儲罐設(shè)計標準關(guān)鍵技術(shù)問題探討

馬偉平 ，楊喜良 ，李旭海 ，王大勇

1.中國石油管道研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中國石油西南管道南寧輸油氣分公司 （廣西 南寧 530022）

3.中國石油管道秦皇島輸油氣分公司 （河北 秦皇島 066000)

近年來國內(nèi)外儲罐事故時有發(fā)生，為了避免此類事故，深入開展國內(nèi)外標準差異分析，借鑒國外標準中的先進理念，應(yīng)用于改進國內(nèi)儲罐設(shè)計標準，從而實現(xiàn)儲罐管理本質(zhì)安全[1]。重點針對儲罐設(shè)備安全和消防安全領(lǐng)域，篩選了國內(nèi)外儲罐設(shè)計標準，在一定程度上能夠反映目前的儲罐設(shè)計水平和未來的發(fā)展趨勢[2]。

國內(nèi)儲罐設(shè)計標準包括:GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50341-2003《立式圓筒型鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》、GB 50074-2011《石油庫設(shè)計規(guī)范》、GB 50351-2005《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》、SY/T 4080-1995《管道、儲罐滲漏檢測方法》、SY/T 6673-2006《常壓和低壓儲罐通風(fēng)的推薦做法》和SY/T 6069-2005《油氣管道儀表及自動化系統(tǒng)運行技術(shù)規(guī)范》等。

國外儲罐設(shè)計標準包括:美國標準API Std 650-2007《鋼制焊接石油儲罐》、API Std 2610-2005《轉(zhuǎn)運油庫和儲罐設(shè)施的設(shè)計、施工、操作、維護和檢驗》、API RP 2016-2001《進入與清理儲油罐指南與程序》、API Std 653-2009《油罐檢驗、修理、改造和翻建》、NFPA 30-2007《易燃和可燃液體規(guī)范》、API RP 2021-2001（R2006）《常壓儲罐的滅火處理》、API RP 12R1-1997(R2008)《采油用儲罐的安裝、維護、檢驗、操作和維修的推薦作法》；加拿大標準CSA Z 662-2007《油氣管道系統(tǒng)》；俄羅斯標準РД 153-39.4-078-2001《干線石油管道儲罐和石油供應(yīng)站技術(shù)運營準則》、Правила-2004 《儲罐技術(shù)運營規(guī)則》等。

1 儲罐附件設(shè)計

1.1 儲罐鋼材材質(zhì)

針對儲罐鋼材材質(zhì)，國外標準更為嚴格，例如API Std 650-2007規(guī)定不允許使用沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和鍍鎘鋼，并規(guī)定各種類型鋼材的使用范圍和限制條件；GB 50341-2003規(guī)定建罐地區(qū)最低日平均溫度低于-20℃時，主要承重構(gòu)件不得采用沸騰鋼；API Std 650-2007規(guī)定最低設(shè)計溫度比儲罐安裝地最低單日平均環(huán)境溫度高8℃；GB 50341-2003規(guī)定最低設(shè)計溫度取建罐地區(qū)最低日平均溫度加13℃。

1.2 儲罐液位聯(lián)鎖保護

GB 50183-2004規(guī)定儲罐液位計和高液位報警裝置可設(shè)定自動聯(lián)鎖，緊急情況下切斷供油。國內(nèi)儲罐一般設(shè)有低、高和高-高液位開關(guān)，僅具有報警功能。建議新建儲罐強制設(shè)定儲罐液位聯(lián)鎖保護，在役儲罐結(jié)合自控系統(tǒng)升級改造進行整改，設(shè)置儲油罐液位開關(guān)聯(lián)鎖應(yīng)考慮全線水力系統(tǒng)狀況，防止造成管線超壓和水擊。

液位計開關(guān)故障導(dǎo)致儲罐液位過高或過低較為普遍，目前針對液位開關(guān)尚無有效校驗手段，國內(nèi)標準針對液位計是否設(shè)置冗余配置無相關(guān)規(guī)定，例如SY/T 6069-2005規(guī)定液位計檢測周期為1年，俄羅斯標準Правила規(guī)定儲罐應(yīng)至少采用2個最高液位報警器，確保發(fā)送切斷接受油品或者停止泵運行信號；浮頂罐安裝至少3個信號報警器同時工作，如不能滿足，應(yīng)設(shè)置溢流設(shè)備、備用容器或者排泄管道等。針對液位計冗余設(shè)計，俄羅斯標準更為嚴格。

