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1前言
隨著我國原油戰(zhàn)略儲備項目實施，儲罐發(fā)展趨于大型化。研究借鑒美國API 650《焊接鋼制石油儲罐》、日本JIS B8501《焊接鋼制石油儲罐》等國外標準中單雙盤浮頂選用、罐壁厚度、抗風圈設計和抗震設計等做法，我國已掌握15×104 m3大型儲罐的設計建設技術。但近年來儲罐事故時有發(fā)生，例如2010年7月16日大連油庫發(fā)生火災爆炸事故、2006年8月7日儀征輸油站油罐發(fā)生雷擊火災事故。為了從根源上杜絕儲罐事故，應持續(xù)研究國外儲罐設計和運行標準的先進經驗，應用于改進我國標準，特別是美國和俄羅斯等管道行業(yè)發(fā)達國家。本文重點針對儲罐運行管理和安全消防，選擇了美國、俄羅斯等以及美國石油學會（AmericanPetroleum Institute，API）、美國消防協(xié)會（National Fire Protection Association，NFPA）等標準化組織的儲罐設計和運行標準，并與我國的相關標準進行了對比。研究結果對于改進我國儲罐設計標準和提升儲罐運行管理水平具有參考價值。
2國內外儲罐設計和運行標準
我國儲罐設計和運行標準有GB 50183-2004《石油天然氣工程設計規(guī)范》、GB 50341-2014《立式圓筒型鋼制焊接油罐設計規(guī)范》、GB 50074-2014《石油庫設計規(guī)范》、GB 50351-2014《儲罐區(qū)防火堤設計規(guī)范》，行業(yè)標準SY/T 4080-2010《管道、儲罐滲漏檢測方法》等。
美國石油學會API儲罐標準有API Std650-2013《鋼制焊接石油儲罐》、API Std2610-2610《轉運油庫和儲罐設施的設計、施工、操作、維護和檢驗》、APIRP2016—2001（R2006）《進入與清理儲油罐指南與程序》、API Std 653-2014《油罐檢驗、修理、改造和翻建》、APIRP2021—2001（R2006）《常壓儲罐的滅火處理》、API RP12R1-1997（R2008）《采油用儲罐的安裝、維護、檢驗、操作和維修的推薦作法》。此外，美國消防協(xié)會NFPA標準NFPA30-2012《易燃和可燃液體規(guī)范》也具有較高權威性和通用性。俄羅斯代表性儲罐標準的是РД 153-39.4-078-2001《干線石油管道和油庫的儲罐的技術運營的準則》、Правила-2004《儲罐技術運營規(guī)則》等。
3儲罐安全附件設計
3.1 儲罐鋼材
目前國內浮頂罐罐壁和罐底邊緣板均使用屈服強度為490MPa的高強度鋼板，國產12MnNiVR鋼板和進口SPV490Q鋼板在化學成分、力學和工藝性能等方面基本一致。低溫焊接工藝評定、消除焊后熱應力以及提高鋼板綜合質量穩(wěn)定性（外觀、平整度、內應力等）是未來發(fā)展方向。以儲罐鋼材設計溫度為例，國外標準比我國的標準更為嚴格。例如，API Std650規(guī)定設計溫度應比儲罐所在地區(qū)最冷日平均環(huán)境溫度高8℃，GB 50341規(guī)定設計溫度應比儲罐所在地區(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)，應借鑒國外標準提高儲罐鋼材設計條件。
3.2 儲罐液位計
一般采用浮磁式液位計結合人工檢尺的方法確定儲罐液位。由于儲罐區(qū)規(guī)模大、人工檢尺不及時，加上液位計在低溫條件下的機械故障、誤報警等原因，可能導致儲罐液位過高事故。儲罐液位計一般設有低液位、高液位和高-高液位開關，但僅具有報警功能。我國標準對儲罐是否設置冗余液位計無相關規(guī)定。例如，GB 50183規(guī)定儲罐液位計的高液位報警信號應與輸油泵設定為自動聯(lián)鎖保護狀態(tài)，報警信號觸發(fā)緊急停泵以切斷供油。俄羅斯標準Правила規(guī)定儲罐應至少采用2個最高液位報警器，以確保發(fā)送接收、切斷油品以及停止泵運行的信號；浮頂罐至少安裝3個可同時工作的信號報警器，如不能滿足，則應設置溢流設備、備用儲罐或泄放管道等。針對液位計冗余配置，俄羅斯標準更為嚴格。針對新建儲罐應借鑒俄羅斯標準，強制設定儲罐液位聯(lián)鎖保護，確保液位計的正常工作和故障狀態(tài)下均可以準確檢測儲罐液位數(shù)據(jù)。
3.3 儲罐控制閥
國外儲罐控制閥一般在防火堤外且為電動閥門，而我國的儲罐控制閥較多位于防火堤內且多為手動閥門，在火災事故狀態(tài)下難以切斷油源，進而導致災難性后果。建議我國標準明確規(guī)定儲罐控制閥安裝在防火堤外部，已安裝在防火堤內的儲罐緊急切斷閥，應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 內浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視
