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1前言
隨著我國原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備項(xiàng)目實(shí)施，儲(chǔ)罐發(fā)展趨于大型化。研究借鑒美國API 650《焊接鋼制石油儲(chǔ)罐》、日本JIS B8501《焊接鋼制石油儲(chǔ)罐》等國外標(biāo)準(zhǔn)中單雙盤浮頂選用、罐壁厚度、抗風(fēng)圈設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)等做法，我國已掌握15×104 m3大型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)。但近年來儲(chǔ)罐事故時(shí)有發(fā)生，例如2010年7月16日大連油庫發(fā)生火災(zāi)爆炸事故、2006年8月7日儀征輸油站油罐發(fā)生雷擊火災(zāi)事故。為了從根源上杜絕儲(chǔ)罐事故，應(yīng)持續(xù)研究國外儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于改進(jìn)我國標(biāo)準(zhǔn)，特別是美國和俄羅斯等管道行業(yè)發(fā)達(dá)國家。本文重點(diǎn)針對儲(chǔ)罐運(yùn)行管理和安全消防，選擇了美國、俄羅斯等以及美國石油學(xué)會(huì)（AmericanPetroleum Institute，API）、美國消防協(xié)會(huì)（National Fire Protection Association，NFPA）等標(biāo)準(zhǔn)化組織的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，并與我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比。研究結(jié)果對于改進(jìn)我國儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和提升儲(chǔ)罐運(yùn)行管理水平具有參考價(jià)值。
2國內(nèi)外儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)
我國儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)有GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50341-2014《立式圓筒型鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50074-2014《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50351-2014《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4080-2010《管道、儲(chǔ)罐滲漏檢測方法》等。
美國石油學(xué)會(huì)API儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)有API Std650-2013《鋼制焊接石油儲(chǔ)罐》、API Std2610-2610《轉(zhuǎn)運(yùn)油庫和儲(chǔ)罐設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工、操作、維護(hù)和檢驗(yàn)》、APIRP2016—2001（R2006）《進(jìn)入與清理儲(chǔ)油罐指南與程序》、API Std 653-2014《油罐檢驗(yàn)、修理、改造和翻建》、APIRP2021—2001（R2006）《常壓儲(chǔ)罐的滅火處理》、API RP12R1-1997（R2008）《采油用儲(chǔ)罐的安裝、維護(hù)、檢驗(yàn)、操作和維修的推薦作法》。此外，美國消防協(xié)會(huì)NFPA標(biāo)準(zhǔn)NFPA30-2012《易燃和可燃液體規(guī)范》也具有較高權(quán)威性和通用性。俄羅斯代表性儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)的是РД 153-39.4-078-2001《干線石油管道和油庫的儲(chǔ)罐的技術(shù)運(yùn)營的準(zhǔn)則》、Правила-2004《儲(chǔ)罐技術(shù)運(yùn)營規(guī)則》等。
3儲(chǔ)罐安全附件設(shè)計(jì)
3.1 儲(chǔ)罐鋼材
