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1、储罐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120C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120C,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,
2、 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
3、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
4、要确定防火堤的长(L)、宽 弭)、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1.0mWHW1.6m;石规的规定是1.0mWHW2.2m;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
5、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 积极意义十分显着。2防火堤的长厲)、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: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;防火堤外坡基脚线至
6、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
7、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
8、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
9、,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
10、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
11、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CaC03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
12、 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500C的高温下,强度基本上丧失。根据四川消防科研所试 验,在500C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
13、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
14、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。