初探石油化工储罐的火灾因素与防火设计

    摘要：石油化工储罐是石化企业的重要组成部分，并且其安全性关系着石化企业的正常运营，但是又由于石油化工储罐储存物质的易燃易爆性，发生泄漏、着火、爆炸等事故时的后果直接危害到石化企业的生存，企业职工的生命健康和周边居民生命健康和财产的安全，故做好事故提前报警和预防工作显得尤为重要。因此在这里对石化企业的储罐区进行了消防安全设计。

    关键词：石化储罐；易燃易爆；提前报警；消防设计

　　一、概述

　　随着我国经济发展，对能源的依赖性越来越大，石油化工行业的投资规模不断扩大，并且在生产过程中使用的原材料、半成品、成品以及传输设备等都属于易燃易爆物质，极易引发火灾和爆炸事故，大量易燃、易爆、高危险、高灾害的工业场所不断涌现。随着贵州西南部（地处黔桂滇三省区交界处的黔西南布依族苗族自治州）新兴工业“金三角”的快速建设，以落户黔西南州的湖北宜化化工集团、贵州金宏化工集团、及中石化、中石油各网站为主干的化工基础设施如雨后春笋般快速成长，为确保消防安全，有必要对境内石油化工企业的储罐区进行火灾安全设计。

　　二、 储罐区的火灾致因

　　通过对近十年来全国各地石油化工类火灾事故的调研和文献资料分析可知，石油化工储罐类火灾发生的主要原因主要有如下几点：

　　1、静电。由于石油及其相关产品在储存、输运等过程中难免会发生液体间的流动、摩擦。或者石油及其相关产品的跑、冒、漏等情况的出现，都会导致石油及其相关产品产生很高电位的静电。实践证明，液化气在高速喷射时产生的静电电位高达9 0 0 0V ，特别是气体中伴有其它微粒物质时，其静电危险性更大，而当带电体与不带电或静电电位很低的物体相接近时，只要电位差达到300V 以上，就会发生静电放电现象，并产生火花，最终导致火灾爆炸。

　　2、雷（电）击。雷击主要包括直击雷、感应雷及雷电侵入，此外还有比较罕见的球形雷。雷电的灾害主要表现为雷电所造成的雷击具有极大的破坏性雷电对液化气罐区的危害很大。如果储罐区缺少必要的防雷电设施，储罐区的防护设施出现问题，防雷设施因管理疏漏， 会导致避雷效果降低或丧失，将会因雷电灾害造成重大的火灾爆炸事故。

　　3、设备故障。储存液化石油器的设备质量低劣，储罐降温系统失效，储罐安全***失效等都会使储罐出现火灾或者爆炸事故。

　　4、人员失误。生产、使用和储存石油及其相关产品过程中， 由于错误操作、违章操作、盲目指挥和设备检修保养不善很容易导致出现物料的跑、冒、滴、漏事故，以及在输送作业中，泵密封不严，开关、法兰连接不严，擅自提高本的输送压力，使管线破裂，或管子连接不牢，造成管线连接处脱落跑气。引起泄漏，继而导致火灾爆炸的恶性事故。

　　5、机械碰撞。在石油及其相关产品生产、使用、运输、储存过程中都会涉及到机械设备的使用，在操作过程中难免会发生碰撞，导致因局部撞击而发生火灾爆炸事故。

　　三、探测器选型与设计

　　选型原则：早期事故探测，如：可燃气体探测，火焰探测等；响应快速；安装维护方便；使用时间长；价格适中 。

　　由于石油化工的原料、及其半成品、产成品的特点，在发生事故时其易燃性，突发性，所以在出现事故时，要在最短时间内探测到事故的发生是至关重要的。

　　1、可燃气体探测器。在石油或其相关产品发生泄漏时，必然会产生大量的可燃蒸汽，一旦遇到火源必然会发生火灾爆炸事故，对这些可燃气体的检测就显得至关重要了。可燃气体探测器分为：催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度 。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化。半导体可燃气体探测器要用灵敏度较高的气敏半导体元件，它在工作状态时，遇到可燃气体，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。

　　2、液位检测器。在石油或其相关产品入罐过程中，液体在罐内部的液位高度对储罐的安全有着重要的影响，直接关系着储罐区的安全。液位检测器包括：

　　（1）压强型连续光纤液位测量系统。其基本工作原理是基于在正常的大气压力下测量液体压强来计算出液位的高度。它利用液位高度的不同，其压强不同的原理，通过压强变化使光纤F-P腔的腔长发生变化，测量出反射回的信号光的光强的变化，据此实时检测出液位的高度变化。该产品优点：①传感头本征无源，为纯光学、机械件，实现非电检测，本质安全，防爆，能避免产生电火花，可进行易燃易爆储液的液位测量，无电安全。②连续性液位测量，实现了实时测量和监控。③实现非接触检测，对被测对象无干扰、无污染。④耐腐蚀，可在有毒液体中进行检测。⑤从检测液体开始到检测信号输出的响应时间短，信号传输距离远，实时显示液位高度。⑥测量精度高、动态范围大、线性好、可靠性高、高绝缘性，抗电磁干扰、抗雷电干扰。⑦体积小，安装简易，性价比高，易于维护。

