储罐区防火堤设计

前言（1）

   火灾危险性为甲、乙、丙类的液体储罐或储罐组，应设置防火堤，防止储罐爆炸起火时液体到处流散，造成火灾蔓延扩大。由于防火堤貌似简单，往往没有引起人们足够的重视，在实际设计中，总是存在这样那样的问题，就防火堤的设计浅谈几点认识与看法。
 
防火堤的设置条件（2）

  不是所有可燃液体储罐都需要设防火堤。据现行有关规范规定，下列情况之一的储罐、堆场，如有防止液体流散的设施，可不设防火堤：

    1． 闪点超过120℃的液体储罐、储罐区。近年沿海地区的新建港区大量出现棕榈油成品油罐区，该油品为食用油，闪点远大于120℃，属于比较安全的可燃液体。出于运输成本考虑油罐区紧靠码头，用地十分紧张，因此，该类罐区往往不设防火堤，只设置了简易围堤，以保障基本安全。

    2． 桶装的乙、丙类液体堆场。例如桶装润滑油等，为便于运输中转，往往不设防火堤。

    3． 甲类液体半露天堆场。这类半露天堆场常常是一些有盖无墙的棚房，例如液化石油气实瓶间，一般不设防火堤。

     除了上述几类情形，根据现行国家规范的有关规定，甲、乙、丙类液体的地上、半地下储罐或储罐组，应设置非燃烧材料的防火堤。
 
防火堤的基本要求（3）

  防火堤的根本目的是临时存放围堤内储罐的事故漏油，防止漏油到处流淌，因此，它的基本要求有两个：其一是防火堤有效容积应能容纳事故漏油；其二是防火堤 的设计强度应能承受所纳油品的静压力。简单地说，就是要满足“装得下”和“装得稳”的要求。

    防火堤的有效容积在《建筑设计防火规范》（GBJ16-87，1997年版，以下简称《建规》）和《石油库设计规范》（GBJ74-84，以下简称《石规》都有明确规定：1．对于固定顶罐，不应小于最大罐容量；2．对于内、外浮顶罐，不应小于最大罐容量的一半；3．当固定顶罐与内、外浮顶罐布置在同一组时，取上述两款最大值；4．对于半地下油罐，规定同上，但油罐容量按其高出地面那部分与容量计算。

    另外，《建规》和《石规》都规定，防火堤的实际高度（H）应比计算高度（Hj）高出0.2m，也就是说，防火堤的有效容积是指防火堤0.2m以下的实际容积，即H=Hj+0.2（m）。
 
防火堤的尺寸设计（4）

    防火堤的尺寸设计，就是要确定防火堤的长（L）、宽（W）、高（H）的实际数值。总的要求是符合有效容积要求即可，这个问题貌似简单，实际上很多问题值得推敲。

    1． 防火堤的高度（H）：

    《建规》的规定是1.0m≤H≤1.6m；《石规》的规定是1.0m≤H≤2.2m；两者不尽一致，笔者认为应该采用《建规》的规定。我国消防队员的平均身高在1.7m左右，1.6m已是消防队员平视的极限高度，为使灭火人员易于观察防火堤内的情况，应当控制防火堤的高度在1.6m左右，这时计算高度Hj=1.6-0.2=1.4m。

    有时候，由于受用地面积限制，不得不收缩防火堤长（L）、宽（W）尺寸，迫使防火堤高度（H）超过1.6m时，如何处置？笔者建议在设计时降低防火堤内的地坪标高，这样既提高了防火堤的有效容积又无需扩大防火堤面积。这种做法不但加强了防火堤的结构稳定，而且还使防火堤外的消防车道也构成第二道防火堤，提高储罐区的安全系数。

    对于储存量在数十万立方米的大型储罐区，这种方法尤其值得推荐，其积极意义十分显著。

    2． 防火堤的长（L）、宽（W）：

    据上所述，防火堤的高度在1.0m-1.6m之间选择一个合适数据后，就可以根据防火堤的有效容积经计算确定防火堤的长与宽尺寸。同时，在确定防火堤的长与宽以及防火堤本身的截面尺寸时，还应综合考虑以下两个因素：

