第三章 钢制立式储罐及其火灾场景
第一节 钢制立式储罐的结构形式
在世界范围内，钢制立式储罐早已是低倍数泡沫系统的主要应用场所。我国20世纪八九十年代，原石油部销售公司和后来原商业部的石油库中曾使用过基于氟蛋白泡沫的中倍数泡沫系统，且当时仅有武汉市某一家企业生产中倍数泡沫系统设备、安徽安庆市某一家企业生产泡沫灭火药剂。为了真实反映客观情况，作者在相关产品质量监督检测中心进行了相关查询，仅查到20世纪90年代武汉市某企业中倍数泡沫产生器的型式检验记录。随着2012年泡沫系统部件实施3C认证，两家企业均未进行产品认证。目前仅有俄罗斯还在立式油储罐上安装基于合成泡沫灭火剂的中倍数泡沫系统。作者依多年试验研究与经验认为，发泡倍数6～8的成膜类或添加氟碳表面活性剂动物蛋白类泡沫是立式甲、乙、丙类液体储罐的首选。
尽管甲、乙、丙类液体罐种类很多，但随时间推移，在役的地上罐型基本为固定顶、外浮顶、内浮顶等钢制立式储罐及少量卧式罐。立式钢制储罐遍及我国各地，基本都安装泡沫系统，且非石油、石化领域从业者一般了解较少，故对钢制立式储罐的结构形式进行介绍。涉及立式储罐工艺结构与防火要求的国家标准有《石油库设计规范》GB 50074、《石油化工企业设计防火规范》GB 50160、《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183、《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB 50341、《石油储备库设计规范》GB 50737等，上述规范已规定的内容不再赘述。
一、固定顶储罐
固定顶储罐是指罐顶周边与罐壁顶端固定连接的储罐（图3-1）。在我国实际工程中，基本采用罐顶为球面形、荷载靠罐壁周边支撑的自支撑固定顶储罐。固定顶罐的液体表面和罐顶之间为气相空间，当气相空间的甲、乙、丙类液体蒸气与空气混合浓度处于爆炸上下极限间时，遇引火源势必发生爆炸。为使发生爆炸时罐顶与罐壁的接缝处发生分离，避免罐底与罐壁处出现裂缝或破坏而造成大量的油品泄漏，固定顶储罐应采用弱顶结构，相关规范也是如此规定的。实际工程中有的采用罐顶与罐壁顶端单面焊接保障弱顶结构，也有没做弱顶结构的。受国家标准《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB 50151和《泡沫灭火系统设计规范》GB 50151—2010的约束，此类储罐容量不大于30000m3，最大直径多为48m。
图3-1 固定顶储罐
1—罐底；2—罐壁人孔；3—罐壁；4—罐顶；5—透光孔；6—呼吸阀口；7—加强圈；8—平台及盘梯
固定顶储罐分为常压储罐和操作压力低于0.1MPa的低压储罐。常压固定顶储罐在罐顶中部设有呼吸阀，以便保持罐内处于大气压下。它通常用于储存挥发性较小、闪点高于60℃的丙类液体，如轻柴油、蜡油、渣油等；当容量较小时（一般小于5000m3），也有用常压固定顶储罐储存甲、乙类液体的。因某油田用内浮顶储罐储存未稳定原油导致了翻盘，故未稳定原油也用常压固定顶储罐储存，并多设有“大罐抽气”设施。
低压储罐是用来储存低沸点、高饱和蒸气压的甲类液体，如环氧丙烷、轻烃等。低压储罐通常设有氮封，罐顶设有爆炸泄压设施。
二、外浮顶储罐
外浮顶储罐是指顶盖漂浮在所储液面上的立式圆筒形钢制储罐，如图3-2所示。外浮顶储罐按浮顶结构分为单盘（图3-3）、双盘浮顶储罐（图3-4）。
图3-2 外浮顶储罐现场照片
外浮顶储罐的浮盘底部与所储可燃液体液面直接接触，并随液面升降，其适合建造大容量储罐。产油大国沙特阿拉伯建有世界上最大的单罐容量为20×104m3的浮顶油罐，日本建有16×104m3浮顶油罐，我国分别在江苏仪征、大庆、兰州、福建和上海等地建成投产了约20座最大单罐容量为15×104m3的浮顶油罐。
图3-3 单盘式外浮顶储罐
1—导向管平台；2—导向管；3—顶部抗风圈栏杆；4—加强圈；5—抗风圈；6—转动浮梯；7—顶部平台；8—盘梯；9—量油管；10—二次密封；11—一次密封；12—刮蜡装置；13—罐壁；14—罐底；15—浮舱；16—单盘板；17—静电导出装置；18—转动浮梯轨道；19—浮顶排水装置；20—浮顶集水坑；21—浮顶支柱；22—泡沫挡板
