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油罐火灾的形成原因及鉴定办法

安全管理网 发表日期:2013-01-14 23:41:48 浏览次数:3506

  随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施,油罐的大型化将成为发展的必然趋势,储油罐作为油库的重要设备之一,储存着大量易燃烧、易爆炸、易挥发、易流失的油品,如若安全管理不当,或由于设备技术故障和自然灾害,极易发生火灾事故。因此对储油罐发生火灾后的火灾控制及灭火对策的研究是十分必要的。
  
  如果是发电厂的储油罐会在罐体设置两路线型感温探测器,也叫感温电缆,来保护油罐区。灭火系统则最好使用泡沫灭火系统,本文详细剖析了油罐火灾的形成原因及鉴定办法。
  
  一.火灾的危险性及概况
  
  1、罐中油品主要是由碳氢化合物组成,受热、遇火以及与氧化剂接触都有发生燃烧的危险。油品的闪点和自然点越低发生燃烧的危险越大。石油产品的蒸汽与空气的混合比例达到爆炸下限浓度时,遇火花即能爆炸。
  
  2、石油产品的电阻率在1012Ω•cm左右,最易在装卸、罐装、泵送等作业过程中慢慢积聚产生静电荷导致油罐燃烧爆炸。
  
  3、粘度低的油品流动扩散性强,如有渗漏会很快向四周流散,油品的扩散、流淌性是导致火灾的危险因素。
  
  4、石油产品受热后蒸汽压升高、体积膨胀。若容器罐装过满或储存密闭容器中,会导致油罐膨胀,甚至爆炸引起火灾。
  
  5、油罐中重质或含有水分的油品燃烧时,燃烧的油品有的大量外溢,有的从罐内猛烈喷出形成高达70-80米的巨大火柱,火柱顺风向喷射距离可达120米左右,容易直接烧至邻近油罐,扩大受灾面积。
  
  有人对国内炼油厂进行调查:在全部油罐火灾中,原油罐占40﹪,汽油罐占32﹪,柴油罐占8﹪,重质油品储罐占20﹪。由此可见,闪点低于28℃的油品占全部油罐火灾的72﹪。立式钢质油罐顶盖全部掀开占40﹪,而大多数情况下是油罐的部分顶盖掀开,造成一定的危险性。
  
  二.油罐火灾的主要原因
  
  从火源的角度将石油罐火灾原因可分为七类:
  
  1、明火引燃、引爆
  
  油罐附近的烟道的火星,车辆喷出的火星、放鞭炮和烧纸的飞火、库区内违章吸烟,动明火、电气焊作业等极易引燃泄露在地面的油品或引爆弥漫在空气中的油蒸汽。2001年9月凌晨4时32分,位于沈阳新路140号的沈阳市大龙洋石油有限公司,因倒油过程中油罐内汽油外溢,大量挥发气体流动到160米以外的汽车库内,当司机发动汽车时,火花引燃汽油挥发气体,导致灌区东北侧建筑物内8个储灌发生恶性爆炸火灾。如油品泄漏油蒸汽弥漫到锅炉房、灶房、配电站等处极易引起燃烧或爆炸。若油罐未装阻火器,液压安全阀缺油或各封闭口不严密等原因,很容易将外火传入罐内,引起燃烧或爆炸。
  
  2、静点火花引起爆炸
  
  电阻率在1012Ω•cm左右的液体最容易产生聚集静电。多数油品的电阻率大于1012Ω•CM,为带静电物质,很容易产生和聚集静电荷,而且消散慢。常常发生静电聚集的情况是:
  
  2.1油品在管道中流动;
  
  2.2溅装油品的过滤;
  
  2.3槽车、油罐的顶部;
  
  2.4油品的快速蒸发、泄漏;
  
  2.5油品在泵内通过;
  
  2.6油罐水洗后,水自一定体积的油品中沉降;
  
  2.7采样或运输等晃动、振荡;
  
  2.8人体带的静电;
  
  2.9穿脱化纤衣服;
  
