劉建平

中國石油管道公司

摘要：儲油罐區防火堤形式主要有混凝土防火堤和土筑防火堤。國內外油庫事故表明，土筑防火堤相比混凝土防火堤在事故狀態(tài)下有更好的耐火性、防滲性，因此更安全。在對比國內外技術(shù)標準的基礎上，論述了俄羅斯、北美、歐洲幾個(gè)管道公司的儲罐防火堤作法，借此建議國內儲罐在設計上應引入先進(jìn)理念，更多采用土筑防火堤。

關(guān)鍵詞：儲油罐區；混凝土防火堤；土筑防火堤；對比

儲油罐區是輸油管道的重要附屬設施，是管道企業(yè)安全管理的重要內容。防火堤是儲罐發(fā)生泄漏時(shí)，防止油品外流和火災蔓延的重要設施。防火堤主要有混凝土防火堤和土筑防火堤兩種形式。我國儲罐區通常采用混凝土防火堤，國外則通常采用安全性能更好的土筑防火堤。近年來(lái)儲罐區的幾起火災事故表明，混凝土防火堤安全性較差。有必要通過(guò)對兩種防火堤形式的比較分析，改進(jìn)我國儲罐區的防火堤形式。

1  國內標準及作法

《儲罐區防火堤設計規范》（GB50351－2014）規定：防火堤宜選用土筑防火堤，也可采用鋼筋混凝土防火堤、砌體防火堤、夾芯式防火堤，不宜采用漿砌毛石防火堤；在用地緊張和抗震設防烈度8度及以上地區宜選用鋼筋混凝土防火堤。

《石油天然氣工程設計防火規范》（GB50183－2005）規定：防火堤應使用不燃燒材料建造，首選土堤，當土源有困難時(shí)，可用磚石、鋼筋混凝土等不燃燒材料砌筑，但內側應培土或涂抹有效的防火涂料。

《石油儲備庫設計規范》（GB50737－2011）規定：在占地、土質(zhì)條件能滿(mǎn)足需要的前提下，宜選用土筑防火堤；在土筑堤無(wú)條件或困難地區，可選用其他結構形式的防火堤，但不得采用漿砌毛石結構。

《石油庫設計規范》（GB50074－2014）規定：防火堤宜采用土筑防火堤；不具備采用土筑防火堤條件的地區，可選用其他結構形式的防火堤。

《輸油管道站場(chǎng)儲罐區防火堤技術(shù)規范》（Q/SY1593－2013，中國石油天然氣集團公司企業(yè)標準）規定：防火堤應使用不燃燒材料建造。首選土堤，當條件不足時(shí)，可用磚混、鋼筋混凝土等不燃燒材料砌筑，但內側應培土。強度設計應符合GB50351的要求。

雖然我國國家標準、行業(yè)標準均規定優(yōu)先采用土筑防火堤，但是在實(shí)際應用中，由于設計理念及標準的約束性不足，土筑防火堤幾乎不被采用，仍然大量采用混凝土結構的防火堤。

2  國外標準及作法

俄羅斯東方管道公司儲油罐防火堤的結構與國內不同，為土筑防火堤（圖 1）。防火堤斷面呈梯形，采用素土夯實(shí)、鋪設防滲材料、外覆碎石而成。防火堤遵循的原則在于不僅耐液體滲透，同時(shí)能夠承受流體的完全靜壓壓頭，結構具有耐滲漏、耐液體沖擊、耐火燒、簡(jiǎn)單并維修方便等特點(diǎn)。

圖 1  俄東方管道公司儲油罐防火堤外觀(guān)

北美多數管道公司也采用土堤防滲膜結構，防火堤外鋪碎石或者草皮綠化，其遵循的原則與俄羅斯較為相似。加拿大Enbridge公司制定的企業(yè)標準《設施與儲罐溢油控制系統》規定：普遍的、合適的防火堤是坡度為3:1的土堤，且內部應采用黏土夯實(shí)；也可采用混凝土、鋼質(zhì)或其他適合的材料，其結構見(jiàn)圖 2。

圖 2  Enbridge公司典型的防火堤結構示意圖

Enbridge公司遵循其標準規定，在其輸油站場(chǎng)均設計了土筑防火堤（圖 3）。

圖 3  Enbridge公司的土筑防火堤

另外歐洲一些發(fā)達國家的油庫也經(jīng)常使用土筑防火堤。如荷蘭提姆油庫的防火堤選用土筑防火堤，防火堤外層鋪設草皮綠化（圖 4）。

圖 4  荷蘭提姆油庫的防火堤

3  存在的問(wèn)題

相比于土筑結構的防火堤，混凝土防火堤雖然具有結構強度高、造價(jià)低、用地少、抗震性能好、施工難度小等優(yōu)勢。但是從安全角度分析，混凝土防火堤耐燃燒性和密封性較土堤差，在罐區發(fā)生范圍較大和持續燃燒時(shí)，混凝土防火堤容易潰堤，發(fā)揮不了防火堤圈閉泄漏油品這一基本作用。

