大型油庫(kù)的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

楊曉靜，邢科偉，軒志勇，楊潞鋒

（總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院，北京 100028）

0 引言

由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和戰(zhàn)略儲(chǔ)備的需要，原油罐區(qū)的建設(shè)越來(lái)越大型化和集群化，但隨之而來(lái)的安全危險(xiǎn)也在不斷累加，近幾年屢屢發(fā)生的大型罐區(qū)的安全事故對(duì)此類工程項(xiàng)目管理也提出了更高的要求。設(shè)計(jì)是項(xiàng)目的龍頭，如果在設(shè)計(jì)階段考慮到本質(zhì)安全的問(wèn)題，無(wú)疑會(huì)對(duì)以后的生產(chǎn)運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

1 本質(zhì)安全

1.1 本質(zhì)安全的概念

本質(zhì)安全是指通過(guò)設(shè)計(jì)等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故。

諸多管理人員提出 “本質(zhì)安全是油庫(kù)的生命線”，從安全依靠人→依靠規(guī)章制度→依靠本質(zhì)安全，管理者的安全意識(shí)不斷加強(qiáng)，也對(duì)設(shè)計(jì)者如何在設(shè)計(jì)階段達(dá)到本質(zhì)安全提出了更高層面的要求。

1.2 本質(zhì)安全設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)途徑

要在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，應(yīng)采取以下步驟：根據(jù)建設(shè)單位提出的使用要求，結(jié)合項(xiàng)目所在地的建設(shè)條件及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù) （地形、地貌、地質(zhì)、氣象、水文、地震烈度等）并考慮到投產(chǎn)后的運(yùn)行，從物、人、環(huán)境三個(gè)方面，辨識(shí)和分析建設(shè)項(xiàng)目潛在的危險(xiǎn)、有害因素，預(yù)測(cè)發(fā)生事故的可能性及其嚴(yán)重程度，要具體到設(shè)計(jì)中的工藝、設(shè)備、電氣、儀表、結(jié)構(gòu)、消防等各個(gè)專業(yè)中去，采用PDCA的模式，循環(huán)運(yùn)行計(jì)劃、實(shí)施、檢查、修正的方法，檢查原設(shè)計(jì)方案與安全生產(chǎn)法律、法規(guī)、規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的符合性，最終提出科學(xué)、合理、可行的設(shè)計(jì)方案。

在設(shè)計(jì)中，形成PDCA循環(huán)，并貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，其主要工作程序見圖1。

圖1 PDCA循環(huán)設(shè)計(jì)程序

2 設(shè)計(jì)計(jì)劃

依據(jù)油庫(kù)的特殊性，油庫(kù)項(xiàng)目的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)按區(qū)域劃分主要包括選址及總平面布置、油罐區(qū)設(shè)置、收發(fā)油作業(yè)區(qū)設(shè)置 （碼頭、火車、汽車等）、供配電及通信、消防系統(tǒng)、公用工程等。

2.1 危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)與分析

2.1.1 物質(zhì)危險(xiǎn)性分析

針對(duì)油庫(kù)運(yùn)營(yíng)的油品物性，對(duì)其固有危險(xiǎn)進(jìn)行分析，主要包括易燃、易爆、易積聚、易產(chǎn)生靜電、易沸溢、噴濺、易中毒等物性。對(duì)每一危險(xiǎn)特性，應(yīng)分析其成因及其可能造成的后果。

2.1.2 工藝設(shè)備危險(xiǎn)因素辨識(shí)

對(duì)油品儲(chǔ)存、裝卸、收發(fā)、使用過(guò)程中，因材質(zhì)選用不當(dāng)，操作參數(shù)控制不當(dāng)，安全閥、壓力表?yè)p壞失效，設(shè)備本體、管道、附件發(fā)生腐蝕，超溫超壓保護(hù)裝置失效，以及設(shè)備破損、操作疏忽等諸多原因可能引起的泄漏、火災(zāi)爆炸成因進(jìn)行分析，主要從火災(zāi)爆炸、物理爆炸、中毒窒息、灼燙、凍傷、機(jī)械傷害、高處墜落、觸電、淹溺、雷擊危害、車輛傷害、噪聲危害、物體打擊、腐蝕等14個(gè)方面進(jìn)行逐一辨識(shí)。

