儲罐高液位溢流風(fēng)險保護

曾月香

阿科瑪（中國）投資有限公司上海分公司 上海 200072

1 事故統(tǒng)計及回顧

保險公司Marsh 通過收集散裝液體儲存行業(yè)的實際數(shù)據(jù)，根據(jù)對常壓儲罐的研究，從統(tǒng)計上看，每3300 次灌裝操作就會發(fā)生一次溢流。這相當(dāng)于每個儲罐如果每月加注3 次，10 個儲罐組每10 年一次溢流。使用100 個儲罐組的相同假設(shè)，溢流率等于每年一次。

2005 年12 月11 日的凌晨，英國邦斯菲爾德油庫發(fā)生爆炸火災(zāi)事故[1]，共燒毀大型儲油罐20 余座，43 人受傷。原因是一個浮頂油罐加滿了過量的汽油，導(dǎo)致大量汽油泄漏，形成可燃的蒸汽云被點燃點燃，引發(fā)了大規(guī)模爆炸和持續(xù)五天的火災(zāi)。事故釀成了歐洲和平年代最嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難，對倫敦乃至英倫全境的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。主要根本原因是儲油罐的機電液位計間歇性故障，且獨立溢流預(yù)防系統(tǒng)中使用的機械液位開關(guān)失效。在此重大故障之前的三個月內(nèi)，該液位計卡住了14 次，然而這“卡滯”的根本原因未得到充分調(diào)查或糾正，缺乏適當(dāng)?shù)摹敖?jīng)驗教訓(xùn)”程序表明溢流管理系統(tǒng)存在明顯問題。這起事故引起了公眾的極大關(guān)注。

2009 年10 月23 日，美國波多黎各加勒比石油碼頭，汽油從油輪卸載到罐區(qū)的過程中，一個500 萬加侖（約19萬m3）的地上儲罐過量充裝而溢流到二次圍堰中，導(dǎo)致形成一個巨大蒸汽云，在擴散到設(shè)施廢水處理區(qū)的點火源后被點燃。引起蒸氣云火災(zāi)外，爆炸還產(chǎn)生了里氏2.9 級的壓力沖擊波。由燃燒爆炸產(chǎn)生的微粒和煙霧組成的烏云污染空氣持續(xù)兩天多，石油產(chǎn)品也泄漏到周圍地區(qū)的土壤和通航水道中。美國化學(xué)品安全和危害調(diào)查委員會（CSB）調(diào)查報告指出獨立和自動溢流預(yù)防系統(tǒng)的重要性。此外，這一事件表明了正確測量進入儲罐的實際流量和自動計算輸送預(yù)計完成時間的重要性，可以通過使用液位變送器和液位率的自動計算以及儲罐容積的計算來實現(xiàn)。綜上可知，儲罐高液位溢流將會導(dǎo)致極大的安全事故，造成人員傷亡、環(huán)境破壞，并且不利于和諧社會的構(gòu)建。因此，必須對儲罐高液位溢流的風(fēng)險防范措施進行研究，以此保證生產(chǎn)安全和人們的生命安全。

2 國內(nèi)儲罐高液位溢料保護的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2.1《石油庫設(shè)計規(guī)范》

《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB 50074—2014）中：

（1）對于容量大于100m3的儲罐需安裝液位監(jiān)測并遠(yuǎn)傳儀表，并滿足以下要求：液位連續(xù)測量信號需通信方式或模擬信號連接自動控制系統(tǒng)；在自動控制系統(tǒng)中設(shè)高、低液位報警，同時儲罐高液位報警的設(shè)定高度需滿足《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/ T 3007—2014）的有關(guān)規(guī)定，而儲罐低液位報警的應(yīng)以避免轉(zhuǎn)料泵汽蝕的要求。此外，外浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐的低液位報警設(shè)定高度最好比浮頂落底高度高0.2m 及以上。

（2）基于操作頻率、容積大小和存儲物料的可燃性毒性，儲罐應(yīng)安裝高高液位報警及聯(lián)鎖，高高液位報警可以同時聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進口管道控制閥。第一類：年周轉(zhuǎn)次數(shù)超過6 次及容量超過10000m3的易燃類液體儲罐；第二類：年周轉(zhuǎn)次數(shù)低于6 次，且容量大于20000m3的易燃類液體儲罐；第三類：儲存劇毒性液體的儲罐。

（3）對于容量超過50000m3的外浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐，需要設(shè)置低低液位報警。低低液位報警設(shè)定高度應(yīng)高于浮頂落底高度，并可以同時聯(lián)鎖停轉(zhuǎn)料泵。

