國內外儲罐液位報警聯動相關標準對比研究

張妮 譚笑 王岳 徐蔥蔥

1中油管道科技研究中心

2中國石油管道公司

近年來，隨著國民經濟的發(fā)展，罐區(qū)/油庫的規(guī)模日趨大型化，一旦發(fā)生安全事故，后果不堪設想。隨著國家安全生產管理的逐步升級，對石油石化企業(yè)危險化學品的安全管理提出了新的要求。為了減少罐區(qū)/油庫安全運行中存在的問題，盡量避免或減少事故的發(fā)生，降低危害，進行罐區(qū)/油庫隱患點識別，并及時治理顯得尤為必要。

根據對現場油庫隱患點識別及分析，液位報警的聯動是儲罐安全的主要隱患之一。例如：2005年的邦斯菲爾德油庫爆炸事故，其直接原因是儲罐監(jiān)控系統(tǒng)失效，儲罐液位超高報警系統(tǒng)和計量系統(tǒng)相連，由于計量系統(tǒng)故障，報警系統(tǒng)未能正常啟動，導致儲罐溢油，損失慘重；2009年美國加勒比石油公司油庫發(fā)生爆炸，大火持續(xù)燃燒約60 h，該起事故發(fā)生的重要原因也是缺乏如高液位報警器及自動防溢流系統(tǒng)之類的其他安全措施[1]。

我國目前通常將液位災害分為兩大類：儲罐高液位災害與儲罐低液位災害[2]。高高液位聯鎖關進口閥可防止油罐進油時溢油，是必要的安全保護措施；低低液位開關的設置是為了避免浮頂支腿降落到罐底。儲罐高高液位報警不能聯鎖關閉儲罐進口管道控制閥，容易導致儲罐高液位災害的發(fā)生[3]；儲罐低低液位報警不能聯動停泵，容易導致儲罐低液位災害的發(fā)生。本文針對液位報警聯動隱患開展了中國和北美標準的最佳實踐做法調研，對比分析了國內外標準和做法的差異，并結合生產實際，提出了相關建議。根據生產實際，主要針對立式圓筒形常壓金屬儲罐進行分析，包括外浮頂儲罐和內浮頂儲罐。

1 國內儲罐液位聯動報警相關標準

國內涉及儲罐液位聯動報警的相關標準主要有GB 50074—2014、GB 50737—2011、GB 17681—1999、SH/T 3007—2014、SY 6306—2014、SY/T 6517—2010（已廢止）和AQ 3036—2010，詳見表1。

表1 國內液位聯動報警相關標準Tab.1 Relevant standards of domestic liquid level linkage alarm

1.1 GB 50074—2014《石油庫設計規(guī)范》

GB 50074—2014[4]中規(guī)定了對于容量大于100 m3的儲罐應設置儲罐低液位報警和高液位報警，同時也指出應根據相應的儲罐情況進行液位報警及聯鎖的設置?？偟膩碚f，液位報警的嚴格程度和儲罐容量大小有關，對于容量超過50 000 m3的外浮頂儲罐和內浮頂儲罐，需要同時設置高液位報警、低液位報警、高高液位報警及聯鎖、低低液位報警及聯鎖。不同儲罐的具體設置要求見表2。

1.2 GB 50737—2011《石油儲備庫設計規(guī)范》

GB 50737—2011[5]中規(guī)定了每座油罐應設置液位連續(xù)測量儀表和高高液位開關、低低液位開關。連續(xù)液位計應具備高液位報警、低液位報警和高高液位聯鎖關油罐進口電動閥的功能，低液位報警設定高度(距罐底板)不宜小于2 m；高高液位開關應具備高高液位連鎖關閉油罐進口閥門的功能；低低液位開關應具備低低液位聯鎖停輸油泵并關閉泵出口管道控制閥的功能，低低液位開關設定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

