浅谈沸溢性液体的特性及火灾扑救对策

2021-09-10闫玉斌

时代商家 2021年18期

关键词：火灾

闫玉斌

摘要：在石化企业的生产经营中，由于生产需要，原料和产品一般有较大量的储存。根据石化企业生产物料的性质，最常见的储存方式就是储罐储存。比如，某公司就有罐区50余座，各类储罐640多个，总储存量200万吨。如此巨大的储存量为生产提供了可靠的保证与方便的同时，也带来了不可预知的火灾危险性。而在发生的众多油罐火灾中，有一类火灾极具危险性，那就是沸溢性液体火灾。据油罐火灾的统计资料表明，我国发生油罐火灾的概率约为14.6%。其中属于沸溢性液体的原油火灾占第一位，约为40%，所以对沸溢性液体的研究就显得十分必要。

关键词：沸溢;热波;火灾

沸溢性液体指的是在储罐着火情况下，由于热波作用，使油层中的水分发生汽化而产生沸溢现象的液体，较常见的沸溢性液体有原油、重质石油、沥青油、渣油及粘性烃类混合物等。沸溢性液体相对于其他可燃、易燃液体来说，特殊之处在于易发生沸溢和喷溅。一旦发生沸溢与喷溅将会带来灾难性的后果。1989年8月12日中国石油天然气总公司所属黄岛油库油罐因雷击发生火灾，原油发生了沸溢和喷溅，造成了14名武警官兵和5名油库职工牺牲的重大火灾事故。沸溢性液体火灾的危害由此可见一斑。本文将对沸溢性液体的特性及灭火、防御战术进行探讨。

一、溢性液体沸溢和喷溅现象的形成原因

沸溢性液体的沸溢和喷溅是如何形成的呢？主要原因在于沸溢性液体由多组分组成，沸程较宽，并且含有一定量的水分。

在种类繁多的化工物料中，可燃、易燃液体又有单组分液体和多组分液体之分。单组分液体只有一种成分，组成分子唯一，液体内部各处的密度、热容、挥发性等物理性质相同。所以在发生火灾时，要么发生爆炸，要么能较稳定的燃烧。

而多组分液体则不同。多组分液体是指成分有两种或两种以上的液体，它属于一种混合物，例如原油就是一种由不同烃类及水分等物质组成的复杂混合物。由于液体中有多种组分，组分间只是机械地、物理性质地混合，各组分的密度、挥发性、爆炸极限、闪点、热容、燃烧值等物化特征不同。在燃烧过程中，轻组分首先沸腾，重组分滞后沸腾，所以原油等沸溢性液体的沸点并不单一，而是一个温度范围，物理学上称为沸程。一旦发生火灾，燃烧区通常在液面形成，这时不同组分在液体燃烧过程的挥发先后、燃烧顺序、燃烧组分的比例、处于燃烧液体内部的层次就出现了不同。液体中沸点较低的轻组分首先挥发成蒸气离开液面进入燃烧区，并且挥发速度较快，燃烧猛烈;较重的组分由于温度没有达到其沸点，不能汽化，则携带在表面吸收的热量向液体深层沉降，逐渐形成一个热的锋面向深层传播，并逐渐加热冷的液层，这就是热波。热波的初始温度等于燃烧液面的温度，也就是该时刻沸溢性液体中最轻组分的沸点。随着沸溢性液体的不断燃烧，液面蒸发组分的密度增大，沸点越来越高，液面温度逐渐上升，因此热波温度也越来越高。

原油等沸溢性液体一般来说粘度较大，并含有一定比例的水分。沸溢性液体中的水分一般以乳化水和水垫两种形式存在。例如原油，在开采、运输过程中，水分由于强力搅拌成细小的水珠悬浮于油中而形成乳化水。在放置较长时间后，部分水因密度较大而沉降在油罐底部而形成水垫。

在热波从液面向下传递热量的过程中，经过不同的液层，由于热波温度远远高于水的沸点，因而各液层中的乳化水会受热大量汽化，产生的大量蒸汽会穿过油层向液面运动，在向上移动的过程中，形成油包气的气泡，即油的一部分形成了含有大量水蒸气气泡的泡沫。这样必然鼓动液体，导致液体体积膨胀，向外溢出，于是在液面发生沸溢现象。热波的传播速度一般比燃烧速度快，不同组成的沸溢性液体有不同的热波传播速度。例如，我国出产的轻质原油的热波传播速度约为0.38～1.27m/h不等。

随着油品的燃烧，热波的温度逐渐升高，热波向下传播的距离也逐渐增大，当热波到达油罐底部的水垫层时，水垫层的积水由于吸收了热波带来的大量热量而迅速汽化，产生的蒸汽体积迅速膨胀，从而将水垫层上面的液体推出油罐抛向空中，并向四外喷射，于是发生喷溅现象。当油罐着火发生喷溅时，能把燃油抛出70～120m的距离，喷溅的燃油如同一个个飞溅的火球，并且密度较大，所到之处会立即引起燃烧，不仅对扑救人员构成严重伤害，而且危及相邻罐的安全，危险性非常大。

综上所述，沸溢性液体发生沸溢和喷溅现象必须具备以下条件：

①多组分组成，具有较宽的沸程，并且沸程越宽，越易发生沸溢。

②油层中必须存在乳化水和水垫层，乳化水遇热波形成蒸汽，水垫层遇热波会发生喷溅。

③油的粘性大，使水蒸气不容易自下向上穿过油层，从而鼓动油层，产生沸溢和喷溅。

通常情况下，发生沸溢要比喷溅的时间早得多。且发生沸溢的时间与原油的种类及含水量的多少有关。例如，经测定含有1%水分的石油燃燒45～60分钟就可能发生沸溢。而发生喷溅的时间要根据油层的厚度、热波传播速度、油品的燃烧线速度等数据进行估算。