图3-4 双盘式外浮顶储罐
1—导向管平台；2—导向管；3—顶部抗风圈栏杆；4—加强圈；5—抗风圈；6—浮顶支柱；7—紧急排水装置；8—转动扶梯轨道；9—静电导出装置；10—转动扶梯；11—顶部平台；12—盘梯；13—量油管；14—泡沫挡板；15—二次密封；16—一次密封；17—刮蜡装置；18—壁板；19—底板；20—浮顶；21—浮顶排水装置；22—浮顶集水坑
自我国从日本引进技术与材料并于1988年在原河北八三工程末站（现名为中国石油天然气股份有限公司管道秦皇岛输油气分公司）和大庆油田南三油库建造投产了4座10×104m3浮顶油罐后，加速了浮顶油罐的大型化。近十几年来，特别是在我国沿海地区以码头为依托建设了多个集储存、加工生产的大型石油化工园区，甚至有若干园区的油品总储量在1000×104m3及以上，如大连大孤山石油化工园区，规划有160座10×104m3浮顶油罐，油品与其他化工液体总量将达1800×104m3。据不完全统计，目前我国已经先后在大连、铁岭、唐山曹妃甸、天津、青岛黄岛区、宁波镇海、舟山、广西钦州、昆明、兰州、新疆哈密、独山子等地建造了超过1000座10×104m3浮顶油罐。在我国二期国家石油储备工程全部完工和三期工程及商业储备库建设的推动下，还会有若干个千万吨级的石油化工园区诞生。为我国工程建设成就自豪的同时也时刻忧虑其火灾风险，因我国大型储罐区建设设防标准低而再次发生难以承受之灾是大概率事件。
由于储罐浮顶暴露于大气中，储存的油品易被雨、雪、灰尘污染，因而多用于储存原油，也有一些储存组分油的。
三、内浮顶储罐
内浮顶储罐是指在固定顶储罐内设有浮盘的储罐，见图3-5。内浮顶储罐的浮盘形式较多，主要有钢制单盘（图3-6）、双盘、敞口隔舱式单盘及浮筒式浮盘（图3-7和图3-8）。虽然钢制单、双盘式内浮顶储罐密封性好，少见其火灾案例，但相比浮筒式等轻质浮盘内浮顶储罐，施工难度大、造价高，业主往往采用后者。1978年版的NFPA11 Standard for Low Expansion Foam Extinguishing Systems视内浮顶储罐为法拉第笼，认为不大可能着火，但随着浮筒式等轻质浮盘内浮顶储罐频繁发生爆炸火灾，且多为全液面火灾，其观点改变，规定内浮顶储罐也应设置灭火系统。
图3-5 内浮顶储罐现场照片
图3-6 单盘内浮顶储罐
1—罐底；2—罐壁人孔；3—罐壁；4—加强圈；5—盘梯；6—量油管平台；7—量油管；8—罐顶人孔；9—罐顶；10—罐顶通气孔；11—导向管；12—导向管平台；13—罐壁通气孔；14—浮顶支柱；15—泡沫挡板；16—浮顶呼吸阀；17—罐壁带芯人孔；18—罐壁带芯人孔平台梯子；19—密封装置；20—浮舱人孔；21—浮舱；22—自动通气阀；23—单盘板；24—单盘人孔；25—静电导出装置；26—透光孔
图3-7 铝浮盘内浮顶储罐图
1—罐底；2—罐壁人孔；3—罐壁；4—加强圈；5—盘梯；6—量油管平台；7—量油管；8—罐顶人孔；9—罐顶；10—罐顶通气孔；11—导向管；12—导向管平台；13—罐壁通气孔；14—铝制内浮顶；15—静电导出装置；16—透光孔
图3-8 铝浮盘储罐底部
单、双盘内浮顶储罐的浮盘与所储可燃液体液面直接接触，大大降低了物料蒸发损失，应是汽油、石脑油、煤油等轻质甲、乙类液体的首选。但在实际工程中，浮筒式等轻质浮盘内浮顶储罐被大量采用。另外，由于采用敞口隔舱式单盘无法设置泡沫系统，被某些标准限制使用。
近年来在某些国家或地区，还出现了组装式蜂窝状不锈钢浮盘，浮盘底直接漂浮在液面上。它主要由蜂窝板、支撑梁和立柱等拼装而成，蜂窝板见图3-9，其上下层不锈钢板一般仅有0.5mm厚，浮盘各部件主要采用螺丝拼接。境外某企业正通过中国大陆设计、代理单位向中国大陆推销该类浮盘，在海南省某石油库工程施工初期被作者以其不具备抗爆炸破坏能力、浮盘密封不严易造成全液面火灾，且着火后浮盘难以熔化而无法实现泡沫灭火等予以阻止。
图3-9 蜂窝板拼装图