    ①防火堤内坡基脚线至立式罐的距离不应小于罐高的一半，至卧式罐的距离不应小于3m；②防火堤外坡基脚线至消防车道的间距宜为5m，至其他建构筑物不应小于10m，或执行其他规范另有规定的较大值。
 
防火隔堤的设计（5）

   对于沸溢性液体地上、半地下储罐，《建规》规定每个储罐应设一个防火堤或防火隔堤，而《石规》规定每个隔堤内不应超过两个，两部规范的要求不尽相同。沸溢性液体一般指含水率在0.3%-0.4%的油品，常见的有原油、渣油、重油等，由于这些油品的含水率较高，自由水在火灾的高温作用下汽化，体积急剧膨胀，将浮在上面的着火油品抛出罐体，发生可怕的沸溢现象。油品沸溢会造成火灾蔓延扩大，因此要设防火堤或隔堤来限制油品流淌。笔者认为，只要用地许可，都应尽可能实现“每罐一隔”而不是“每两罐一隔‘。

    根据《建规》和《石规》的规定，防火堤高度应高于隔堤高度不少于0.2m，至于防火隔堤的容积，《建规》和《石规》都没有明确规定。笔者认为，应与防火堤的有效容积要求一致，防火隔堤的对象是沸溢油品储罐，其容积如果太小，不能防止油品外溢，则失去了隔堤的意义。诚然，防火隔堤的有效容积是否可算至隔堤堤顶高度而无需减去0.2m高度，这点放宽，还是可以接受的。
 
防火堤的人行踏步设计（6）

   上述两部规范规定，防火堤应设人行踏步，且不应少于两处。笔者认为，防火堤内如果设隔堤，隔堤形成的每个区域内应设不少于两处人行踏步，而且，至少应有一处人行踏步设于防火堤（外堤）上，以便于火灾情况下与堤外的直接交通联系。这点往往被设计人员忽视了。
 
防火堤的密封性设计（7）

   由于防火堤的最根本目的是在油罐受破坏后临时存放事故漏油，所以对防火堤的设计有一个密封性要求，并能承受所纳油品的静压力，防火堤内的地坪和防火堤本身的选材及施工方法都应充分考虑密封性能，并要注意几个问题：

    1．严禁在防火堤上开洞；2．含油污水排水管在出防火堤处应设水封设施，雨水排水管在出防火堤处应设截止阀门；3．工艺管、泡沫管、冷却给水管等管线在穿过防火堤时，应尽可能埋地，从地坪下面穿过防火堤，以确保防火堤的严密性。当明管穿过防火堤时，必须采用非燃烧材料严密填塞。无论以哪种方式过防火堤，都应在防火堤两侧的管线上设置截止阀门。
 
防火堤对操作阀门的保护设计（8）
 
   在发生火灾时，油罐区的一些阀门是必须操作的，例如为了倒罐而开启、关闭某些输油管线阀门；为了灭火而选择开启、关闭某些泡沫管线阀门；为了供应冷却水而选择开启、关闭某些冷却管线阀门；同时关闭排出雨水的管道阀门等等。这些阀门是不应受到大火威胁的。19世纪80年代，我国浙江省某个油罐区着火，就发生过两名工人冒险在防火堤附近操作阀门而被烧至重伤的事故。又如，1983年6月鲁宁输油管线临邑首站发生大火，火势猛烈难以控制，火场指挥员立即作出关闭流向火场的原油管线的阀门的决定，而那里的阀门平常是电力控制的，当时已失效，只能人工操作。这种大型阀门，人工关闭需20分钟，最后工人们冒着生命危险，在水枪和湿棉被保护下，轮番上阵，终于关闭了阀门，对控制火势发展直至集中力量一举扑灭火灾，起了关键作用。因此，在设计中要考虑对阀门的保护。首先，这些阀门不应设置在防火堤内，而应在防火堤外，否则在火灾下人员难以接近。其次，应局部提高阀门组附近的防火堤高度，使防火堤在着火区与阀门组之间构成一道屏障。
 
