國(guó)外某油庫(kù)爆炸事故教訓(xùn)的思考

楊洪麗 王志斌 陳宏普 吳占明 馬偉平

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉(cāng)儲(chǔ)分公司 浙江寧波 315812；3中國(guó)石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東青島 266071；5中國(guó)石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

國(guó)外某油庫(kù)爆炸事故教訓(xùn)的思考

楊洪麗1王志斌2陳宏普3吳占明4馬偉平5

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉(cāng)儲(chǔ)分公司 浙江寧波 315812；3中國(guó)石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東青島 266071；5中國(guó)石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

簡(jiǎn)要介紹了英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)爆炸事故經(jīng)過(guò)，系統(tǒng)梳理了事故的教訓(xùn)和改進(jìn)措施，包括油庫(kù)的三級(jí)防控體系、儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)、油庫(kù)選址、防火堤安全設(shè)計(jì)、事故應(yīng)急預(yù)案、油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、油庫(kù)周邊區(qū)域規(guī)劃、重大危險(xiǎn)源國(guó)家監(jiān)管機(jī)制以及油氣蒸氣云爆炸機(jī)理等，針對(duì)國(guó)內(nèi)油罐安全管理提出了相關(guān)改進(jìn)建議。

國(guó)外 石油庫(kù) 儲(chǔ)罐 爆炸 事故 教訓(xùn) 思考

鑒于我國(guó)石油戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備和儲(chǔ)罐大型化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)最大浮頂罐容積已達(dá)20×104m3[1]，大型石油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)施工技術(shù)已處于國(guó)際先進(jìn)水平，但近年來(lái)油庫(kù)火災(zāi)爆炸事故仍有發(fā)生，例如中石油大連新港7.16儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故，財(cái)產(chǎn)損失近2億元，上萬(wàn)噸原油流入大海，造成嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題[2]。根據(jù)國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐事故統(tǒng)計(jì)[3-5]，主要因素依次為機(jī)械設(shè)備故障(液位計(jì)故障、過(guò)量充裝導(dǎo)致溢油)、雷擊、靜電、人員誤操作、電氣短路火花和動(dòng)火作業(yè)(明火)等。以往研究側(cè)重于特定事故經(jīng)過(guò)、分析事故原因和總結(jié)預(yù)防措施，而研究方法系統(tǒng)性有待改進(jìn)，研究成果不能普遍推廣到其他儲(chǔ)罐工程，此外，還缺乏消防協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制、公眾警示疏散和儲(chǔ)罐周邊規(guī)劃發(fā)展等內(nèi)容，因此，不能從根本上避免儲(chǔ)罐事故[6]。

1 英國(guó)邦斯菲爾德(Buncefield)油庫(kù)事故簡(jiǎn)介

2005年英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)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]，經(jīng)濟(jì)損失和相關(guān)賠償費(fèi)用高達(dá)10億英鎊。該事故作為重大環(huán)境污染事故上報(bào)至歐盟，事故共燒毀23座儲(chǔ)罐，造成43人受傷，油庫(kù)附近300間房屋損壞，2 000多居民疏散，M1高速公路關(guān)閉?；馂?zāi)持續(xù)燃燒5 d，釋放的濃煙擴(kuò)展到英國(guó)南部地區(qū)?；馂?zāi)撲救使用了大量泡沫和冷卻水，造成弗爾河(River Ver)污染(見(jiàn)圖1)。

圖1 英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故造成的環(huán)境污染

英國(guó)政府針對(duì)邦斯菲爾德油庫(kù)火災(zāi)爆炸事故的后續(xù)處置做法值得借鑒[8]。例如成立特定的重大事故委員會(huì)進(jìn)行了周期為三年的調(diào)查研究，編制了8冊(cè)調(diào)查報(bào)告和4冊(cè)建議書(shū)，涵蓋儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)、油庫(kù)選址、防火堤安全設(shè)計(jì)、油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、事故應(yīng)急預(yù)案、油庫(kù)周邊區(qū)域規(guī)劃、重大危險(xiǎn)源國(guó)家監(jiān)管機(jī)制和油氣蒸氣云爆炸機(jī)理等諸多內(nèi)容。此外還制定了油庫(kù)整改措施的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)度表，在100多個(gè)類(lèi)似油庫(kù)推廣應(yīng)用。英國(guó)政府開(kāi)設(shè)了專(zhuān)門(mén)網(wǎng)站(網(wǎng)址http://www.buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm)，以實(shí)事求是和坦誠(chéng)接受的態(tài)度接受全世界的批評(píng)和關(guān)注。

