美國煉油行業消防標準對油庫安全管理提升借鑒簡析

辛真,楊曉泉,張靜,段秋生,馬偉平

(1. 海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101；2. 中國石油天然氣管道局 第四工程分公司，河北 廊坊 065000；3. 廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000；4. 中國石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000)

美國煉油行業消防標準對油庫安全管理提升借鑒簡析

辛真1,楊曉泉2,張靜2,段秋生3,馬偉平4

(1. 海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101；2. 中國石油天然氣管道局 第四工程分公司，河北 廊坊 065000；3. 廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000；4. 中國石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000)

針對中國石油戰略儲備和儲罐大型化發展趨勢，以美國石油協會標準API RP 2001—2012為前提，介紹了美國煉油廠消防安全本質設計方面的先進經驗和推薦做法， 例如政府強制要求煉油行業工藝設計進行危害分析(PHA)，應用高強度、移動式泡沫滅火設備撲救儲罐全面積火災，高等級的消防水供給系統，建筑物風險管理程序，高等級儲罐防火堤設計，基于職責模塊化的應急指揮體系(ICS)等。通過借鑒該標準的技術先進性，對于提高中國油庫安全等級和可靠性具有重要意義。

油庫 消防 標準 安全

隨著中國原油戰略儲備實施和儲罐大型化發展趨勢，最大浮頂儲罐容積已達1.5×105m3，大型油庫管理難度和安全風險增加。近年來已開展國外儲罐設計和運行管理標準相關研究，文獻[1]基于國內外典型儲罐事故經驗教訓提出了儲罐標準改進建議；文獻[2]研究了美國和俄羅斯儲罐建設標準的先進性，例如儲罐安全距離、防火堤有效容積、浮頂罐浮盤狀態監視、儲罐防滲設計等；文獻[3]研究了俄羅斯儲罐運行技術標準的先進性，例如儲罐安全標識和工藝卡片、儲罐低溫取樣安全操作等；文獻[4]研究了澳大利亞儲罐運行管理標準的先進性，例如儲罐日常巡檢制度、儲罐盤梯和罐基礎檢測等。通過開展國內外標準差異分析，研究借鑒國外標準的先進經驗，對于提升中國石油行業標準技術水平具有重要意義。

本文介紹了美國煉油行業消防標準API RP 2001—2012在煉油廠消防安全本質設計方面的先進經驗和推薦做法，結合國內油庫消防標準技術現狀，研究了該標準與國內消防標準的重要技術性差異，對于提高中國油庫安全等級和可靠性具有借鑒意義。

1 美國煉油行業消防標準簡介

美國石油協會API(american petroleum institute)煉油行業標準具有較強的權威性、通用性和技術先進性[5]。例如文獻[6]針對管道運行操作人員健康管理國內標準缺失的問題，介紹了API RP 755—2010《煉油和石油化工人員疲勞風險管理體系》，規定了12 h，10 h 和8 h輪班制在正常工況、運行停止和輪班延長條件下的極限工作時間和極限休息時間，提出了采標建議。

第9版的API RP 2001—2012《煉油廠消防規程》。該標準目的是促進煉油廠安全地儲存、處理和加工石油及石油產品，主要內容是煉油廠火災的物理、化學特性，煉油廠設計對火災概率和后果的影響，煉油廠典型消防和滅火系統，煉油廠應急反應組織和培訓等。

2 油庫危害分析方法

美國聯邦法規要求煉油企業實施工藝危害管理程序，例如美國職業安全與健康管理局OSHA (occupational safety and health administration)制定的《高危化學品工藝安全管理程序》以及美國環境保護署EPA制定的《風險管理程序》。

