基于邦斯菲爾德油庫事故的儲(chǔ)罐安全改進(jìn)探討

張鶴然孟虎林齊龍?jiān)S文龍馬偉平

（1.中國石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司滄州輸油處；2.中國石油青海油田分公司管道輸油處；3.中國石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司烏魯木齊輸油氣分公司；4.中國石油天然氣管道工程有限公司天津?yàn)I海分公司；5.中國石油管道研究中心）

基于邦斯菲爾德油庫事故的儲(chǔ)罐安全改進(jìn)探討

張鶴然1孟虎林2齊龍3許文龍4馬偉平5

（1.中國石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司滄州輸油處；2.中國石油青海油田分公司管道輸油處；3.中國石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司烏魯木齊輸油氣分公司；4.中國石油天然氣管道工程有限公司天津?yàn)I海分公司；5.中國石油管道研究中心）

針對(duì)我國儲(chǔ)罐大型化發(fā)展趨勢和儲(chǔ)罐事故頻發(fā)的問題，評(píng)價(jià)了國內(nèi)油庫安全研究現(xiàn)狀，即側(cè)重于特定事故經(jīng)過、原因和防范措施，較少涉及地區(qū)規(guī)劃、消防協(xié)調(diào)等，研究方法系統(tǒng)性需要改進(jìn)。英國政府針對(duì)邦斯菲爾德油庫事故的做法值得借鑒，包括事故調(diào)查、設(shè)立網(wǎng)站等；系統(tǒng)梳理了有代表性的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和整改措施，涵蓋儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行、油庫選址、防火堤設(shè)計(jì)、油庫風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、事故應(yīng)急響應(yīng)、油氣爆炸機(jī)理、油庫周邊土地規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、重大危險(xiǎn)源周圍社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)控制等；最后，提出了國內(nèi)儲(chǔ)罐安全管理改進(jìn)建議。

邦斯菲爾德油庫儲(chǔ)罐安全防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)急規(guī)劃

隨著國家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備項(xiàng)目實(shí)施，儲(chǔ)罐發(fā)展趨于大型化，大型儲(chǔ)罐容量已達(dá)20×104m3［1］。儲(chǔ)罐事故往往造成人員傷亡、巨額財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染，甚至造成生態(tài)災(zāi)難［2］，例如大連“7·16”油庫火災(zāi)爆炸事故。文獻(xiàn)［3-4］針對(duì)設(shè)備故障（過量充裝）、雷擊、靜電、電氣短路火花、動(dòng)火作業(yè)（明火）、違規(guī)操作等導(dǎo)致的儲(chǔ)罐事故進(jìn)行的研究，僅限于特定的事故經(jīng)過、發(fā)生原因和風(fēng)險(xiǎn)防范措施，研究方法系統(tǒng)性有待改進(jìn)，這也是類似儲(chǔ)罐事故仍然頻發(fā)的重要原因［5］。儲(chǔ)罐安全責(zé)任主體是運(yùn)營商，但與所在地區(qū)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、消防協(xié)調(diào)、公眾警示等諸多因素相關(guān)，國內(nèi)在此方面的研究還比較欠缺［6］。

1　邦斯菲爾德油庫事故簡介

2005年英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故是歐洲最大的一次工業(yè)火災(zāi)爆炸事故［7］，損壞了23座大型油罐，造成43人受傷，附近300間房屋損壞，2000居民轉(zhuǎn)移，M1高速公路關(guān)閉。大火持續(xù)燃燒5天，釋放的濃煙擴(kuò)展到英國南部地區(qū)。在火災(zāi)中使用大量的泡沫和消防水，造成弗爾河（RiverVer）污染，見圖1。該事故作為重大環(huán)境污染事故上報(bào)至歐盟，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10億英鎊。

