贮罐火灾爆炸事故分析

引言

    石油精制和石油化工等企业，为使生产能够很好地连续进行，均建有大型贮罐群，以贮存原料、中间产品和成品，由于被贮存的物质皆为可燃性物质，因此火灾爆炸事故时有发生。如，座落于加拿大蒙特利尔市的一个石油化工厂，曾发生了一起可燃性物质贮罐群火灾爆炸事故。在事故的前一天，一个容积为5000桶的丁烷球罐液面计出现了故障，然而并未察觉，如此持续了24h以上，导致液位上升，丁烷液体从球罐顶部通气孔溢出，流入该球罐的另外两个大型丁烷球罐的公共防液堤内。由于液体丁烷的沸点为-1.1℃，此时环境温度为-6.7℃，因此大量的液化丁烷积聚在防液堤内，液体丁烷不断气化，所形成的可燃性气体浓度不断升高，很快就达到了爆炸下限浓度值，当可燃性气体扩散到距离该球罐180m的供油区时，被供油区内的明火火源点燃，因此火灾瞬时由供油区引入防液堤内，形成熊熊大火，并对该防液堤内的装有液化丁烷的三个大型球罐进行猛烈加热。大约过了30min后，一个球罐顶部出现了两条裂缝，又过了30min，另外两个丁烷球罐就发生了大爆炸，约有2万桶液化丁烷猛裂燃烧，形成更大的火灾，火焰高达1600m以上。由于爆炸力极强，球罐碎片飞出范围很大，击中附近许多贮罐、配管和建筑设施，造成二次性事故，其中有一根长9m的球罐支柱竟飞出350m，击中主变电室，毁坏了变电设备，造成大半个蒙特利尔市停电，数栋建筑物因火灾爆炸事故引起电路故障而起火。另外，由于炸片击中容积为38000桶热原油贮罐（内存9000桶热原油）、容积为30000桶汽油贮罐（内存15000桶汽油）和容积为80000桶原油贮罐（内存10000桶原油），导致这三个大型贮罐内部爆炸，罐顶冲天飞起。这3个贮罐距离液化丁烷球罐的距离分别为180m、45m和150m。该石油化工厂消防队在附近工厂消防队和社会公共消防队的援助下，经24h的努力，控制住了火势，又经过24h才将火灾完全扑灭。本次事故的经济损失约1183万美元。

　　2 贮罐火灾爆炸事故属恶性事故，由此导致设备设施严重毁坏、生产被迫中断、物料被烧尽、环境遭污染、经济损失巨大，还可有造成重大人员伤亡。因此，火灾爆炸事故是可怕的，但更为可怕的是人们对已经发生的事故不能够真正地正确对待，因而也就不能够很好地吸取教训，由此可能导致同类事故重演。对于已经发生的事故，必须认真调查、科学分析，务必查出事故原因，对此采取有效措施，防止类似事故再次发生。火灾爆炸事故的发生，必须同时满足三个条件，即：一是可燃性气体浓度达到爆炸下限值。这是形成火灾的物质基础，只有可燃性气体浓度达到爆炸下限值后，才能形成火灾，否则火灾因无物质基础而不能发生；二是要有点火源。点火源的种类较多，如明火、静电火花、电器仪表、电力设备的启停电火花、撞击火花、特殊物质自燃发火、高温物体、放热化学反应等。只有存在点火源，并在点火源的作用下，才有可能将已经达到爆炸下限浓度值的可燃性气体点燃形成火灾；三是助燃剂的存在。助燃剂是保障点火源将可燃性物质点燃并维持燃烧的一种物质，在人类生存的空间中，空气无处不有，而空气中的氧就是极为丰富的助燃剂。若无助燃剂，则燃料无法燃烧，也就不能形成火灾。当可燃性气体浓度达到爆炸下限值后，在助燃剂（空气）的作用下，点火源即将可燃性气体点燃并形成火灾，若燃烧猛烈，则出现爆炸，分析查找火灾爆炸事故原因，通常都是从可燃性物质的来源、点火源的存在和助燃剂的存在三个方面着手分析查找。现以一起火灾爆炸事故案例分析为例说明，由此事故案例分析，或许会得到一些启示和帮助。

事故案例分析

    1事故经过

　　 日本三菱石油公司石岛炼油厂的一个吹制沥青贮罐曾发生了一起火灾爆炸事故，经消防队1h的努力，火灾即被扑灭。此次事故造成贮罐破裂毁坏，540m3吹制沥青被烧尽，经济损失约1500万日元。

　　2事故原因分析

　　 事故发生后，除对现场的操作、运行和管理状况进行了详细调查外，还进行了各种必要的检查、分析、测定工作，据此对事故原因进行全面分析。

　　（1） 点火源分析

　　火灾成因之一是必须要有点火源，那么本次事故的点火源来自何处？为此，在贮存有同种沥青的三个非受灾贮罐顶板内侧附近的集积物中取了六个样品，经测试，这些样品在空气存在下，在200℃时开始氧化分解生成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等气体。另外，国外文献亦谈到这种样品在空气中190℃时能够发生放热化学反应。根据受灾贮罐沥青温度为228℃，初步推断该贮罐上部气相部分和罐顶板温度约200-210℃。另据分析，贮罐内沥青含氧量仅为0.51%（wt%），而罐顶内侧附近的集积物氧含量高达20%（wt%），这说明贮罐顶板内侧附近的集积物在周围条件下，进行氧化放热反应的可能性极大。根据文献介绍和试验测试的结果，可以认为：受灾贮罐顶板内附近的集积物，在周围条件和温度下发生缓慢的氧化放热反应，热量不断积累，最后达到自燃温度而成为点火源。