　　（2）连续型光纤液位测量系统。其原理是将探头做成等间距错位式三光纤探头，由一组入射光纤,两组反射光纤组成。其中,两组反射光纤与被测液体表面距离不同, 通过测出这两组光纤反射信号的光强之比，通过计算就可以推出被测液位的高度量。两接收光纤的光强比仅与光纤端面到反射面的距离有关,而与光源强度、反射面的反射率以及光纤传输损耗等因素均无关。光纤端面到反射面的距离变化，则两接收光纤的光强比就变化，据此推算出液位的高度变化。该产品优点：①传感头本征无源，为纯光学件，可进行易燃易爆储液的液位测量，无电安全。②连续性液位测量，实现了实时测量和监控。③无接触测量，抗化学腐蚀，可对多种储液测量，包括对有毒液体进行检测。④可进行多路测量，彼此无串扰。⑤结构简单和信号远距离传输。⑥测量精度高、动态范围大、线性好、可靠性高、抗电磁干扰能力强。⑦性价比高，易于维护。

　　3、定点液位探测器。基本原理：1个LED和1个的光电接收器被放入热塑塑料的半圆球内，根据光的全反射原理，当无液体覆盖时，LED光经全反射被光电接收器收到。当液面覆盖球表面时，因液体的折射率较大，部分LED光折射进入液体中，光电接收器收到的光能量就大幅减少。根据光电接收器输出电信号的变化，就可知有无液体。该产品优点：①实现非接触检测，对被测对象无干扰、无污染；②实现非电检测，本质安全，防爆；能用于易燃、易爆物等设施中；③具有高精度、高绝缘性，抗电磁干扰、抗雷电干扰；④敏感元件的尺寸小，可用于检测微量液体；⑤从检测液体开始到检测信号输出的响应时间短；⑥能检测两种(油、水等)液体界面；⑦体积小，安装简易，价格低廉。

　　4、火焰探测器。火焰探测器又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性，即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。火焰探测器有三种：一种是对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外探测器；另一种是对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外探测器；第三种是同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外线的紫外/红外混合探测器。优点:响应速度快，探测距离远，环境适应性好缺点：价格高

　　5、感烟探测器。由于石油或其化工产品在燃烧过程中会产生大量的浓烟，所以安装感烟探测器，对早期的火灾预测具有较强的帮助。对火灾形成早期的烟雾进行探测，能够对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。分为离子型，光电型，红外对射型，激光型等。

　　（1）离子感烟式探测器是点型探测器，它是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。

　　（2）光电感烟探测器也是点型探测器，它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。根据接入方式和电池供电方式等的不同，又可分为联网型烟感，独立型烟感，无线型烟感。

　　（3）红外光束感烟探测器是线型探测器，它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟探测器的主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接受器分为两个独立的部分，使用时分装相对的两处，中间用光束连接起来。红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。

　　四、灭火系统的选择

　　根据《建筑防火设计规范》，可以确定石油或其产品的火灾大部分为B类火灾，这里不考虑其他特殊情况。并且根据《建筑防火设计规范》对储罐区的消防用水量进行设置。

　　进行相应的灭火固定水喷淋装置。为防止火灾时储罐超温超压而引发爆炸，要对着火罐及周边邻罐及时降温，设置固定水喷淋装置是行之有效的措施之一。一般其供水压力不得小于0．2 MPa，供水强度不得小于0．15 ，着火罐和相邻罐分别按其全表面积和一半表面积计算用水量。

　　消火栓系统。罐区消防给水管网应采用环行管网，给水干管不应少于2条，管径不应小于160 mm，为便于消防车向管网供水，还应设水泵接合器，且至少2个。罐区内应设消火栓，其间距一般为60m，装卸区、增压泵房、加热气化区等重点部位附近应设置箱式消火栓，其保护半径约为30m，消火栓用水量为20～45 (视储罐大小而定)。大型罐区应设固定带架水***，其供水压力对球罐不小于0．35 MPa，对卧罐不小于0．25 MPa。

　　五、电气设计

　　（1）罐区消防用电应为二级负荷，并采取单独供电回路。

　　（2）罐区、泵区、装卸区等均为防爆区，其供电设备的设计应符合GB50058-92《爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范》的要求。

　　（3）由于液化石油气储罐壁厚一般都大于4 mm，根据GB50160—92《石油化工企业设计防火规范》第823条规定，液化石油气储罐可不设避雷装置，但需作防雷接地，其电阻值应小于10欧姆。所有储存和输转液化石油气的金属设备、容器、管道等都应有总好的电气连接和接地。电气连接的跨接线应采用截面不小于6 mm2 的铜线，静电接地的电阳值应小于100欧姆。

　　六、结束语

　　随着我省西部工业走廊石油化工企业的发展，企业的规模也越来越大，石化储罐区的容量也相应的增大，其安全性重要程度也相应的应该得到重视，也就对储罐区的消防安全系统提出了更高的要求，消防预警，消防灭火系统的协调程度，反应速度关乎着整个企业的安全，充分发挥消防系统各个部分的作用，争取做到早预防，早扑救，为石化企业的安全提供保障。

    参考文献

    [1]《建筑防火设计规范》

    [2]GB50160—92《石油化工企业设计防火规范》

    [3]GB50058-92《爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范》