1.3 GB 17681—1999《易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預警系統(tǒng)驗收技術要求》

GB 17681—1999[6]發(fā)布的日期較早，相對于GB 50074，規(guī)定的要求相對簡單，主要規(guī)定：“儲存易燃易爆介質的儲罐，應配備高、低液位報警回路，必要時還應配有液位與相關工藝參數之間的聯鎖系統(tǒng)。”

1.4 SH/T 3007—2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》

SH/T 3007—2014[7]中規(guī)定：“儲存容量大于或等于3 000 m3的甲B和乙A類可燃液體儲罐、容量大于或等于10 000 m3的其他液體儲罐應設高高液位報警及聯鎖，高高液位報警應聯鎖關閉儲罐進口管道控制閥?！睂τ诘鸵何粓缶瘎t規(guī)定：“裝置儲罐宜設低低液位報警，低低液位報警宜聯鎖停泵?！?/p>

1.5 SY/T6306—2014《鋼制原油儲罐運行安全規(guī)范》

SY/T 6306—2014[8]中沒有具體規(guī)定儲罐液位報警及聯鎖的要求，但是針對儲罐的液位，具體規(guī)定了儲罐的安全高度與極限高度要求。對于固定頂儲罐規(guī)定：“極限液位為泡沫發(fā)生器口下沿30 cm，安全液位上限應低于極限液位100 cm，安全液位下限應高于儲罐出口管線上沿100 cm?！睂τ诟№攦抟?guī)定：“極限液位為浮船擋雨板的最高點低于罐壁上沿30 cm，安全液位上限應低于極限液位100 cm，安全液位下限為浮船支柱距離罐底50 cm。”

表2 不同儲罐的液位報警設置要求Tab.2 Requirements for level alarm settings of different tanks

1.6 SY/T 6517—2010《石油設施儲罐過量充裝的防護》

SY/T 6517—2010[9]使用重新起草法修改采用API RP 2350—2005《石油設施儲罐過量充裝的防護》。主要針對不同類型的儲罐規(guī)定了防止過量充裝的技術要求，具體見表3。2012年，API更新發(fā)布了API STD 2350—2012《石油設施儲罐過量充裝的防護》，但本標準未持續(xù)更新；2014年本標準經復審后廢止，被SY 6306—2014替代。

1.7 AQ 3036—2010《危險化學品重大危險源罐區(qū)現場安全監(jiān)控裝備設置規(guī)范》

AQ 3036—2010[10]規(guī)定了危險化學品重大危險源罐區(qū)現場安全監(jiān)控裝備的設置要求和管理。規(guī)定了儲罐液位監(jiān)控設備的要求，規(guī)定：“儲罐應設置液位監(jiān)測器，應具備高低液位報警功能?！北緲藴手形匆?guī)定具體的高低液位報警要求，只是要求：“液位報警高低位至少各設置一級，報警閾值分別為高位極限和低位限?！?/p>

1.8 國內標準現狀

通過以上分析，可以得出目前國內標準中要求儲罐應該建立完整、可靠的儲罐液位報警系統(tǒng)。具體要求表現在以下三個方面：

（1）對于儲罐液位報警聯動的設置，可按照GB 50074—2014和AQ SH/T 3007—2014的要求執(zhí)行。儲罐通常應設置高低液位報警；對于高高液位報警聯鎖和低低液位報警聯鎖的要求，多數與儲罐容量有關。對于50 000 m3及以上的儲罐液位報警要求最嚴格，需要設置高液位報警、低液位報警、高高液位報警聯鎖和低低液位報警聯鎖。

（2）對于報警液位值設置的要求，多針對低液位和低低液位報警高度提出要求。例如GB 50074—2014要求儲罐低液位報警的設定高度應滿足泵不發(fā)生汽蝕的要求；低低液位報警設定高度（距罐底板）不應低于浮頂落底高度。GB 50737—2011要求低液位報警設定高度(距罐底板)不宜小于2 m；低低液位開關設定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

