對某企業(yè)乙醇儲罐現(xiàn)場防火間距布置的研究

劉俊岐，賈鵬珍，王文立

(中國平煤神馬集團河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467200)

隨著經濟的發(fā)展，我國氯堿工藝規(guī)模逐漸趨向大型化，產業(yè)鏈趨向集中化，對原料有機液體的需求量大大增加。原料有機液體儲備庫的大規(guī)模建設，給企業(yè)的發(fā)展提供了便利，也給安全管理帶來的巨大的挑戰(zhàn)。對發(fā)生的6 099起化工企業(yè)發(fā)生的事故統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，火災事故在最高時可達41.4%[1]；同時可以發(fā)現(xiàn)儲罐泄漏易燃液體揮發(fā)達到爆炸極限范圍內出現(xiàn)的池火災，是爆炸事故中最常發(fā)生的。

1 易燃液體儲罐發(fā)生池火災的危害

池火災是易燃液體發(fā)生泄漏引起的火災事故中危害最大的事故種類，大部分是因為管道、法蘭、燥縫連接處等部位材料產生形變發(fā)生泄漏，通過漏點使易燃液體外散，在防火圍堰內積聚后產生液池，上層的易燃液體發(fā)生揮發(fā)，當氣態(tài)易燃物質達到爆炸極限，遇到點火源，就會發(fā)生火災，形成爆炸現(xiàn)象。防火圍堰內產生的火災最主要的危害是通過熱量傳導對周邊物體產生輻射，進而影響周邊物體的耐火極限，產生裂變，引起多米諾骨牌效應[2]。

火災在易燃儲罐間蔓延的直接原因就是最初的泄漏液體發(fā)生火災后產生的輻射熱影響到周邊儲罐的罐壁耐火極限，使罐壁產生裂變后，泄漏大量液體引起二次火災；所以，池火災產生的熱輻射是研究和分析儲罐區(qū)產生火災事故危害性的最主要因素。

2 防火間距

2.1 儲罐區(qū)防火間距的作用

防火間距是在火災情況下，能夠保證相鄰儲罐之間處于安全狀態(tài)的最小間距。其作用是當存儲區(qū)域發(fā)生火災緊急情況時，減少因為熱輔射對周邊設備設施和人員造成的傷害影響，以達到抑制火勢蔓延的目的。一旦發(fā)生多儲罐火災，現(xiàn)有的消防設施很難發(fā)揮作用，在儲備庫及儲罐設置適當?shù)姆阑痖g距，對大型化集約化發(fā)展有至關重要的作用。

2.2 儲罐區(qū)防火間距的分析

我國現(xiàn)行相關設計標準對儲罐區(qū)防火間距，規(guī)定數(shù)據(jù)的依據(jù)往往是以往行業(yè)內發(fā)生事故后總結出來的，是對某一類易燃液體的通用規(guī)定，沒有像國外那樣，做到根據(jù)具體物質具體分析。防火間距可以在一定時間保護相鄰儲罐，不被著火儲罐燃燒產生的熱輻射引起內部壓力陡升，造成罐壁破裂或者達到耐火極限造成罐壁保護作用失效。但是如果著火儲罐泄漏液體起火后火勢沒有得到控制，長時間烘輻射相鄰儲罐就會造成相鄰儲罐出現(xiàn)不可預估的后果。理論上風速、間距、滅火時間等因素都能影響熱輻射，因此，如果儲罐之間的距離足夠大，被熱輻射帶來的危害影響到的其他儲罐發(fā)生事故的概率就會降低。所以本著安全第一的原則，在易燃液體儲罐的防火間距設計上增加距離的規(guī)劃布置，可以從根本上防止儲罐著火產生熱輻射?；て髽I(yè)實際規(guī)劃中，土地規(guī)模是一定的，企業(yè)為了最大化的開發(fā)利用土地資源，往往按照規(guī)范要求的最低防火間距去設計易燃液體儲罐實際的布置，沒有根據(jù)使用的物質本身的危害性大小、當?shù)氐娜觑L速等因素具體問題具體分析。

3 乙醇液體儲罐防火間距研究

3.1 工程概況

某公司現(xiàn)有1個規(guī)劃總儲量為30 000 m3的乙醇罐區(qū)，儲罐單罐容量為5 000 m3的內浮頂儲罐，一個圍堰區(qū)為4座5 000 m3的乙醇儲罐。下面對該乙醇罐區(qū)的防火間距設計安全性進行研究。

按照《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定，儲存甲B、乙類液體的內浮頂儲罐，其與相鄰儲罐之間的防火間距0.4D,目前按照規(guī)范的最低要求間距布置乙醇儲罐，如圖1所示。