目前國內(nèi)浮頂罐罐壁和罐底邊緣板均使用屈服強(qiáng)度為490MPa的高強(qiáng)度鋼板，國產(chǎn)12MnNiVR鋼板和進(jìn)口SPV490Q鋼板在化學(xué)成分、力學(xué)和工藝性能等方面基本一致。低溫焊接工藝評定、消除焊后熱應(yīng)力以及提高鋼板綜合質(zhì)量穩(wěn)定性（外觀、平整度、內(nèi)應(yīng)力等）是未來發(fā)展方向。以儲(chǔ)罐鋼材設(shè)計(jì)溫度為例，國外標(biāo)準(zhǔn)比我國的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。例如，API Std650規(guī)定設(shè)計(jì)溫度應(yīng)比儲(chǔ)罐所在地區(qū)最冷日平均環(huán)境溫度高8℃，GB 50341規(guī)定設(shè)計(jì)溫度應(yīng)比儲(chǔ)罐所在地區(qū)比較低日平均溫度值高13℃。中俄原油管道通過高寒凍土地區(qū)，應(yīng)借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)提高儲(chǔ)罐鋼材設(shè)計(jì)條件。
3.2 儲(chǔ)罐液位計(jì)
一般采用浮磁式液位計(jì)結(jié)合人工檢尺的方法確定儲(chǔ)罐液位。由于儲(chǔ)罐區(qū)規(guī)模大、人工檢尺不及時(shí)，加上液位計(jì)在低溫條件下的機(jī)械故障、誤報(bào)警等原因，可能導(dǎo)致儲(chǔ)罐液位過高事故。儲(chǔ)罐液位計(jì)一般設(shè)有低液位、高液位和高-高液位開關(guān)，但僅具有報(bào)警功能。我國標(biāo)準(zhǔn)對儲(chǔ)罐是否設(shè)置冗余液位計(jì)無相關(guān)規(guī)定。例如，GB 50183規(guī)定儲(chǔ)罐液位計(jì)的高液位報(bào)警信號(hào)應(yīng)與輸油泵設(shè)定為自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)狀態(tài)，報(bào)警信號(hào)觸發(fā)緊急停泵以切斷供油。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)Правила規(guī)定儲(chǔ)罐應(yīng)至少采用2個(gè)最高液位報(bào)警器，以確保發(fā)送接收、切斷油品以及停止泵運(yùn)行的信號(hào)；浮頂罐至少安裝3個(gè)可同時(shí)工作的信號(hào)報(bào)警器，如不能滿足，則應(yīng)設(shè)置溢流設(shè)備、備用儲(chǔ)罐或泄放管道等。針對液位計(jì)冗余配置，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。針對新建儲(chǔ)罐應(yīng)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制設(shè)定儲(chǔ)罐液位聯(lián)鎖保護(hù)，確保液位計(jì)的正常工作和故障狀態(tài)下均可以準(zhǔn)確檢測儲(chǔ)罐液位數(shù)據(jù)。
3.3 儲(chǔ)罐控制閥
國外儲(chǔ)罐控制閥一般在防火堤外且為電動(dòng)閥門，而我國的儲(chǔ)罐控制閥較多位于防火堤內(nèi)且多為手動(dòng)閥門，在火災(zāi)事故狀態(tài)下難以切斷油源，進(jìn)而導(dǎo)致災(zāi)難性后果。建議我國標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定儲(chǔ)罐控制閥安裝在防火堤外部，已安裝在防火堤內(nèi)的儲(chǔ)罐緊急切斷閥，應(yīng)具備在防火堤外部操作的功能，并選用耐火耐高溫鎧裝電纜等。
3.4 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視
浮盤沉沒是浮頂罐運(yùn)行中較常見的事故，浮盤缺陷是內(nèi)因，儲(chǔ)罐操作失誤是外因。在儲(chǔ)罐操作過程中，如果能有效檢測浮盤狀態(tài)則可避免浮盤事故，但是對內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視，我國標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-078規(guī)定利用罐頂通光孔檢查內(nèi)浮盤狀況；俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)Правила規(guī)定浮頂罐浮盤上應(yīng)設(shè)置有害氣體遠(yuǎn)控報(bào)警器和浮盤高位報(bào)警器，利用通光孔查看浮盤狀況每月至少1次。該方法簡單實(shí)用，操作人員在儲(chǔ)罐日常巡護(hù)過程中即可掌握浮盤狀態(tài)，值得借鑒。
