任亞麗 洪桂根

〔1.軍委后勤保障部建筑工程規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100036；2.中國人民解放軍62350部隊〕

地上儲油罐區(qū)防火堤設(shè)計若干問題的分析和探討

任亞麗1洪桂根2

〔1.軍委后勤保障部建筑工程規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100036；2.中國人民解放軍62350部隊〕

防火堤是石油庫罐區(qū)的重要安全設(shè)施。為防止儲罐油品的泄漏、外流，甚至火災(zāi)漫延，通過實際調(diào)研，結(jié)合 GB50074—2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》，分別就防火堤的設(shè)計、建造及其造型、有效容量、高度、材質(zhì)和人行通道的形式、大小以及操作閥門的保護等問題進行了分析探討，提出了相應(yīng)建議。指出防火堤的設(shè)計與建造是儲油罐區(qū)安全的重要工作，必須引起設(shè)計和管理人員的高度重視。

石油庫儲油罐區(qū)防火堤設(shè)計問題分析探討

防火堤是在地上儲油罐或其他液態(tài)危險品儲罐發(fā)生泄漏時, 用來防止液體外流并可阻止火勢蔓延的建筑物[1]。油罐發(fā)生爆炸或破裂事故后，油品會流出儲罐外，如果沒有防火堤，還會到處流淌，甚至形成大面積流淌火，不僅會對經(jīng)濟造成很大損失, 也會給人民生命及財產(chǎn)安全造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。例如，1950年，英國一座20 000 m3浮頂油罐在進水試壓時發(fā)生脆性破裂，水在瞬間流出油罐，沖毀防火堤并沖入泵房，造成災(zāi)害；1974年，日本三菱石油水島煉廠一座50 000 m3浮頂油罐，由于不均勻沉降，在罐體底部角焊縫處發(fā)生破裂，沿罐壁撕開，罐中油品瞬時將防火堤沖毀，油品四處流淌；1997年，某石化廠4號原油浮頂罐由于罐底搭接焊縫開裂24.5 m，造成大量油品泄漏，1 500 t油品流入污油池，5 500 t油品流入水庫；1998年，某石化廠儲油罐由于罐基礎(chǔ)局部下沉，罐底搭接焊縫開裂，造成大量油品泄漏，有1 000 t油品流入隔油池，400 t油品流入污油池，3 000 t油品流入水庫。因此，儲油罐區(qū)防火堤的設(shè)計對油庫安全管理意義重大，有必要對防火堤有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行深入分析和探討。

1 防火堤的有效容量

GB50074—2014 《石油庫設(shè)計規(guī)范》中6.5.1規(guī)定，地上儲罐組應(yīng)設(shè)防火堤，防火堤內(nèi)的有效容量，不應(yīng)小于罐組內(nèi)一個最大儲罐的容量[2]。

依據(jù)《石油庫設(shè)計規(guī)范》中防火堤內(nèi)有效容量的相關(guān)規(guī)定，考慮了下述各種類型儲罐漏油的可能性。

(1)裝滿半罐以上油品的固定頂儲罐如果發(fā)生爆炸，大部分只是罐頂炸開。如1981年上海某廠一個固定頂儲罐在滿罐時爆炸，只把罐頂炸開2 m長的一個裂口。1978年大連某廠一個固定頂儲罐爆炸，也是罐頂被炸開，油品未流出儲罐。

(2)固定頂儲罐油位低時發(fā)生爆炸，有的將罐底炸裂，如2008年內(nèi)蒙某煤液化廠一個污油儲罐發(fā)生爆炸起火事故，事故時罐內(nèi)油位不到2 m，爆炸把罐底撕開兩個20～30 cm裂口。

(3)火災(zāi)案例顯示，內(nèi)浮頂儲罐如果發(fā)生爆炸，無論液位高低均只是炸開罐頂。如2009年上海某廠一個5 000 m3內(nèi)浮頂罐發(fā)生爆炸時，罐內(nèi)液位只有5～6 m，爆炸把罐頂掀開約1/4，罐底未破裂。2007年鎮(zhèn)海某廠一個5 000 m3內(nèi)浮頂罐爆炸，當(dāng)時罐內(nèi)液位在2/3高度處，也是罐頂被炸開，罐底未破裂。

(4)對于浮頂儲罐，因為是敞口形式，不易發(fā)生整體爆炸。即使爆炸，也只是發(fā)生在密封圈局部處，不會炸破儲罐下部，所以油品流出儲罐的可能性很小。

(5)儲罐冒罐或漏失的油量都不會大于一個罐的容量。

為防范罐體在特殊情況下破裂，造成油品全部流出這種極端事故，因此參照國外標(biāo)準(zhǔn)，GB50074—2014規(guī)定防火堤內(nèi)有效容量不應(yīng)小于一個最大儲罐的容量。