本文系統(tǒng)梳理了邦斯菲爾德油庫(kù)事故調(diào)查報(bào)告和建議書(shū)中有代表性的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和改進(jìn)措施，包括《油庫(kù)設(shè)計(jì)與運(yùn)行》、《事故應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)》、《向規(guī)劃?rùn)C(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(kù)中的作用》等著作，這些研究成果對(duì)于提升我國(guó)油庫(kù)安全管理工作具有指導(dǎo)意義。

2 英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故過(guò)程

2005年12月11日，英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)的912號(hào)儲(chǔ)罐正在接收注入汽油作業(yè)，該儲(chǔ)罐防止過(guò)量充裝的計(jì)量系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致大量油品從罐頂溢出。油品流經(jīng)邊緣板，傾斜而下的液體形成小瀑布，被分散成小液滴(圖2)。部分引流至罐壁板的油品，在加強(qiáng)圈撞擊下，形成第二瀑布；油品下落至防火堤地面，形成第三次沖擊(圖3)。上述過(guò)程加劇了汽油中較輕化學(xué)成分的蒸發(fā)，例如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性蒸氣云，并在整個(gè)油庫(kù)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，最終被潛在的點(diǎn)火源引燃發(fā)生劇烈爆炸。

圖2 油品沿儲(chǔ)罐邊緣板傾瀉

圖3 爆炸性蒸氣云形成過(guò)程示意圖

3 邦斯菲爾德油庫(kù)事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

3.1 油庫(kù)三級(jí)防控系統(tǒng)

英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故調(diào)研報(bào)告和建議書(shū)均提出了油庫(kù)三級(jí)防控系統(tǒng)的理念，一級(jí)防控系統(tǒng)是儲(chǔ)存油品的儲(chǔ)罐和工藝管道設(shè)施；二級(jí)防控系統(tǒng)包括防止儲(chǔ)罐過(guò)量充裝的液位計(jì)及高位報(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)；三級(jí)防控系統(tǒng)指排水/污油系統(tǒng)、圍墻、道路、路緣石等臨時(shí)存放油品的設(shè)施，防止油品流散至油庫(kù)以外區(qū)域或者滲入地下水造成環(huán)境污染。

3.2 儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)

英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故最重要的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是建立完整、可靠的儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)，可通過(guò)完整性等級(jí)進(jìn)行衡量。安全完整性等級(jí)(SIL)是根據(jù)失效概率衡量安全系統(tǒng)的可靠性，完整性等級(jí)分為四級(jí)，安全完整性等級(jí)越高，表示系統(tǒng)產(chǎn)生故障、不能正常運(yùn)行的概率越低。儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有較高的安全完整性等級(jí)，即具有獨(dú)立性，能夠及時(shí)關(guān)閉管道和閥門(mén)，防止儲(chǔ)罐發(fā)生溢流。

儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 61511《第1部分：安全儀表系統(tǒng)的要求》，主要包括以下要求：

(1)儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)、油庫(kù)電視監(jiān)控系統(tǒng)，且運(yùn)行操作不依賴(lài)于儲(chǔ)罐內(nèi)部的設(shè)施；

(2)儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)制定定期功能性試驗(yàn)計(jì)劃；

(3)選用診斷能力增強(qiáng)型傳感器，保證儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)的可靠性；

(4)儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)儲(chǔ)罐充裝作業(yè)的優(yōu)先控制權(quán)限，可在不依靠油庫(kù)控制室遠(yuǎn)程控制的條件下停止油品輸送。

