劉俊岐，賈鵬珍，王文立

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

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)氯堿工藝規(guī)模逐漸趨向大型化，產(chǎn)業(yè)鏈趨向集中化，對(duì)原料有機(jī)液體的需求量大大增加。原料有機(jī)液體儲(chǔ)備庫(kù)的大規(guī)模建設(shè)，給企業(yè)的發(fā)展提供了便利，也給安全管理帶來(lái)的巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)發(fā)生的6 099起化工企業(yè)發(fā)生的事故統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)事故在最高時(shí)可達(dá)41.4%[1]；同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐泄漏易燃液體揮發(fā)達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)出現(xiàn)的池火災(zāi)，是爆炸事故中最常發(fā)生的。

1 易燃液體儲(chǔ)罐發(fā)生池火災(zāi)的危害

池火災(zāi)是易燃液體發(fā)生泄漏引起的火災(zāi)事故中危害最大的事故種類(lèi)，大部分是因?yàn)楣艿?、法蘭、燥縫連接處等部位材料產(chǎn)生形變發(fā)生泄漏，通過(guò)漏點(diǎn)使易燃液體外散，在防火圍堰內(nèi)積聚后產(chǎn)生液池，上層的易燃液體發(fā)生揮發(fā)，當(dāng)氣態(tài)易燃物質(zhì)達(dá)到爆炸極限，遇到點(diǎn)火源，就會(huì)發(fā)生火災(zāi)，形成爆炸現(xiàn)象。防火圍堰內(nèi)產(chǎn)生的火災(zāi)最主要的危害是通過(guò)熱量傳導(dǎo)對(duì)周邊物體產(chǎn)生輻射，進(jìn)而影響周邊物體的耐火極限，產(chǎn)生裂變，引起多米諾骨牌效應(yīng)[2]。

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

2 防火間距

2.1 儲(chǔ)罐區(qū)防火間距的作用

防火間距是在火災(zāi)情況下，能夠保證相鄰儲(chǔ)罐之間處于安全狀態(tài)的最小間距。其作用是當(dāng)存儲(chǔ)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)緊急情況時(shí)，減少因?yàn)闊彷o射對(duì)周邊設(shè)備設(shè)施和人員造成的傷害影響，以達(dá)到抑制火勢(shì)蔓延的目的。一旦發(fā)生多儲(chǔ)罐火災(zāi)，現(xiàn)有的消防設(shè)施很難發(fā)揮作用，在儲(chǔ)備庫(kù)及儲(chǔ)罐設(shè)置適當(dāng)?shù)姆阑痖g距，對(duì)大型化集約化發(fā)展有至關(guān)重要的作用。

2.2 儲(chǔ)罐區(qū)防火間距的分析

我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)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(nèi)發(fā)生事故后總結(jié)出來(lái)的，是對(duì)某一類(lèi)易燃液體的通用規(guī)定，沒(méi)有像國(guó)外那樣，做到根據(jù)具體物質(zhì)具體分析。防火間距可以在一定時(shí)間保護(hù)相鄰儲(chǔ)罐，不被著火儲(chǔ)罐燃燒產(chǎn)生的熱輻射引起內(nèi)部壓力陡升，造成罐壁破裂或者達(dá)到耐火極限造成罐壁保護(hù)作用失效。但是如果著火儲(chǔ)罐泄漏液體起火后火勢(shì)沒(méi)有得到控制，長(zhǎng)時(shí)間烘輻射相鄰儲(chǔ)罐就會(huì)造成相鄰儲(chǔ)罐出現(xiàn)不可預(yù)估的后果。理論上風(fēng)速、間距、滅火時(shí)間等因素都能影響熱輻射，因此，如果儲(chǔ)罐之間的距離足夠大，被熱輻射帶來(lái)的危害影響到的其他儲(chǔ)罐發(fā)生事故的概率就會(huì)降低。所以本著安全第一的原則，在易燃液體儲(chǔ)罐的防火間距設(shè)計(jì)上增加距離的規(guī)劃布置，可以從根本上防止儲(chǔ)罐著火產(chǎn)生熱輻射?；て髽I(yè)實(shí)際規(guī)劃中，土地規(guī)模是一定的，企業(yè)為了最大化的開(kāi)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(shè)計(jì)易燃液體儲(chǔ)罐實(shí)際的布置，沒(méi)有根據(jù)使用的物質(zhì)本身的危害性大小、當(dāng)?shù)氐娜觑L(fēng)速等因素具體問(wèn)題具體分析。

3 乙醇液體儲(chǔ)罐防火間距研究

3.1 工程概況

某公司現(xiàn)有1個(gè)規(guī)劃總儲(chǔ)量為30 000 m3的乙醇罐區(qū)，儲(chǔ)罐單罐容量為5 000 m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，一個(gè)圍堰區(qū)為4座5 000 m3的乙醇儲(chǔ)罐。下面對(duì)該乙醇罐區(qū)的防火間距設(shè)計(jì)安全性進(jìn)行研究。

按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定，儲(chǔ)存甲B、乙類(lèi)液體的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，其與相鄰儲(chǔ)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(chǔ)罐，如圖1所示。