2.1.3 周圍環(huán)境影響因素

充分考慮庫(kù)區(qū)周邊與油庫(kù)發(fā)生安全間距要求的相關(guān)企業(yè)、居民、交通、自然環(huán)境等諸多因素對(duì)安全的影響。

2.2 劃分設(shè)計(jì)單元

根據(jù)工藝流程劃分為相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)單元。一般油庫(kù)的設(shè)計(jì)單元可劃分為：廠址、總平面布置與消防單元，油罐區(qū)單元，收發(fā)油作業(yè)區(qū)單元同，供配電及通信單元，公用輔助設(shè)施單元等。

3 設(shè)計(jì)實(shí)施

設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程以工藝為主線，設(shè)備、消防、儀表、配電、土建等專業(yè)配合完成各單元的設(shè)計(jì)。

3.1 過(guò)程安全措施

總平面布置、消防系統(tǒng)、公用工程設(shè)計(jì)時(shí)除了要考慮上述危險(xiǎn)有害因素外，同時(shí)還要兼顧考慮油庫(kù)二期的預(yù)留問(wèn)題，必要時(shí)可適當(dāng)提高系統(tǒng)的消防以及公用工程能力?？倛D設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一點(diǎn)是需要預(yù)測(cè)油庫(kù)發(fā)生最嚴(yán)重事故時(shí)污油污水的數(shù)量，以便就近設(shè)置相應(yīng)規(guī)模的事故應(yīng)急池。

（1）油罐區(qū)主要的安全措施包括：罐體二次密封、高低液位報(bào)警、可燃?xì)怏w濃度報(bào)警、電視監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)聯(lián)鎖切油裝置、儲(chǔ)罐地基處理、進(jìn)出油管道雙閥并柔性連接、涂層與陰保聯(lián)合防腐、防火堤容油量及抗?jié)B性、罐區(qū)外水封井設(shè)切斷閥、罐體防雷防靜電接地、消防器材配備等。

（2）收發(fā)油作業(yè)區(qū)主要的安全措施包括：自動(dòng)灌裝系統(tǒng)、管道穿防火堤時(shí)加套管密封、管道熱補(bǔ)償及卸壓裝置、防水擊限設(shè)計(jì)流速、防靜電裝置、電視監(jiān)視系統(tǒng)、合理通風(fēng)等。

（3）供配電及通信單元的安全措施：二級(jí)負(fù)荷采用雙回線路供電、配電間電纜阻燃、電纜穿越封堵、移動(dòng)用電設(shè)備有漏電保護(hù)器、各類建構(gòu)筑物防雷接地、危險(xiǎn)場(chǎng)所防靜電、設(shè)置行政電話、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)運(yùn)監(jiān)控管理系統(tǒng)、防爆無(wú)線通信系統(tǒng)等。

（4）公用工程及其他安全措施：蒸汽管道保溫、化驗(yàn)室機(jī)械排風(fēng)、有油氣泄漏可能的建構(gòu)筑物通風(fēng)、氮?dú)鈮嚎s站缺氧報(bào)警裝置、操作人員防護(hù)措施等。

3.2 加強(qiáng)儲(chǔ)罐的完整性設(shè)計(jì)

完整性是指在特定的操作條件下，使影響員工、環(huán)境、設(shè)備安全的風(fēng)險(xiǎn)值達(dá)到一個(gè)可接受的水平[1]。儲(chǔ)罐儲(chǔ)存大量的危險(xiǎn)液體，一旦失效，很可能帶來(lái)嚴(yán)重后果，因此需要很好地管理和維護(hù)儲(chǔ)罐的完整性。