浮盤制造缺陷應(yīng)在儲(chǔ)罐建設(shè)過程中重點(diǎn)檢驗(yàn)，但對防止外浮頂下沉措施，我國標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定，美國標(biāo)準(zhǔn)API RP2016規(guī)定防止浮盤邊緣移動(dòng)、防止浮盤旋轉(zhuǎn)和浮頂支架可靠，這是保持浮盤穩(wěn)定性的基本要求。API Std 653規(guī)定了浮盤結(jié)構(gòu)完整性評定準(zhǔn)則：在任意 645.2 cm2的面積上，罐頂板平均厚度小于2.3 mm，或浮頂板或有穿孔現(xiàn)象則應(yīng)該進(jìn)行修補(bǔ)或更換。API RP2021列舉了外浮頂沉降原因，包括浮盤泄漏、機(jī)械故障、裂紋破裂或雪、雨水或消防用水重量過多等，建議借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)，制定儲(chǔ)罐浮盤穩(wěn)定性評價(jià)準(zhǔn)則，以及浮盤失效預(yù)防措施等
4 儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 消防系統(tǒng)供電方式
儲(chǔ)罐規(guī)模不斷擴(kuò)大，因此提高油庫消防系統(tǒng)應(yīng)急保障能力具有重要意義。很多油庫火災(zāi)發(fā)生之初火勢并不大，但由于供電系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致無備用動(dòng)力源的消防系統(tǒng)癱瘓，造成火災(zāi)擴(kuò)大。GB 50183規(guī)定油氣站場消防泵應(yīng)滿足一級負(fù)荷供電要求，我國油庫消防水泵和泡沫泵一般為雙路交流供電，但是邊遠(yuǎn)地區(qū)達(dá)不到一級負(fù)荷供電要求。國外使用柴油或丙烷為燃料的發(fā)電機(jī)快速啟動(dòng)消防泵的技術(shù)較成熟，規(guī)定柴油機(jī)油料儲(chǔ)備量應(yīng)滿足消防泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不低于6 h的條件，以確保發(fā)生火災(zāi)和電力中斷情況下驅(qū)動(dòng)消防泵，這對提高油庫消防系統(tǒng)應(yīng)急保障能力具有借鑒意義。
4.2 儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)相鄰儲(chǔ)罐的冷卻
GB 50183規(guī)定著火固定頂儲(chǔ)罐以及距離著火油罐罐壁1.5倍直徑范圍內(nèi)的相鄰油罐應(yīng)同時(shí)冷卻；著火浮頂罐應(yīng)冷卻，其相鄰油罐可不冷卻。國外標(biāo)準(zhǔn)對儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)相鄰儲(chǔ)罐的冷卻比較謹(jǐn)慎，儲(chǔ)罐一般不設(shè)置水噴淋冷卻系統(tǒng)，泡沫系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)側(cè)重于撲滅著火儲(chǔ)罐，僅對暴露于熱輻射中的相鄰儲(chǔ)罐進(jìn)行水冷卻，例如API RP 2021規(guī)定應(yīng)謹(jǐn)慎使用消防水量，如果火焰直接沖擊暴露的罐體或者儲(chǔ)存易燃和低閃點(diǎn)液體儲(chǔ)罐罐壁受熱，則應(yīng)對該罐立即冷卻。NFPA 30認(rèn)為，在儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，如用水冷卻臨近儲(chǔ)罐，可能會(huì)影響著火儲(chǔ)罐的滅火。目前，我國的儲(chǔ)罐組隔堤設(shè)計(jì)一般為6個(gè)（2排×3個(gè)罐，即一排3個(gè)罐排成2排，或者3排×2個(gè)罐，即一排2個(gè)罐排成3排），3個(gè)儲(chǔ)罐并排時(shí)，如果中間儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，則兩側(cè)相鄰儲(chǔ)罐均受熱輻射的影響；國外儲(chǔ)罐隔堤組設(shè)計(jì)一般為4個(gè)，此外防火堤容量、儲(chǔ)罐間距較大，儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)對相鄰儲(chǔ)罐的影響有限。
4.3 泡沫注入方式