（4）儲罐液位連續(xù)監(jiān)測儀表或液位開關(guān)獨立設(shè)置，用于儲罐高高、低低液位在自動控制系統(tǒng)中報警及聯(lián)鎖。

2.2《易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗收技術(shù)要求》

《易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗收技術(shù)要求》（GB 17681—1999）規(guī)定：配置液位檢測系統(tǒng)，而且同一儲罐應(yīng)安裝不少于2 種不同類別的液位檢測儀表。如果儲罐具有易燃、易爆介質(zhì)，需要設(shè)置高、低液位報警系統(tǒng)，并結(jié)合實際需求，配置液位與相關(guān)工藝參數(shù)之間的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

2.3《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》

《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》（AQ 3036- 2010）中，對危險化學(xué)品構(gòu)成重大危險源的罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備的設(shè)置要求和管理做出了明確的規(guī)定。例如，儲罐需要設(shè)置液位監(jiān)測系統(tǒng)，并配備高低液位報警功能。

2.4《關(guān)于進一步加強化學(xué)品罐區(qū)安全管理的通知》

《關(guān)于進一步加強化學(xué)品罐區(qū)安全管理的通知》（安監(jiān)68 號文- 2014），進一步加強化學(xué)品罐區(qū)安全管理：儲罐高低液位應(yīng)設(shè)置報警，設(shè)置高液位自動聯(lián)鎖關(guān)閉進料閥門和低液位自動聯(lián)鎖關(guān)閉出料閥門或停止物料輸送泵。

2.5《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》

《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（安監(jiān)79 號文- 2015），危險化學(xué)品單位根據(jù)構(gòu)成重大危險源的危險化學(xué)品的相關(guān)情況，建立健全安全監(jiān)管體系和措施。

（1）對構(gòu)成的重大危險源安裝壓力、溫度、組成、流量、液位等工藝參數(shù)的不間斷監(jiān)控管理系統(tǒng)以及根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50493—2019）落實對可燃?xì)怏w和有毒有害氣體的泄露做現(xiàn)場可燃?xì)怏w監(jiān)測安裝，信息處理以及應(yīng)急等管理要求。

（2）針對存在重大危險源的生產(chǎn)裝置，需要為其設(shè)置自動化控制系統(tǒng)和設(shè)備，保證生產(chǎn)的安全性；如存在一級或二級重大危險源的，需要設(shè)置緊急安全停車系統(tǒng)。

（3）針對存在重大危險源，而且涉及毒性氣體、劇毒液體和易燃?xì)怏w等設(shè)備，需要設(shè)置緊急切斷裝置；毒性氣體的設(shè)施，設(shè)置泄漏物緊急處置裝置。涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體且存在一級或二級重大危險源，需要設(shè)置獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

2.6《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》

《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50160—2018）規(guī)定：可燃液體的儲罐應(yīng)設(shè)液位監(jiān)測和高液位報警，并根據(jù)實際情況設(shè)置自動連鎖切斷進料設(shè)施。液化烴儲罐應(yīng)安裝壓力、溫度、等工藝參數(shù)的監(jiān)控，以及安全緊急泄放設(shè)備和系統(tǒng)如安全閥及后續(xù)接收和處理系統(tǒng)，以及高液位報警和高高液位自動聯(lián)鎖切斷進料設(shè)施。

3 國外儲罐高液位溢料保護的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國外涉及儲罐液位管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國消防協(xié)會的《Flammable And Combustible Liquids Code》（NFPA 30- 2018）和美國石油學(xué)會《Overfill Prevention for Storage Tanks in Petroleum Facilities》（API STD 2350- 2020）。針對石油儲罐的過量充裝保護要求主要引用《Flammable And Combustible Liquids Code》（NFPA 30- 2018）中的要求。NFPA 30 中規(guī)定：儲罐至少應(yīng)設(shè)置獨立的高液位管理防溢料的設(shè)備設(shè)施或能自動切斷進出料設(shè)施，并受相關(guān)部門監(jiān)管。

針對高液位的防護目前國外主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是《Overfill Prevention for Storage Tanks in Petroleum Facilities》（API STD 2350- 2020）。API STD 2350 目前已成為國外企業(yè)防止儲罐溢出一致認(rèn)可和遵循的技術(shù)準(zhǔn)則。其主要內(nèi)容和要求是在建立溢料管理體系為前提，進行儲罐溢流的風(fēng)險評估，在對應(yīng)有手動溢料預(yù)防措施和自動溢流預(yù)防措施，對于自動溢流預(yù)防措施需要獨立設(shè)置，甚至根據(jù)業(yè)主需求/ 現(xiàn)場反饋或其他要求而按安全儀表設(shè)置（SIS），遵循《功能安全.加工工業(yè)部門用安全儀表化系統(tǒng)》（ANSI/ ISA 84.00.01- 2004）。