圖1 乙醇儲(chǔ)罐區(qū)平面布置圖

圖1儲(chǔ)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(nèi)浮頂乙醇與相鄰儲(chǔ)罐的防火間距為8.8 m，儲(chǔ)罐底面積為379.94 m2，儲(chǔ)罐罐壁表面積為967.12 m2。

3.2 輻射熱通量計(jì)算

根據(jù)乙醇儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)防火間距布置，當(dāng)1號(hào)罐發(fā)生泄漏引發(fā)隔堤內(nèi)全表面池火災(zāi)，則池火災(zāi)的液池面積為1 115.7 m2，液池當(dāng)量直徑為37.69 m，火焰高度為39.62 m。

在無(wú)風(fēng)條件下，選用Shokri-Beyler模型計(jì)算被輻射儲(chǔ)罐接受的熱輻射通量[3]，如圖2所示。

圖2 無(wú)風(fēng)狀態(tài)時(shí)被輻射儲(chǔ)罐受到的熱輻射通量與距離關(guān)系

由圖2可以看出：隨著被輻射目標(biāo)距著火點(diǎn)的距離不斷增加，相鄰儲(chǔ)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(méi)有風(fēng)速時(shí)，距1號(hào)著火罐水平距離為8.8 m的2號(hào)罐和3號(hào)罐，受到的熱輻射通量為34.1 kW/m2。與設(shè)計(jì)的1號(hào)著火儲(chǔ)罐間距為21.56 m的4號(hào)罐受到的熱輻射通量為19.3 kW/m2。

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

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

圖3 有風(fēng)狀態(tài)時(shí)被輻射儲(chǔ)罐受到的熱輻射通量與距離關(guān)系

表1 不同風(fēng)速下熱輻射破壞安全距離表

由表1可以看出：隨著風(fēng)速的增加，池火災(zāi)造成的危害范圍也不斷擴(kuò)大，入射熱通量為37.5 kW/m2時(shí)，在無(wú)風(fēng)情況下，距著火儲(chǔ)罐邊緣5.6 m范圍內(nèi)操作設(shè)備會(huì)遭到熱輻射損壞，在自然狀態(tài)下風(fēng)速?gòu)亩?jí)增加到六級(jí)時(shí)，設(shè)備設(shè)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(shí)，2、3號(hào)儲(chǔ)罐分別在無(wú)風(fēng)、二級(jí)風(fēng)、三級(jí)風(fēng)、四級(jí)風(fēng)、五級(jí)風(fēng)、六級(jí)風(fēng)時(shí)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(chǔ)罐在火災(zāi)情況下處于安全狀態(tài)?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014規(guī)定：甲B、乙類(lèi)液體內(nèi)浮頂儲(chǔ)之間的防火間距為0.4D。根據(jù)熱輻射破壞準(zhǔn)則，當(dāng)目標(biāo)接受的熱輻射通量大于等于37.5 kW/m2時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施全部損壞[4]。在該企業(yè)乙醇儲(chǔ)罐實(shí)際布置中，儲(chǔ)罐之間的防火間距為8.8 m。若1號(hào)儲(chǔ)罐發(fā)生池火災(zāi)，實(shí)際的防火間距能夠保證在無(wú)風(fēng)情況下鄰近儲(chǔ)罐不被著火儲(chǔ)罐產(chǎn)生的熱輻射破壞；若2、3號(hào)乙醇儲(chǔ)罐在二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)、六級(jí)風(fēng)環(huán)境中，隨著風(fēng)速的增加，受到的熱輻射通量均超過(guò)37.5 kW/m2，防火間距就不能抵御著火儲(chǔ)罐帶來(lái)的熱輻射能量，會(huì)極大可能引起多米諾骨牌效應(yīng)。

3.3 建議

通過(guò)建模計(jì)算，現(xiàn)行布置對(duì)儲(chǔ)罐間距能夠滿足在無(wú)風(fēng)狀況下臨近儲(chǔ)罐不被著火儲(chǔ)罐產(chǎn)生對(duì)熱輻射破壞，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，池火災(zāi)產(chǎn)生當(dāng)熱輻射將對(duì)臨近儲(chǔ)罐產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。因此，建議增大儲(chǔ)罐間防火間距，保證在有風(fēng)情況下，臨近儲(chǔ)罐不被破壞。另外，儲(chǔ)罐區(qū)的消防應(yīng)急能力也深深影響著防火間距的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)該罐區(qū)的消防設(shè)施配備和提升人員消防處置能力也能在一定程度上彌補(bǔ)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(chǔ)罐防火間距設(shè)計(jì)，確保在有風(fēng)等最不利自然條件下，相鄰被熱輻射危害的儲(chǔ)罐不被破壞。同時(shí)，儲(chǔ)罐區(qū)的消防應(yīng)急能力也與防火間距有著密切關(guān)聯(lián)，建議該企業(yè)加強(qiáng)乙醇罐區(qū)的消防設(shè)施配備和提升人員消防處置能力，在一定程度上彌補(bǔ)防火間距的不足。