新建或改建煉油廠工程中的工藝設計、選址、布局、設備選型和建筑設計應進行危害分析PHA(preliminary hazard analysis)，PHA包括工藝設備發生火災、反應和爆炸的可能性與后果。常用的PHA方法有危險與可操作性分析HAZOP(hazard and operability analysis)、失效模式和后果分析FMEA(failure mode and effects analysis)及故障樹分析(fault tree analysis)。火災危害分析FHA(fire hazard analysis)是確定設備保護等級的方法，也是評估特定場所火災危險程度和火災事故后果的方法，FHA分類記錄危險品和計算火災規模，確定火災對人員、設備、公眾和環境的影響。

針對煉油廠危害分析在聯邦政府行政法規方面進行了強制性規定，HAZOP在國內油氣站場風險評價中還處于初步應用階段，例如Q/SY 1364—2011《危險與可操作性分析技術指南》，在HAZOP過程中，工藝、設備、儀表、電氣、HSE等專業分析人員資質認證，設備設計材料整理和分析報告編制，評審的規范性方面，各企業做法不盡一致，還有待進一步改進和規范。

3 儲罐全面積火災預防和控制

API RP 2001—2012指出石油產品在加工、處理和儲存過程中的危害性主要是其揮發特性，煉油廠消防重點是防止易燃油品泄漏、溢流。煉油廠烴類物質儲存中產生的特殊危害情形，包括沸溢、溢流、突沸和沸騰液體膨脹蒸氣爆炸。消防設計和應急反應方案中應識別和應對這類危害。

原油浮頂罐若發生全面積火災，易導致發生沸溢問題。API RP 2001—2012規定針對原油儲罐全面積火災，采用固定式泡沫滅火系統，泡沫混合液供給強度是4 L/(min·m2)，持續供給時間是55 min；采用泡沫炮，泡沫混合液供給強度是6.5 L/(min·m2)，持續供給時間是65 min。考慮泡沫液損失量，泡沫炮實際泡沫供給強度往往需提高至 10 L/(min·m2)以上。國外有應用移動式大流量泡沫炮成功撲救大型儲罐全面積火災的案例[7]，例如美國成功撲救直徑60.96 m的油罐火災，使用巨型泡沫炮，射程152 m，流量250 L/s；沙特阿莫科公司撲救直徑60～100 m浮頂罐火災，使用流量260～930 L/s消防炮。

國內大型儲罐的固定式消防系統比較完善，大功率移動式消防設備配置較少，固定式消防系統設計基礎是撲救密封圈火災，撲救大型儲罐全面積火災的有待驗證，建議GB 50074—2014《石油庫設計規范》提高固定式消防系統設計等級，借鑒國外標準配備大功率移動式消防設備，用以撲救儲罐全面積火災。

4 消防系統設計等級

針對消防系統設計等級，國內油庫和石油化工企業均執行相同設計等級，即GB 50074—2014《石油庫設計規范》和GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》是相同的。

4.1 消防水供給強度

針對消防水供給時間，GB 50074—2014和GB 50160—2008均規定火災時延續供給時間不少于3 h，API RP 2001—2012規定消防水罐供給時間應滿足4～6 h，美國標準要求更高。針對消防水供給強度，儲罐固定式冷卻系統對于浮頂罐和固定頂儲罐分別為2.00 L/(min·m2)和2.54 L/(min·m2)。API RP 2001—2012按照煉油廠場所類型危險程度規定了相應的消防水供給強度，遠高于國內標準，見表1所列。

表1 美國煉油廠消防水供給強度

大連7.16 油庫火災事故[8]，在對著火儲罐進行滅火的同時對臨近受到威脅的6 座儲罐及輸油管道進行冷卻，滅火用時15 h，使用泡沫1 300 t，用水約6×104t，計算泡沫混合液供給強度為4.3 L/(min·m2)。該事故中泡沫液供給強度和供給時間均高于GB 50074—2014的規定，建議在條件允許的情況下，消防水池和泡沫罐的容積應適當增加，以增加泡沫液的供給強度和供給時間。

