大型石油儲罐主動安全防護系統的應用

唐宜勇

摘要 大型石油儲罐主動安全防護系統可以廣泛應用于石油儲備、石油煉化生產企業及其它?；穬\安全領域，具有廣闊的應用前景。對于保障能源安全、生態環境安全和國民經濟可持續發展具有重要的戰略意義。

關鍵詞 大型石油儲罐主動安全防護系統；石油儲備；石油煉化；?；穬\；安全；環境；經濟

中圖分類號 TE8

文獻標識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0082-02

據統計，1950年到2003年全球共發生480余起石油儲罐火災事故，其中，1990年到1999年共發生161起，2000年到2003年共發生62起。近年國內油庫火災事故也出現高發趨勢，不僅造成了重大人員傷亡和財產損失，而且造成了嚴重的環境污染。目前，大型石油儲罐的消防手段主要采用泡沫、水進行火災事故搶險，少數發達國家在大型油罐上安裝了氣體滅火系統，但這些手段都局限于事后的應急處理，實際效果很難評估。

1 大型石油儲罐主動安全防護系統

國家石油儲備中心于2010年9月委托威特龍消防安全集團股份公司完成針對儲罐安全防護的專項研究項目“大型石油儲罐主動安全防護系統”（以下簡稱“主動防護系統”），2013年7月30日該項目通過了國家能源局組織的國家級能源科技成果鑒定。主動防護系統加強了罐壁與浮頂的等電位連接，改善了雷電導出通道，從而提高了儲罐抗雷擊的能力；其應用符合國家安監總局發布并實施的《危險化學品重大危險源安全監控通用技術規范》（AQ3035-2010）及《危險化學品重大危險源罐區現場安全監控裝備設置規范》（AQ3036-2010）中對罐區監控的要求。經四川省科學技術信息研究所進行查新（查新編號：201351009014304）所知：國內外未見研制一種大型石油儲罐主動安全防護系統。

主動防護系統遵循預防為主、防消結合的消防工作方針，實時監測與主動保護相結合，遠程可視化控制與現場控制相結合，智能控制與人工輔助相結合，新增消防系統與原有消防系統共存互補，全面提升大型浮頂石油儲罐防護能力。

主動防護系統對外浮頂儲罐一、二次密封圈環形區域內可燃混合氣體進行全天候實時監測，隨時掌握可燃混合氣體濃度，及時進行火災爆炸危險性識別。采用智能管理系統，借助上位軟件、以太網通訊、終端電控裝置、分區控制閥和傳感器的協同工作，對每個保護區域的安全狀態、每臺設備的運行狀態以及流量、壓力等方面進行控制、計量、統計、查詢和分析。根據混合氣體濃度分析數據，進行安全、預警、危險判定，當保護區域內可燃混合氣體濃度達到危險判定臨界點時，自動向環形區域內注入惰性介質或抽走可燃混合氣體，使可燃混合氣體濃度達到安全判定臨界點以下，防止儲運過程中可能發生的因雷擊、靜電、著火引起爆炸事故。

主動防護系統將傳統的事后滅火搶險轉換為事前主動預防，通過在線監測油罐密封圈內的油氣濃度和氧濃度，當油氣濃度超標或遇高溫雷電等極端天氣時，系統對其進行惰化保護，也可在收發油和浮盤落地時進行主動防護，從而實現了大型石油儲罐的本質安全。

1.1 系統新開發及優化的技術

1）氣體濃度分析自動巡檢技術。傳統的氣體濃度分析采用一對一連續取樣法方式進行，考慮到目標空間較大，氣體濃度分布差異較大，主動防護系統采用了一臺氣體濃度分析儀器對多個分區進行自動巡回檢測技術，提高了檢測數據的真實性和時效性。

2）兩相微霧惰化技術。單純采用氮氣作為惰化介質只有稀釋氧氣作用，為彌補其滅火控火能力的不足采用了氮氣伴送超細水霧作為惰化介質，具有降低環境溫度、減緩油料蒸發速度、抑制和撲滅儲罐密封區初期火災的作用。

3）多元混合可燃氣體快速檢測技術?，F有的紅外可燃氣體探測器或分析儀只能檢測單一可燃性氣體的爆炸下限或體積濃度，無法適用于檢測原油油氣。主動防護系統根據原油揮發的油氣組分特性研制了一種能動態預測多元可燃氣體爆炸下限的紅外氣體在線分析儀，巧妙地利用多組分氣室參比方法與理查德定律相結合，可連續分析混多元混合氣體的爆炸下限濃度。