二、沸溢性火灾的扑救、防御战术

一般来说，由于生产过程的必然结果和需要，原油等沸溢性液体中不可避免地含有一定的水分，因而火灾情况下就可能发生沸溢和喷溅现象。那么扑救沸溢性液体火灾时应注意什么呢？在沸溢性液体火灾扑救中，可采取进攻战术和防御战术相结合的原则。

①沸溢性液体大多以浮顶罐储存。如果火势不大，如少量油蒸气泄漏遇火源后会形成稳定燃烧。这时可采用一般油罐的进攻灭火战术，首先对着火罐和邻罐进行冷却，防止着火罐出现爆炸或罐体变形倒塌。然后，伺机用覆盖物捂灭或用喷雾水、泡沫、干粉等扑救。

②如果火势较大，如油罐发生爆炸，造成罐顶坍塌、部分或全部罐盖被掀掉，这时整个油层液面会形成燃烧区，火势猛烈，火焰高，难以控制，局势比较危急。这种情况下，最关键的是密切进行观察和估算，防止沸溢和喷溅现象的发生。

在一定的时间内，即发生喷溅之前，应进行积极的冷却与灭火进攻战术，尽早将火灾扑灭。一方面对着火罐和邻近罐进行冷却，防止着火罐爆炸、沸溢、喷溅或罐体变形倒塌。在冷却油罐时，应注意冷却射水要均匀，水流不宜进入罐内。在冷却的同时，积极进攻，如油罐的固定或半固定灭火系统未受破坏，要充分利用这一有利条件，迅速启动固定灭火系统进行灭火。如固定灭火系统遭到破坏，可使用移动灭火系统，如车载泡沫炮进行覆盖灭火。

当经过较长时间的扑救仍未奏效时，要注意运用防御战术，警惕沸溢和喷溅现象的出现，尤其是喷溅的发生。

喷溅现象发生的时间，可采用下面的公式估算：

T=（H油-H水）/（V+Vt）-K*H油

式中，T-预计发生沸溢的时间，h，小时;

H油-储罐中液面的高度，m，米;

H水-油罐中水垫层的高度，m，米;

V-油品燃烧的线速度，m/h，米/小时;

Vt-热波的传播速度，m/h，米/小时;

K-提前常数，当油品低于闪点时，K=0.当油品高于闪点时，K=0.1，h/m （小时/米）。

例如，对于含水0.3%的重质原油，其燃烧线速度约为0.13 m/h，热波传播速度约为1.27 m/h，如果油罐中油面高度为15m，水垫层高度为3m，则可计算出，发生喷溅的时间约为8.6小时。当扑救时间过长，已接近喷溅发生时间时，要果断采取撤离或防护措施，这时随时都会有喷溅现象发生。

油罐火灾在出现喷溅之前，通常会出现某些征兆，如油面蠕动、涌涨;火焰增大，发亮、发白;火焰颜色由浓变淡;出现油沫（即发生沸溢现象）2～4次，;发生剧烈的“斯！斯！”声等征兆。而且由于蒸汽剧烈鼓动油层，油罐会出现罐壁颤抖，同时因液面剧烈沸腾和金属壁变形而出现强烈的噪声，并伴有烟雾减少、火焰变亮、火舌尺寸变大，形似火箭等迹象。这时预示着油罐很快会发生喷溅现象，这不仅会导致火灾发展，而且严重危及扑救人员的生命安全，必须予以高度重视，充分做好预防或撤离准备。

采用积极防御战术，还可以利用倒油搅拌和排积水操作，来防止油罐发生喷溅。

倒油搅拌目的是破坏喷溅现象发生的必要条件，消除油面上层的高温层，及热波的传播源，以防止沸溢和喷溅出现。

所谓倒油搅拌、抑制沸溢的方法，实际上就是搅拌降温的方法，通常采取的措施主要有三种：

①由罐底向上倒油，即在罐内液位较高的情况下，用油泵将油罐下部冷油抽出，然后再由油罐上部注入罐内，其形式如同锅煮饺子点水，为使用灭火剂灭火创造条件，

②由非着火罐向着火罐内注油，即在罐内燃烧油品处于低液位的情况下，用油泵从非着火罐内抽出与着火罐内油品相同质量的油注入着火罐，其原理与前一种方法相同。

③使用储罐搅拌器搅拌，即在存储罐内对油品进行搅拌，使冷油层与高温油层融在一起，降低油表面温度，防止罐内形成高温层。

但在倒油搅拌时，应注意：

①由其他油罐向着火罐倒油时，必须选取相同品质的油。

②倒油搅拌时，不得将罐底水垫注入热油层，以免发生气化现象，造成泡沫溢流。

③倒油搅拌前，应判断好冷、热油层的厚度及液位高低，掌握好倒油量与时间，防止倒油超量，造成溢流。

喷溅发生的另一个原因是水垫层。为防止热波传播至水垫层而发生喷溅，也可以采用排除油罐水垫层积水的方式。具体方法是通过油罐底部的虹吸栓将沉积于罐底的水层排泄到罐外，这将直接消除了蒸汽的产生源。运用排水防溅措施时，应注意：

①排水前应计算水垫的厚度、重量及排水时间。