大型着火油罐冷却用水量估算研究

慧聪消防网讯 摘要：本文根据利用移动摇摆炮对10×104m3着火油罐冷却试验的结果，对大型着火油罐冷却用水量进行对比分析，得出冷却用水量的估算方法。为大型油罐火灾扑救提供参考和依据。

关键词：试验研究；着火油罐；冷却；用水量；估算

背景

随着经济社会的发展，石油储备在国际能源竞争中的战略意义日益彰显，大型油库的库容和罐容不断增大，但现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）更新相对滞后，规范设计的理念相对保守。在冷却用水量上，以10×104m3浮顶罐为例，现行规范规定固定式冷却水的供给强度为2.0L／(min•m2)，不考虑相邻罐冷却，按照这个供给强度，罐区消防冷却用水量仅需3000m3。一方面，现行规范在设定理论冷却用水量时，仅考虑常规火灾，没有考虑油罐极端火灾爆炸时的大面积、大范围、长时间持续燃烧；另一方面，现行规范考虑的主要是油罐固定灭火系统的冷却用水量，没有考虑固定灭火系统失效时大量使用移动消防设备的数量及冷却用水量。从近几年发生的几起油罐火灾扑救实例看，设计冷却用水是远远不够的。

1993年10月21日，金陵石化公司南京炼油厂80号罐区万吨汽油罐因汽油大量外溢而引起爆燃，180余量消防车近1100名消防官兵经过17个小时的顽强奋战，保住了80号罐区的4只汽油罐和数十只原油罐及周边职工群众的生命、财产安全。

2003年9月26日，日本北海道地震造成当地石油储罐严重受损，处于地震波及区的油罐352只，其中有196只遭到不同程度的损坏，6只沉顶，66只发生溢油，2只日本出光石化炼油厂外浮顶罐发生火灾，其中1只容量为3万立方米的石脑油罐为全面积火灾，灭火持续时间44小时，日本调用了全国的泡沫还不够用，用水量更是无法计算。

2005年12月11日，英国邦斯菲尔德油库发生大型火灾事故，烧毁油罐20余只，是英国迄今为止遭遇的最大规模的火灾，伦敦消防局全力营救，150名消防官兵奋战60余小时才将大火扑灭。

2010年7月16日，大连中石油国际储运有限公司保税区油库输油管线发生火灾，期间发生6次爆炸，先后调集3000余名消防官兵、348辆消防车、17搜海上消防船参与扑救，经过15个小时的奋战成功将火扑灭，这次灭火共消耗400余吨泡沫和6万吨水。

由于油罐火灾具有燃烧速度快，火焰温度高，辐射热强，容易爆炸和复燃以及引起相邻油罐的燃烧和爆炸等特点[1]，纵观国内外大型油罐火灾，一般扑救难度大，作战时间长，参战官兵多，泡沫和水等灭火剂消耗巨大，水源的保证对扑救油罐火灾至关重要，大型油罐火灾一般需要冷却着火罐和相邻罐体以及扑救着火罐需要大量的水，尤其是形成流淌火立体燃烧之后，如果水源得不到保证容易使火势蔓延扩大，甚至引发连环爆炸。

根据现行设计规范、灭火救援的实战需要以及国内外大型油罐火灾案例，对大型油罐火灾冷却用水量进行试验研究和探讨，提出科学的估算方法，对扑救此类火灾提供参考和依据。

1.试验的基本情况

1.1试验对象的选取

笔者所在的舟山市是我国重要的石油储运基地之一，目前，已建大小油库30余个，储罐容积约1045万立方，其中，一级以上油库（储量10万立方以上）9个，储量达995余万立方，占总储量95.2%；全市在建油品容积约500万立方，规划建设油品容积约1400万立方。其油品储存量之大堪称中国之最，全市还有一级以上油品码头10余个，其中30万吨级以上有3个。岙山岛集兴中、国储、万向三大基地，目前投入使用的储量为696万立方，建成后总储量将达1500万立方以上，成为名副其实的石油岛，仅10万立方米的油罐就有56个之多。

本试验取岙山岛其中一个10万立方米立柱式外浮顶油罐，储存油品为原油，火灾危险性为甲B，该罐体的物理参数为：高度22m,直径为80m，罐壁周长约250m。

1.2实验装备的选取

根据国内外大型油罐火灾案例，一般发生火灾后固定消防设施很容易遭到破坏而难以发挥作用，我们主要讨论移动消防装备的选用。

国内现行的消防站普遍配备的射水装备主要有水枪、带架水枪、车载水炮、移动水炮等。选取岙山国家石油储备基地一个10×104m3的外浮顶油罐，对现行的主要射水装备进行实战试验。