（3）針對過量充裝防護措施，在生產實踐中采取設置自動截油排水器、自動關斷、轉移儲罐的接收，以及在內浮頂油罐安裝長型溢流孔等措施。

2 國外相關標準與實踐做法

由于儲罐高液位災害造成的后果通常較嚴重，容易涉及人身安全和環(huán)境污染問題，如邦斯菲爾德油庫事故和加勒比油庫事故，均是由于儲罐液位過高導致溢出而造成的燃燒爆炸事故，故國外尤其重視對儲罐高液位災害的研究和防治。針對液位過高的風險，美國聯邦法律和行業(yè)協會標準中都做出了相關規(guī)定。但是，針對儲罐液位過低可能造成的空罐或者對泵等設備的損傷，則被認為屬于設備的損壞，通常由設備廠家和維護部門負責，且目前美國管道企業(yè)對儲罐低液位、低低液位的處理，主要限于液位計讀數在中控室的報警，并不在控制系統(tǒng)中做聯鎖保護。因此該部分主要從法律法規(guī)、標準和實踐做法三個方面討論北美針對防止儲罐過量充裝的要求。針對儲罐液位過高和儲罐液位過低引起的安全問題，國外與國內的認識略有差異。

表3 儲罐過量充裝防護一覽表Tab.3 List of tank overfilling protection

2.1 技術法規(guī)

在防止儲罐過量充裝的問題上，美國各州普遍采用了美國國家火災保護協會（NFPA）對易燃液體儲罐的規(guī)范作為技術法規(guī)要求。針對石油儲罐的過量充裝保護要求主要引用NFPA 30中的要求。NFPA 30中規(guī)定：儲罐配備一個單獨的高液位檢測裝置或配備一個能自動切斷或流轉的獨立的高液位檢測裝置，如果采用代替裝置，則需要獲得管轄部門的認可。

美國環(huán)境保護署（EPA）也在EPA-40 CFR中對防止過量充裝和溢出后的補救措施有硬性要求。

2.2 國外標準

針對高液位的防護目前國外主要依據的標準是API STD 2350，目前API STD 2350已更新至第4版，發(fā)布于2012年[11]。相比于之前的版本，這一版本中充分吸取了邦斯菲爾德的事故經驗教訓，因此API STD 2350目前已成為國外企業(yè)防止儲罐溢出一致認可和遵循的技術準則。由于在API STD 2350的設施過程中涉及安全分析的要求，通常又參照IEC 61511—2016《功能安全-加工工業(yè)部門用安全測量儀系統(tǒng)》執(zhí)行。API STD 2350中對過量充裝的要求和NFPA 30的要求是一致的，API STD中對采用不同運營方式的儲罐都給出了比較詳細的建議。

API STD 2350中提出了“防止儲罐溢出程序（OPP，Overfill Prevention Process）”，OPP包括以下5個基本模塊：管理系統(tǒng)、風險分析模塊、確定運行參數、制定完整的工作程序和設備系統(tǒng)。示意圖如圖1所示。

通過OPP的組成可以看出，國外標準中并沒有將液位報警聯鎖作為防止儲罐發(fā)生液位過高危害的核心因素。貫穿API STD 2350的整個思想是：OPP是一個完整的工作和技術體系。因為任何風險所造成的災難都是經過多個環(huán)節(jié)形成的，因此對風險的防范需要確定從風險的形成開始分析，考慮災難所經歷的每個環(huán)節(jié)，從而系統(tǒng)地進行防范。而不是指望某一項措施或者技術能夠一勞永逸地消除風險，這個認識是美國政府和企業(yè)對安全生產制定技術法規(guī)和標準的共同基礎。

2.3 國外企業(yè)關于API STD 2350的實踐

API STD 2350中對于儲罐防止溢出的要求很全面，分別對于各種類型儲罐從技術上和管理上都提出了響應的準則。而對于具體的管道公司，由于其工藝和生產現狀不同，在開展防止油品溢出的措施時，業(yè)主通常會根據企業(yè)自身儲罐情況，結合企業(yè)自身的風險分析在API STD 2350的準則要求下制定具體的措施，因此并不是所有企業(yè)都會設定固定的液位報警值。