浮頂罐發(fā)生的火災(zāi)主要是密封圈火災(zāi)，我國的儲(chǔ)罐普遍采用罐壁式泡沫滅火系統(tǒng)，這種泡沫頂部注入方式易受風(fēng)力、降雨的影響，泡沫充滿環(huán)形空間需要約9 min，對密封圈火災(zāi)很可能錯(cuò)過滅火的最佳時(shí)間。浮盤邊緣式泡沫系統(tǒng)尚未在我國普遍應(yīng)用，近年來國外研發(fā)了CFI、TankGuard、Sef等設(shè)置在浮盤邊緣的獨(dú)立的滅火單元。SY/T 6306（采標(biāo)API 2021）規(guī)定了液下注射、半液下注射以及投影式泡沫滅火3種方式。有文獻(xiàn)介紹了伊朗某油田的儲(chǔ)罐進(jìn)行的液下泡沫滅火系統(tǒng)試驗(yàn)，泡沫裝置安裝在儲(chǔ)罐底部，不易受到儲(chǔ)罐燃燒爆炸而被損壞，泡沫從中央上浮至燃燒液面，可有效冷卻原油，可以利用油罐進(jìn)出油管道作為泡沫管線，因此還可節(jié)省投資。
5儲(chǔ)罐安全設(shè)施設(shè)計(jì)
5.1 儲(chǔ)罐安全距離
對油庫與居民區(qū)、工礦企業(yè)和交通線的安全距離，國外標(biāo)準(zhǔn)比我國的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格細(xì)致，根據(jù)油品危險(xiǎn)等級和儲(chǔ)罐直徑大小確定安全距離。NFPA 30規(guī)定，操作壓力不超過17.2 kPa（表壓）的A級穩(wěn)定液體儲(chǔ)罐，距離公路最小間距為罐徑的1/2，距離重要建筑物距離為管徑的1/6；此外，還規(guī)定了操作壓力超過17.2 kPa（表壓）的A級穩(wěn)定液體儲(chǔ)罐、儲(chǔ)存具有沸溢特性的液體的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)存不穩(wěn)定液體的儲(chǔ)罐與居民區(qū)、工礦企業(yè)及交通線的安全距離（A級液體是閃點(diǎn)低于22.8 ℃、沸點(diǎn)低于37.8 ℃的液體）。GB 50074規(guī)定， 1～5級油庫距公路的最小間距為15～20 m，距離居民區(qū)及公共建筑物的最小間距為50～100 m。
對儲(chǔ)罐之間的安全距離，國外標(biāo)準(zhǔn)比我國標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格細(xì)致。 NFPA 30規(guī)定，儲(chǔ)存A級穩(wěn)定液體的儲(chǔ)罐，在罐徑不大于45 m時(shí)，儲(chǔ)罐安全距離為相鄰儲(chǔ)罐直徑之和的1/6；在罐徑大于45 m且設(shè)置事故蓄液池時(shí)，浮頂罐安全距離為相鄰儲(chǔ)罐直徑之和的1/4，固定頂安全距離為相鄰儲(chǔ)罐直徑之和的1/3。GB 50074規(guī)定，固定頂儲(chǔ)罐安全距離為0.6D，浮頂罐安全距離為0.4D（D為相鄰儲(chǔ)罐中較大儲(chǔ)罐的直徑），如果該距離大于20 m，且相鄰油罐的冷卻水量之和不小于45 L/s，則安全距離可取20 m。以15×104 m3浮頂罐安全距離為例，我國標(biāo)準(zhǔn)為32 m（特殊情況下取20 m），美國標(biāo)準(zhǔn)為40 m，二者差距較大。
針對儲(chǔ)罐安全距離，國外標(biāo)準(zhǔn)該參數(shù)遠(yuǎn)大于我國標(biāo)準(zhǔn)，但是儲(chǔ)罐規(guī)劃設(shè)計(jì)涉及站場選址、土地征用、社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等因素，建議參照國外標(biāo)準(zhǔn)，基于可接受風(fēng)險(xiǎn)等級對罐區(qū)進(jìn)行安全分析，合理確定儲(chǔ)罐間距。
5.2 防火堤有效容積
對防火堤有效容量，GB 50183規(guī)定固定頂儲(chǔ)罐的防火堤有效容積不應(yīng)小于油罐組內(nèi)一個(gè)最大油罐的容量；對浮頂罐或內(nèi)浮頂罐，防火堤有效容積不應(yīng)小于油罐組內(nèi)一個(gè)最大油罐容量的一半。API Std2610規(guī)定防火堤容量能容納可能從最大儲(chǔ)罐釋放出的最大液量，并考慮蓄水池消防液容量以及降雨量；API RP 12R1規(guī)定防火堤容積至少為最大罐密閉體積加上雨水容限量（通常為罐體積的10%）。換言之，我國標(biāo)準(zhǔn)對防火堤有效容積的規(guī)定是固定頂罐區(qū)容積為最大儲(chǔ)罐容量的100%，浮頂罐罐區(qū)容積為最大儲(chǔ)罐容量的50%；美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防火堤有效容積為最大罐罐容積的100%～110%。建議在條件允許的情況下，防火堤有效容積應(yīng)滿足1座最大儲(chǔ)罐有效容積，并考慮存儲(chǔ)雨水及消防水量。