1.3 儲罐控制閥設(shè)置位置

國內(nèi)標準無明確規(guī)定，較多位于防火堤內(nèi)，且為手動閥門；國外儲罐控制閥一般在防火堤之外，且為電動閥門。建議國內(nèi)標準應(yīng)予以明確，儲罐控制閥安裝在防火堤外部，或者緊急切斷閥安裝在儲罐內(nèi)部，同時具備在防火堤外部操作的功能，例如將閥門的電氣控制箱設(shè)置在防火堤之外，并選用耐火耐高溫鎧裝電纜等。

1.4 浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視

針對內(nèi)浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視以及浮船上方可燃氣體濃度監(jiān)測，國內(nèi)標準無規(guī)定，主要通過目視監(jiān)視浮船狀態(tài)。俄羅斯標準РД 153-39.4-078-2001規(guī)定利用罐頂通光孔檢查內(nèi)浮盤狀況，為避免沉船事故，儲罐收發(fā)油過程中浮船上升或下降速度不超過3.5m/h；俄羅斯標準Правила規(guī)定浮頂罐浮船上應(yīng)設(shè)置有害氣體遠控報警器和浮船高位報警器，利用通光孔查看浮船狀況每月至少1次，經(jīng)通光孔引管提取混合油氣樣品，測試是否低于允許飽和濃度。

針對防止外浮頂下沉措施，國內(nèi)標準無規(guī)定，在發(fā)現(xiàn)浮盤嚴重變形影響支柱垂直度時采用防護措施。API RP 2016-2001規(guī)定抵制浮頂邊緣移動、防止浮頂旋轉(zhuǎn)和浮頂支架是保持浮頂穩(wěn)定性的3個基本要求；API Std 653-2009規(guī)定浮頂和支柱結(jié)構(gòu)完整性評定準則，在任意645.2cm2面積上罐頂板平均厚度小于2.3mm，或浮頂板有穿孔現(xiàn)象，應(yīng)該進行修補或更換；API RP 2021-2001列舉了外浮頂沉降原因，包括浮定或雙浮盤的泄漏、故障、機械破裂及由于雪、雨水或消防用水的過多重量，具有借鑒意義。

1.5 儲罐呼吸閥通風(fēng)設(shè)計

SY/T 6673-2006規(guī)定儲罐通風(fēng)準則根據(jù)以下因素確定:儲罐最大排出流量和進入流量；氣體空間溫度降低或者升高；臨近儲罐發(fā)生火災(zāi)等，通風(fēng)能力是大小呼吸所需通風(fēng)量總和；API Std 653-2009規(guī)定了正常和緊急工況下以及操作條件變更時的通風(fēng)要求，例如罐頂維修、油品介質(zhì)變化和輸油泵流量變化等，具有借鑒意義。

2 儲罐消防設(shè)計

2.1 罐區(qū)消防系統(tǒng)供電方式

GB 50183-2004規(guī)定油氣站場消防泵應(yīng)滿足一級負荷供電要求，即消防泵應(yīng)有2個動力源，如采用二級負荷供電時，應(yīng)設(shè)柴油機或其他內(nèi)燃機直接驅(qū)動的備用消防泵。國內(nèi)油庫消防水泵和泡沫泵一般為雙路交流供電，特別是邊遠地區(qū)達不到一級負荷供電要求，一旦站場停電，消防泵無法啟動。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(shù)比較成熟，確保發(fā)生火災(zāi)和電力中斷情況下驅(qū)動消防泵。建議國內(nèi)標準規(guī)定消防泵房設(shè)置柴油發(fā)電機或柴油驅(qū)動的消防泵。

國內(nèi)罐區(qū)消防系統(tǒng)僅通過站控觸發(fā)，沒有手動按鈕。一旦站控室失電或者電腦感染病毒，無法及時啟動消防系統(tǒng)，則存在安全隱患。建議國內(nèi)標準規(guī)定增加手動按鈕觸發(fā)消防系統(tǒng)的功能。