圖1 OPP的組成結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of composition and structure of OPP

2.3.1 北美企業(yè)實施API STD 2350的通用流程

由于API STD 2350只是規(guī)定了業(yè)界準則要求，企業(yè)在具體實施API STD 2350的過程中，通常會參考相應的實施指南，圖2是北美企業(yè)實施API STD 2350的通用流程，主要包括建立運行參數和儲罐數據庫、現有儲罐系統(tǒng)配置、風險評估、API STD 2350適用性設置、缺陷評估、風險過程管理、完善缺陷、儲罐系統(tǒng)改造8個步驟。

圖2 API STD 2350的實施流程Fig.2 Implementation flow of API STD 2350

2.3.2 儲罐關鍵液位報警的要求

API STD 2350提出了3個儲罐關鍵液位（Levels of Concern，簡稱LOCs），分別為：儲罐最大工作液位（Maximum Working Level）、儲罐高高液位（High High Tank）和臨界高液位（Critical High）。但是，API STD 2350中僅規(guī)定了高高液位應設置報警。這是因為隨著高可靠性傳感器的實現，API STD 2350認為僅設置一個報警就可以完全滿足液位報警的需求。但是由于歷史原因，自動化系統(tǒng)通常采用冗余設置來增強系統(tǒng)的可靠性，因此目前多數北美管道企業(yè)保留了同時設置高液位報警和高高液位報警。

2.3.3 儲罐關鍵液位報警值的設置

API STD 2350中并未規(guī)定具體的高高液位數值，而是規(guī)定了高高液位的最小響應時間（表4）。企業(yè)根據最小高高液位的響應時間計算不同儲罐的關鍵液位。

表4 最小高高液位響應時間Tab.4 Minimum high high level response time

3 國內外標準差異分析

通過以上闡述，可以看出國內外儲罐液位報警聯動相關標準或做法存在的主要差異，詳見表5。

4 結束語

通過對國內外儲罐液位報警聯動相關標準和實踐的對比分析研究，可以看出國內外是存在一定差異的，提出以下建議。

（1）從理念上來說，國內外存在很大差異。國外為儲罐防止油品溢出建立了一個完整的體系，企業(yè)則根據自身的工況進行風險分析后依據API STD 2350的準則而制定符合企業(yè)自身需求的防治措施，并不是每個企業(yè)都采用統(tǒng)一的防護措施。而國內目前對儲罐液位風險的治理更多地注重操作程序，基本是基于液位報警值的設置和聯鎖設定。建議進一步深入開展API STD 2350研究，結合國內油罐安全生產現狀，逐步建立我國的OPP體系。

（2）從變更管理上來說，國內外存在一些差異。例如美國管道公司對聯鎖的設定值在每一次工藝變更（比如流速變化等）、罐容修正等可能對風險分析造成影響的變更發(fā)生之后，需要重新計算；同時變更的歷史記錄也要作為安全管理的一部分寫入規(guī)定文檔存檔；而國內管道公司在運行時通常沿用給定的聯鎖設定值，當與聯鎖相關的充裝速度、閥門關閉速度、工藝變化的影響等發(fā)生變化時，缺乏及時的跟蹤計算。建議借鑒國外變更管理的理念制定罐區(qū)/油庫變更管理相關標準。

表5 國內外儲罐液位報警相關標準主要差異Tab.5 Major differences of relevant standards for tank liquid level alarm at home and abroad

（3）關于聯鎖的設置，國外標準認為聯鎖保護涉及的執(zhí)行機構（閥門等）也屬于自動保護系統(tǒng)的一部分。對于參與聯鎖的閥門，要求設計中要計算閥門關閉速度，既要保證閥門在達到下一個警戒線之前關閉，也要避免關閉過快而導致水擊；一旦聯鎖動作觸發(fā)，閥門將不能遠控；操作人員在現場復位之后才能恢復遠程控制；閥門需要滿足Fail Safe的設計，一旦失電，閥門自動關閉。建議在我國儲罐相關標準中增加此方面的要求。