4.2 消防系統供電方式

隨著油庫規模不斷擴大，提高消防系統供電可靠性具有重要意義。多次油庫火災事故初期并不嚴重，但由于電纜損壞導致消防系統供電中斷，造成火勢擴散[8]。GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》規定油庫消防泵房供電宜滿足一級負荷供電要求，但對于邊遠地區難以滿足該規定。國外普遍使用柴油發電機啟動消防泵，柴油儲備量應滿足消防泵運行不少于6 h，柴油機發電機操作維護方便，可保證火災和失電情況下消防泵正常運行。API RP 2001—2012關于消防系統供電與此基本一致，即不推薦汽油發電機，維護成本高、可靠性低。消防泵動力設備推薦使用柴油發電機驅動，具有借鑒意義。

5 油庫本質安全設計

API RP 2001—2012規定煉油廠消防設計基本原則是降低火災發生的概率和減少火災造成的損失。工藝設計應遵循“本質安全”原則，例如減少危險品庫存可有效減少泄漏和爆炸事故，異常工況下壓力和溫度不允許超過設計工藝參數等。

5.1 選 址

API RP 2001—2012規定煉油廠選址應考慮暴風、洪水和地震等自然災害的頻率和嚴重性，與周圍建筑物的安全距離以及設置緩沖區和未來擴建的可能性，與GB 50160—2008基本一致。此外，API RP 2001—2012規定應考慮水源便利性，與附近消防服務商協作開展消防系統演練和培訓等，具有借鑒意義。

5.2 布 局

API RP 2001—2012規定煉油廠設備布局應利用隔離閥、消防道路、生產污水/雨水排放系統、防火堤等實現區域性隔離，防止火勢蔓延。GB 50160—2008規定煉油廠根據功能分區進行集中布置，未規定區域性隔離理念。

API RP 2001—2012規定消防道路與工藝設備最小間距為7.5 m。而GB 50160—2008規定了消防道路寬度以及距離儲罐的安全距離，此外在消防道路高出地面2.5 m、距離工藝設備15 m之內應設置矮墻等防護措施，未規定消防道路與工藝設備的安全距離。

針對火炬放空系統安全性，GB 50160—2008規定高架火炬的防火間距應根據人或設備允許的安全輻射熱強度計算確定，未給出具體數值。API RP 2001—2012規定火炬放空系統設計參考API Std 521—2014《泄壓和減壓系統指南》。火炬放空系統的高度，取決于火炬釋放的熱能對周圍人員生命健康和設備安全性的影響。針對在火炬周圍長期工作且沒有保護措施情形下，有企業分析得出熱輻射接觸極限為1.58 kW/m2；美國環境保護署EPA針對重大危險源現場的風險管理程序RMP結果分析得出，40 s的熱輻射極限為5 kW/m2；有文獻指出在緊急情況下成功逃生的人員，5～15 s內接觸的熱輻射允許達到7.9 kW/m2。建議進一步研究確定火炬系統安全輻射強度的臨界值。

5.3 建筑設計

針對油庫建筑設計要求，GB 50251—2003《輸氣管道工程設計規范》規定壓縮機房操作平臺任一點與安全出口的距離不大于25 m，此外該標準借鑒ASME B31.8—2014《輸氣和配氣管道系統》關于輸氣站安全設計準則，主要采用不燃或不易燃材料。存在的問題是缺少質量控制和溯源程序。API RP 2001—2012規定應建立建筑材料的質量控制程序，自主材料鑒定程序是一種質量控制方法，可防止人為性使用有缺陷材料，及時發現材料失效原因，該程序主要用于假冒偽劣產品的認知和培訓。

此外API煉油行業標準制定了煉油廠建筑物風險評價管理程序，例如API RP 752—2009《化工廠永久性建筑物風險管理》，國內沒有相關標準，建議應研究其適用性和采標可行性。

5.4 機械設計和設備制造方法

API RP 2001—2012針對煉油廠單體機械設備設計方法，參照API，ISO以及美國機械工程師協會等技術先進、具有通用性的標準；針對工藝設備高溫高壓的特點，規定單體設備的基本技術條件作為補充，從而實現機械設備設計的本質安全。

