劉建平

中國石油管道公司

摘要：儲油罐區(qū)防火堤形式主要有混凝土防火堤和土筑防火堤。國內(nèi)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(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，論述了俄羅斯、北美、歐洲幾個管道公司的儲罐防火堤作法，借此建議國內(nèi)儲罐在設(shè)計上應(yīng)引入先進(jìn)理念，更多采用土筑防火堤。

關(guān)鍵詞：儲油罐區(qū)；混凝土防火堤；土筑防火堤；對比

儲油罐區(qū)是輸油管道的重要附屬設(shè)施，是管道企業(yè)安全管理的重要內(nèi)容。防火堤是儲罐發(fā)生泄漏時，防止油品外流和火災(zāi)蔓延的重要設(shè)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(qū)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。近年來儲罐區(qū)的幾起火災(zāi)事故表明，混凝土防火堤安全性較差。有必要通過對兩種防火堤形式的比較分析，改進(jìn)我國儲罐區(qū)的防火堤形式。

1  國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及作法

《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》（GB50351－2014）規(guī)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(shè)防烈度8度及以上地區(qū)宜選用鋼筋混凝土防火堤。

《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》（GB50183－2005）規(guī)定：防火堤應(yīng)使用不燃燒材料建造，首選土堤，當(dāng)土源有困難時，可用磚石、鋼筋混凝土等不燃燒材料砌筑，但內(nèi)側(cè)應(yīng)培土或涂抹有效的防火涂料。

《石油儲備庫設(shè)計規(guī)范》（GB50737－2011）規(guī)定：在占地、土質(zhì)條件能滿足需要的前提下，宜選用土筑防火堤；在土筑堤無條件或困難地區(qū)，可選用其他結(jié)構(gòu)形式的防火堤，但不得采用漿砌毛石結(jié)構(gòu)。

《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB50074－2014）規(guī)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(qū)，可選用其他結(jié)構(gòu)形式的防火堤。

《輸油管道站場儲罐區(qū)防火堤技術(shù)規(guī)范》（Q/SY1593－2013，中國石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定：防火堤應(yīng)使用不燃燒材料建造。首選土堤，當(dāng)條件不足時，可用磚混、鋼筋混凝土等不燃燒材料砌筑，但內(nèi)側(cè)應(yīng)培土。強度設(shè)計應(yīng)符合GB50351的要求。

雖然我國國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定優(yōu)先采用土筑防火堤，但是在實際應(yīng)用中，由于設(shè)計理念及標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的防火堤。

2  國外標(biāo)準(zhǔn)及作法

俄羅斯東方管道公司儲油罐防火堤的結(jié)構(gòu)與國內(nèi)不同，為土筑防火堤（圖 1）。防火堤斷面呈梯形，采用素土夯實、鋪設(shè)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，同時能夠承受流體的完全靜壓壓頭，結(jié)構(gòu)具有耐滲漏、耐液體沖擊、耐火燒、簡單并維修方便等特點。

圖 1  俄東方管道公司儲油罐防火堤外觀

北美多數(shù)管道公司也采用土堤防滲膜結(jié)構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)《設(shè)施與儲罐溢油控制系統(tǒng)》規(guī)定：普遍的、合適的防火堤是坡度為3:1的土堤，且內(nèi)部應(yīng)采用黏土夯實；也可采用混凝土、鋼質(zhì)或其他適合的材料，其結(jié)構(gòu)見圖 2。

圖 2  Enbridge公司典型的防火堤結(jié)構(gòu)示意圖

Enbridge公司遵循其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在其輸油站場均設(shè)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(dá)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(shè)草皮綠化（圖 4）。

圖 4  荷蘭提姆油庫的防火堤

3  存在的問題

相比于土筑結(jié)構(gòu)的防火堤，混凝土防火堤雖然具有結(jié)構(gòu)強度高、造價低、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(qū)發(fā)生范圍較大和持續(xù)燃燒時，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。

通過對黏土和鋼筋混凝土兩種材料的耐火性分析發(fā)現(xiàn)：黏土耐火溫度大于1500 ℃，在高溫條件下能保持體積的穩(wěn)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(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下，混凝土在升溫過程中會很快喪失強度或出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。在180 ℃左右時，微裂縫逐步發(fā)展、強度逐步削弱。當(dāng)混凝土表面的溫度超過380 ℃時，則判定為達(dá)到耐火極限[1]。

石油庫區(qū)發(fā)生燃燒時為烴類火災(zāi)，在10 min時火焰溫度便達(dá)到1000 ℃，一般在1600 ℃以上[2]。因此，當(dāng)石油庫發(fā)生火災(zāi)時，高溫燃燒很容易使混凝土防火堤達(dá)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(xù)燃燒使混凝土結(jié)構(gòu)的防火堤垮塌，部分離火場較遠(yuǎn)的防火堤表層混凝土剝落，鋼筋裸露，出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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個油罐大火才全部被撲滅。儲罐區(qū)混凝土防火堤在火災(zāi)中裂開，而土堤耐火性強，隔離效果較好。此次事故的后續(xù)整改中，邦斯菲爾德油庫儲罐區(qū)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，在烴類物質(zhì)持續(xù)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(shè)置伸縮縫，結(jié)構(gòu)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(qū)普遍采用土筑防火堤的原因。

4  結(jié)論及建議

（1）更新設(shè)計理念，新建油庫防火堤應(yīng)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(zāi)時混凝土堤耐火性較差，一旦發(fā)生單個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(shè)計單位、工程建設(shè)單位在油庫防火堤的實際選型過程中，要樹立安全環(huán)保第一的理念，充分考慮到混凝土防火堤在油庫火災(zāi)時的不安全性，哪怕增加一些經(jīng)濟(jì)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(shè)的采用混凝土防火堤的油庫，如果用地條件允許，應(yīng)改造為土筑防火堤。

（2）加快對標(biāo)采標(biāo)，修訂防火堤相關(guān)規(guī)范

新版《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》（GB50351－2014）規(guī)定：在用地緊張地區(qū)宜選用鋼筋混凝土防火堤。這種在設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，土堤是優(yōu)先的推薦作法，且實際工程中也均采用土堤。誠然，我國土地利用對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的約束相對突出，但是安全性原則應(yīng)該擺在更為突出的位置。

建議對《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》（GB50351－2014）《輸油管道站場儲罐區(qū)防火堤技術(shù)規(guī)范》（Q/SY1593－2013）等標(biāo)準(zhǔn)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(shè)單位放棄土堤轉(zhuǎn)為選用混凝土防火堤。

加拿大Enbridge管道公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《設(shè)施與儲罐溢油控制系統(tǒng)》非常詳細(xì)的規(guī)定了油庫及管道站場罐區(qū)的土筑防火堤的相關(guān)要求，包括防火堤設(shè)計形式、材料選擇、施工程序及施工圖、操作和維護(hù)要求，是一套關(guān)于防火堤建設(shè)比較先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。建議針對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對標(biāo)和采標(biāo)，逐步建立一套土筑防火堤企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，滿足土筑防火堤建設(shè)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]過鎮(zhèn)海，時旭東. 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(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范（GB50351-2014），中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)[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(hù)》2018年第2期（總第39期）