从试验测试效果来看，水枪、带架水枪的射程都很难达到有效实施冷却和灭火的要求。油罐发生火灾，其火焰中心温度达1050℃～1400℃，罐壁温度达1000℃以上，周围环境温度较高，辐射热极强，辐射强度与发生火灾的时间成正比，燃烧时间越长，辐射热越强[2]。实验表明[3]，在扑救火灾时,强烈的辐射热甚至能将距离油罐40m左右消防车的喷漆烘烤脱落。同时，随着消防车辆日趋大型化，现行规范对库区道路的设置要求，已不能满足车辆通行、交会、集结以及战斗展开的需要；由于罐区油罐分组布置，部分油罐只有二面甚至一面临路，消防车辆和救援人员很难接近着火罐。因此，受火场强辐射热和操作面的影响，在车辆、人员无法近距离实施战斗行动的情况下，只有依靠移动式水炮进行灭火和冷却。考虑到油罐火灾容易发生沸溢和喷溅，对人员和装备都构成很大的安全威胁，如果使用自摆式的电动遥控移动水炮则能有效降低风险。综合上述因素，本试验选取大功率移动摇摆炮（上海务进型号PSKDY40WJ）作为冷却设备，其物理性能参数如下：

射程≥60m，流量为50-90L/S，额定压力1.2MPa。

采用重型水罐车进行供水，其物理性能参数如下：

功率为257kw，扬程为110m，流量为90L/S，额定工作压力1.2MPa。

1.3实验的过程和结果

用移动摇摆炮（上海务进型号PSKDY40WJ）在距离罐壁30m的侧风方向对10万吨级立柱式浮顶油罐进行现场射水试验，当消防车出口压力1.1MPa供水，炮流量为60L/S，可以喷射到罐顶上，根据冷却罐壁要均匀、不出现空白点并注意不把水流射入罐内的要求，测试结果表明，1门炮的最大冷却保护周长为35米，因此10万吨级着火油罐实际冷却力量，按全周长冷却，至少需8门移动炮。试验还进行了现场干扰测试：一是5台移动炮各间距1m，用对应配套遥控器同时进行操作，二是5台移动炮各间距1m，交叉使用遥控器同时进行操作，均无干扰。

1.4试验得出的冷却用水量

由试验可得一个10万吨级着火油罐实际冷却用水量为

Q试验=nQ炮=8×60=480(L/S)

式中：Q试验—着火罐试验冷却用水量，L/s

Q炮—每门炮的流量，L/s

2.着火罐冷却用水量的理论计算

Q理论=nπDq或Q理论=nAq

式中：Q理论—着火罐理论冷却用水量，L/s；

n—同一时间内着火罐的数量，只；

D—着火罐直径，m；

q—着火罐冷却水供给强度，L/s•m或L/s•m2，

A—着火罐表面积，m2。

根据现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）提供的移动式冷却着火油罐的供水强度和范围，浮顶罐冷却供给强度为0.6L/S•M。

Q理论=nπDq=1×3.14×80×0.6=150.72(L/S)

3.对比分析

通过试验数据和理论计算数据进行对比分析，可以得到一个经验系数K：

K=Q试验/Q理论=480(L/S)/150.72(L/S)=3.18

4.试验结果的应用

由于现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）的供水强度，是采用传统直流水枪作为移动冷却设备，对400立方米的外浮顶油罐进行冷却射水试验而得到的，虽然考虑了受风向、消防队员操作水平的影响，冷却水不能完全喷淋到罐壁上而有水流损失等因素，但是没有考虑在单体罐容达到10万立方米的情况下，传统直流水枪根本无法近距离作战，必须采用大功率移动炮的实战需要。因此，对大型着火油罐冷却用水量的计算如果参照现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）提供的供水强度，显然不符合实际，大功率移动炮在使用过程中因各种因素的影响会导致更大的水流损失，如果按现行的《石油库设计规范》（GB50074-2002）的供水强度来计算大型油罐冷却用水量，数值明显偏低。

本文试验表明，采用移动摇摆炮对10万立方立柱式浮顶着火油罐冷却用水量约为理论冷却用水量的3.2倍，可以将K=3.2作为一个经验系数用于在大型着火油罐冷却用水量的估算：

Q估=kQ理论

5.结论与展望

本文首先分析了现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）的不足之处，结合火灾案例和试验测试结果，提出了用于估算大型着火油罐冷却用水量的经验系数k，但笔者认为，该经验系数k与移动摇摆炮的功率、流量、扬程，炮与大型油罐罐壁的距离，大型油罐的容积、直径、高度等物理参数有关。比如，采用相同的大功率移动摇摆炮，在与大型油罐罐壁距离相同的情况下，对5万立方米、10万立方米、15万立方米等不同直径的罐体进行实际冷却射水试验，得到的有效冷却长度也会不同。限于笔者水平和设备的局限，无法做更深入的研究，希望消防界同仁能够积极研究和探索其中的相互关系和规律，为现行《石油库设计规范》（GB50074-2002）的修订提供借鉴，为大型油罐火灾冷却用水量的估算以及扑救此类火灾时战斗力量的部署提供依据和参考。

参考文献：

[1]魏东,赵涟琦.油罐火灾燃烧特性的研究现状与发展;火灾科学与消防工程国际学术会议论文集[M],2003,579-586.

[2]程超,对油罐火灾灭火设备的研究和改进建议,消防科学与技术,第26卷第1期，2007年1月.

[3]郭铁男,中国消防手册第十卷;火灾扑救[M];上海,上海科学技术出版社，2006,223-230.

[4]《石油库设计规范》（GB50074-2002）