2.2 儲罐發(fā)生火災(zāi)時相鄰儲罐冷卻

GB 50183-2004規(guī)定著火的固定頂儲罐，以及距離著火油罐罐壁1.5倍直徑范圍內(nèi)的相鄰地面上油罐，應(yīng)同時冷卻；著火浮頂罐應(yīng)冷卻，其相鄰油罐可不冷卻。國外儲罐一般不設(shè)置水噴淋冷卻系統(tǒng)，側(cè)重于泡沫系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)，針對暴露于熱輻射中相鄰儲罐進行水冷卻。API RP 2021-2001規(guī)定應(yīng)謹慎使用消防水，如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(yīng)對該罐立即冷卻，儲罐發(fā)生火災(zāi)時，如用水冷卻所有臨近儲罐，可能會影響著火儲罐滅火，首先考慮烴類物質(zhì)泄漏污染、熱敏感物質(zhì)的儲存及防止未燃燒的區(qū)域被引燃等。

2.3 泡沫注入方式

SY/T 6306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，未提及頂部注入方式，側(cè)重對泡沫注射點進行戰(zhàn)略型布置保證泡沫行進距離和覆蓋范圍；API RP 2021-2001規(guī)定了頂部注射使用的泡沫類型和技術(shù)要求，以及特殊燃料和噴射速率以及泡沫膨脹比率的確定方法，側(cè)重根據(jù)儲罐介質(zhì)和控制泡沫流速保證注入效果。

2.4 儲罐孔隙火災(zāi)、邊緣密封火災(zāi)

針對儲罐孔隙火災(zāi)、邊緣密封火災(zāi)，國內(nèi)標準較少涉及[3]；API RP 2021-2001規(guī)定了儲罐孔隙火災(zāi)，包括具有橘黃色火焰和黑色煙霧的孔隙火災(zāi)、具有警戒藍紅色的無煙火焰的孔隙火災(zāi)，以及內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐的邊緣密封火災(zāi)的處理方法，具有借鑒意義。

3 儲罐安全設(shè)計

3.1 儲罐安全距離

針對油庫與居民區(qū)、工礦企業(yè)和交通線的安全距離，國外標準更為嚴格細致，例如GB 50074-2001規(guī)定了一、二、三、四、五級油庫距離公路15～20m，距離居民區(qū)及公共建筑物50～100m。NFPA 30規(guī)定A級穩(wěn)定液體儲罐，操作壓力不超過17.2kPa（表壓），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；以及A級穩(wěn)定液體儲罐，操作壓力超過17.2kPa（表壓）、儲存具有沸溢特性液體儲罐、儲存不穩(wěn)定液體儲罐、B級穩(wěn)定液體儲罐與居民區(qū)、工礦企業(yè)和交通線的安全距離，其中A級液體是閃點低于22.8℃、沸點低于37.8℃的液體，B級液體是閃點低于22.8℃、沸點大于等于37.8℃的液體。

針對儲罐之間的安全距離，國外標準更為細致，例如GB 50074-2011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，其中D為相鄰儲罐中較大儲罐的直徑。NFPA 30規(guī)定儲存A級穩(wěn)定液體儲罐，罐徑不大于45m時，儲罐安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/6，罐徑大于45m時且設(shè)置事故蓄液池，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，此外還包括儲存不穩(wěn)定液體儲罐、儲存不同類型液體儲罐呈三排以上或者不規(guī)則布置等特殊情形。

3.2 防火堤設(shè)計

針對防火堤高度，GB 50351-2005規(guī)定了立式油罐防火堤內(nèi)側(cè)高度不應(yīng)小于1.0 m，外側(cè)高度不應(yīng)大于2.2m；API Std 2610-2005規(guī)定了防火堤平均高度限制在外部消防路地坪以上2.2m，國內(nèi)標準更為嚴格。

針對防火堤坡度，GB 50351-2005規(guī)定防火堤內(nèi)的地面坡度宜為0.5%；API Std 2610-2001規(guī)定從儲罐外壁15.24m范圍內(nèi)或者到防火堤基礎(chǔ)15.24m范圍內(nèi)應(yīng)有至少1%的坡度，國外標準更為細化。

