防火堤應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

姚學(xué)軍 吳凱旋 趙云峰 稅碧垣

中國石油管道科技研究中心（河北 廊坊 065000）

在泄漏及爆炸等重大事故中，防火堤可以有效控制危險液體的擴散而降低事故造成的影響和損失，是保障石油化工危險液體儲運裝置安全最重要的措施[1]。對于防火堤及配套設(shè)施的設(shè)計，我國主要執(zhí)行GB 50160-2008 《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》，GB 50183-2004 《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》，GB 50351-2005《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》等3項國標(biāo)。然而，從近年來頻發(fā)的儲罐泄漏和爆炸事故來看，防火堤實際應(yīng)用中還存在不少問題。因此，深入分析防火堤應(yīng)用中應(yīng)注意的問題和設(shè)計要點對保障石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 防火堤應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

1.1 防火堤材質(zhì)

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定防火堤應(yīng)滿足兩項基本功能：一是有效圍控泄漏，因此要求良好的密封性；二是要能承受液體的靜壓力。土堤、混凝土堤、塊石堤等材質(zhì)均能滿足這兩項功能。

土質(zhì)防火堤一般采用粘性土夯實而成，密封性和耐燃燒性能好，但耐久性和耐氣候性較差，風(fēng)吹雨淋易使其遭受損壞，需要經(jīng)常維護。磚塊防火堤外觀規(guī)整美觀，耐久性好，承壓能力強，但造價高且耐沖擊性較差?；炷恋堂芊庑院?，強度高，但耐高溫性能不足，火災(zāi)中鋼筋易軟化而失去強度[2]。

國標(biāo)規(guī)定優(yōu)先選用土堤。但在實際應(yīng)用中一般采用混凝土堤。一方面由于土地資源日益緊缺，土堤占用土地資源較大，應(yīng)用受到限制；另一方面由于泄漏屬于小概率事件，且承受液體靜壓是防火堤最重要的指標(biāo)，采用混凝土堤不僅美觀，維護工作量小，且承壓強度高。但在使用中一定要注意培土或噴涂防火涂料以增加混凝土堤的耐火性能，雖然國標(biāo)對此進行了規(guī)定，但在防火堤實際應(yīng)用時執(zhí)行不到位，造成了一定的安全隱患。

1.2 防火堤有效容積

國標(biāo)規(guī)定固定頂油罐組防火堤有效容積不低于罐組中一個最大儲罐的容積，浮頂油罐組不低于罐組內(nèi)一個最大儲罐容積的一半。但國標(biāo)的出發(fā)點是基于以下假設(shè)：

（1）油罐爆炸大多會掀開罐頂，罐底則往往保持完好。

（2）一個油罐組內(nèi)同時發(fā)生一個以上油罐破裂事故的幾率極小。

（3）內(nèi)浮頂罐不易發(fā)生爆炸，即使爆炸也只能將頂盤掀掉,不會破壞油罐下部,因此泄漏量不會太大。

然而隨著油氣工業(yè)的發(fā)展，油庫的建設(shè)規(guī)模越來越大，量級大都在1 000 000m3以上，單個罐的最大容積已達150 000m3,在火災(zāi)或爆炸事故中容易誘發(fā)相近的其他罐體爆炸進而造成大量油品泄漏[3]。例如，1974 年日本三菱石油水島煉油廠發(fā)生過某50 000m3油罐由于基礎(chǔ)不均勻沉陷造成罐底、罐壁同時拉裂，瞬時泄出油品沖毀防火堤的事故[4]。此外，事故救援產(chǎn)生的消防污水量也越來越大。一旦發(fā)生大型事故，防火堤將很有可能無法容納事故液體而溢出防火堤。因此，應(yīng)考慮適當(dāng)增加防火堤尤其是浮頂油罐組防火堤的有效容積。

1.3 防火堤高度

防火堤高度設(shè)置要考慮防火堤容積與消防人員操作的便利性兩項因素。一方面防火堤高度不宜太低，防火堤過低則必須增加防火堤面積以保證防火堤的有效容積，這必將大大增加土地成本。此外，在發(fā)生大量泄漏時液體會在池內(nèi)形成浪涌，防火堤高度過低會造成液體輕易涌出堤外。另一方面為保證消防人員能迅速跨越防火堤進行消防作業(yè)以及堤內(nèi)操作人員能迅速跨越防火堤逃生，防火堤高度不宜太高。

國標(biāo)在計算防火堤高度時規(guī)定“均以防火堤外側(cè)路面或地坪算起”。需要注意的是實際應(yīng)用當(dāng)中存在防火堤內(nèi)地坪低于堤外地坪的情況，若以防火堤外側(cè)路面或地坪算起容易忽略有效容積。因此，可以考慮按照防火堤內(nèi)側(cè)坡腳或地坪為參照計算防火堤高度[5]。

1.4 事故存液池設(shè)置

事故存液池主要用來存儲超過防火堤有效容積部分的事故液體?？紤]到單罐容積和罐組容積越來越大,事故液體量超過防火堤有效容積的可能性也越來越大。如果不設(shè)置事故存液池，一旦事故液體越過了防火堤將通過溝渠系統(tǒng)直接排入地表水進而造成環(huán)境污染等更為嚴(yán)重的次生災(zāi)害。2006 年12 月英國邦斯菲爾德油庫912 號油罐發(fā)生大量油品泄漏事故，由于沒有設(shè)置事故存液池，導(dǎo)致溢油大面積擴散進而形成大面積池火[3]。因此，事故存液池的設(shè)置十分必要。在實際應(yīng)用中，存在不設(shè)置事故存液池或雖設(shè)置了事故存液池但容積偏小或設(shè)置不合理等問題。