1.2 系統的創新點

1）首次提出了大型石油儲罐密封圈主動防護火災爆炸理念，創建了油氣爆炸臨界數學模型，確定了防火防爆臨界參數，為保障儲罐本質安全運行奠定了理論基礎。

2）實現了大型石油儲罐密封圈油氣濃度的實時在線監測及數據遠傳，研發了多元混合可燃氣體快速檢測技術，能及時預知潛在危險源，實現了從人防到技防的轉變。

3）研發了注氮抽氣惰化、兩相微霧惰化等防護技術，研制了相應的設備及裝置，制訂了產品標準，具有自主知識產權。

4）率先提出了大型石油儲罐密封圈主動安全防護的新方法，可在油氣濃度超標或高溫、雷電等極端環境條件下提供主動安全防護，也可在收發油和浮盤落地等作業時提供主動安全防護，還可提供突發狀況下的應急安全防護。

5）首次實現了主動防護系統的帶油安裝，并對帶油安裝作業工藝技術進行了系統的研究。

1.3 系統的組成

主動防護系統由中心監控主機、油氣安全主動防護裝置、注氮/取樣管網、注氮/取樣接頭以及配套的注氮裝置組成。

1）主動防護系統采用總線控制技術，中心監控主機是各子系統信息交匯的平臺。通過遠程傳輸和控制技術，監控人員能夠統籌監控轄區內各子系統的運行狀況、儲罐防護情況，能對轄區內裝置信息進行統一分析、處理，并指揮各節點協同工作。中心監控主機的一般采用琴臺式設計，便于工作人員對整個系統進行人機對話管理，了解系統的工作狀態，可實現對整個系統的自動、手動控制。包括：工控計算機、自動集成控制器、手動集成控制器、區域控制器、聯動控制器、琴臺柜、UPS等設備。

2）現場裝置是安放于儲罐現場的露天設備，可以同時保護4座儲罐。現場裝置采用箱形房屋構造，房屋壁板和頂板的內外表面均采用不銹鋼板制作，具有整體美觀、防護能力強、運輸方便、安裝簡單等優點。房內安裝有主動防護所需的1-4個分區控制模塊，分區控制模塊與儲罐一一對應，每個分區控制模塊上設置有氣體分析儀、取樣泵、可調流量計、精過濾器、粗過濾器、氣水分離器、電磁閥、惰氣減壓閥、連接管路及管接頭等。集裝房內還設置有氮氣總管、排氣總管、排液總管、真空系統、可燃氣體探測器、氧氣濃度報警器、控制設備和通訊設備，并配備有供電、接線、通風、空調、加熱器和照明電路。

3）注氮、取樣管網，管網主要包括：連接一級站和現場裝置的氮氣補給管路、現場裝置到注氮接頭的注氮管路、現場裝置到取樣接頭的樣氣采集管路及安裝在管路上的過濾器、閥門、壓力計、管路附件等組成。管網布置方式、閥門的設置、數量等根據實際情況進行具體設計。

4）注氮、取樣接頭分別與保護空間接通，接頭數量、結構和安裝方式均需根據儲罐結構進行具體設計。

2 大型石油儲罐主動安全防護系統的應用

大連港“11.22”雷擊火災事故后，大連港股份有限公司根據《大連港股份有限公司油品碼頭公司“11.22”油罐雷擊火災事故調查報告》，積極的探索和使用降低儲罐遭受雷擊后起火概率的新技術。

大連市港口與口岸局通過召開專家論證會，取得“大型石油儲罐主動安全防護系統可有效防止儲罐雷擊火災事故”的意見；原大連市大孤山化工園區管理局通過組織“11.22”事故調查組技術組的全體專家召開專家論證會，取得“大型石油儲罐主動安全防護系統的應用可有效防止儲罐雷擊火災事故”的意見。

據此，大連港股份有限公司引進了大型石油儲罐主動安全防護系統，并在新港7#-8#罐組、桃園罐區、沙坨子罐區、海濱、海濱北罐區以及南海一、二罐組等8個罐（組）區共計39座10×l04m3原油儲罐、4座15×l04m3原油儲罐上進行增設，總投資3850萬元，大大提升了新港區域應急處置能力，將儲罐雷擊火災事故的概率降到最低。

3 結論

石油是保障國家經濟、政治安全的重要戰略物資。安全、可靠的國家戰略石油儲備是國民經濟持續發展堅實的能源保障，對維護社會的穩定和長治久安，構建和諧社會有著很大的作用。

大型石油儲罐主動安全防護系統率先提出了石油儲罐密封圈火災爆炸安全主動防護新理念，保護石油儲備區的安全。從戰略角度而言，對石油儲油戰略防護有著十分重要的意義。從國防戰略角度而言，對國家的國防建設起到保護作用。從國民經濟方面講，是保障國家能源安全的核心措施，是保障國民經濟穩定健康發展和國防安全的重要支撐。從環境方面講，主動防護系統能夠有效的提高預防火災事故發生的消防能力，從而避免了油料燃燒及次生泄漏所帶來的污染，對環境保護有著重大的意義。