浮盤沉沒是浮頂罐運行中較常見的事故，浮盤缺陷是內因，儲罐操作失誤是外因。在儲罐操作過程中，如果能有效檢測浮盤狀態(tài)則可避免浮盤事故，但是對內浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視，我國標準無規(guī)定。俄羅斯標準РД 153-39.4-078規(guī)定利用罐頂通光孔檢查內浮盤狀況；俄羅斯標準Правила規(guī)定浮頂罐浮盤上應設置有害氣體遠控報警器和浮盤高位報警器，利用通光孔查看浮盤狀況每月至少1次。該方法簡單實用，操作人員在儲罐日常巡護過程中即可掌握浮盤狀態(tài)，值得借鑒。
浮盤制造缺陷應在儲罐建設過程中重點檢驗，但對防止外浮頂下沉措施，我國標準無規(guī)定，美國標準API RP2016規(guī)定防止浮盤邊緣移動、防止浮盤旋轉和浮頂支架可靠，這是保持浮盤穩(wěn)定性的基本要求。API Std 653規(guī)定了浮盤結構完整性評定準則：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)象則應該進行修補或更換。API RP2021列舉了外浮頂沉降原因，包括浮盤泄漏、機械故障、裂紋破裂或雪、雨水或消防用水重量過多等，建議借鑒美國標準，制定儲罐浮盤穩(wěn)定性評價準則，以及浮盤失效預防措施等
4 儲罐消防系統(tǒng)設計
4.1 消防系統(tǒng)供電方式
儲罐規(guī)模不斷擴大，因此提高油庫消防系統(tǒng)應急保障能力具有重要意義。很多油庫火災發(fā)生之初火勢并不大，但由于供電系統(tǒng)遭到破壞，導致無備用動力源的消防系統(tǒng)癱瘓，造成火災擴大。GB 50183規(guī)定油氣站場消防泵應滿足一級負荷供電要求，我國油庫消防水泵和泡沫泵一般為雙路交流供電，但是邊遠地區(qū)達不到一級負荷供電要求。國外使用柴油或丙烷為燃料的發(fā)電機快速啟動消防泵的技術較成熟，規(guī)定柴油機油料儲備量應滿足消防泵連續(xù)運轉時間不低于6 h的條件，以確保發(fā)生火災和電力中斷情況下驅動消防泵，這對提高油庫消防系統(tǒng)應急保障能力具有借鑒意義。
4.2 儲罐發(fā)生火災時相鄰儲罐的冷卻
GB 50183規(guī)定著火固定頂儲罐以及距離著火油罐罐壁1.5倍直徑范圍內的相鄰油罐應同時冷卻；著火浮頂罐應冷卻，其相鄰油罐可不冷卻。國外標準對儲罐發(fā)生火災時相鄰儲罐的冷卻比較謹慎，儲罐一般不設置水噴淋冷卻系統(tǒng)，泡沫系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)的應急響應側重于撲滅著火儲罐，僅對暴露于熱輻射中的相鄰儲罐進行水冷卻，例如API RP 2021規(guī)定應謹慎使用消防水量，如果火焰直接沖擊暴露的罐體或者儲存易燃和低閃點液體儲罐罐壁受熱，則應對該罐立即冷卻。NFPA 30認為，在儲罐發(fā)生火災時，如用水冷卻臨近儲罐，可能會影響著火儲罐的滅火。目前，我國的儲罐組隔堤設計一般為6個（2排×3個罐，即一排3個罐排成2排，或者3排×2個罐，即一排2個罐排成3排），3個儲罐并排時，如果中間儲罐發(fā)生火災，則兩側相鄰儲罐均受熱輻射的影響；國外儲罐隔堤組設計一般為4個，此外防火堤容量、儲罐間距較大，儲罐發(fā)生火災時對相鄰儲罐的影響有限。
4.3 泡沫注入方式
浮頂罐發(fā)生的火災主要是密封圈火災，我國的儲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，對密封圈火災很可能錯過滅火的最佳時間。浮盤邊緣式泡沫系統(tǒng)尚未在我國普遍應用，近年來國外研發(fā)了CFI、TankGuard、Sef等設置在浮盤邊緣的獨立的滅火單元。SY/T 6306（采標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。有文獻介紹了伊朗某油田的儲罐進行的液下泡沫滅火系統(tǒng)試驗，泡沫裝置安裝在儲罐底部，不易受到儲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，可以利用油罐進出油管道作為泡沫管線，因此還可節(jié)省投資。
5儲罐安全設施設計
5.1 儲罐安全距離
對油庫與居民區(qū)、工礦企業(yè)和交通線的安全距離，國外標準比我國的標準更為嚴格細致，根據(jù)油品危險等級和儲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)定液體儲罐、儲存具有沸溢特性的液體的儲罐、儲存不穩(wěn)定液體的儲罐與居民區(qū)、工礦企業(yè)及交通線的安全距離（A級液體是閃點低于22.8 ℃、沸點低于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。