1) 壓力容器。煉油廠典型壓力容器包括反應器、柱狀罐體、交換器和鍋爐等。承壓能力不小于0.1MPa(表壓)的容器的設計和制造，參考ASME《鍋爐和壓力容器規范》第8部分： 非燃燒式壓力容器。

2) 截流閥、隔離閥和安全閥。工藝容器盛裝大量易燃液體，應在容器入口前管道上安裝截流閥，阻止設備火災狀態下油品繼續流動。工藝管網和設備之間應安裝隔離閥，用于發生火災狀態下隔離設備，考慮火災狀態下閥門操作便利性和可接近性，推薦使用遠程控制截斷閥，也稱為應急隔離閥。

文獻[9]研究了國內外標準關于安全閥設定壓力的差異，ASME B31.8—2014規定管道系統中任何一點的瞬變壓力不超過管道最大允許操作壓力的1.1倍。GB 50251—2003規定安全閥的設定壓力值為管道最大允許操作壓力的1.05～1.10倍。

3) 油氣工藝管網。油氣管道參考ASME B31.3—2014《工藝管道》，根據流體類型、溫度、壓力和流態，確定油氣管網適用的管材、墊圈、法蘭和壁厚等級。

4) 泵和壓縮機。泵和壓縮機參考API Std 610—2010《石油、石化和天然氣工業離心泵》、API Std 617—2014《石油、化學和天然氣工業軸、離心式壓縮機和膨脹機-壓縮機》和API Std 618—2007《石油化工和天然氣工業往復式壓縮機》。

5) 燃燒式設備。燃燒式加熱器和鍋爐設計參考API Std 560—2007《煉油廠燃燒式加熱器》。

6) 儲罐。儲罐設計、施工和無損檢測參考API Std 620—2013《大型焊接低壓儲罐的設計與施工》和API Std 650—2013《焊接石油儲罐》，儲罐操作運行管理要求參考API Std 2610—2005《運轉油庫和儲罐設計、施工、操作、維護和檢驗》。儲罐防火堤參考NFPA 30—2012《可燃和易燃液體規范》。

7) 儲罐防火堤。近年來儲罐泄漏、火災爆炸事故頻發，表明國內儲罐防火堤設計標準需要改進提高。GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》和GB 50351—2005 《儲罐區防火堤設計規范》規定固定頂儲罐防火堤的有效容積不應小于油罐組內最大油罐的容積；對于浮頂罐或內浮頂罐，防火堤有效容積不應小于油罐組內最大油罐容積的50%。國外標準防火堤容積不區分固定頂儲罐和浮頂罐，例如API Std 2610—2005 規定防火堤容積應為防火堤內最大儲罐容積，并考慮消防水和降雨余量；API RP 2001—2012設計理念與API Std 2610—2005基本一致，即儲罐防火堤有效容積不應小于防火堤內部最大儲罐的容量，并考慮消防用水的最大流量、雨水容量和溢油余量，防火堤高度最低應為1.8 m。此外防火堤強度應考慮儲罐沸溢或溢流情況下油品對防火堤的沖擊作用。

建議國內標準修訂為固定頂和浮頂罐的防火堤容積均不小于罐組內最大儲罐的公稱容積，并能儲存進入系統的雨水及消防水量；對于新建儲罐工程，嚴格按照API標準建設防火堤容積，對于已建儲罐防火堤容量不足的情形，考慮設置事故應急池，制定儲罐泄漏應急預案等。

8) 儲罐隔堤。儲罐發生油品泄漏時，隔堤可減少油品污染范圍，或者對著火區域有效隔離，減少事故損失。GB 50351—2005 規定儲罐容量超過 2×104m3，隔堤內儲罐不應多于 2 座；儲罐容量小于 2×104m3，隔堤內可設置 4 座或者 6 座儲罐。國內標準的問題是隔堤內可設置多個儲罐，如發生儲罐泄漏或者流淌火災，可能威脅堤內其他儲罐。NFPA 30—2012 規定每個防火堤內如有2個或者2個以上儲罐，應設置排流通道或者中間防火堤進行隔離。API RP 2001—2012設計理念與NFPA 30—2012基本一致，防火堤內如包圍多個儲罐，可以用中間防火堤進行儲罐分隔分組，實現對單個儲罐保護，避免某儲罐著火對相鄰儲罐的影響。