圖1 乙醇儲罐區(qū)平面布置圖

圖1儲罐的直徑是22 m，高14 m，拱高2.8 m，總高18.8 m，體積5 000 m3。圖1中內浮頂乙醇與相鄰儲罐的防火間距為8.8 m，儲罐底面積為379.94 m2，儲罐罐壁表面積為967.12 m2。

3.2 輻射熱通量計算

根據(jù)乙醇儲罐現(xiàn)場防火間距布置，當1號罐發(fā)生泄漏引發(fā)隔堤內全表面池火災，則池火災的液池面積為1 115.7 m2，液池當量直徑為37.69 m，火焰高度為39.62 m。

在無風條件下，選用Shokri-Beyler模型計算被輻射儲罐接受的熱輻射通量[3]，如圖2所示。

圖2 無風狀態(tài)時被輻射儲罐受到的熱輻射通量與距離關系

由圖2可以看出：隨著被輻射目標距著火點的距離不斷增加，相鄰儲罐受到的熱輻射通量不斷變小。在最理想的自然環(huán)境中沒有風速時，距1號著火罐水平距離為8.8 m的2號罐和3號罐，受到的熱輻射通量為34.1 kW/m2。與設計的1號著火儲罐間距為21.56 m的4號罐受到的熱輻射通量為19.3 kW/m2。

在實際的自然環(huán)境中存在風速時，選用Mudan模型計算被輻射乙醇儲罐接受的熱輻射通量[3]，在不同風速的全年最小頻率，距火1號著火罐不同水平距離處的熱輻射通量如圖3所示。其中，風速按二級、三級、四級、五級和六級風5種情況分別進行計算。

由圖3可以看出：隨著風速的增加，距火焰中心相同水平距離處，目標接受的熱輻射通量不斷增加。根據(jù)熱輻射破壞準則，計算出不同風速下熱輻射破壞安全距離表，如表1所示。

圖3 有風狀態(tài)時被輻射儲罐受到的熱輻射通量與距離關系

表1 不同風速下熱輻射破壞安全距離表

由表1可以看出：隨著風速的增加，池火災造成的危害范圍也不斷擴大，入射熱通量為37.5 kW/m2時，在無風情況下，距著火儲罐邊緣5.6 m范圍內操作設備會遭到熱輻射損壞，在自然狀態(tài)下風速從二級增加到六級時，設備設施受到熱輻射破壞的距離，依次為5.6、7.1、9.4、11.2、13.3 m。

熱輻射通量臨界值為37.5 kW/m2時，2、3號儲罐分別在無風、二級風、三級風、四級風、五級風、六級風時的受熱輻射通量依次為：34.1、38.1、40.3、43.4、47.9和51.2 kW/m2。

防火間距能夠保證相鄰儲罐在火災情況下處于安全狀態(tài)?！督ㄖO計防火規(guī)范》GB 50016—2014規(guī)定：甲B、乙類液體內浮頂儲之間的防火間距為0.4D。根據(jù)熱輻射破壞準則，當目標接受的熱輻射通量大于等于37.5 kW/m2時，現(xiàn)場設備設施全部損壞[4]。在該企業(yè)乙醇儲罐實際布置中，儲罐之間的防火間距為8.8 m。若1號儲罐發(fā)生池火災，實際的防火間距能夠保證在無風情況下鄰近儲罐不被著火儲罐產生的熱輻射破壞；若2、3號乙醇儲罐在二級、三級、四級、五級、六級風環(huán)境中，隨著風速的增加，受到的熱輻射通量均超過37.5 kW/m2，防火間距就不能抵御著火儲罐帶來的熱輻射能量，會極大可能引起多米諾骨牌效應。

3.3 建議

通過建模計算，現(xiàn)行布置對儲罐間距能夠滿足在無風狀況下臨近儲罐不被著火儲罐產生對熱輻射破壞，當風速增加時，池火災產生當熱輻射將對臨近儲罐產生強烈的影響。因此，建議增大儲罐間防火間距，保證在有風情況下，臨近儲罐不被破壞。另外，儲罐區(qū)的消防應急能力也深深影響著防火間距的設計，加強該罐區(qū)的消防設施配備和提升人員消防處置能力也能在一定程度上彌補防火間距的不足[5]。

建議該企業(yè)本著安全第一的原則增加儲罐防火間距設計，確保在有風等最不利自然條件下，相鄰被熱輻射危害的儲罐不被破壞。同時，儲罐區(qū)的消防應急能力也與防火間距有著密切關聯(lián)，建議該企業(yè)加強乙醇罐區(qū)的消防設施配備和提升人員消防處置能力，在一定程度上彌補防火間距的不足。