　　经对同类贮罐顶板内侧附着物进行伦琴射线衍射分析，未发现硫化铁物质，因此基本上可以排除由于硫化铁自燃发火而形成点火源的可能性。

　　受灾贮罐及配管系统，采用电加热和热油循环方案，经推算可知，罐内电荷密度约

　　10-9库仑/m3，沥青液面电位约300V，这样的数量远未达到静电放电水平，因此可以排除存在静电火花而成为点火源的可能性。

　　在发生事故的当天，未在受灾贮罐顶面上进行任何作业，因此可排除由于施工造成金属物件互相撞击或落地而产生撞击火花的存在；另外，受灾贮罐付油时引起负压，造成贮罐破裂而相互磨擦产生火花的可能性，根据查看断口处无磨擦痕迹，因此可以排除；受灾贮罐周围80m范围内未使用明火，故明火火源亦可排除。

　　综上所述，可以认为：引起火灾爆炸事故的点火源，是由于吹制沥青中的轻质成分在228℃的环境温度下不断挥发，并长期集积于贮罐顶内侧附近，与周围空气中的氧发生氧化放热反应，热量逐渐积累，最后达到自燃温度而成为点火源。

　　（2） 可燃性物质分析

　　 火灾成因之二是必须要有可燃性物质，而且其浓度要达到爆炸下限值，本次事故的可燃性物质来自何处？为此，对同类贮罐顶板内侧附近的集积物样品，在空气环境下加热，在达到一定温度时，样品即被点燃，火焰逐渐扩大。因此，只要存在点火源，则贮罐顶板内侧附近的集积物就成为火灾的可燃性物质。

　　贮罐内吹制沥青的燃烧。吹制沥青在贮罐内的贮存温度为228℃，根据试验测定，吹制沥青的燃点347℃，因此吹制沥青在点火源的作用下直接燃烧并引起贮罐爆炸是不可能的。而是在其它可燃性物质燃烧时，将贮罐液面附近的吹制沥青加热至347℃以上而引起燃烧，即二次燃烧。

　　热油泄漏。事故发生后，在受灾贮罐内取固化沥青样品进行分析，未发现热油成分；另外，经对受灾贮罐底部的加热管进行检查，亦未发现破裂漏油现象；经对吹制沥青生产装置中的原料和产品热交换器进行检查，同样未发现漏油现象。因此，由于热油漏入而成为火灾的可燃性物质可以排除。

　　综上所述可认为：本次事故的可燃性和物质是受灾贮罐顶板附近的集积物在点火源作用下被引燃，火焰逐渐扩大，进而将贮罐内液面附近的沥青加热到燃烧温度以上，导致沥青着火。

　　（3）助燃剂分析

　　吹制沥青贮罐未采取特殊气体保护，贮罐内上部气相部分为空气，氧含量为21%，因此本次吹制沥青贮罐火灾爆炸事故起因中的助燃剂为贮罐上部气相中的氧气。

　　本次火灾爆炸事故原因结论：贮罐内吹制沥青中的轻质组分不断挥发，被集积在贮罐顶板内侧附近，其浓度逐渐增加，并达到了爆炸下限值。此类集积物和所处气相环境中的氧气发生氧化放热反应，由于热发生速度大于热逸散速度，因此热量不断积累，最后达到点火温度而成为点火源，并点燃了浓度达到了爆炸下限值的集积物，火焰逐渐扩大，进而将贮罐液面附近的吹制沥青加热至燃烧温度，导致大量沥青着火，从而使贮罐内压力急剧升高，造成贮罐变形，当超过极限强度后即发生贮罐爆炸。沥青外溢，在周围大气中氧气的助燃下，酿成更大的火灾。

　　3事故防止措施

　　为了防止此类火灾爆炸事故再次发生，该厂根据本次事故发生的原因，在原有管理办法基础上，增加了如下新的防范措施。

　　（1）对于吹制沥青贮罐，增加氮气保护措施，对送入贮罐内的氮气流量进行控制，以保持贮罐内上部气相部分的氧含量在3%～7%，使助燃剂量少浓度低而不能形成火灾爆炸事故；另外，规定定期检测贮罐顶板内附近的可燃性气体浓度（集积物浓度），以防止可燃性气体浓度达到爆炸下限值，以此使火灾爆炸事故不能够发生；对贮罐顶板温度进行检测，以监视顶板内侧附近的温度状态，以防止贮罐顶板内侧附近温度达到点火温度，即消灭点火源，以此使火灾爆炸事故不能发生。

　　（2）将贮罐贮存吹制沥青的温度，由原来的228℃再降低10-15℃，使氧化放热反应难于进行，以此消除点火源。

　　（3）修改贮罐管理标准；在贮罐开放清洗时，对顶板内侧认真查看和处理，尤其要防止硫化铁等自燃物质的出现和残留，杜绝由此种物质形成点火源；采取措施，防止贮罐底板周沿受雨水侵蚀和其它腐蚀，以防腐蚀导致泄漏。

　　 (4)在修订原标准的同时，加强对作业者进行安全教育和新标准的教育。