對儲(chǔ)罐區(qū)（組）布置方式，GB 50074規(guī)定在同一個(gè)防火堤內(nèi)最多可以布置6座10×104 m3油罐，且不超過兩排。存在的問題是處于中間的兩個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對臨近油罐安全造成威脅。NFPA 30規(guī)定一個(gè)防火堤內(nèi)的大型浮頂油罐數(shù)量控制在4個(gè)，該規(guī)定可降低儲(chǔ)罐在火災(zāi)情況下的熱輻射對相鄰儲(chǔ)罐的影響，具有借鑒意義。
建議參考國外標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)增加防火堤有效容積，可考慮采取加高儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、適當(dāng)增加防火堤頂寬度、減少隔堤內(nèi)儲(chǔ)罐數(shù)量等多種措施，提高防火堤設(shè)計(jì)等級。
5.3 儲(chǔ)罐滲漏探測
我國標(biāo)準(zhǔn)對新建儲(chǔ)罐工程滲漏檢測較完善，例如SY/T 4080規(guī)定罐底板使用氣密性試漏檢查、煤油試漏檢查和真空箱法試漏檢查，缺點(diǎn)是在儲(chǔ)罐清空和通風(fēng)處理后才能進(jìn)行。儲(chǔ)罐運(yùn)行過程中的泄漏探測主要依靠人工檢尺與測量、罐周圍油氣濃度檢測等。近年來國外儲(chǔ)罐滲漏探測技術(shù)發(fā)展較快，如API Std2610列舉的滲漏檢測新技術(shù)包括聲發(fā)射、示蹤法、體積（包括質(zhì)量明顯變化）監(jiān)控以及蒸汽傳感等。其他新型的滲漏檢測方法包括感官/外觀探漏法、油膜探漏法、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)層探漏法、地基/罐基礎(chǔ)鉆孔探漏法、電阻探漏法、地質(zhì)雷達(dá)探漏法、罐基礎(chǔ)預(yù)埋檢測元件探漏法、光導(dǎo)纖維監(jiān)測法、漏油感應(yīng)電纜監(jiān)測法等。
GB 50074規(guī)定儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)宜設(shè)防滲措施，由于該條款屬于非強(qiáng)制性要求，我國較少進(jìn)行罐區(qū)防滲設(shè)計(jì)，一旦發(fā)生儲(chǔ)罐泄漏，可能導(dǎo)致環(huán)境和水體污染。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)Правила規(guī)定，應(yīng)在地表以下至少1 m地基處進(jìn)行防滲處理，在一種合成防滲膜上面加鋪一層最少150 mm厚的碎石，或者采用厚度為100 mm的混凝土材料，建議研究在新建儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)應(yīng)用俄羅斯防滲設(shè)計(jì)方法的可行性。
6 結(jié)論
綜上所述，美國和俄羅斯儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，建議我國的標(biāo)準(zhǔn)借鑒。
（1）對儲(chǔ)罐技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，國外標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格，例如儲(chǔ)罐鋼材設(shè)計(jì)溫度、儲(chǔ)罐安全距離、防火堤有效容積等，應(yīng)當(dāng)大力借鑒。
（2）對儲(chǔ)罐液位計(jì)冗余設(shè)計(jì)、儲(chǔ)罐控制閥門設(shè)置位置、儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)相鄰儲(chǔ)罐冷卻等問題，國外標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)理念更為先進(jìn)，應(yīng)該改進(jìn)我國相關(guān)規(guī)定的設(shè)計(jì)理念。
（3）對內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視、消防系統(tǒng)供電方式、儲(chǔ)罐防滲設(shè)計(jì)等問題，國外標(biāo)準(zhǔn)有相關(guān)規(guī)定或者有相應(yīng)的推薦做法，我國標(biāo)準(zhǔn)尚不明確，應(yīng)進(jìn)一步分析研究確定其適用性。
（4）近年來儲(chǔ)罐消防安全技術(shù)方興未艾，例如儲(chǔ)罐邊緣泡沫滅火系統(tǒng)、液下泡沫滅火技術(shù)、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)鉆孔探漏技術(shù)等，建議進(jìn)行采標(biāo)。