以往鉴来!英国Milford Haven港Amoco炼油厂78米直径原油储罐全液面火灾救援记录

众所周知,美国Norco Orion炼油厂储罐火灾是迄今为止发生的最大尺寸成品油罐全液面火灾。大型储罐全液面火灾扑救典范!美国Orion炼油厂汽油储罐(直径82m)救援记录而在此之前,记录在案的最大尺寸储罐火灾发生在1983年8月英国南威尔士Milford Haven港的Amoco炼油厂。与Norco案例不同,Amoco炼油厂事故涉及的罐内介质不是汽油而是原油,原油储罐火灾事故具有沸溢喷溅的风险。

Orion炼油厂事故的成功扑救堪称油罐全液面火灾事故救援的典范,Amoco炼油厂事故虽然也最终扑救成功,但在其救援处置过程暴露的诸多问题,更值得我们深思!
1983年8月30日,英国南威尔士Milford Haven港Amoco炼油厂发生火灾事故,11号储罐着火,大火持续约60个小时后才被扑灭,这是英国自二战以来最大的单个油罐火灾事故。所幸该事故未造成严重的人员伤亡。

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炼油厂基本情况 



Amoco炼油厂建成于1973年,到1983年其年产能力已增至500万吨。炼油厂内共有67个储油罐,发生火灾事故的11号储罐是一个单盘式外浮顶储罐,浮顶有24个浮舱。该储罐直径78m,高20m,罐容为94110m³,是厂内最大的储罐(当时全欧洲最大的原油储罐)。

11号储罐周边围堰高度约20in(5m),面积约16222㎡。该储罐西侧是一个馏分油罐区,有6个固定顶储罐,单罐罐容为13000m³,距离该储罐最近(约60米)的609号罐和610号罐,分别储存了4500m³真空瓦斯油和2800m³常压燃料油。距离该储罐围堰北侧防火墙约99米处有一座83m高的火炬。

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事故发生条件



Amoco炼油厂所处的威尔士沿海地区狂风天气频繁,时常会造成该厂储罐浮顶表面出现裂缝,炼油厂会定期检查并修复这些裂缝。事故发生前几天,工作人员在例行检查时发现11号储罐浮顶上出现2条裂缝,其中1条长达28㎝,同时观察到浮顶表面有原油渗出。但是在发现该隐患后的24小时内,炼油厂并未采取倒罐措施事发当日,11号储罐内存有47000吨轻质原油(闪点为38℃)。

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事故基本情况



1983年8月30日上午10时45分Amoco炼油厂催化裂化器的一台压缩机发生故障;10时50-55分,11号储罐罐顶出现火光,一名专职消防员首先发现了火情并通知了炼油厂消防队

11时05分,炼油厂消防队率先派出4名消防员以及1辆4500gal(17t)泡沫消防车、1辆32m举高消防车和1台流量为5000lpm(所有文献中均是5000gpm,但业界内存有疑问)的消防炮。为了能够将泡沫混合液喷射至罐顶,消防队将消防炮架设在举高消防车的液压升降平台上。

同时,炼油厂依据《区域炼厂互助计划》,积极协调地方消防救援组织,调集第二波救援装备,包括:20台泵、5辆举高消防车

由于11号储罐未配备固定灭火设施,浮顶上的裂缝受热进一步扩大,导致事故加剧,罐顶火焰高度达12m,过火面积达到50%,着火区域的密封装置完全被破坏,使得更多易燃蒸汽出现泄漏。

事故发生约1个小时后,罐顶大火已蔓延至整个浮顶,形成全液面火灾,现场亟需大量泡沫原液,而前期处置力量携带的泡沫原液已消耗殆尽。

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随着救援工作的持续进行,积聚在11号储罐罐顶的泡沫混合液、消防水和原油越来越多,初步估算重达700多吨,导致罐顶浮盘进一步下沉,使得更多的原油涌到了罐顶上方。

因为Amoco炼油厂只有63t的泡沫原液储备,该厂的专职消防队已无法控制储罐火势,随后由赶来的市政消防队承担了救援行动的指挥工作。

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13时31分,市政消防队指挥人员下达指令:1.在救援装备从其他炼厂调集完成之前,停止罐顶泡沫覆盖;2.对于11号罐罐壁进行全方位冷却。  

