為球面形、荷載靠罐壁周邊支撐的自支撐固定頂儲罐。固定頂罐的液體表面和罐頂之間為氣相空間，當(dāng)氣相空間的甲、乙、丙類液體蒸氣與空氣混合濃度處于爆炸上下極限間時，遇引火源勢必發(fā)生爆炸。為使發(fā)生爆炸時罐頂與罐壁的接縫處發(fā)生分離，避免罐底與罐壁處出現(xiàn)裂縫或破壞而造成大量的油品泄漏，固定頂儲罐應(yīng)采用弱頂結(jié)構(gòu)，相關(guān)規(guī)范也是如此規(guī)定的。實際工程中有的采用罐頂與罐壁頂端單面焊接保障弱頂結(jié)構(gòu)，也有沒做弱頂結(jié)構(gòu)的。受國家標(biāo)準(zhǔn)《低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50151和《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50151—2010的約束，此類儲罐容量不大于30000m3，最大直徑多為48m。

固定頂儲罐分為常壓儲罐和操作壓力低于0.1MPa的低壓儲罐。常壓固定頂儲罐在罐頂中部設(shè)有呼吸閥，以便保持罐內(nèi)處于大氣壓下。它通常用于儲存揮發(fā)性較小、閃點高于60℃的丙類液體，如輕柴油、蠟油、渣油等；當(dāng)容量較小時（一般小于5000m3），也有用常壓固定頂儲罐儲存甲、乙類液體的。因某油田用內(nèi)浮頂儲罐儲存未穩(wěn)定原油導(dǎo)致了翻盤，故未穩(wěn)定原油也用常壓固定頂儲罐儲存，并多設(shè)有“大罐抽氣”設(shè)施。

低壓儲罐是用來儲存低沸點、高飽和蒸氣壓的甲類液體，如環(huán)氧丙烷、輕烴等。低壓儲罐通常設(shè)有氮封，罐頂設(shè)有爆炸泄壓設(shè)施。

二、外浮頂儲罐

外浮頂儲罐是指頂蓋漂浮在所儲液面上的立式圓筒形鋼制儲罐，如圖3-2所示。外浮頂儲罐按浮頂結(jié)構(gòu)分為單盤（圖3-3）、雙盤浮頂儲罐（圖3-4）。

外浮頂儲罐的浮盤底部與所儲可燃液體液面直接接觸，并隨液面升降，其適合建造大容量儲罐。產(chǎn)油大國沙特阿拉伯建有世界上最大的單罐容量為20×104m3的浮頂油罐，日本建有16×104m3浮頂油罐，我國分別在江蘇儀征、大慶、蘭州、福建和上海等地建成投產(chǎn)了約20座最大單罐容量為15×104m3的浮頂油罐。

自我國從日本引進(jìn)技術(shù)與材料并于1988年在原河北八三工程末站（現(xiàn)名為中國石油天然氣股份有限公司管道秦皇島輸油氣分公司）和大慶油田南三油庫建造投產(chǎn)了4座10×104m3浮頂油罐后，加速了浮頂油罐的大型化。近十幾年來，特別是在我國沿海地區(qū)以碼頭為依托建設(shè)了多個集儲存、加工生產(chǎn)的大型石油化工園區(qū)，甚至有若干園區(qū)的油品總儲量在1000×104m3及以上，如大連大孤山石油化工園區(qū)，規(guī)劃有160座10×104m3浮頂油罐，油品與其他化工液體總量將達(dá)1800×104m3。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已經(jīng)先后在大連、鐵嶺、唐山曹妃甸、天津、青島黃島區(qū)、寧波鎮(zhèn)海、舟山、廣西欽州、昆明、蘭州、新疆哈密、獨(dú)山子等地建造了超過1000座10×104m3浮頂油罐。在我國二期國家石油儲備工程全部完工和三期工程及商業(yè)儲備庫建設(shè)的推動下，還會有若干個千萬噸級的石油化工園區(qū)誕生。為我國工程建設(shè)成就自豪的同時也時刻憂慮其火災(zāi)風(fēng)險，因我國大型儲罐區(qū)建設(shè)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低而再次發(fā)生難以承受之災(zāi)是大概率事件。

由于儲罐浮頂暴露于大氣中，儲存的油品易被雨、雪、灰塵污染，因而多用于儲存原油，也有一些儲存組分油的。

三、內(nèi)浮頂儲罐

內(nèi)浮頂儲罐是指在固定頂儲罐內(nèi)設(shè)有浮盤的儲罐，見圖3-5。內(nèi)浮頂儲罐的浮盤形式較多，主要有鋼制單盤（圖3-6）、雙盤、敞口隔艙式單盤及浮筒式浮盤（圖3-7和圖3-8）。雖然鋼制單、雙盤式內(nèi)浮頂儲罐密封性好，少見其火災(zāi)案例，但相比浮筒式等輕質(zhì)浮盤內(nèi)浮頂儲罐，施工難度大、造價高，業(yè)主往往采用后者。1978年版的NFPA11 Standard for Low Expansion Foam Extinguishing Systems視內(nèi)浮頂儲罐為法拉第籠，認(rèn)為不大可能著火，但隨著浮筒式等輕質(zhì)浮盤內(nèi)浮頂儲罐頻繁發(fā)生爆炸火災(zāi)，且多為全液面火災(zāi)，其觀點改變，規(guī)定內(nèi)浮頂儲罐也應(yīng)設(shè)置滅火系統(tǒng)。

單、雙盤內(nèi)浮頂儲罐的浮盤與所儲可燃液體液面直接接觸，大大降低了物料蒸發(fā)損失，應(yīng)是汽油、石腦油、煤油等輕質(zhì)甲、乙類液體的首選。但在實際工程中，浮筒式等輕質(zhì)浮盤內(nèi)浮頂儲罐被大量采用。另外，由于采用敞口隔艙式單盤無法設(shè)置泡沫系統(tǒng)，被某些標(biāo)準(zhǔn)限制使用。

近年來在某些國家或地區(qū)，還出現(xiàn)了組裝式蜂窩狀不銹鋼浮盤，浮盤底直接漂浮在液面上。它主要由蜂窩板、支撐梁和立柱等拼裝而成，蜂窩板見圖3-9，其上下層不銹鋼板一般僅有0.5mm厚，浮盤各部件主要采用螺絲拼接。境外某企業(yè)正通過中國大陸設(shè)計、代理單位向中國大陸推銷該類浮盤，在海南省某石油庫工程施工初期被作者以其不具備抗爆炸破壞能力、浮盤密封不嚴(yán)易造成全液面火災(zāi)，且著火后浮盤難以熔化而無法實現(xiàn)泡沫滅火等予以阻止。