防火堤的选材（9）

   《建规》和《石规》规定防火堤应采用非燃烧材料。常见的有泥土、块石、钢筋砼、粘土砖这几种材料，符合规范要求，各有优缺点：

    1． 泥土堤多见于上世纪五六十代，其截面为梯形，按规范要求，堤顶宽不应小于0.5米，以确保其稳定性。土堤的优点十分明显：经济；缺点是土方量大、占地面积大，并且需要在土堤表面种植草皮防止土壤流失。海上运输成本低。大型油库区多靠码头设置，港区寸土寸金，用地紧张；另外，在海边种植草皮难成活。因此，采用土堤并不理想。

    2． 块石堤多在靠山油库区采用，外观厚实，其优点是就地取材、经济可靠，常温下强度与密封性都比较好。其缺点是在油口着火后的高温作用下由于热膨胀和热分散作用，块石容易开裂塌落，甚至完全破坏；另外在扑救火灾时，灭火剂喷射在炽热的石材上，引起表层急剧冷却，在高温作用下岩石的CaCO3分解产物在生石灰CaO再和水化合成Ca（OH）2，加剧岩石破坏，失去防火堤作用。这个不利因素往往被设计人员忽视。

    3． 钢筋砼堤比较普通，多见于中小型油罐区，其优点是强度高，密封性好，且占地面积少；其缺点是不经济，施工较复杂，且耐高温性能差。在高温作用下，混凝土会脱水龟裂，强度和密封性都会受到影响。另外，混凝土在高温下受水枪喷射突然冷却时，其抗压强度比热态时还要低；钢筋在500℃的高温下，强度基本上丧失。根据四川消防科研所试验，在500℃的温度下，混凝土强度下降一半。常见的解决方法是在混凝土堤的内侧喷涂一种合适的防火涂料。

    4． 砖堤是一种比较理想的防火堤，其耐火性能好，在高温条件下其强度和密封性能没有明显变化，能保证火灾条件下防火堤的稳定。值得指出的是粘土砖耐急冷急热性能好，高温下射水也不容易受破坏。其缺点是造价高。为了承受所纳油品的静压力，砖堤的截面尺寸有一定的要求，多呈梯形截面，再加上基础，整个砖堤的用砖量比较大。
 
储罐区防火堤设计——结论（10）

   综上所述，各种防火堤各有优缺点。设计人员应寻找性能价格比更好的防火堤做法。笔者提出一个不成熟构思，就是“砖+土+砖”的三文治结构。具体做法是内侧砌厚240毫米砖，中间填土（截面为直角梯形），厚度可视实际情形定，这里假设上200毫米宽，下500毫米宽，外侧顺土坡砌厚60毫米砖，形成混合砖堤，堤顶压一皮砖，内、外侧及堤顶抹灰，截面仍呈直角梯形。

    这种混合砖堤具有如下优点：

    1． 耐火性能好。它具有砖堤的各项优越性能。它的耐火极限之高是无需置疑的，据《建规》附录二所示，光是厚240毫米的砖墙的耐火极限已达8小时。另外，它和砖堤一样，耐急热急冷性能好，使火灾后防火堤基本不受损，减少灾后修补的费用。

    2． 与砖堤相比，减少造价。由于堤中间填土，大大减少了用砖量。按同样体量的砖堤计算，这种混合砖堤比砖堤减少用砖量一半以上。

    3． 具有土堤一样的厚实、可靠性能。由于它具有一定的截面尺寸，所以有较好的抗剪力性能，能较好地满足“承受所纳油品静压力”要求。另外，堤顶宽度在500毫米以上，可供消防人员站立，有利于灭火。

    4． 与土堤相比，减少了占地面积，土堤的堤顶宽不应小于50毫米，则堤底宽度应在160厘米左右。这种混合砖堤的底宽只有80厘米。所以占地面积减少了一半。

     由于这种做法还没有实例，是否可行，还有待论证。