  2.10塑料桶罐装油品等。
  
  由于油罐接地电阻过大(大于100Ω),或消除静电的装置失灵,或孤立的导体(如浮顶)与油罐接触不良,很容易聚集静电荷,一旦放电形成火花,足以引燃或引爆弥漫的油蒸汽。
  
  3、雷击引起火灾或爆炸
  
  由于油罐顶孔口关闭不严或未安装阻火器,避雷装置设计不合理或发生故障,金属罐接地过大(大于10Ω)静电荷消除不掉,混凝土油罐中钢筋未能安全电气闭合,在雷击时易引起火灾或爆炸。
  
  4、碰撞和摩擦火花引起火灾
  
  若油罐的量油孔口没用有色金属制做,钢尺放入或拉出时易与量油孔口边缘摩擦而发生火花,引燃油罐内油蒸汽;用钢铁造的工具开启油罐孔口或搬运时相互撞击产生火花易引燃泄漏的油蒸汽;装卸油鹤管头部(不是有色金属制做的)与油罐或油船舱口撞击产生的火星引然油蒸汽;铁路车辆"研轴"、油泵空转造成壳体过热引燃油蒸汽。
  
  5、电气原因引起火灾
  
  油罐的主要电气设备如输电设备、线路、泵房电机照明设备等,若发生短路、漏电、接地,过负荷等故障时,产生的电弧、电火花、高热极易引燃泄漏的油及油蒸汽。若泵房电机、灯具、开关等采用非防爆型或防爆等级不够也易点燃泄漏的油蒸汽。
  
  6、自燃引起火灾
  
  常见的情况如油罐中含硫油品的沉积物在消除时发生自燃,润滑油及重油加温时温度超过闪点而自燃。
  
  7、放火引起火灾
  
  据统计,石油储运系统发生的火灾,主要原因中明火引燃占67﹪,静电引燃占13﹪,雷击引燃占8﹪,电气故障及其他原因占12﹪。由此看出各种明火引燃是油罐火灾最主要的原因。
  
  三.油罐火灾原因调查
  
  A、现场访问
  
  油罐火灾现场访问的重点围绕泄漏原因和起火源进行调查。
  
  1.查明发生火灾的时间、位置,是先起火后爆炸还是先爆炸后起火;查明火灾发生和蔓延的过程;查明火灾前起火部位的异常现象。
  
  2.查明发生的油罐火灾前装油的种类、数量,烧损或泄漏的数量和流淌、挥发等情况。
  
  3.向最先到达火场的灭火人员了解火势发展特点;向火灾前最后离开火场人员了解油罐、泵房设备、管线有无破坏、损坏、泄漏等现场,当时采取了什么补救措施。
  
  4.查明火灾前工作人员有无违章作业及违章动火等情况,违章操作后是否立即起火。
  
  5.查明火灾前油罐附近有哪些明火火源存在及各火源距着火油罐的距离。
  
  6.检查油罐、输油设施、变配电设备的设计是否符合国家有关规定,施工质量如何,是否存在火灾隐患,是否定期对各种设施进行检查、维修、清洗等。
  
  7.查明起火点附近输发油作业种类、油的种类、油流速度、管道及容装器材种类,是否采取了防静电措施。
  
  8.查明石油罐避雷设施的设计是否符合国家有关规定,施工质量是否合格;火灾前是否发生过雷击,查明雷击的位置及时间,雷击后是立即起火还是过了一段时间起火。
  
  9.向泵房和配电室的工作人员了解油泵运转、仪表指示情况和泵房灯具、开关、电机等的防爆等级。
  
  10.查明火灾前工作人员和车辆进出情况以及是否有可疑人员出入油库。
  
  B、现场勘查
  
  油罐火灾的特点是,燃烧速度快,火场温度高,烧损严重,痕迹物证少,勘查难度大。现场勘查除按一般现场勘查程序进行之外,应先重点围绕查找泄漏原因和着火源进行勘查,然后结合泄漏点、泄漏原因或火源、起火点对各种原因引起的火灾进行逐步细致勘查。主要做法如下:
  