API STD 2350- 2020 版本特別在上一版本2006 版的基礎(chǔ)上增加了風(fēng)險評估，并介紹了定性風(fēng)險評估和半定量風(fēng)險評估的不同評估方法。定性風(fēng)險評估，一般來說定性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于分析員的背景和專業(yè)知識。因此，盡管方法簡單，但重要的是風(fēng)險評估中有知識和技能豐富的操作人員和其他人員執(zhí)行定性風(fēng)險評估分析。定性方法不需要定量風(fēng)險評估方法所需的所有數(shù)據(jù)，所需項目僅分類為大范圍或基于參考點分類。建立一套規(guī)則以確保分類或分類的一致性非常重要。風(fēng)險的一種表示方式是定性的，如低、中或高?？赡苄院秃蠊亩ㄐ栽u估可分配給風(fēng)險類別，這些值顯示在風(fēng)險矩陣中。風(fēng)險矩陣通常用于匯總風(fēng)險，并作為評估風(fēng)險和協(xié)助作出風(fēng)險管理決策的手段。風(fēng)險矩陣提供了風(fēng)險的圖形表示，通常根據(jù)可能性或概率以及對組織的后果或影響。潛在風(fēng)險（例如儲罐泄露）通常顯示為代表每個儲罐最高風(fēng)險的場景。在矩陣上選擇表示適當(dāng)后果列和概率行的單元格，將確定儲罐的風(fēng)險等級和類別。

半定量風(fēng)險評估，半定量風(fēng)險評估是一種方法，它使用有關(guān)設(shè)施設(shè)計、運行、設(shè)備可靠性和人為行為的相關(guān)信息來確定風(fēng)險情景的可能性和后果。半定量風(fēng)險分析通常使用邏輯模型（事件和故障樹）來描述可能對人員、公眾、設(shè)施和/ 或環(huán)境造成傷害的事件組合。這些模型提供了一種系統(tǒng)的方法，通過基于這些危險制定事故情景以及可以實施的不同措施，評估每種情景可能發(fā)生的數(shù)值風(fēng)險，來評估正在研究的設(shè)施中存在的潛在危險，并使用數(shù)學(xué)模型預(yù)測情景發(fā)生時的影響。對模型進行評估，以提供關(guān)于風(fēng)險水平的半定量評估，并確定對管理風(fēng)險最重要的場地、設(shè)計和運營特征，半定量風(fēng)險評估需要更詳細(xì)的信息和數(shù)據(jù)，以便為模型提供輸入。

4 建議

從國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對比來看，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范根據(jù)不同物料、儲罐容積和操作頻率規(guī)定的高低液位報警和連鎖的液位管理防溢料保護，特別是針對構(gòu)成重大危險源的，要求連續(xù)的液位監(jiān)控遠(yuǎn)傳以及液位報警和聯(lián)鎖，并涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。而國外標(biāo)準(zhǔn)首先建立在OPS（Overflow Protection System）溢料保護體系，提出了在建立溢料管理體系為前提，進行儲罐溢流的風(fēng)險評估，在對應(yīng)有手動溢料預(yù)防措施和自動溢流預(yù)防措施，對于自動溢流預(yù)防措施需要獨立設(shè)置。再基于高液位溢流風(fēng)險評估設(shè)置高液位報警和獨立的自動聯(lián)鎖保護，并且根據(jù)需求可能對獨立的自動連鎖保護需要滿足安全儀表規(guī)范要求。所以結(jié)合國內(nèi)外的現(xiàn)行規(guī)范要求，針對儲罐高液位溢流風(fēng)險保護的建議：在滿足國家規(guī)范要求的前提下，根據(jù)中國HAZOP 或LOPA 方法對儲罐高液位溢流風(fēng)險作風(fēng)險評估，再基于風(fēng)險評估結(jié)果采用對應(yīng)的安全保護措施。根據(jù)中國HAZOP 或LOPA 方法對儲罐高液位溢流風(fēng)險基于作風(fēng)險評估，得出對應(yīng)的風(fēng)險落在對應(yīng)的紅、黃、白、藍區(qū)等不同的風(fēng)險等級，與之相匹配風(fēng)險降低措施推薦見表1。

表1 風(fēng)險等級即對應(yīng)的控制措施