圖1　邦斯菲爾德事故造成的環(huán)境污染

英國政府針對(duì)邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故的做法值得借鑒［8］，例如，專門成立重大事故委員會(huì)進(jìn)行了為期3年的調(diào)查研究，編制了8冊(cè)調(diào)查報(bào)告和4冊(cè)建議書，涵蓋儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行、油庫選址、防火堤設(shè)計(jì)、油庫風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、事故應(yīng)急響應(yīng)、油氣爆炸機(jī)理、油庫周邊土地規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、重大危險(xiǎn)源周圍社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)控制等。此外，制定了整改措施的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)度表，在100多個(gè)類似油庫推廣應(yīng)用，并設(shè)立網(wǎng)站與全世界共享經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等。

為了從根源上防止儲(chǔ)罐惡性事故，本文系統(tǒng)梳理了邦斯菲爾德油庫事故調(diào)查報(bào)告和建議書中有代表性的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和整改措施，提出了國內(nèi)儲(chǔ)罐安全管理改進(jìn)建議，對(duì)于燃油儲(chǔ)備油庫或大型原油油庫具有借鑒參考意義。

2　邦斯菲爾德油庫事故過程分析

2005年12月11日凌晨6點(diǎn)，英國邦斯菲爾德油庫的912號(hào)儲(chǔ)罐正在接受無鉛汽油，該儲(chǔ)罐防止過量充裝的計(jì)量系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致大量油品溢出。油品流經(jīng)邊緣板，傾斜而下的液體形成小瀑布，分散成小液滴，見圖2；部分引流至罐壁的液體在加強(qiáng)圈形成沖擊，形成第二瀑布；油品下落至防火堤表面，形成三次沖擊，見圖3；上述過程加劇汽油中較輕化學(xué)成分的蒸發(fā)，如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性氣體云團(tuán)，并在整個(gè)油庫范圍內(nèi)擴(kuò)散，見圖4。潛在的點(diǎn)火源可能來自輸油泵房、柴油電動(dòng)機(jī)觸點(diǎn)產(chǎn)生的電火花、庫區(qū)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，最終被引燃發(fā)生劇烈爆炸。

圖2　油品沿儲(chǔ)罐邊緣板傾瀉

圖3　爆炸性氣體云團(tuán)形成過程示意

圖4　工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)記錄的油品泄漏形成爆炸性氣體

3　邦斯菲爾德油庫事故經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

摘錄整理了邦斯菲爾德油庫事故網(wǎng)站的調(diào)研報(bào)告和建議書典型性技術(shù)內(nèi)容 （網(wǎng)址http：//www. buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm），包括《油庫設(shè)計(jì)與運(yùn)行》、《事故應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)》、《向規(guī)劃機(jī)構(gòu)提出的建議》和《檢查健康安全局（HSE）與環(huán)境署在監(jiān)管邦斯菲爾德燃油油庫中的作用》等著作。

基于邦斯菲爾德油庫事故，提出了油庫三級(jí)防控系統(tǒng)理念：一級(jí)防控系統(tǒng) （Primary Containment）指儲(chǔ)存油品的儲(chǔ)罐和工藝管道；二級(jí)防控系統(tǒng)（SecondaryContainment）包括預(yù)防儲(chǔ)罐過量充裝的高液位報(bào)警系統(tǒng)，以及儲(chǔ)存事故狀態(tài)下從儲(chǔ)罐和工藝管道中泄漏油品的防火堤（圍堤），防火堤還應(yīng)儲(chǔ)存滅火的消防水量和泡沫化學(xué)物質(zhì)等；三級(jí)防控系統(tǒng)（TertiaryContainment）指排水系統(tǒng)、圍墻、道路、路緣石等暫時(shí)留存油品的設(shè)施，防止油品泄漏流至油庫以外或者滲透地下，防止對(duì)地下水或地表水等的環(huán)境污染。

3.1儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和運(yùn)行

邦斯菲爾德油庫事故最重要的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是建立完整、可靠的防控系統(tǒng)，應(yīng)確定油庫防控系統(tǒng)完整性等級(jí)。安全完整性等級(jí)（SafetyIntegrityLevel，SIL）是根據(jù)要求的失效概率衡量安全系統(tǒng)的性能。完整性等級(jí)分為四級(jí)，SIL1～SIL4，安全完整性等級(jí)越高，表示相應(yīng)的安全等級(jí)越高，系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的概率越低。