15时参与11号储罐救援的人员和装备已经增加到150人、26台泵、7辆泡沫消防车、6辆举高消防车和4台其它特种装备。

初步估算,原油的燃烧速率约300t/h,Amoco炼油厂决定对11号储罐及其相邻的609号罐和610号罐采取倒罐措施,转移罐内油品,11号储罐倒罐速率约1700t/h。在11号储罐罐壁受热膨胀状态下将该罐完全倒空似乎不切实际,而倒空相邻的两个馏分油储罐则相对容易一些。

据计算,现场需要约45000gal(244,574L)的6%泡沫原液。作为《区域炼厂互助计划》的一部分,Milford Haven港市政消防部门和其它炼厂提供了额外资源,但泡沫液的短缺仍然是主要问题;同时,当运输泡沫原液的各种商业罐车抵达时,消防员面对的是这些泡沫罐车有许多不同型号和许多非标准的接头现场的消防员在炼油厂内尽可能寻找各类转接头并进行组装,最终将泡沫原液加注到泡沫消防车内。随后,消防人员尝试使用1台消防炮灭火,但最终因为泡沫供给强度不足而失败

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23时30分(事故火灾发生12.5小时后)火焰瞬间分裂,并引发溢流(Slop Over),罐内油品溢出至罐区。

◆Slop Over:当水或泡沫混合液喷射到燃烧的重烃池上时,燃烧液体的表面会形成乳化液,并产生蒸汽,导致油品溢流,但并未出现猛烈的喷溅现象

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几分钟之后,11号储罐毫无征兆的发生了第一次"典型的喷溅"(classical boilover),瞬间产生了一个半径约90m的巨大火球,火焰整体高度达到150m。大量滚烫的原油喷涌而出,火势蔓延至罐区内。6名消防员在撤退过程中受轻伤现场大部分消防装备被烧毁,消防水带里的水受高温后沸腾并引起水带爆裂,救援行动被迫停止。由于11号储罐相对独立,距离炼油厂最近的炼化装置有915米,并且该罐周边有高达5m的围堰,此次喷溅影响程度有限。

◆ Classical Boilover:油罐着火后,火焰向液体油传热的同时,油必然也会向水传热,所以沉积在油罐罐底部的水就会不断升温。当水温达到沸点时,水就会沸腾。而浮在水面上的油品又处于蒸发、燃烧阶段。因此沸腾的水蒸气会带着蒸发燃烧的油一起沸腾,这就可能发生沸溢喷溅,即沸腾的水蒸气带着燃烧的油品向空中飞溅。

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8月31日凌晨2时10分,11号储罐发生了第二次"喷溅"(强度略轻),该罐罐壁和罐底的四个连接装置断开,燃烧的原油顺势倾泻至围堰内。受到热辐射的影响,紧邻11号储罐的2座馏分油罐罐壁的保温材料着火。

2小时之后,其中一个馏分油罐罐壁变形开裂,溢出的油蒸汽被引燃,由于消防队预先对该罐罐顶及罐壁进行了泡沫覆盖,仅30分钟内,火势就得到了有效控制并被扑灭。

在随后的4个小时,现场救援力量持续不断对11号储罐及邻近储罐进行冷却。期间,英国全国各地向炼油厂增派了大量消防设备以及泡沫原液。

8月31日8时,所需救援设备到位,包括67000gal(约305t)泡沫原液。消防队决定对11号储罐发起进攻,并同时对相邻馏分油罐喷射泡沫液,以预防火势进一步蔓延

消防队从三个方向开始进攻,先使用3台消防炮控制罐区流淌火,以便救援力量能够靠近并且尽力将流淌火与11号储罐分隔开来。随后,消防队布置了4台大功率消防炮,对11号储罐同一位置喷射泡沫