  1.寻找泄漏点,查明泄漏原因。常见的泄漏点与原因:如焊缝开裂、局部腐蚀穿孔、油罐各封口不严密,法兰接口不紧密,油罐过量充装因受热膨胀破裂、油泵盘根过松、油罐油管受到机械撞击破裂,油管受到车辆重压或地形变化断裂等。泄漏的油品流浸到周围的地面,挥发为蒸汽向四周弥漫。若泄漏的油品遇到火源后立即起火,一直烧到油罐泄漏处,泄漏点不难找到;若火源传到油罐内部又发生猛烈爆炸,严重地破坏了油罐,寻找泄漏点的难度就大了,这时就要结合调查访问线索及设计施工情况综合分析泄漏点的位置和泄漏原因。
  
  2.寻找火源,认定起火点。通常我们把点燃油品或油蒸汽的火源的位置叫起火点。在泄漏的油品浸渍或油蒸汽弥漫的区域内往往有若干个火源。一般的说,离泄漏点最近首先引燃或引爆的火源的位置称为第一起火点,其余以次类推。但是第一起火点在查明火灾原因上最重要。不易挥发的油品,可以从现场浸渍渗透的痕迹查明流淌浸渍的范围;对于易挥发的油品除查明浸渍范围外,要计算出达到爆炸下限浓度的油蒸汽的扩散距离,还要根据当时的风向确定油汽流散的方向。
  
  3.在没有特别明显的线索和依据下,很难直接进入正确的勘查方向。但明火引燃火灾的可能性很大,因此我们应该先着手勘查:
  
  油罐的呼吸阀和液压安全阀是否失灵,是否装有阻火器;检查量油孔、人孔、采光孔等是否封闭严密,有无外部火焰传入罐内的痕迹。
  
  对油罐外围环境,应重点勘验有无外来火源及火源距起火油罐、泄漏点距离,判断外来火源(如烟道飞火,鞭炮飞火,车辆排气管喷出的火星等)能否飞入油库点燃油蒸汽或地面杂草杂物。特别核实火灾发生前出入车辆的时间、停留位置,检查其是否安装火星熄灭器。
  
  4.若可以排除明火引燃,有静电、雷击、自燃火灾的依据,那么就进行静电、雷击、自燃等火灾的分类勘查。
  
  若怀疑静电引起火灾,就要检查输油发油等作业现场,油管油桶种类、直径及材料,造作过程。检查油罐内有无孤立的导体,有无良好的接地装置。是否容易产生静电积聚,是油品具有一个较好的电位。检发油过程中,是否动过绝缘管、塑料桶。
  
  若油罐雷击起火,详细检查避雷针设施能否对整个油罐等起到保护作用,避雷针的接地线是否电阻过大或断裂,油罐是否有良好接地,罐内是否有孤立的导体。测定雷击区域和雷击通道内的铁磁性物件的剩磁,判断那个部位最先遭到雷击。如1989年8月12日黄岛油库火灾中最先爆炸起火的5号罐最大剩磁为10.5毫特,70米外4号罐的剩磁不超过2毫特,这就证明雷电流主要经路是5号罐,4号罐则是强大电流感应结果,进一步确定了5号罐为起火点。对雷击点的金属熔痕,可取样做金相鉴定,水泥物体可以做中性检验。
  