儲(chǔ)罐充裝控制系統(tǒng)必須具有較高的安全完整性等級(jí)，即有充分的獨(dú)立性，確保能夠及時(shí)、安全地關(guān)閉，防止儲(chǔ)罐出現(xiàn)溢流。儲(chǔ)罐充裝控制系統(tǒng)應(yīng)按照BSEN61511《第1部分：安全儀表系統(tǒng)的要求》進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)，應(yīng)滿足以下要求：

◇防止溢流系統(tǒng)在物理結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)方面應(yīng)是獨(dú)立的，并且獨(dú)立于儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)、油庫運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)和人員操作（人工檢尺）等；

◇對(duì)防止溢流系統(tǒng)應(yīng)制定定期的功能性、驗(yàn)證性試驗(yàn)計(jì)劃；

◇防止溢流系統(tǒng)的檢測方式應(yīng)不依賴于儲(chǔ)罐內(nèi)部附件設(shè)施；

◇選用診斷能力增強(qiáng)型傳感器，增加儲(chǔ)罐液位計(jì)量系統(tǒng)可靠性，出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出警告；

◇相對(duì)管道控制中心、輸油站，油庫應(yīng)具有對(duì)儲(chǔ)罐充裝的優(yōu)先控制權(quán)，可不依靠遠(yuǎn)程控制、第三方協(xié)助、遠(yuǎn)程通信聯(lián)系情況下，停止油品輸送。

3.2油庫選址

邦斯菲爾德油庫事故三級(jí)防控系統(tǒng)大面積失效，消防用水和燃料流經(jīng)油庫的排水系統(tǒng)，并沿油庫內(nèi)的道路流淌，大量污染物流散至油庫外，造成油品滲入地下污染水環(huán)境。建議油庫建設(shè)選址時(shí)，綜合考慮油庫附近地表水、地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況，在油庫外圍地區(qū)劃定專用區(qū)域設(shè)置溢流液體排液通道，必要時(shí)設(shè)置事故應(yīng)急池。

3.3防火堤設(shè)計(jì)

首先應(yīng)確保一級(jí)防控系統(tǒng)的可靠性，防止油品從儲(chǔ)罐中泄漏。突發(fā)性或無法探測的儲(chǔ)罐緩慢泄漏均可能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的防火堤（圍堤）非常重要。邦斯菲爾德油庫有多種類型的圍堤，如土堤、混凝土堤，其中混凝土圍堤最易受到火災(zāi)的損壞，由于施工時(shí)接縫處的伸縮密封劑毀壞。油品泄漏沖擊、液壓壓力以及油品燃燒對(duì)圍堤強(qiáng)度、完整性、密封性造成了損毀，消防水和油品從圍堤破裂處流出，見圖5。

圖5　邦斯菲爾德事故損壞的防火堤

針對(duì)防火堤設(shè)計(jì)，建議如下：

◇防火堤應(yīng)容納油罐最大容量和消防水量，即防火堤容量應(yīng)為最大儲(chǔ)罐容量的110%；

◇針對(duì)相鄰儲(chǔ)罐的冷卻應(yīng)慎重，分散使用消防水量可能影響其他著火的儲(chǔ)罐；

◇防火堤接縫處密封劑達(dá)到最高強(qiáng)度的時(shí)間為2h［9］；

◇防火堤除承受液體靜壓力之外，還應(yīng)承受泄漏油品的沖擊力。

一級(jí)防控系統(tǒng)如產(chǎn)生油品泄漏，在二級(jí)防控系統(tǒng)可能形成高濃度易燃蒸氣，應(yīng)在儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)安裝易燃?xì)怏w探測裝置。關(guān)于氣體探測系統(tǒng)與溢流預(yù)防系統(tǒng)之間的關(guān)系，如探測存在高濃度可燃蒸氣，可作為一級(jí)防控系統(tǒng)泄漏的前期指示指標(biāo)，應(yīng)啟動(dòng)溢流預(yù)防系統(tǒng)減少泄漏量。安裝工業(yè)電視監(jiān)控設(shè)備，以便在早期即可探測到異常狀況，規(guī)劃溢流液體安全流通線路通道等。