6 消防演練

國內油庫建立了火災爆炸事故應急預案，例如Q/SY GD 1053—2014《輸油氣站庫固定消防系統手冊》規定油庫消防系統應急演練每年進行1次，重點是消防設施的完好性、滅火救援的有效性和人員疏散的規范性。但國內油庫實際情況甚至低于該頻率，或者以桌面演練、口頭演練等其他方式替代，主要原因是油庫消防系統演練涉及的泡沫液、冷卻水費用較高[10]。此外，應急預案分工職責界限不清晰，相互協調性差，導致實際發生事故時應急指揮不能有效發揮效果。

API RP 2001—2012規定煉油廠應建立火災、危險品泄漏、人員傷亡事故、地震和洪水等緊急情況下的應急指揮體系ICS(incident command system)，ICS是基于操作人員、企業消防隊、救援互助機構和應急反應設備的職責模塊化的管理機構，保證ICS發揮有效作用。ICS納入美國聯邦政府的國家安全事故管理體系NIMS(national incident management system)，可提供ICS免費培訓教程。

7 結 論

API RP 2001—2012的技術先進性主要表現在以下幾個方面，建議國內標準參考借鑒：

1) 美國聯邦政府強制要求煉油行業的工藝設計、選址、布局、設備選型和建筑設計進行危害分析(PHA)。

2) 應用移動式、高強度泡沫滅火設備應對撲救儲罐全面積火災。

3) 相對油氣站場、大型油庫，煉油廠應配備更高等級的消防水供給時間和供給強度。

4) 煉油廠選址、布局和建筑設計基于本質安全設計原則，例如消防水源便利性、火炬系統安全輻射強度、建筑材料質量控制程序、建筑物風險管理程序等。

5) 機械設計和設備制造參考國際通用性標準，并制定設備安全基本原則。

6) 儲罐防火堤設計標準要求相對國內標準更高，利用隔堤實現對單個儲罐的防護。

7) 基于操作人員、企業消防隊、救援互助機構和應急反應設備的職責模塊化，建立緊急工況下的應急指揮體系。

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Analysis on Reference of American Refinery Industry Fire-fighting Standards for Oil Depot Safety Management Improvement

Xin Zhen1,Yang Xiaoquan2,Zhang Jing2, Duan Qiusheng3, Ma Weiping4

(1. Cooec-Enpal Engineering Co. Ltd.,Qingdao, 266101, China; 2. China Petroleum Pipeline NO.4 Construction Company,Langfang,065000, China; 3. Langfang China Petroleum LONGWAY Engineering Project Management Co. Ltd., Langfang,065000, China; 4. PetroChina Pipeline R&D Center, Langfang, 065000, China)

s: Based on China oil strategy reserves and development trends of large-scale tank, advanced experience and recommended practice of American refinery intrinsic safe design are introduced with API RP2001—2012 as premise, such as federal government mandatory requirement of process hazard analysis(PHA) in refinery process design, application of high strength mobile foam equipment for full-scale tank fire-fighting, high grade fire-fighting water supply system, building safe management procedure, high grade tank dike design and incident command system (ICS) based on modularized responsibility. By referring to standards technology advancement, it is of an important significance for improving China oil depot safety level and fire-fighting system reliability.

oil depot; fire-fighting; standards; safety

辛真(1980—)，女，山東德州人， 2004年畢業于中國石油大學(華東)油氣儲運工程專業，現主要從事石油化工及油氣儲運工程設計工作，任工程師。

TE 687

A

1007-7324(2017)02-0001-05

稿件收到日期： 2016-09-09，修改稿收到日期： 2016-12-17。