儲(chǔ)罐完整性的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持， EEMUA 159、 API 653、 API 575、 SY/T 5921、SH 3046等國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2-7]，對(duì)于儲(chǔ)罐完整性方法做出了具體的規(guī)定和建議。API和EEMUA以退化速率作為計(jì)算下一次檢測(cè)時(shí)間間隔和剩余壽命的依據(jù)，對(duì)于罐底板、罐壁板和罐頂板給出了兩個(gè)最小厚度。但目前這種方法的應(yīng)用有限，因?yàn)閮纱螜z測(cè)之間的時(shí)間間隔很長(zhǎng)，難以得到可靠和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù) （尤其是平底罐底板），以便與以前的結(jié)果比較而得出一個(gè)趨勢(shì)。另外還有不可預(yù)測(cè)的均勻腐蝕損失。SY/T 5921-2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)程》規(guī)定：油罐的修理周期一般為5至7年，新建油罐第一次修理周期不宜超過(guò)10年。與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相比，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)外部檢測(cè)的規(guī)定，而內(nèi)部檢測(cè)的周期比國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定短得多，而且未與腐蝕速率掛鉤。

在操作中，將上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合油庫(kù)的實(shí)際情況，對(duì)儲(chǔ)罐的沉降、傾斜、罐壁、罐底、罐頂、檢測(cè)、水壓試驗(yàn)等指標(biāo)進(jìn)行逐一分析，形成本項(xiàng)目的完整性管理標(biāo)準(zhǔn)列表，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮儲(chǔ)罐的完整性檢測(cè)和維修。

3.3 設(shè)計(jì)檢查

3.3.1 選擇安全分析方法

根據(jù)油品的物性及工藝流程特點(diǎn)，油庫(kù)安全評(píng)價(jià)方法主要有：預(yù)先危險(xiǎn)性分析法；安全檢查表法；道化學(xué) （DOW）火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法；危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)法；事故樹分析法；重大危險(xiǎn)源辨識(shí)方法；事故后果定量計(jì)算等7種方法。對(duì)于大型油庫(kù)，鑒于項(xiàng)目?jī)?chǔ)存物料量大且易燃易爆，發(fā)生事故后危險(xiǎn)性大、影響面廣，除選擇上述7種方法之一外，建議還進(jìn)行火災(zāi)計(jì)算和液氮儲(chǔ)罐破裂事故后果模擬計(jì)算以便給出量的概念。

3.3.2 進(jìn)行安全分析

對(duì)每一設(shè)計(jì)單元進(jìn)行安全分析時(shí)所選用的分析方法可能不同。如對(duì)于廠址、總平面布置與消防單元，主要涉及地質(zhì)條件危險(xiǎn)有害因素分析，氣象、水文等自然條件的危險(xiǎn)有害因素分析，防火間距不足可能帶來(lái)的危險(xiǎn)，廠區(qū)道路、鐵路設(shè)置不當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)，消防系統(tǒng)缺陷危險(xiǎn)，建、構(gòu)筑物方面危險(xiǎn)有害因素分析，公用工程設(shè)施危險(xiǎn)有害因素分析等。而對(duì)于油罐區(qū)單元，主要有工藝、設(shè)備危險(xiǎn)有害因素分析，自然災(zāi)害危險(xiǎn)有害因素分析，事故易發(fā)部位和危險(xiǎn)點(diǎn)分析，DOW火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)，事故后果定量計(jì)算等。

3.3.3 編制指向性安全檢查表

依據(jù)GB 50074-2002《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和儲(chǔ)罐完整性標(biāo)準(zhǔn)列表、可行性研究報(bào)告等資料編制指向性安全檢查表，分別對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)單元進(jìn)行安全檢查。

3.3.4 形成設(shè)計(jì)檢查報(bào)告

按照危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)取值和危險(xiǎn)程度分級(jí)表，得出本單元的危險(xiǎn)度計(jì)算值和危險(xiǎn)度等級(jí)，形成危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)；依據(jù)指向性安全檢查表，提出整改項(xiàng)。并特別注意以下要求：