事故存液池通常設(shè)在廠區(qū)內(nèi)地坪較低洼處，便于事故液體匯流。事故狀態(tài)下，防火堤不能容納的事故液體依靠重力自流至事故存液池。目前事故存液池池深一般設(shè)計為4～8m，在地下水水位較淺的地方，事故存液池需要做抗浮設(shè)計，施工難度也較大，因此事故存液池池深需根據(jù)現(xiàn)場條件綜合確定。

1.5 排水系統(tǒng)設(shè)置

目前，國標(biāo)對于排水系統(tǒng)的設(shè)置沒有規(guī)定具體的技術(shù)指標(biāo)。主要存在的問題是：①沒有實現(xiàn)雨污分流，造成干凈的雨水和生產(chǎn)污水同時排放；②排水系統(tǒng)直接和明溝系統(tǒng)相連，這種情況下僅僅設(shè)置截斷設(shè)施是不夠的，因為可能發(fā)生堵塞或明溝系統(tǒng)續(xù)排污能力有限進而造成污水排入地表水。

排水系統(tǒng)的設(shè)置要避免直接和地表水體相連。應(yīng)先通向污水處理裝置或事故存液池，通過處理后排入地表水中，避免事故污水直接排入地表水。此外還應(yīng)實現(xiàn)雨污分流，即雨水排放系統(tǒng)和污水排放系統(tǒng)分開并設(shè)置切換閥，以做到分類排放、分級控制。初期受污雨水和事故液體排入污水系統(tǒng)，后期干凈雨水排入雨水系統(tǒng)[2]。在排水系統(tǒng)穿堤處必須設(shè)置防止液體流出堤外的措施。

1.6 防火堤承壓能力

國標(biāo)規(guī)定“防火堤應(yīng)能承受所容納液體的靜壓”。研究表明內(nèi)部液面在12m 左右的10 000m3油罐，管壁1.5m 高處發(fā)生3m 寬度的破裂口，在泄漏發(fā)生后8.5s，溢油在防火堤處達到最大流動速度14.33m/s，防火堤處實際液體的深度為1.4m，此時由于流動產(chǎn)生的沖擊力為流體靜壓的7.5 倍[8]?？梢娫诜阑鸬淘O(shè)計時按照“所容納液體的靜壓”進行強度設(shè)計是不夠的。尤其是目前許多防火堤內(nèi)部地坪高度高于堤外地坪高度，更降低了防火堤的耐壓能力。例如，20 世紀(jì)英國發(fā)生過某20 000m3油罐在試水壓時發(fā)生脆性破裂，水瞬間沖出油罐沖毀防火堤的事故。這樣的設(shè)計僅能抵御低液位油罐開裂時低流速的溢油事故，對于高液位油罐底部開裂產(chǎn)生的高流速溢油事故勢必會沖毀防火堤。因此，在防火堤應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加防火堤的承壓極限要求。

在設(shè)計時可以適當(dāng)減小防火堤坡度或在防火堤兩側(cè)堆土以增加防火堤承受沖擊的能力。此外可以通過防火堤內(nèi)外高度差，即將防火堤內(nèi)部地面高度設(shè)計為小于外側(cè)地面高度，高出的地面作為天然防火堤圍墻以增加防火堤耐壓強度。

2 結(jié)論及建議

（1）防火堤材質(zhì)在實際應(yīng)用當(dāng)中一般采用混凝土堤，應(yīng)注意培土或噴涂防火涂料，應(yīng)用中應(yīng)適當(dāng)提高防火堤的承壓強度。

（2）應(yīng)適當(dāng)增加防火堤尤其是浮頂罐和內(nèi)浮頂罐組防火堤的有效容積，防火堤高度宜設(shè)置在1.5～1.7m 之間以保證防火堤有效容積及操作人員便利性，并以堤內(nèi)側(cè)坡腳或地坪為參照進行高度計算。

（3）防火堤應(yīng)設(shè)置完善的排水系統(tǒng)實現(xiàn)雨污分流，在地勢低洼處配套建事故存液池，污水排放應(yīng)通向污水處理裝置或事故存液池避免和地表水體直接相連。

[1]趙云峰,姚學(xué)軍,劉冰,等.國內(nèi)外儲罐消防標(biāo)準(zhǔn)的對比分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2013,29(1)：24-26.

[2]李欽華,朱煥勤,樊寶德.油庫防火堤存在的問題及其改進措施[J].石油工程建設(shè),2007,33(2)：5-10.

[3]郎需慶,劉全楨,宮宏.幾起油庫重大火災(zāi)事故引發(fā)的思考[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2011(10)：3-7.

[4]張磊,朱江,秘義行.我國大型浮頂油罐區(qū)的安全標(biāo)準(zhǔn)有待提高[J].消防科學(xué)與技術(shù),2003,22（2）：96-99.

[5]魏致宏,胥敏,丁小虎.關(guān)于儲油罐區(qū)防火堤設(shè)計的若干問題探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2010,26(5)：53-55.

[6]許敏,王克偉,江奇志.石油化工企業(yè)水污染防控設(shè)計[J].工業(yè)用水與廢 水,2007,38(2)：48-51.

[7]李明,李懋星.防火堤的設(shè)計與構(gòu)造[J].化工設(shè)備與管道,2002,39(3)：8-11.

[8]陳仕林.事故和自然災(zāi)害情況下油罐防火堤安全保障作用研究[D].東營：中國石油大學(xué),2007.