常壓儲罐火災風險評價方法與防控體系研究

方 舟 劉德宇 李光海

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

自2 0世紀60年代起，石油在世界一次能源消費結構中比重達到40%以上，成為世界經濟的主要動力。如今，石油的安全儲備及大型儲備基地的建設，已成為各國戰(zhàn)略規(guī)劃的重點。美國、日本、歐盟等世界的重要經濟體均興建了眾多鋼制焊接石油儲罐。

作為全球第二大能源消費國，我國的經濟增長越來越依賴于穩(wěn)定安全的能源供應，其中石油的地位尤為突出。在過去的10年間，為滿足國內日益增長的能源需求，我國對國際石油市場的依賴不斷增強。2011年1月～5月，我國原油的對外依存度達55.2%，已超越美國（53.5%）。然而國內石油長期以來都存在供應不足的情況，進口石油比例逐年增長。據(jù)預測，“十二五”期間，石油對外依存度將越過60%，甚至更高。在如此高的依存度下，自身石油儲備不足，一旦石油通道或供應發(fā)生問題，將會嚴重影響到我國經濟和政治安全。

為防范石油供給風險，維護國家經濟安全，我國政府于2004年6月召開國務院常務會議，討論并原則通過了《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2004～2020年）》（草案），正式規(guī)劃建設國家戰(zhàn)略石油儲備基地。該規(guī)劃綱要的要點之一就是要高度重視能源安全，搞好能源供應多元化，加快石油戰(zhàn)略儲備建設和健全能源安全預警應急體系。

中國從2003年開始籌建國家石油儲備基地?？傮w規(guī)劃三期，至2008年底已在沿海的鎮(zhèn)海、舟山、大連、黃島建成了第一期四個石油儲備基地，儲備總量1640萬立方米，約合1400萬噸，并已經投運。2009年我國第二期國家石油儲備基地建設全面展開，新疆獨山子國家石油儲備基地開工建設，并陸續(xù)在甘肅蘭州、重慶萬州、遼寧鐵嶺、黑龍江大慶、林源、甘肅蘭州、廣東湛江、汕頭和茂名等地陸續(xù)興建百萬立方米以上的石油儲備基地。其儲量安排大致是：第二期2800萬噸；第三期2800萬噸。

伴隨著石油儲罐需求和使用量的迅速增加，近年來儲罐的火災、爆炸事故時有發(fā)生[1-2]。據(jù)有關統(tǒng)計，在2001～2006年間我國化工行業(yè)發(fā)生的火災事故中，由儲罐引起的火災事故占事故總數(shù)的34.95%，死亡人數(shù)占40%，給國家、社會、個人造成了嚴重的經濟損失和負面影響。如黃島油庫“8.12”重大火災事故，600t原油流入海中，造成附近海域和沿岸地區(qū)污染，直接經濟損失高達3540萬元；2005年12月，位于倫敦以北約25英里處的Buncefield發(fā)生儲罐爆炸，爆炸引起的火災持續(xù)了60多個小時才最終熄滅，造成整個歐洲空氣環(huán)境的污染，被認為是二戰(zhàn)以后歐洲最大的火災事故；2006年8月7日我國某石油戰(zhàn)略儲備庫16#15萬立方外浮頂原油罐遭受雷擊密封圈起火，起火點達5處之多；2007年5月24日與6月24日該石油戰(zhàn)略儲備庫47＃儲罐先后兩次因雷擊密封圈處發(fā)生火災；2010年3月5日，49＃儲罐又因雷擊密封圈處發(fā)生火災；2010年1月7日中石油蘭州石化公司316罐區(qū)火災爆炸事故，導致周邊十一個儲罐相繼發(fā)生連環(huán)爆燃，造成12人傷亡。2010年7月16日大連大孤山中石油油庫輸油管線爆炸起火，造成大量原油泄漏，形成近6萬平方米的地面流淌火過火面積，并引發(fā)罐區(qū)T103號原油罐大火，造成附近海域大面積水體污染。這些火災、爆炸事故一旦發(fā)生，造成的災害后果十分嚴重，不僅普遍伴隨產生環(huán)境污染等嚴重的次生災害，給人類的生命和生態(tài)環(huán)境造成嚴重的影響，也給生產和國民經濟造成巨大損失。