針對防火堤容量，國內(nèi)儲罐存在防火堤容量不足的問題，甚至小于儲罐的容積的情形[4]，GB 50183-2004規(guī)定儲罐防火堤有效容積應(yīng)滿足:固定頂儲罐，不應(yīng)小于油罐組內(nèi)一個最大油罐的容量；浮頂罐或內(nèi)浮頂罐，不應(yīng)小于油罐組內(nèi)一個最大油罐容量的一半；當(dāng)二者同組布置時，應(yīng)取上述數(shù)值較大者；API Std 2610-2001規(guī)定防火堤容量應(yīng)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及充分降雨余量；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%）；國外標準關(guān)于“防火堤容量”設(shè)計理念更為先進。

3.3 儲罐滲漏檢測和防滲設(shè)計

國內(nèi)標準針對新建儲罐建設(shè)施工過程的滲漏檢測比較完善，例如GB 50341-2003規(guī)定罐壁板焊接過程中進行滲透或磁粉檢測；SY/T 4080-1995規(guī)定罐底板使用氣壓試漏檢查、氨氣試漏檢查和真空試漏檢查。近年來國外儲罐完整性管理技術(shù)發(fā)展較快，API Std 2610-2001列舉了滲漏檢測新技術(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，其他滲漏檢測方法包括儲罐底板下放置鋼筋混凝土板、氣密性試驗和庫存盤點等，具體實施步驟可參考API Publ 340-1997《地上儲罐設(shè)施液體泄漏預(yù)防和探測方法》。

國內(nèi)標準一般規(guī)定儲罐防火堤內(nèi)宜設(shè)防滲措施，非強制性要求，國內(nèi)較少進行罐區(qū)防滲處理，可能導(dǎo)致污染的水或油品滲入土壤，影響當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)[5]。CSA Z662建議在地表以下至少1m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150mm厚的碎石，或者采用厚度為100mm的混凝土材料，具有借鑒意義。

4 儲罐設(shè)計標準改進建議

1）標準技術(shù)指標參數(shù)國外標準更加嚴格，例如鋼材材質(zhì)和設(shè)計溫度等。

2）國家標準和行業(yè)標準有明確規(guī)定，但標準的執(zhí)行力有待進一步提高，例如儲罐液位聯(lián)鎖保護等。

3）針對特定技術(shù)問題，國內(nèi)外標準要求基本一致，但設(shè)計理念國外標準更為先進，例如儲罐呼吸閥通風(fēng)、儲罐發(fā)生火災(zāi)時相鄰儲罐冷卻、儲罐安全距離和防火堤設(shè)計等。

4）針對特定技術(shù)問題，國內(nèi)標準尚不明確，國外標準有相關(guān)規(guī)定，或者有相應(yīng)的推薦做法，應(yīng)進一步分析研究確定，例如控制閥門設(shè)置位置、浮頂儲罐浮盤狀態(tài)監(jiān)視、罐區(qū)消防系統(tǒng)供電方式、泡沫頂部注入方式、儲罐泄漏檢測和防滲設(shè)計等。

5）針對特定情況國內(nèi)標準較少涉及，例如孔隙火災(zāi)、邊緣密封火災(zāi)防治等，應(yīng)借鑒采用。

[1]馬偉平，張曉明，劉士超.中俄油氣管道運行標準差異分析[J].油氣儲運，2013，32(4):411-415.

[2]蔣國輝，張曉明，閆春暉.國內(nèi)外儲罐事故案例及儲罐標準修改建議[J].油氣儲運，2013，32(6):633-637.

[3]黃鄭華，周陽旭，李建華.油罐火災(zāi)的撲救措施[J].油氣儲運，2010，29(6):465-469.

[4]李欽華，朱煥勤，樊寶德.油庫防火堤存在的問題及其改進措施[J].石油工程建設(shè)，2007，33(2):5-9.

[5]潘越，郭敬博.國外大型浮頂儲罐泄漏性試驗技術(shù)探討[J].石油工程建設(shè)，2009，35(5):64-65.