（1）總圖布置、地基處理、設(shè)備、管道及建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)要安全可靠，具有合理的防御自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的能力，符合規(guī)范規(guī)定的要求。

（2）工業(yè)及民用建筑設(shè)計(jì)應(yīng)滿足防火和防腐等規(guī)范的要求。

（3）按照物料的性質(zhì)和操作狀況，壓力容器及管道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 《壓力容器設(shè)計(jì)》規(guī)范、 《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》的要求。

（4）根據(jù)生產(chǎn)危險(xiǎn)場(chǎng)所的特性與要求，對(duì)總圖、設(shè)備、管道、電氣、儀表的設(shè)計(jì)與選型，應(yīng)滿足防火、防爆、防雷、防靜電等設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

（5）在全廠、裝置或建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮有效的消防措施或設(shè)施，滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

（6）對(duì)生產(chǎn)中有毒、有害或強(qiáng)腐蝕性物料的排放或泄漏，以及其他危及人身安全的場(chǎng)所，應(yīng)采取符合工業(yè)安全、衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定要求的防患和控制措施。

（7）環(huán)保設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹 “以防為主、防治結(jié)合、綜合治理”的方針，工業(yè) “三廢”等有害物的濃度和排放量應(yīng)達(dá)到政府規(guī)定的排放 “標(biāo)準(zhǔn)”。

3.4 設(shè)計(jì)修正

根據(jù)設(shè)計(jì)檢查報(bào)告，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論、整改。

3.5 循環(huán)

對(duì)于重大項(xiàng)目，特別是含重大危險(xiǎn)源的國(guó)家一級(jí)油庫(kù)，對(duì)本文中3.2～3.4節(jié)所述步驟要循環(huán)操作，持續(xù)改進(jìn)。PDCA循環(huán)過(guò)程在項(xiàng)目前期主要集中在可研階段?？裳性O(shè)計(jì)方案完成后，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)修正是對(duì)原可研設(shè)計(jì)中采用的安全設(shè)施設(shè)計(jì)的補(bǔ)充、完善、細(xì)化，把各種措施具體落實(shí)在設(shè)計(jì)的說(shuō)明書及圖紙上。設(shè)計(jì)評(píng)審后的階段，因進(jìn)行循環(huán)過(guò)程而突顯的各種問(wèn)題，還可能在施工階段的設(shè)計(jì)變更以及設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)單上體現(xiàn)出來(lái)。工程竣工后，項(xiàng)目所在地政府部門參與的消防、安全設(shè)施竣工驗(yàn)收，形成的評(píng)價(jià)整改意見，同樣要?jiǎng)澐衷诒举|(zhì)安全設(shè)計(jì)程序內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

用本質(zhì)安全的方法進(jìn)行油庫(kù)設(shè)計(jì)，考慮了影響安全的諸多因素，綜合了國(guó)內(nèi)外關(guān)于儲(chǔ)罐完整性設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念和標(biāo)準(zhǔn)。體系化運(yùn)行，也對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)。此方法還可與項(xiàng)目的質(zhì)量管理體系整合起來(lái)，這也是該方法的優(yōu)勢(shì)和實(shí)用性所在。

[1]張玲，吳全.國(guó)外油氣管道完整性管理體系綜述[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008 ，19（4）：9-11.

[2]韋振光，羅星環(huán)，賀金，等.大慶南三油庫(kù)15×104m3儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)[J].油氣田地面工程，2008，27（3）：1-2.

[3]API Std 653-2001，Tank Inspection，Repair，Alteration，and Reconstruction[S].

[4]EEMUA 159-2003 Users′Guide to the Inspection，Maintenance and Repair of Above Ground Vertical Cylindrical Steel Storage Tanks[S].

[5]API RP 575-2005 Guidelines and Methods for Inspection of Existing Atmospheric and Low Pressure Storage Tanks[S].

[6]SY/T 5921-2011，立式圓筒形鋼制焊接油罐操作修護(hù)修理規(guī)程[S].

[7]GB 50074-2002，石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].