3.4油庫風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鑒于邦斯菲爾德油庫事故的重大影響，英國政府制定了《重大事故危險(xiǎn)控制條例》（Controlof MajorAccidentHazards，COMAH），專門用于監(jiān)管類似邦斯菲爾德油庫的重大危險(xiǎn)源，預(yù)防和減輕燃油、液化石油氣和炸藥等危險(xiǎn)物質(zhì)的重大事故。

法規(guī)COMAH規(guī)定繪制風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等高線圖（圖6）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，劃分為COMAH場所、內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)四個(gè)區(qū)域，表征每個(gè)區(qū)域內(nèi)可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)或傷害的程度，內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)概率為10×10-6、1×10-6、0.3×10-6。COMAH場所的外區(qū)邊緣的“協(xié)商距離”由油庫運(yùn)行商與地方規(guī)劃部門協(xié)商確定?！皡f(xié)商距離”表示在重大事故危險(xiǎn)源附近規(guī)劃開發(fā)區(qū)域的最近允許距離，該區(qū)域內(nèi)地方規(guī)劃部門根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定該區(qū)域開發(fā)程度、人口密度、建筑設(shè)施類型等。

圖6　風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等高線

研究認(rèn)為，基于硬件設(shè)備的油庫安全改進(jìn)程度取決于高效的管理機(jī)構(gòu)，以及員工行為的人為因素，應(yīng)建立與企業(yè)安全文化和領(lǐng)導(dǎo)力有關(guān)的戰(zhàn)略目標(biāo)，包括以下幾個(gè)方面：

◇明確油庫控制室調(diào)度人員安全職責(zé)，改進(jìn)油庫控制室人機(jī)界面可操作性；

◇加強(qiáng)員工安全知識(shí)培訓(xùn)，員工工作負(fù)荷評(píng)估和工作條件改進(jìn)；

◇建立人員、設(shè)備、程序變更管理程序，重視關(guān)鍵設(shè)備保養(yǎng)、試驗(yàn)和校驗(yàn)；

◇油庫與煉油廠、承包商、分輸站等有效溝通。

3.5事故應(yīng)急響應(yīng)

法規(guī)COMAH要求應(yīng)制定燃油油庫應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)包括可預(yù)見的緊急情況，重點(diǎn)是預(yù)防儲(chǔ)罐泄漏和事故初期處置，以及較低概率才出現(xiàn)的蒸氣云爆炸、多個(gè)油罐火災(zāi)等情形；還應(yīng)包括與地方規(guī)劃、消防、警察部門協(xié)調(diào)公共健康安全、環(huán)境污染等。

應(yīng)急預(yù)案不能消除油庫重大事故，重點(diǎn)是保證應(yīng)急預(yù)案可操作性和執(zhí)行力，建議有針對(duì)性實(shí)施員工培訓(xùn)，如消防泵或手動(dòng)應(yīng)急開關(guān)的位置及使用；識(shí)別應(yīng)急響應(yīng)資源的短板，必要時(shí)依賴外部消防力量和救援服務(wù)，如建立替代的應(yīng)急控制中心，邀請(qǐng)當(dāng)?shù)貦C(jī)構(gòu)參與應(yīng)急預(yù)案演練等。

3.6油庫周邊土地規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展

油庫重大危險(xiǎn)源周邊土地規(guī)劃納入社會(huì)公共風(fēng)險(xiǎn)管理，油庫應(yīng)參與地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，建議如下：

◇參考?xì)庀笳撅L(fēng)速、風(fēng)向信息，發(fā)布油庫區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)告；

◇向公眾進(jìn)行油庫風(fēng)險(xiǎn)警示和通告，但不宜過于頻繁，以免產(chǎn)生負(fù)面影響，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用瘛⑵髽I(yè)投訴情形確定溝通頻率和形式；