2 關(guān)于防火堤的高度

GB50074—2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》中6.5.3規(guī)定，地上儲罐組的防火堤實高應(yīng)高于計算高度0.2 m，防火堤高于堤內(nèi)設(shè)計地坪不應(yīng)小于1.0 m，高于堤外設(shè)計地坪或消防車道路面(按較低者計)不應(yīng)大于3.2 m，地上臥式儲罐的防火堤應(yīng)高于堤內(nèi)設(shè)計地坪不小于0.5 m。

按防火堤內(nèi)規(guī)定的有效容積計算，對應(yīng)的防火堤高度剛好與油罐破裂后油位高相等，沒有安全系數(shù)，容易使油品蔓溢，故防火堤實際高度應(yīng)高出計算高度0.2 m?？紤]防火堤內(nèi)油品著火時用泡沫槍滅火易沖擊造成噴灑，故防火堤最好不低于1 m。新版《石油庫設(shè)計規(guī)范》中防火堤的最高限高比2002年、1984年版有所提高，由2.2 m提高到 3.2 m。這主要是針對受地形、場地等條件限制或標(biāo)準(zhǔn)限制，而堤內(nèi)儲罐數(shù)量少，單罐容量又很大的情況提出的，目的是在滿足消防車輛實施滅火的前提下，盡量節(jié)約用地。最高高度的限制主要是為了方便消防操作，不應(yīng)高于3.2 m，故從防火堤外側(cè)地坪或消防道路路面起算。防火堤高度的確定是綜合考慮的結(jié)果，若防火堤過矮，則罐區(qū)防火堤內(nèi)面積增大，增加了占地面積；若防火堤過高，則人員在防火堤外道路經(jīng)過時不宜發(fā)現(xiàn)泄漏情況，且泄漏時積聚的油氣不易擴散。對油庫的管理來說，及時發(fā)現(xiàn)、處理泄漏對減少損失防止事故擴大是非常寶貴的。如某廠罐組防火堤超過了人的視線，一罐閥門處著火，值班人員只看到堤內(nèi)有紅光，但不能確定火情，急忙跑到堤內(nèi)看準(zhǔn)后才報警，耽誤了報警時間。因此在設(shè)計防火堤高度時，需充分論證、綜合考慮。既滿足設(shè)計要求，又契合油庫管理的需求。

3 防火堤人行道的設(shè)計

防火堤人行道是在發(fā)生緊急情況時有關(guān)人員逃生、救火的有效通道。按照一般的設(shè)計規(guī)律，防火堤人行道基本都是按照臺階設(shè)計，現(xiàn)場稱“踏步”[3]。安全有效的防火堤人行道能夠保證儲罐區(qū)的安全和工作人員的生命安全。然而根據(jù)現(xiàn)今的設(shè)計方式，雖然人行道對于相關(guān)人員的進出是方便的，但是忽略了對于大型工具的運輸問題，導(dǎo)致需要通過肩扛手抬的方式來通過防火堤。因此應(yīng)該結(jié)合一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，需增加設(shè)計能夠通過運送大型笨重工具的坡道，這樣對于儲罐區(qū)的安全有了進一步的保證，設(shè)計也更加科學(xué)合理、方便安全。相比較而言，“踏步”較陡，占地面積較小；坡道較緩，占地面積較大。因此設(shè)計中，二者較難設(shè)計在同一處，可在防火堤不同向設(shè)計兩個人行道，一處采用“踏步”，另一較長處可采用坡道。

4 防火堤的材質(zhì)

GB50074—2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》中6.5.4規(guī)定，防火堤宜采用土筑防火堤，堤頂寬度不應(yīng)小于0.5 m，不具備采用土筑防火堤條件的地區(qū)，可選用其它結(jié)構(gòu)形式的防火堤。

防火堤選型時應(yīng)遵循技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保和安全四項原則, 即在滿足一定安全要求的條件下綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保三方面的要求。各類型防火堤的技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保及安全四方面的性能如下述，供選型時參考。

(1)從技術(shù)層面講，土堤施工簡單，耐燃燒性能最好，無需設(shè)伸縮縫，也沒有管道穿堤時密封不嚴(yán)的難題，但不美觀，占地面積較大(例如2 m高的土堤基底寬度6～7 m)、維護工作量大；磚、砌塊防火堤取材方便，施工簡單，但不耐鹽堿，而且使用過程中難免出現(xiàn)溫度裂縫或沉降裂縫；毛石防火堤在山區(qū)、半山區(qū)取材方便，施工簡單，但整體性差，基礎(chǔ)抗不均勻沉降能力低，抗震性能差；鋼筋混凝土防火堤整體性、密封性好，強度高，抗震性能好。