  根据现场访问线索,若怀疑碰撞、摩擦火花引起火灾,就要详细查看槽车、油桶、阀门、量油孔、油泵、油罐等泄漏点及其附近有无摩擦和碰撞痕迹。
  
  若怀疑电气原因火灾,检查油罐区内电源线路、变配电室、泵房、发油机、照明灯具及其他电气设备,是否发生过故障,并查明故障种类、打火痕迹、电气设备的放爆等级。
  
  如若自燃火灾成因很大,检查油罐中是否有含硫油品的沉积物,是否对润滑油及重油加温时温度过高,是否气温过高及其机电设备温度过高超过油品的闪点。
  
  若有放火引起火灾的嫌疑,勘查油罐区的墙和门有无翻越、破坏痕迹,附近区域有无残留的放火用具如火绳、导火索、打火机等引燃物,以判断有无放火的可能。
  
  C、原因鉴定与认定
  
  鉴定与认定是调查工作的关键,也是调查工作的目的,以便从火灾中吸取教训和处理事故,尤其这种破坏性很大的火灾,更应该谨慎全面公正的对待。
  
  1.明火引起火灾原因的鉴定与认定
  
  此类原因鉴定与认定的重点是泄漏原因及火源处油蒸汽的浓度,因为明火温度一般远高于油品的自燃点,释放能量远大于点火能量,所以只要有泄漏是可以引起火灾。那么我们要着重确认:
  
  1)油罐、油管因某种原因泄漏出油品;
  
  2)起火点在油品泄漏浸渍或者达到爆炸下限油蒸汽弥漫范围内;火灾前起火点出有明火存在;
  
  3)对于罐内燃烧或爆炸,检查阻火器、液压安全阀或各孔口封闭不严。1993年南京市金陵石化公司炼油厂汽油罐"10.21"重大火灾,原因是:白班操做工本应打开310号油罐的副出线主控阀,却错开了311号油罐装满的汽油泵入310号油罐副出线主控阀,导致310号油罐汽油外溢,在灌区内大面积扩散,形成爆炸性气体;进入爆炸区的拖拉机的火星是这次火灾事故的点火源(明火);因而发生爆炸,继而引起油罐燃烧的重大火灾事故。
  
  2.静电火花引起火灾原因的鉴定与认定
  
  引起静电火灾的原因大多数是由于物体积聚的静电荷达到高电位时,对附近的某些接地或电位较低的物体放电时,引燃了油蒸汽。
  
  静电火灾的特点是发生火灾后,现场往往未留下任何痕迹。因此,只能根据现场各种现象,在排除其他火灾原因的条件下,通过调查、测试、模拟实验方法,获取静电放电引起着火、爆炸的基本条件,再去分析静电引起火灾的可能性。
  
  1)获取产生静电的根据。如油品输送、倒换、过滤、搅拌、混入杂质、喷出、检尺、采样等油品与其他物质之间接触、分离而产生静电。
  
  2)有静电积累的条件。调查起火部位前空气相对湿度,湿度较低易产生静电;油罐或导体对地电阻过大(大于100Ω)或输油管、油桶为绝缘材料制作的易积累静电荷。
  
  3)静电放电能量必须不小于油品的最小点火能。通常静电放电引起火灾或爆炸的安全极限,可用等于最小点火能量的带电状态(静电电位和带电量等)来表示。此安全界限仅是一个大致的标准,它受到放电空间,接地体的状况等因素影响。
  
  若带电体是导体时,如果发生放电,一般能将所储存的静电量全部释放出来,可用下式表示:
  
  W=1/2CU*U=1/2QU
  
  式中:W-静电放电能量,J;
  
  C-导体的电容,F;
  
  U-两带电体之间的电位差,V;
  
  Q-静电电量,C。
  
  若现场允许,应尽量对可能产生和积累静电荷的操作现场测取静电电位,静电电量等数据以便测试有否放电着火。
  
  若带电体为绝缘体(表面电阻109Ω表面以上),常采用试验试、经验试或估算的方法。以下标准可在分析时参考:
  
  ①静电电位为1000V或带电荷密度为1×10-7C/m2以上时,对于最小点火能为数十微焦的油品;
  
  ②静电电位为5000V或带电荷密度为1×10-7C/m2以上时,对于最小点火能为数百微焦的油品;
  
  ③带电绝缘体使操作人员感到有电击感时;
  
  ④用直径为3mm以上接地的金属球接近带电的绝缘体,若发生声光放电现象;
  
  ⑤绝缘体表面电荷密度超过1×10-7C/m2时;
  