正是由于石油儲罐火災事故的頻繁發(fā)生，無論是世界各國政府部門還是民間普通用戶，都希望有合理的罐區(qū)火災評價方法和完善的火災防控體系，來保障安全生產和運行。然而，儲罐火災影響因素眾多，過程所涉及的危險因素、事故機理復雜，火災現(xiàn)場破壞嚴重，往往給罐區(qū)的合理評價和火災現(xiàn)場勘查帶來很大困難。因此，如何在儲罐區(qū)火災風險評價、火災危害防控、突發(fā)事故應急處理等環(huán)節(jié)建立起一套完整的、適合我國國情的、與大型化、高參數(shù)、高危險性石油儲罐系統(tǒng)相適應的火災評價和防控方法，已經成為當務之急。

因此，對石油儲罐區(qū)的火災評價和防控方法進行研究，是建立與在役儲液罐長周期運行相適應的安全保障體系的重要一環(huán)，對保證在役儲液罐結構完整性和長周期服役安全性至關重要。

目前，國內對于儲罐群火災風險控制的研究[3-4]，還大多采用數(shù)值模擬的方法，試驗條件不充分，儲罐及石化裝置常用材料過火性能數(shù)據(jù)庫建設困難，缺少試驗數(shù)據(jù)的支撐，這方面的安全評估方法更是空中樓閣，發(fā)展緩慢。此外，近年來，發(fā)達國家儲罐區(qū)安全工作的重點逐漸由“事后處理”轉向“預防為主、防控結合”的模式，而我國防控體系的建設還未跟上。

該項目創(chuàng)新成果針對以上這些問題，將試驗研究、案例分析、理論方法研究相結合，不僅在儲罐群火災防控體系建設上有所突破，也為石化裝置材料數(shù)據(jù)庫建設提供第一手試驗數(shù)據(jù)，為儲罐完整性管理提供技術支撐。

該項目既符合原國家質檢總局關于特種設備動態(tài)監(jiān)管和基于風險的安全技術研究科技規(guī)劃，又是中國特檢院制定的適應特種設備安全運行需要的研究方向，同時也是危化品部門長期工作中凝練出的急需解決的重要問題。預計研究成果將對大型儲罐的安全運行和風險管理具有重要實用價值，并可作為儲罐基于風險的安全標準或法規(guī)建立的有力準備和參考依據(jù)。

對其在火災過程中產生的損傷和性能改變進行正確的評價和處理，不僅可以避免不必要的修理和更換，降低企業(yè)的生產成本，提高企業(yè)的競爭力，還可以科學合理地預測儲罐的使用壽命，指導企業(yè)制定檢維修計劃。因此，對遭過火災事故的大型石油儲罐的性能以及合于使用評價方法進行研究，是建立與在役儲液罐長周期運行相適應的安全保障體系的重要一環(huán)，對保證在役儲液罐結構完整性和長周期服役安全性至關重要。可在保證過火后大型儲罐安全的前提下，延長儲罐的服役年限，為企業(yè)帶來切實的經濟效益。

1 項目總體及研究方案

1.1 總體思路

該項目分析發(fā)生火災事故的關鍵決定因素，提出對儲罐區(qū)進行火災風險分析的方法及管理工作的建議。分析儲罐火災特點與破壞機理，建立一套包括科學的調查手段、系統(tǒng)的推理方法和數(shù)值模擬仿真技術在內的起火點和事故原因追查技術方法。以火災事故模型分析為基礎，嘗試構建石油儲罐火災危害控制模式?；谝陨戏矫娴姆治?，提出儲罐區(qū)火災事故應急預案和對策步驟。

1.2 研究內容和技術方案

項目對罐區(qū)火災評價方法和火災防控體系開展研究，內容包括以下幾個方面：

1）對石油儲罐發(fā)生火災事故的原因、危險性和事故后果進行分析，結合事故案例分析提出發(fā)生火災事故的關鍵決定因素，為制定防范突發(fā)事故措施提供參考依據(jù)，并提出對儲罐區(qū)進行火災風險分析方法及管理工作的建議[5]。

