浅谈原油火灾的沸溢与喷溅

peonutpedro

  浅谈原油火灾的沸溢与喷溅
吕凡辉



   原油贮罐（含油池、油轮、油驳等）发生火灾，如未能及时扑灭，则很可能发生沸溢与喷溅，从而扩大火场面积，造成人员伤亡，给扑救工作带来被动，后果十分严重。原油火灾的这一突出特点——沸溢与喷溅，是灭火指挥员必须严肃对待的重要问题之一。
   发生沸溢与喷溅的条件。一是着火油品中含有沸程很宽的成分；二是油品中含有游离水或水油乳化液，贮罐底部有水垫层（起火前原有的，灭火过程中进入罐内的水形成的）；三是油品的重尾馏分含量足以产生可以形成粘稠持久的油和水蒸气泡沫的残留物。如果起火油品缺少其中任何一个条件，则不可能发生沸溢与喷溅。但问题在于几乎所有原油甚至大部分合成重油混合物都具备上述三个条件。因此，原油贮罐起火，经过一段平稳燃烧后，都会发生程度不同的沸溢与喷溅。对此，不能有丝毫的麻痹大意。
   原因与过程。原油、重质油品燃烧时，处于液面的沸点高的重组分不能随轻组分一起挥发燃烧。当轻组分在液面烧掉后，温度较高（149℃～300℃）的重组分油品等残留物比紧靠下面的未燃原油更稠厚、比重更大，因而会带着热量逐渐向下沉降，此沉降过程随着燃烧时间的延长连续不断的进行，从而逐步形成高温层，其向下沉降的速率实际上又比燃烧表面的递降快的多，这就形成了所谓的“热波”。这种热波特性可强化罐内油品的对流，它是由于燃烧表面部分重质热油沉降的结果，火灾扑救中进入燃烧区被加热的水（泡沫中也含水）向液面下沉降和金属罐体的热传导会起到辅助作用（常见有些资料把“热波”定义为燃烧表面的余热通过介质的热传导向油品深度加热形成的高温层。对此，笔者认为是说不通的，这时不存在从燃烧表面向下的热传导）。如果温度高于100℃的热波接触到油品中的乳化液并达到一定程度，乳化液的汽化膨胀便会造成油品的沸溢燃烧，其情形比较温和；如果热波作用于罐底的水垫层，则足以使大量的水迅速汽化产生高压。当达到一定程度时，高压水蒸气便会带着部分稠厚的油品向上喷出，在喷出着火液面时，有的会被瞬间点燃，有的则由于冲力作用和液面动荡在尚未点燃时便喷出罐外。其情形很是突然和凶猛，喷溅距离虽因多种因素各有不同，但一般在十米至数十米之间。
   时间估算。原油火灾的沸溢特别是喷溅具有很大的危害性。较为准确的估算喷溅发生时间，果断采取相应对策，对灭火战斗起着至关重要的作用，也是火场指挥员必须认真对待的头等大事。由发生沸溢和喷溅的原因可以看出，原油火灾之所以会发生沸溢与喷溅，主要是“热波”作用的结果，如果要估算发生沸溢的时间，尤为困难。加以它本身具有的温和性而显得实际意义不大，火场上最为重要的是较为准确地预测发生喷溅的时间。一般认为，估算发生喷溅的时间可按下式进行：
   T＝h／v
   T—从起火至发生喷溅的时间（h）
   h—起火时的液位高度（m）
   v—热波速度（m／h）
   
原油热波速度与燃烧线速度   从上表可以看出，原油火灾的热波速度大致在一米左右。考虑到油品的不同，实验时的特定条件和不同火场的复杂因素，在具体火场上应用表中数字的精确性就很难把握。为了预测方便和保证安全，笔者认为，估算发生喷溅的时间，可以将原油火灾的热波速度视为每小时一米。这样，把起火时的液位高度（扣除原有水垫层）直接转换成从起火至发生喷溅的时间即可。如：某原油罐起火时油位高度是4．5m，则从起火至发生喷溅的时间为4．5小时（4小时30分）。
   预兆观察。要想更为准确的知道喷溅发生时间，仅靠定量的时间估算是不够的，还必须依据实战经验，适时观察发现喷溅前的预兆并进行分析判断才行。喷溅之前先沸溢，这是不可置疑的。喷溅前油面出现蠕动、涌涨是难以观察的现象；容易观察到的是火焰增大、发亮、变白、烟色由浓变淡，发出剧烈地“嘶嘶”声。金属原油罐发生喷溅前的典型预兆是罐壁颤抖并伴有强烈的噪声。如果时间估算和对预兆观察的分析判断相吻合时，指挥员就必须果断地下达撤退命令，以防造成人员伤亡和车辆装备损失。
   主要对策。首先是制定完善的灭火预案。凡事预则立，平日要注重调查研究，区别不同情况，制定内容完善、可操作性强的灭火预案。制定预案时，不仅要对贮存区的基本情况摸清摸透，而且要准确计算灭火所需人员、车辆、灭火剂和所需其它装备，并确定最佳调动方法。还要多假设几种火情，定出相对应的扑救措施。而特别不能忽视的是紧急情况下的撤退问题，包括信号、通道、重新集合点等，要明确规定，不能只有进攻的措施，没有撤退的方案。灭火予案拟定后，要请多方面的行家里手进行会审，让有关单位、人员知晓方案的全部内容，并通过经常的模拟演习发现问题，及时修正，以达到准确细致，措施有力，有效性强之目的。其次是扑救要以快制胜。考虑到原油贮罐大多有保温层，可不必进行冷却。关键是按事前预案尽快将所需力量调至火场，在统一指挥下，集中优势兵力，多路一齐进攻，全力争取首战告捷，切忌各行其是或零打碎敲。如果一次进攻失败，可调整部署，根据原油火灾常出现时强时弱的特点，抓住火势较弱时的有利条件，再行进攻，直至将火扑灭，确保不再复燃为止。在火灾扑救的全过程，要派一定数量懂技术、有经验的人员从不同角度，观察燃烧情况，预测判断喷溅发生时间，为指挥员提供决策依据。原油火灾的沸溢喷溅，常发生反复出现交替进行的现象，且间隔时间难以预料，对此，指挥员必须做到心中有数。在火场上，只要情况允许，适时利用油罐放水阀放出水垫层和罐内积水，也是一种非常重要的措施，它虽不能防止沸溢，但可以降低喷溅能量，如操作得好，甚至完全可能避免喷溅的发生。