• <optgroup id="izeuk"><button id="izeuk"></button></optgroup>
    <rp id="izeuk"><menu id="izeuk"></menu></rp>

        儲罐消防和安全系統設計標準探討

        轉載:

        王秀麗1,林國龍2,李雪坡3,信婧敏4,劉藝5

        1中國石油天然氣股份有限公司西南管道蘭成渝輸油分公司;2中石油燃料油有限責任公司寧波大榭倉儲分公司;3中國石油管道局工程有限公司;中國石油管道局工程有限公司;5中國石油華北油田公司工程技術研究院)

        摘要:隨著中國油庫建設規模的不斷擴大,為保障石油戰略儲備庫的安全,對儲罐消防和安全系統應采用更高等級的設計標準。為防范儲罐安全事故,實現儲罐“本質安全”,選取了消防水供給強度、儲罐冷卻、防火堤、消防泵動力源、控制閥位置、事故排水系統和防滲等關鍵技術,并就此介紹了國外標準的先進經驗和推薦做法。結合實際案例,對GB 500742014《石油庫設計規范》中相關內容提出了建議,對于提高國內油庫的安全可靠性和應急保障能力具有指導意義。

        關鍵詞:儲罐  消防系統  防火堤  消防泵  控制閥

        目前,中國大型原油戰略儲備庫容量已達7×10m3,單個儲罐最大容量達2×10m3,如何保障儲備庫的安全至關重要1。儲罐一旦發生火災爆炸事故,會造成嚴重經濟損失、人員傷亡和環境污染,例如大連“7.16”油庫火災爆炸事故,上萬噸原油流入大海,經濟損失近2億元2。新版《安全生產法》和《環境保護法》相繼頒布實施,加大了石油行業重大安全事故的問責追究力度3。

        隨著國內油庫建設規模的不斷擴大,運行的安全風險也在增大,儲罐消防和安全系統應采用更高的設計標準,對安全等級亦提出了更高的要求。目前國內大型油庫存在消防水供給強度低、消防設施維護檢測不及時、缺乏大功率移動式消防設備、應急演練不到位等現象4。為從根源上防止儲罐惡性事故發生,實現儲罐“本質安全”,針對儲罐消防和安全系統的關鍵技術問題,介紹了國外標準先進的經驗和推薦做法,對GB 500742014《石油庫設計規范》提出了一些建議。

        1  消防冷卻水供給強度

        對于消防冷卻水供給強度,目前國內標準與國外標準存在較大的差異。

        1 GB 500742014規定:“著火的固定頂儲罐和內/外浮頂罐的固定式冷卻水供給強度分別為不小于2.5L/min·m2)和2.0L/min·m2),相鄰儲罐冷卻水供給強度為不小于2.0L/min·m2);直徑大于20m的固定頂儲罐和內浮頂罐的消防冷卻水最小供給時間不小于9h,其他儲罐不小于6h。

        2 API RP 20012012《煉油廠消防規程》規定:“消防水罐的供給時間應滿足46h”。按照煉油廠不同類型場所的危險程度,規定了相應的消防水供給強度,其中消防冷卻水供給強度的數值遠高于國內標準,見表1所列。


        以大連“7.16”油庫火災事故為例,對著火儲罐滅火的同時,冷卻臨近受到威脅的6座儲罐及輸油管道,滅火用時15h,使用泡沫1.3 kt,用水約60 kt,計算該事故中的消防冷卻水供給強度為4.3L/min·m2),泡沫液供給強度和供給時間也均高于GB 500742014的規定2。因此,建議在條件允許的情況下,消防水池和泡沫罐的容積設置宜在規范規定的設計用量的2倍以上,以增加泡沫液的供給強度和供給時間,保證在火場斷電的情況下,消防水池和泡沫罐也能發揮作用。油庫設計時,可將鄰近的江河湖泊作為消防水源,保證火災情況下消防水池可連續補水,同時也可以降低建造消防水池的成本。