通過(guò)對黏土和鋼筋混凝土兩種材料的耐火性分析發(fā)現：黏土耐火溫度大于1500 ℃，在高溫條件下能保持體積的穩定性，并具有一定的機械強度，因此經(jīng)煅燒后異常堅硬。相較之下，混凝土結構在火災作用下，混凝土在升溫過(guò)程中會(huì )很快喪失強度或出現爆裂現象。在180 ℃左右時(shí)，微裂縫逐步發(fā)展、強度逐步削弱。當混凝土表面的溫度超過(guò)380 ℃時(shí)，則判定為達到耐火極限[1]。

石油庫區發(fā)生燃燒時(shí)為烴類(lèi)火災，在10 min時(shí)火焰溫度便達到1000 ℃，一般在1600 ℃以上[2]。因此，當石油庫發(fā)生火災時(shí)，高溫燃燒很容易使混凝土防火堤達到耐火極限，逐漸使其失去強度，產(chǎn)生裂隙和跨塌，從而失去防控泄漏油品的效果。

如在2010年大連“716”事故中，油品持續燃燒使混凝土結構的防火堤垮塌，部分離火場(chǎng)較遠的防火堤表層混凝土剝落，鋼筋裸露，出現裂縫（圖 5）。

圖 5 大連“716”事故被燒毀的防火堤

又如2014年我國某原油管道泄漏事故中，泄漏原油流到某鋼筋混凝土結構的橋梁底下，使橋底面混凝土脫落，鋼筋裸露下垂，欄桿上產(chǎn)生很多裂縫，使該橋成為危橋。

從國外的事故來(lái)看，2005年12月11日英國倫敦附近的邦斯菲爾德油庫發(fā)生爆炸，至14日20個(gè)油罐大火才全部被撲滅。儲罐區混凝土防火堤在火災中裂開(kāi)，而土堤耐火性強，隔離效果較好。此次事故的后續整改中，邦斯菲爾德油庫儲罐區防火堤均使用土堤加固。

總而言之，黏土的耐火能力比混凝土要高，在烴類(lèi)物質(zhì)持續燃燒的情況下能較好地維持其強度，并能承受事故壓力且不滲漏。另外，黏土防火堤不用設置伸縮縫，結構上的密封性能要比混凝土防火堤好。因此土筑防火堤的安全性比混凝土防火堤要高，在事故狀態(tài)下能更好地發(fā)揮防火堤的作用。這也是國外油罐區普遍采用土筑防火堤的原因。

4  結論及建議

（1）更新設計理念，新建油庫防火堤應優(yōu)先使用土堤

從防火堤安全性這一主要特性考慮，土堤比混凝土堤在耐火性、密封性等方面更為安全。發(fā)生火災時(shí)混凝土堤耐火性較差，一旦發(fā)生單個(gè)儲罐破裂整體泄漏并蔓延燃燒的情況，混凝土堤破裂、垮塌可能性較高，失去防火堤的基本功能。

建議設計單位、工程建設單位在油庫防火堤的實(shí)際選型過(guò)程中，要樹(shù)立安全環(huán)保第一的理念，充分考慮到混凝土防火堤在油庫火災時(shí)的不安全性，哪怕增加一些經(jīng)濟投入、增加一些用地面積，也要堅定采用土筑防火堤這種安全、可靠防火堤形式的意識。對目前已經(jīng)建設的采用混凝土防火堤的油庫，如果用地條件允許，應改造為土筑防火堤。

（2）加快對標采標，修訂防火堤相關(guān)規范

新版《儲罐區防火堤設計規范》（GB50351－2014）規定：在用地緊張地區宜選用鋼筋混凝土防火堤。這種在設計理念上突出“用地緊張”的考慮，可能制約了土堤在我國新建油庫上的大量使用。相比較加拿大Enbridge公司的標準，土堤是優(yōu)先的推薦作法，且實(shí)際工程中也均采用土堤。誠然，我國土地利用對經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的約束相對突出，但是安全性原則應該擺在更為突出的位置。

建議對《儲罐區防火堤設計規范》（GB50351－2014）《輸油管道站場(chǎng)儲罐區防火堤技術(shù)規范》（Q/SY1593－2013）等標準進(jìn)行修訂，進(jìn)一步明確強制性使用土筑防火堤的條件，取消其中關(guān)于“用地緊張”、“土質(zhì)條件”等限制土筑防火堤使用的條款，這些限制性條款的存在可能使目前一些建設單位放棄土堤轉為選用混凝土防火堤。

加拿大Enbridge管道公司企業(yè)標準《設施與儲罐溢油控制系統》非常詳細的規定了油庫及管道站場(chǎng)罐區的土筑防火堤的相關(guān)要求，包括防火堤設計形式、材料選擇、施工程序及施工圖、操作和維護要求，是一套關(guān)于防火堤建設比較先進(jìn)的標準。建議針對該標準進(jìn)行對標和采標，逐步建立一套土筑防火堤企業(yè)標準和規范，滿(mǎn)足土筑防火堤建設的要求。

參考文獻：

[1]過(guò)鎮海，時(shí)旭東. 鋼筋混凝土的高溫性能及其計算[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]儲罐區防火堤設計規范（GB50351-2014），中華人民共和國國家標準[S]. 北京：中國計劃出版社，2014：13-23.

作者：劉建平，1980年生，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生畢業(yè)，高級工程師，中國石油管道公司高級主管，從事管道完整性管理的科研及管理工作。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）