(2)從經(jīng)濟層面講，磚、砌塊防火堤與毛石防火堤造價相差不大，而鋼筋混凝土防火堤的造價較前兩者高；對于土堤，因土的來源不同，土堤本身的造價差別很大。另一方面，罐區(qū)投資不僅決定于防火堤自身的造價，還包括土地征用費、在山區(qū)、半山區(qū)還有土石方工程費等，對于土地資源緊缺的地區(qū)，即使土堤本身的造價較低，若加上土堤多占土地而提高的其他費用后就不占任何優(yōu)勢了。相反，在8度抗震設(shè)防區(qū)，2 m高的鋼筋混凝土防火堤，堤身厚度只有0.25 m，同樣高的磚堤厚度為0.93 m。鋼筋混凝土堤由于占地面積小，在土地資源緊缺的地區(qū)占優(yōu)勢。所以，考慮防火堤的經(jīng)濟性應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮，以降低油罐區(qū)的總造價。

(3)從環(huán)保層面講，土堤占用土地資源多，磚堤因取土燒磚，破壞土地資源，已經(jīng)并繼續(xù)受到限制，磚堤最終將被淘汰；毛石防火堤因整體性能差，只能用于抗震設(shè)防烈度小于等于6度的地區(qū)。所以從環(huán)保角度看，鋼筋混凝土防火堤以其占用土地少、保護資源而占主導(dǎo)地位。

(4)從安全層面講，土堤耐燃燒性和密封性都是最好的，只要維護得當(dāng)，其安全性是最好的；鋼筋混凝土堤整體性好、強度高、抗震性能和安全性能好，特別是當(dāng)罐區(qū)下游地區(qū)為重要工業(yè)區(qū)或生活區(qū)時，采用強度和密實性都好的鋼筋混凝土防火堤更具有明顯的安全意義；磚、砌塊防火堤和毛石防火堤由于均屬脆性材料，使用中容易出現(xiàn)裂縫，耐久性、安全性較差，使用上必然受到限制。

GB50074—2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》中6.5.5規(guī)定，防火堤應(yīng)能承受在計算高度范圍內(nèi)所容納液體的靜壓力且不應(yīng)泄漏；防火堤的耐火極限不應(yīng)低于5.5 h。

防火堤耐火極限是考慮了火災(zāi)持續(xù)時間和設(shè)計方便等因素確定的。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)厚度為240 mm的普通黏土磚、鋼筋混凝土等實體墻的耐火極限即可達(dá)到5.5 h[4]。防火堤應(yīng)能承受在計算高度范圍內(nèi)所容納液體的靜壓力，且不應(yīng)泄漏的規(guī)定。若防火堤自身結(jié)構(gòu)不能滿足此要求，可以采取在堤內(nèi)側(cè)培土或噴涂隔熱防火涂料等保護措施[5]。

5 防火堤對操作閥門的保護設(shè)計

在發(fā)生泄漏事故時，油罐區(qū)的一些閥門是必須操作的，例如為了倒罐而開啟、關(guān)閉某些輸油管線閥門；為了滅火而開啟、關(guān)閉某些泡沫管線閥門；為了冷卻油罐而開啟、關(guān)閉某些消防管線閥門；同時關(guān)閉排出雨水的管道閥門等等。這些閥門不應(yīng)受到事故威脅。20世紀(jì)80年代，我國浙江省某個油罐區(qū)著火，就發(fā)生過兩名工人冒險在防火堤附近操作閥門而被燒至重傷的事故。因此，在設(shè)計中要考慮對閥門的保護。首先，這些閥門不應(yīng)設(shè)置在防火堤內(nèi)，而應(yīng)在防火堤外，否則在緊急情況下人員難以接近。其次，應(yīng)局部提高閥門組附近的防火堤高度，使防火堤在儲油區(qū)與閥門組之間構(gòu)成一道屏障。

6 結(jié)語

油庫罐區(qū)儲存的是易燃、易爆、有一定毒性的油品，一旦發(fā)生事故，將對周圍人民的生活、生產(chǎn)及其所居住的環(huán)境造成極大危害。一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸等危險性更大的事故，儲油罐區(qū)除了必要的安全設(shè)施外，防火堤設(shè)計與建造就成為重中之重，必須引起設(shè)計人員及油庫管理人員的高度重視。

[1] 王奕文，徐玉朋，文莉薇，等.儲油罐區(qū)防火堤設(shè)計的關(guān)鍵問題探討[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2014，(4)：250-251.

[2] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50074—2014 石油庫設(shè)計規(guī)范. 北京：中國計劃出版社，2014.

[3] 宋華.關(guān)于儲油罐區(qū)防火堤設(shè)計的若干問題探討[J].化工管理，2016，(11)：139-139.

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50016—2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范.北京：中國計劃出版社.2014.

[5] 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)：5-9.

2017-06-27。

任亞麗(1981-)，女，工程師，畢業(yè)于河北建筑工程學(xué)院，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究工作。