        儲罐冷卻

        針對臨近儲罐的冷卻,GB 500742014規定:“著火的固定頂儲罐以及距離著火儲罐罐壁1.5倍直徑范圍內的相鄰儲罐應同時冷卻,當相鄰的儲罐超過3座時,按其中較大的3座相鄰儲罐計算冷卻水量;著火的內/外浮頂罐應冷卻,其相鄰儲罐可不冷卻”。

        文獻5基于大渦模擬的FDS模型,模擬了大型油罐火災燃燒過程的數值,結論是: 在無風或微風情況下,浮頂罐無須冷卻;在有風狀態下,應冷卻位于下風向的相鄰油罐,消防水量應包括冷卻水量,并重新核算。加拿大Enbridge公司則認為,儲油罐發生火災時應立刻外輸油品,并對其進行水噴淋,同時水噴淋冷卻鄰近罐。以大連“7.16”油庫火災事故為例,在對著火儲罐滅火的同時,也冷卻了鄰近受到威脅的6座儲罐及輸油管道,該事故中著火浮頂罐可不冷卻的規定也與實際消防要求有差距2。此外儲罐滅火后,還應向著火儲罐繼續噴射泡沫混合液,在避免油氣揮發的同時,冷卻罐壁,使著火儲罐降至室溫。

        國外標準針對儲罐發生火災時相鄰儲罐的冷卻比較謹慎,儲罐一般不設計專用的消防水冷卻系統。泡沫消防系統和消防水系統應側重于撲滅著火儲罐,僅利用移動消防設施水冷卻暴露于全面積敞口火災熱輻射中的相鄰儲罐6。

        1 API RP 20212001R2006)《常壓儲罐消防管理》中規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的儲罐罐壁受熱,則應立即冷卻該儲罐;通過頻繁地從遠處施放水流進行檢查,以是否產生蒸汽作為施放冷卻水的標準。

        2 NFPA 302012《易燃和可燃液體規范》則認為:“在儲罐發生火災時,如用水冷卻臨近儲罐,可能會影響著火儲罐的滅火”。

        針對著火儲罐的臨近儲罐冷卻問題,國內外標準存在差異。國內標準考慮浮頂罐本質安全性高于固定頂儲罐,因此規定著火儲罐的臨近儲罐中浮頂罐不需冷卻、固定頂儲罐需要冷卻。國內多次儲罐火災事故表明,由于儲罐集中布置、儲罐安全距離限制、浮盤多采用易熔材料制作等原因,因而應該考慮臨近儲罐的冷卻問題7。由于國外儲罐安全距離較大,例如NFPA 302012規定浮頂罐的安全距離為0.5D,D為相鄰儲罐中較大儲罐的直徑,單位為米;而GB 500742014規定為0.4D。因此,國外儲罐間的熱輻射影響相對較小,消防水主要用于集中撲救著火儲罐,除非發生儲罐全面積敞口火災,火焰直接沖擊臨近儲罐罐體表面,或強熱輻射條件下才冷卻臨近儲罐。國外資料和相關研究表明,儲罐罐體可長時間承受的火焰輻射熱強度為24kW/m2,建議進一步研究臨近儲罐需要冷卻的臨界火焰輻射熱強度,作為是否冷卻儲罐的依據;根據油庫中儲罐數量、布置形式、儲罐罐壁間距離、浮盤材料以及水源供給狀況,確定臨近儲罐是否需要冷卻,并核算冷卻水供給強度和供給時間。

        3儲罐隔堤設計

        儲罐的布置原則:在保證操作方便和安全的前提下,應減少儲罐間距、節約土地、減少投資。在儲罐四周,應設置隔堤,當儲罐發生少量泄漏或者火災初期,隔堤可有效分隔和限制著火儲罐,避免油品泄漏范圍擴大,減少事故損失8。