◇協(xié)助油庫周圍區(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)；

◇建議對(duì)重大危險(xiǎn)源周邊土地規(guī)劃進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；

◇建議以“死亡人數(shù)”作為描述事件后果指標(biāo)，不采用“事故影響人數(shù)”等指標(biāo)。

3.7重大危險(xiǎn)源周圍社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)控制

英國政府設(shè)立國民緊急事務(wù)秘書處，任命部長級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，將燃油油庫風(fēng)險(xiǎn)控制列入全國性重大事故應(yīng)急預(yù)案管轄。針對(duì)油庫重大火災(zāi)爆炸事故，建立國家級(jí)層面的互助機(jī)制、財(cái)政援助機(jī)制，統(tǒng)籌事故狀態(tài)下通信、公眾保障（食品、飲用水、臨時(shí)住宿等）、社會(huì)秩序恢復(fù)等事宜，如要求燃油油庫與國家消防和救援部門簽訂《火災(zāi)互助協(xié)議》等。

3.8油氣爆炸機(jī)理

邦斯菲爾德事故主體爆炸非常特殊，蒸氣云爆炸產(chǎn)生了極高超壓?，F(xiàn)有爆炸模型無法預(yù)測這類爆炸的沖擊破壞程度。這種類型爆炸具有不可預(yù)見性，原理尚不清楚，初步解釋是爆炸性氣體在油庫有限空間內(nèi)被引燃，有限空間限制了氣體膨脹，壓力劇增，導(dǎo)致爆炸。有關(guān)計(jì)算表明，在空間受限的管道中近化學(xué)計(jì)量的丁烷-空氣最高湍流火焰速度約1200m/s，從而在火焰前產(chǎn)生聲波，壓力達(dá)到1.17MPa、溫度達(dá)到551.85℃，足以引發(fā)自燃和隨后的爆震［10］。

4　結(jié)論和建議

通過梳理邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告和建議書，以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和整改措施具有普遍意義，建議大型燃油儲(chǔ)備油庫借鑒：

1）建立油庫三級(jí)防控系統(tǒng)理念，確保事故狀態(tài)下油品不泄漏至油庫外區(qū)域造成環(huán)境污染。

2）設(shè)計(jì)高完整性等級(jí)、獨(dú)立于儲(chǔ)罐計(jì)量和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的儲(chǔ)罐充裝控制系統(tǒng)，且具有優(yōu)先控制權(quán)。

3）防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)考慮泄漏油品沖擊力，重視接縫處密封劑強(qiáng)度，防火堤容量應(yīng)為最大儲(chǔ)罐容量的110%。

4）油庫重大危險(xiǎn)源周邊土地規(guī)劃納入社會(huì)公共風(fēng)險(xiǎn)管理，繪制風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等高線圖進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，基于劃定“協(xié)商距離”參與地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。

5）油庫應(yīng)急預(yù)案重點(diǎn)是預(yù)防儲(chǔ)罐泄漏和事故初期處置，以及蒸氣云爆炸、多個(gè)油罐火災(zāi)等特殊情形。

6）針對(duì)油庫重大火災(zāi)爆炸事故，建立國家級(jí)層面的互助機(jī)制、財(cái)政援助機(jī)制，統(tǒng)籌事故狀態(tài)下通信、公眾保障、社會(huì)秩序恢復(fù)等事宜。

7）建立與企業(yè)安全文化和領(lǐng)導(dǎo)力有關(guān)的戰(zhàn)略目標(biāo)，以改進(jìn)員工人為因素為目標(biāo)，促進(jìn)油庫安全管理。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.020

2014-12-18）

張鶴然，1998年畢業(yè)于河北省委黨校（企業(yè)管理專業(yè)），從事油氣長輸管道物質(zhì)調(diào)配管理工作，E-mail：daweixiaolin @hotmail.com，地址：河北省滄州市新華區(qū)滄州輸油處供應(yīng)科，061000。