2）案例、理論、試驗等方法相結合，考慮儲罐火災特點與破壞機理，建立一套起火點和事故原因追查技術體系[6-7]。

3）結合不同類型火災的特點、危害程度和事故后果，嘗試構建石油儲罐火災危害控制模式。

4）開展儲罐區(qū)火災事故應急預案和對策步驟的研究。

項目技術路線如圖1所示。

2 項目主要技術內容及創(chuàng)新點

1）分析發(fā)生火災事故的關鍵決定因素，提出對儲罐區(qū)進行火災風險分析的方法及管理工作的建議。

2）分析儲罐火災特點與破壞機理，建立一套包括科學的調查手段、系統(tǒng)的推理方法和數(shù)值模擬仿真技術在內的起火點和事故原因追查技術方法。

3）結合以火災事故模型分析為基礎，以防火間距及火災救援行動的安全距離為分析對象，構建石油儲罐火災危害控制模式。

圖1 項目技術路線

4）提出儲罐區(qū)火災事故應急預案和對策步驟。

3 項目應用推廣情況

該項目創(chuàng)新成果為儲罐的檢測檢驗、評價、完整性管理奠定了基礎。應用、推廣前景良好，目前已經在一些大型企業(yè)進行了實施應用，取得了良好的效果，得到了企業(yè)的認可。該項目實施應用前后，有較為顯著的變化。

實施前，國內對于儲罐群火災風險控制的研究，還大多采用數(shù)值模擬的方法，試驗條件不充分，儲罐及石化裝置常用材料過火性能數(shù)據(jù)庫建設困難，缺少試驗數(shù)據(jù)的支撐，這方面的安全評估方法更是空中樓閣，發(fā)展緩慢。此外，近年來，發(fā)達國家儲罐區(qū)安全工作的重點逐漸由“事后處理”轉向“預防為主、防控結合”的模式，而我國防控體系的建設還未跟上。

該項目創(chuàng)新成果針對以上這些問題，將試驗研究、案例分析、理論方法研究相結合，不僅在儲罐群火災防控體系建設上有所突破，也為石化裝置材料數(shù)據(jù)庫建設提供第一手試驗數(shù)據(jù)，為儲罐完整性管理提供技術支撐。針對油罐火災做好事故預測分析及事故控制，無論是對企業(yè)還是社會都具有非常重要的意義。

其研究成果，已經成功進行了一系列的應用示范，例如：對東北某石化公司儲運罐區(qū)火災事故進行分析，提供分析報告；支撐了兩個標準的起草，包括：GB/T 30578—2014 《常壓儲罐基于風險的檢驗及安全評價》，該標準已于2014年12月頒布實施，以及國家標準《常壓儲罐完整性管理》，該標準已經提交了征求意見稿；為西部某大型石化企業(yè)提供常壓儲罐區(qū)的完整性管理體系；為中海油某公司提供儲罐完整性管理解決方案等。產生了巨大的經濟效益和社會效益。

該項目的技術方法，得到各企業(yè)高度評價和對該研究成果的認可。應用推廣順利。據(jù)不完全統(tǒng)計，近2年為各大企業(yè)帶來的經濟效益超過3000萬元，在未來也將產生可觀的經濟、社會效益。

[1]GA/T 812—2008 火災原因調查指南[S]. 北京：中華人民共和國公安部，2008.

[2]中國安全生產科學研究院. 危險化學品事故案例[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[3]GB 6442—86 企業(yè)職工傷亡事故調查分析規(guī)則[S].北京：中華人民共和國，1986.

[4]國家安全生產監(jiān)督管理總局. 安全評價[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[5]方舟，陳浩禹，劉德宇. RBI技術在危險化學品儲罐群的應用[J]. 壓力容器，2014（31）：32-37.

[6]Fang Zhou， Chen Haoyu. Study on Mechanical Properties of the Steel for Large Size Atmospheric Storage Tank after Fire[C]. The 2nd ICSHMIM， Sep 24-26， 2014.

[7]Fang Zhou， Hu Weiwei， Liu Deyu. Study on Metallography Test of the Steel SPV490 for Atmospheric Storage Tank after Fire Dynamic Experimental Investigation on the Self-vibration Characteristics of Liquid Storage Tanks under Seismic Excitations[C]. 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference， July 17-21， 2016， Vancouver， BC， Canada. ASME Pressure Vessels Piping， 2016.