        3.1國內標準

        1 GB 500742014要求隔堤應采用阻燃材料建造的實體墻,隔堤高度宜為0.50.8m,隔堤內沸溢性液體儲罐的數量不應多于2座,隔堤內非沸溢性液體儲罐的數量不應超過下列規定:

        a) 單罐容量不小于5×104m3,1個隔堤內儲罐數量不應多于1座。

        b) 單罐容量不小于2×104m3且小于5×104m3,1個隔堤內儲罐數量不應多于2座。

        c) 單罐容量不小于5×103m3且小于2×104m3,1個隔堤內儲罐數量不應多于4座。

        d) 單罐容量小于5×103m3,1個隔堤內儲罐數量不應多于6座。

        2 國內油庫在同一個儲罐組內最多可布置65×103m3的儲罐,該布置方式使消防員撲救的面積有限,處于中間的2個儲罐發生火災時,兩側相鄰的儲罐均受熱輻射的影響,如發生儲罐泄漏形成流淌火災,可能會威脅隔堤內其他儲罐。

        3.2 國外標準

        1 NFPA 302012規定每個防火堤內如有2座或者2座以上儲罐,應設置隔堤,隔堤設計原則如下:

        a) 隔堤應考慮單個儲罐的容量大小,儲罐盡可能位于隔堤中間區域,以便充分利用有效空間,隔堤高度應小于0.45m。

        b) 防火堤內如果有2個或者2個以上儲罐,且每個儲罐直徑均超過45m,則應在相鄰儲罐之間采用隔堤,隔堤應至少容納儲罐容量的10%。

        2 俄羅斯РД 15339.40782001《干線石油管道、油庫和儲罐的運行技術規程》和Правила—2004《儲罐技術運行規程》規定單個儲罐的容積大于2×104m3應設隔堤,或者2個容積均大于1×104m3的儲罐應設隔堤,隔堤高度不低于1.3m。

        美國和俄羅斯標準通過設置隔堤,可實現1×104m3及以上單個儲罐的安全防護。建議GB500742014在修訂時考慮儲罐隔堤的設置原則,即1×104m3及以上單個儲罐均應設置隔堤,隔堤內存液容量最低不能小于儲罐容量的10%。

        4  防火堤設計

        防火堤是保障大型油庫安全性和可靠性的重要設施,可有效防止油品泄漏、火災擴大和環境污染等9。2005年英國Buncefield油庫事故中,混凝土防火堤受到火災損壞,消防水和油品從防火堤的破裂處流出,造成了重大環境污染10。國內外普遍公認的防火堤應滿足以下設計要求:

        1 防火堤結構。相對鋼筋混凝土堤或磚石(漿砌石)結構,優先采用密封性、抗燃燒性能較好的土堤。

        2 防火堤強度。防火堤應能承受液體靜壓力,還應考慮儲罐瞬間破裂時罐內液體的沖擊載荷。

        3 防火堤完整性。重視管道穿越防火堤和伸縮縫的密封處理,盡量避免管道穿越防火堤;管道穿越防火堤時,穿越處應用耐高溫材料做密封填充。

        4 防火堤容量。防火堤應容納罐組內1個最大儲罐的容量和補救該儲罐火災所需的消防水量,以及降雨安全余量,即防火堤容量應為最大儲罐容量的110%,而GB 500742014規定防火堤有效容量不應小于罐組內1個最大儲罐的容量。

        5  備用消防泵的驅動方式

        大連油庫“7.16”事故初期火災并不大,但站場供電電纜遭到了破壞,導致無備用電源的消防系統癱瘓,造成火災進一步擴大。GB 500742014規定石油庫的消防水泵有2個獨立電源供電時,主泵應采用電動泵,備用泵可采用電動泵或柴油機泵;只有1個電源供電時,主泵和備用泵均全部采用柴油機泵,或者備用泵必須采用柴油機泵。

        國內油庫目前的做法:在滿足雙電源的情況下,消防工作泵、備用泵的驅動方式均選擇電機驅動;在不具備雙電源的情況下,工作泵、備用泵均選擇柴油機驅動。由于國內油庫消防泵一般為雙路交流供電,一旦站場停電,消防泵將無法啟動。