3.3 油庫(kù)選址

英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故中污油排放系統(tǒng)損壞嚴(yán)重，大量消防用水和油品沿油庫(kù)路面流散，部分污染物流散至油庫(kù)外，造成污染物滲入地下水等環(huán)境污染問(wèn)題。建議新建油庫(kù)選址時(shí)，應(yīng)考慮油庫(kù)附近地表水分布，以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)滲透性等問(wèn)題，必要時(shí)在油庫(kù)外部區(qū)域設(shè)計(jì)專(zhuān)用的流散液體通道，流向設(shè)置的事故應(yīng)急池。

3.4 防火堤安全設(shè)計(jì)

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的防火堤對(duì)于提高儲(chǔ)罐安全等級(jí)具有重要意義。英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)防火堤主要是混凝土堤結(jié)構(gòu)。研究表明，混凝土在300℃時(shí)強(qiáng)度下降，500℃時(shí)強(qiáng)度降低50 %，800℃強(qiáng)度幾乎全部喪失。儲(chǔ)罐火災(zāi)可能形成1 000℃火焰，極易造成防火堤炸裂坍塌[9]。邦斯菲爾德油庫(kù)在防火堤施工過(guò)程中混凝土預(yù)制塊接縫處未作加強(qiáng)級(jí)密封處理，防火堤強(qiáng)度、完整性和密封性均存在一定缺陷，導(dǎo)致消防水和油品從防火堤破裂處流出，見(jiàn)圖4。

圖4 邦斯菲爾德事故損壞的防火堤

防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

(1)防火堤應(yīng)能容納最大儲(chǔ)罐容量和滅火所需消防水量的余量，根據(jù)美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA30—2012《可燃和易燃液體規(guī)范》，防火堤容量應(yīng)為最大儲(chǔ)罐容量的110 %；

(2)防火堤接縫處密封劑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)滿足承受2 h燃燒時(shí)間；

(3)防火堤除承受液體靜壓力之外，還應(yīng)考慮大量油品由儲(chǔ)罐傾斜產(chǎn)生的高流速?zèng)_擊力。

3.5事故應(yīng)急預(yù)案

COMAH要求制定大型油庫(kù)應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)具有可操作性、約束力和執(zhí)行力，重點(diǎn)是預(yù)防儲(chǔ)罐泄漏措施、事故報(bào)告流程和事故初期處置方法，還應(yīng)包括與地區(qū)規(guī)劃、消防、警察部門(mén)協(xié)調(diào)消防聯(lián)動(dòng)事宜和處理環(huán)境污染等問(wèn)題。COMAH要求有針對(duì)性地進(jìn)行員工專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)，例如消防泵和應(yīng)急開(kāi)關(guān)的操作。此外，建議通過(guò)簽訂互助協(xié)議的方式，借助外部消防力量的方式，例如邀請(qǐng)政府部門(mén)參與應(yīng)急預(yù)案演練等。

3.6油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鑒于邦斯菲爾德油庫(kù)事故的重大影響，英國(guó)政府制定了《重大事故危險(xiǎn)控制條例》(COMAH)，專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)管類(lèi)似邦斯菲爾德油庫(kù)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。COMAH要求繪制風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等高線圖進(jìn)行油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，劃分為COMAH場(chǎng)所、內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)代表不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)或傷害程度，內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)概率為10cpm、1cpm、0.3cpm(cpm為每百萬(wàn)分之一概率)，見(jiàn)圖5。COMAH外區(qū)邊緣的“協(xié)商距離”由油庫(kù)運(yùn)行商與政府部門(mén)確定，“協(xié)商距離”表示在重大事故危險(xiǎn)源附近允許經(jīng)濟(jì)規(guī)劃區(qū)域的安全距離，如不滿足“協(xié)商距離”，應(yīng)根據(jù)COMAH確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)限制該區(qū)域開(kāi)發(fā)程度、人口密度、建筑設(shè)施類(lèi)型等。