9时15分,11号储罐围堰内火势开始得到有效控制。

14时,11号储罐罐区流淌火被扑灭,并且形成了较好的泡沫覆盖。

15时左右,11号储罐火势开始减弱,但是罐顶的泡沫覆盖层还在因为热量而不断瓦解。此时,储罐顶部只剩下3个隐蔽火点。

9月1日凌晨2时,因为泡沫液再次耗尽,而此时又开始刮风,11储罐罐顶泡沫覆盖失效加剧,火势再次蔓延至整个罐顶表面,形成全液面火灾。

9月1日8时,在泡沫原液得到补充之后,消防队再次使用3台消防炮重新对11号储罐开展进攻。另外,现场指挥员还调集了一台吊机,将泡沫炮吊至高点位,增加泡沫覆盖量。


10时,11号储罐火势开始得到控制。

15时左右11号储罐火焰强度明显减弱,但是罐壁的高温使泡沫无法形成完整覆盖。消防队在随后的数个小时持续采取喷射措施,保持泡沫覆盖,确保不会发生复燃。

此次救援行动总共调集了150名消防员、50台泡沫消防车、44台消防泵、6辆举高消防车、14辆泡沫供给车以及66辆商用泡沫罐车。用时约60个小时,消耗765吨泡沫原液(含3%和6%两种类型)。


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事故后果



Amoco炼油厂11号储罐被完全烧毁,相邻的馏分油储罐严重受损,损失了17800吨原油。估计这起事故造成的经济损失约为1000万英镑。
在第一次“喷溅”发生时,6名消防员受到轻伤,其中1名送医治疗。

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事故原因



造成这次事故的因素有两个:

■ 11号储罐原油从罐顶裂缝处渗漏,在浮顶形成易燃蒸汽;

■ 由于催化裂化器的压缩机发生故障,带火星的焦炭颗粒从83m高的火炬飘落至11号储罐罐顶上,从而引燃了罐顶积聚的易燃蒸汽。


灭火救援行动中遇到的问题:

■ 储罐未安装固定灭火装置(喷淋系统,泡沫发生装置等),致使火灾在初期没有得到迅速控制,火势蔓延。
■ 由于密封圈火灾是炼油厂在制定事故预案时的主要事故场景,因此预案中所要求的泡沫原液储量仅够用于扑救密封圈火灾,使得救援的前12小时内,行动效率低下。
■ 11号储罐罐顶表面积为4778㎡,高20m,导致炼油厂配备的较多消防装备很难直接打至罐顶。
■ 强烈的热辐射导致:
    - 消防装备数次被烧毁
    - 第一次总攻时喷射在11号储罐罐顶的泡沫覆盖层失效
    - 在艰难的救援条件下,消防员无法长时间处于救火前线
■ 11号储罐的金属罐壁破裂变形后,两次出现若干处隐蔽火点,难以接近和扑救,消防员不得不利用炼油厂升降平台搭载消防炮来喷射泡沫。
■ 消防泵和现场的泡沫罐车之间的接头不匹配,迫使消防人员在现场重新寻找、组装一个新的接头。
在这次救援行动中遇到的这些困难造成储罐灭火行动延迟,导致在油罐中形成热区,该热区逐渐传递至油罐底部的排空水层,从而导致沸溢喷溅


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经验教训



炼油厂储罐浮顶开裂和压缩机故障等反复出现的问题导致的大火,凸显了企业在管理和技术方面的几个问题:

1. 现场设计
  • 储罐上应配置固定消防装置,便于前期开展救援行动。泡沫发生器可扑灭密封圈火灾,固定喷淋系统可以防止储罐的部分变形和卷曲。固定式和移动式消防装备必须与现场的配置型号相适应。
  • 应配备足够的泡沫原液库存以应对重大事故,配备适合全液面火灾的大流量灭火装置
  • 考虑到连带效应(cascade effects),应进行详尽的风险分析,考虑到各类事故发生的场景(例如,浮顶起火)。
  • Amoco炼油厂位于偏远港口,应将资源的远距离运送问题编入应急预案中。
  • 应针对性研究大型油品存储区域所存在的优势和不足,包括相应的围堰的面积与容积。
  • 应提前考虑、调整火炬与其它设施之间的距离,尤其是要根据当地的气象情况。

2. 现场管理
  • 当发现或检测到故障时,要考虑到任何情况恶化所带来的风险,并规划出面对或克服危机的措施,应优先考虑安排紧急维修作业,而不是等待依据定期维修计划。
  • 应根据火炬使用情况调整其清理频率,以避免焦炭颗粒飘落到炼油厂的其它设施上。
  • 应针对炼油厂在应急管理方面的各类问题进行复盘,无论是正面的还是负面的。


3. 救援行动
  • 应针对这种极端事故场景进行消防演练,明确规定救援行动中操作人员和公共机构的责任。
  • 应权衡在资源有限的情况下,开展快速救援行动与等待外部资源发动大规模攻击,两者之间的利弊。