        國外使用柴油或丙烷為燃料的發電機快速啟動消防泵,規定柴油機油料儲備量應滿足消防泵連續運轉時間不低于6h的條件,確保發生火災和電力中斷的情況下可驅動消防泵。

        建議GB 500742014中消防泵的設置修訂為“消防泵房應設置柴油發電機,固定式消防系統的備用消防泵應采用柴油機驅動方式”。

        控制閥設置位置

        大連油庫“7.16”火災事故狀態下儲罐控制閥失電,無法切斷油源,最終導致了災難性后果。針對儲罐控制閥的安裝位置,國內標準中沒有明確規定,國內油庫的設計形式也不一致,大部分設置在防火堤內且為手動閥門,例如鄭州站儲罐控制閥安裝在防火堤之外,而垂楊站儲罐控制閥安裝在防火堤之內,均存在著安全隱患11。

        調研了加拿大Enbridge管道公司,儲罐控制閥一般設置在防火堤之外且為電動閥。因此,建議GB 500742014中控制閥的設置修訂為“新建儲罐控制閥應安裝在防火堤外;已安裝在防火堤內部的控制閥,電氣控制箱應改造設置在防火堤之外,具備在防火堤外操作的功能,連接纜線應選用耐火耐高溫鎧裝電纜”。

        7  儲罐事故排水系統

        針對儲罐事故排水系統,GB 500742014規定油庫含油與不含油污水應分流排放,含油污水采用管道排放,雨水可采用明溝排放。GB 500742014中提到的“分流制”一詞比較含糊,標準執行中容易造成混淆和偏差12。國內儲罐事故排水系統通常直接和罐區明溝連接,生產污水和雨水同時排放,如排污系統堵塞或者明溝排污能力有限可能導致污水排入地表水。API 26102005《轉運油庫和儲罐設計、施工、操作、維護和檢驗》規定儲罐區應設計污油封攔系統隔離污油和雨水,例如路緣石或者配管系統。俄羅斯СТГУ153391672006《干線原油管道工藝設計規范》規定應分別設計生產污水和雨水管道系統,生產污水系統應采用埋地封閉自流式敷設方式,例如連接地下污油罐。РД 13.100.00КТН1962006《干線石油管道運營的安全性準則》規定應設計專門的儲罐污水井和雨水排放閥室。

        建議GB 500742014中排水系統條文修訂為“新建儲罐應分別設計雨水和含油污水排放系統;已建儲罐排污水系統改造為連接污水處理裝置,或者雨水和污水排放系統應獨立設置切換閥,實現分類排放、分級控制。同時做好罐區和管涵的防滲工作,并將庫區電纜溝、管涵等用沙填滿,以防事故時油品隨地溝漫流或滲入地下”。

        8  防火堤防滲設計

        GB 500742014僅規定了儲存對水和土壤有污染的液體覆土臥式儲罐,應按照國家法規采取防滲漏措施,并具備檢漏功能;對其他類型的儲罐是否進行防滲設計未明確規定。GB 503512014《儲罐區防火堤設計規范》規定防火堤排水溝應采用防滲漏措施,當油罐泄漏物有可能污染地下水或附近環境時,堤內地面應采取防滲漏措施。GB 503512014未強制要求進行儲罐防滲設計,也未給出防滲設計要求和具體形式。由于GB 500742014GB 503512014對儲罐防滲屬于非強制性要求,國內儲罐一般只做罐的基礎防滲檢測,較少進行罐區地面的防滲設計,一旦發生儲罐泄漏,可能導致環境和水體污染13。俄羅斯Правила—2004規定在地表以下至少1m地基處,在合成防滲膜上面填充一層最少150mm厚的碎石,或者填充100mm厚的混凝土。建議GB 503512014研究在新建儲罐防火堤內應用俄羅斯防滲設計的可行性。

        9  結束語

        隨著國內油庫建設規模的不斷擴大,提高儲罐消防和安全系統設計標準成為必然。結合國內油庫安全管理的現狀,并借鑒國外標準先進經驗,筆者針對GB 503512014需要修訂的條款在文中提出了具體建議,希望對提高國內油庫的安全性和應急保障能力有所借鑒。

        參考文獻:略。