圖5 油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等高線圖

3.7 油庫(kù)周邊區(qū)域規(guī)劃

英國(guó)邦斯菲爾德事故建議書(shū)認(rèn)為大型油庫(kù)作為重大危險(xiǎn)源，油庫(kù)周邊區(qū)域規(guī)劃應(yīng)納入社會(huì)公共風(fēng)險(xiǎn)管理，油庫(kù)安全管理應(yīng)與周?chē)鷧^(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，建議以下措施：

(1)定期發(fā)布油庫(kù)區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)告；

(2)油庫(kù)新建和改造工程施工時(shí)發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)警示或通告；

(3)協(xié)助政府環(huán)保部門(mén)針對(duì)油庫(kù)周?chē)鷧^(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)；

(4)針對(duì)高后果區(qū)等特殊地段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3.8 重大危險(xiǎn)源國(guó)家監(jiān)管機(jī)制

英國(guó)政府專(zhuān)門(mén)設(shè)立國(guó)民緊急事務(wù)秘書(shū)處，將大型油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)控制列入全國(guó)性重大事故應(yīng)急預(yù)案管轄。針對(duì)油庫(kù)重大火災(zāi)爆炸事故，建立國(guó)家級(jí)層面的消防互助機(jī)制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)生事故狀態(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，例如要求大型油庫(kù)與國(guó)家消防和救援部門(mén)簽訂《火災(zāi)互助協(xié)議》等。

3.9 油氣蒸氣云爆炸機(jī)理

英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)事故是油氣蒸氣云爆炸，產(chǎn)生了極高的壓力?，F(xiàn)有爆炸模型例如TNT法無(wú)法預(yù)測(cè)油氣蒸氣云爆炸的沖擊破壞程度，TNT法不能表征燃油反應(yīng)差異以及堵塞、約束對(duì)火焰速度的影響，同時(shí)TNT模型的量級(jí)和持續(xù)時(shí)間與油氣蒸氣云爆炸存在很大差異。油氣蒸氣云爆炸具有不可預(yù)見(jiàn)性，其原理尚不清楚，初步認(rèn)識(shí)是爆炸性氣體在儲(chǔ)罐有限空間內(nèi)被引燃，有限空間限制了氣體膨脹，壓力劇增，導(dǎo)致爆炸。研究表明，在空間受限的管道中丁烷-空氣最高紊流火焰速度約1 200 m/s，壓力達(dá)到1.17 MPa、溫度達(dá)到551.85 ℃，足以引發(fā)管道中的爆震問(wèn)題[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告和建議書(shū)，以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和整改措施具有通用性和普遍意義，建議國(guó)內(nèi)油庫(kù)借鑒參考：

(1)具有征地條件的已建油庫(kù)應(yīng)設(shè)置外圍溢油管道系統(tǒng)，防止事故狀態(tài)下油品流散至油庫(kù)外部造成環(huán)境污染問(wèn)題；

(2)設(shè)計(jì)高SIL等級(jí)、獨(dú)立于儲(chǔ)罐附件設(shè)施、電視遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)；

(3)防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)考慮油品靜壓和泄漏狀態(tài)下的沖擊力，重視接縫處密封處理，防火堤容量應(yīng)為罐組內(nèi)最大儲(chǔ)罐容量的110 %；

(4)油庫(kù)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)，參與地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展；

(5)油庫(kù)應(yīng)急預(yù)案應(yīng)具有可操作性、約束力和執(zhí)行力，重點(diǎn)是預(yù)防儲(chǔ)罐泄漏措施、事故報(bào)告流程和事故初期處置方法；

(6)針對(duì)油庫(kù)重大火災(zāi)爆炸事故，建立國(guó)家級(jí)層面的互助機(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。

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2017-01-09。

楊洪麗(1980-)，女，工程師，山東青島人，2008年碩士研究生畢業(yè)于江蘇工業(yè)學(xué)院化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事煉廠、油庫(kù)及長(zhǎng)輸管線等方面的工程設(shè)計(jì)及研究工作。