  这些都有发生火灾的可能。
  
  ⑥起火点处,油蒸汽浓度达到爆炸上下限之间。
  
  ⑦对起火点及其附近寻找放电痕迹,并对遗留物残骸分析。用眼睛或低倍放大镜对残骸件作表面形貌特征去分析判断火花放电的主要零部件和主要放电部位。借助电子显微镜对微观形貌和微区成分分析,去寻找是否存在火花放电的微观形貌特征。
  
  ⑧模拟实验或者故障再现。
  
  测定静电压,对地电阻参数,进行现场模拟实验。或者通过同类设备,相同部位是存在类似故障现象,用来间接地达到故障再现的目的。
  
  3.雷击引起火灾原因的鉴定与认定。
  
  雷击引起火灾是因为雷击产生的热效应、电效应、静电效应、机械效应等导致油罐起火爆炸的。
  
  ①根据现场访问的线索和气象资料,确定起火或爆炸前油罐区发生过雷击,起火点在雷击范围内或雷电通道,并确认雷击后起火或爆炸。
  
  ②避雷针设备不能有效地保护全部油罐或输油设施,金属罐接地过大(一般大于10Ω),钢筋混凝土罐没有全部做到电气闭合。
  
  ③雷击后形成的痕迹特征。雷击发生过程中,在雷击点、雷击放电通道及雷击效益作用的部位不同物体上,形成不同特征的痕迹。如金属带熔痕、混凝土被击穿及烧蚀变色痕。
  
  ④用磁场强度测度仪测量油罐和金属物件有剩余磁场。
  
  4.碰撞和摩擦引起火灾原因的鉴定与认定
  
  现场勘查后,发现在泄漏点及附近有碰撞和摩擦痕迹,开启罐盖和孔口用易产生撞击火花的金属物件,量油孔和装卸油鹤管头部不是有色金属制作,确认在开启装卸动作过程中起火。
  
  5.电气引起火灾原因的鉴定与认定
  
  对灌区的电气设备进行细致检查,逐个确认:
  
  ①配电盘室烧毁、闸刀开启位置、保险丝熔断、各线路松动烧黑、过负荷;
  
  ②线路断裂、烧熔、漏电现象,火灾后电源无切断,有短路痕迹;
  
  ③泵房电机故障起火,三相线圈有短路痕迹,转轴被卡住过热;
  
  ④照明灯具,开关不符合防爆级数,或者质量太差,操作放置时破碎产生火花,靠近可燃物,查明照明时间过长及通风散热条件太差。
  
  6.自燃引起火灾原因的鉴定与认定
  
  若清除油罐的沉积物发生火灾,确认油罐原储装含硫油品,可以进行化学分析证明罐中沉积物含有硫化物。润滑油和重油品罐爆破起火,火灾前罐体加热温度过高或其他违反工艺操作使内压迅速上升。灌区有热源或火灾前天气温度过高,足以引燃泄漏的油蒸汽。
  
  7.放火引起火灾原因的鉴定与认定
  
  油罐区多个起火点,有破坏痕迹(门窗玻璃打碎、门锁被起等),有人进入现场的痕迹,现场有放火遗留物(烧余的火柴梗、油棉花、打火机等),罐阀明显有开启痕迹,油罐孔口有动过的痕迹。确定放火类型、放火对象的根据。认定为放火案件,应迅速移交公安部门。
  
  此项调查从科学的观点出发,以客观事实为依据,保证调查工作准确公正。
  
  四.结束语
  
  油罐失火的原因往往少不了思想不重视、麻痹大意,制度不严,管理不善,违反操作规程等人为因素,要想预防油罐火灾的发生,就得先加强罐区内组织管理,提高工作人员的消防意识。另外,正确选择罐区地址,科学选择储油罐种类及附件设施,输油设备的防火要求符合规定,设置防静电雷击设备。消灭油罐本身的不安全因素,提高油罐的安全度。
  
  油库火灾控制工程重在平时工作的预防,只有平时做好了火灾的预防及灭火方案的合理制定,才能在发生火灾后能够有条不紊的进行灭火控制,极大减小火灾带来的损失。

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