對儲罐之間的安全距離，國外標準比我國標準更為嚴格細致。 NFPA 30規(guī)定，儲存A級穩(wěn)定液體的儲罐，在罐徑不大于45 m時，儲罐安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/6；在罐徑大于45 m且設置事故蓄液池時，浮頂罐安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/4，固定頂安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/3。GB 50074規(guī)定，固定頂儲罐安全距離為0.6D，浮頂罐安全距離為0.4D（D為相鄰儲罐中較大儲罐的直徑），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，我國標準為32 m（特殊情況下取20 m），美國標準為40 m，二者差距較大。
針對儲罐安全距離，國外標準該參數(shù)遠大于我國標準，但是儲罐規(guī)劃設計涉及站場選址、土地征用、社會環(huán)境、經濟規(guī)劃等因素，建議參照國外標準，基于可接受風險等級對罐區(qū)進行安全分析，合理確定儲罐間距。
5.2 防火堤有效容積
對防火堤有效容量，GB 50183規(guī)定固定頂儲罐的防火堤有效容積不應小于油罐組內一個最大油罐的容量；對浮頂罐或內浮頂罐，防火堤有效容積不應小于油罐組內一個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，我國標準對防火堤有效容積的規(guī)定是固定頂罐區(qū)容積為最大儲罐容量的100%，浮頂罐罐區(qū)容積為最大儲罐容量的50%；美國標準規(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，防火堤有效容積應滿足1座最大儲罐有效容積，并考慮存儲雨水及消防水量。
對儲罐區(qū)（組）布置方式，GB 50074規(guī)定在同一個防火堤內最多可以布置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儲罐發(fā)生火災時，對臨近油罐安全造成威脅。NFPA 30規(guī)定一個防火堤內的大型浮頂油罐數(shù)量控制在4個，該規(guī)定可降低儲罐在火災情況下的熱輻射對相鄰儲罐的影響，具有借鑒意義。
建議參考國外標準適當增加防火堤有效容積，可考慮采取加高儲罐基礎、適當增加防火堤頂寬度、減少隔堤內儲罐數(shù)量等多種措施，提高防火堤設計等級。
5.3 儲罐滲漏探測
我國標準對新建儲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，缺點是在儲罐清空和通風處理后才能進行。儲罐運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。近年來國外儲罐滲漏探測技術發(fā)展較快，如API Std2610列舉的滲漏檢測新技術包括聲發(fā)射、示蹤法、體積（包括質量明顯變化）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、儲罐基礎層探漏法、地基/罐基礎鉆孔探漏法、電阻探漏法、地質雷達探漏法、罐基礎預埋檢測元件探漏法、光導纖維監(jiān)測法、漏油感應電纜監(jiān)測法等。
GB 50074規(guī)定儲罐防火堤內宜設防滲措施，由于該條款屬于非強制性要求，我國較少進行罐區(qū)防滲設計，一旦發(fā)生儲罐泄漏，可能導致環(huán)境和水體污染。俄羅斯標準Правила規(guī)定，應在地表以下至少1 m地基處進行防滲處理，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，建議研究在新建儲罐防火堤內應用俄羅斯防滲設計方法的可行性。
6 結論
綜上所述，美國和俄羅斯儲罐設計和運行標準的先進性主要表現(xiàn)在以下幾個方面，建議我國的標準借鑒。
（1）對儲罐技術指標參數(shù)，國外標準要求更加嚴格，例如儲罐鋼材設計溫度、儲罐安全距離、防火堤有效容積等，應當大力借鑒。
（2）對儲罐液位計冗余設計、儲罐控制閥門設置位置、儲罐發(fā)生火災時相鄰儲罐冷卻等問題，國外標準設計理念更為先進，應該改進我國相關規(guī)定的設計理念。
（3）對內浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視、消防系統(tǒng)供電方式、儲罐防滲設計等問題，國外標準有相關規(guī)定或者有相應的推薦做法，我國標準尚不明確，應進一步分析研究確定其適用性。
（4）近年來儲罐消防安全技術方興未艾，例如儲罐邊緣泡沫滅火系統(tǒng)、液下泡沫滅火技術、儲罐基礎鉆孔探漏技術等，建議進行采標。