國外某油庫爆炸事故教訓的思考

楊洪麗 王志斌 陳宏普 吳占明 馬偉平

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責任公司寧波大榭倉儲分公司 浙江寧波 315812；3中國石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設監理有限公司 山東青島 266071；5中國石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

國外某油庫爆炸事故教訓的思考

楊洪麗1王志斌2陳宏普3吳占明4馬偉平5

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責任公司寧波大榭倉儲分公司 浙江寧波 315812；3中國石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設監理有限公司 山東青島 266071；5中國石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

簡要介紹了英國邦斯菲爾德油庫爆炸事故經過，系統梳理了事故的教訓和改進措施，包括油庫的三級防控體系、儲罐安全設計、油庫選址、防火堤安全設計、事故應急預案、油庫風險評價、油庫周邊區域規劃、重大危險源國家監管機制以及油氣蒸氣云爆炸機理等，針對國內油罐安全管理提出了相關改進建議。

國外 石油庫 儲罐 爆炸 事故 教訓 思考

鑒于我國石油戰略儲備和儲罐大型化的發展，國內最大浮頂罐容積已達20×104m3[1]，大型石油儲罐設計施工技術已處于國際先進水平，但近年來油庫火災爆炸事故仍有發生，例如中石油大連新港7.16儲罐火災爆炸事故，財產損失近2億元，上萬噸原油流入大海，造成嚴重環境污染問題[2]。根據國內外儲罐事故統計[3-5]，主要因素依次為機械設備故障(液位計故障、過量充裝導致溢油)、雷擊、靜電、人員誤操作、電氣短路火花和動火作業(明火)等。以往研究側重于特定事故經過、分析事故原因和總結預防措施，而研究方法系統性有待改進，研究成果不能普遍推廣到其他儲罐工程，此外，還缺乏消防協調聯動機制、公眾警示疏散和儲罐周邊規劃發展等內容，因此，不能從根本上避免儲罐事故[6]。

1 英國邦斯菲爾德(Buncefield)油庫事故簡介

2005年英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故是歐洲最大的一次工業火災爆炸事故[7]，經濟損失和相關賠償費用高達10億英鎊。該事故作為重大環境污染事故上報至歐盟，事故共燒毀23座儲罐，造成43人受傷，油庫附近300間房屋損壞，2 000多居民疏散，M1高速公路關閉。火災持續燃燒5 d，釋放的濃煙擴展到英國南部地區。火災撲救使用了大量泡沫和冷卻水，造成弗爾河(River Ver)污染(見圖1)。

圖1 英國邦斯菲爾德油庫事故造成的環境污染

英國政府針對邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故的后續處置做法值得借鑒[8]。例如成立特定的重大事故委員會進行了周期為三年的調查研究，編制了8冊調查報告和4冊建議書，涵蓋儲罐安全設計、油庫選址、防火堤安全設計、油庫風險評價、事故應急預案、油庫周邊區域規劃、重大危險源國家監管機制和油氣蒸氣云爆炸機理等諸多內容。此外還制定了油庫整改措施的執行時間進度表，在100多個類似油庫推廣應用。英國政府開設了專門網站(網址http://www.buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm)，以實事求是和坦誠接受的態度接受全世界的批評和關注。

本文系統梳理了邦斯菲爾德油庫事故調查報告和建議書中有代表性的經驗教訓和改進措施，包括《油庫設計與運行》、《事故應急預案和響應》、《向規劃機構提出的建議》和《檢查健康安全局(HSE)與環境署在監管邦斯菲爾德燃油油庫中的作用》等著作，這些研究成果對于提升我國油庫安全管理工作具有指導意義。

2 英國邦斯菲爾德油庫事故過程

2005年12月11日，英國邦斯菲爾德油庫的912號儲罐正在接收注入汽油作業，該儲罐防止過量充裝的計量系統發生故障，導致大量油品從罐頂溢出。油品流經邊緣板，傾斜而下的液體形成小瀑布，被分散成小液滴(圖2)。部分引流至罐壁板的油品，在加強圈撞擊下，形成第二瀑布；油品下落至防火堤地面，形成第三次沖擊(圖3)。上述過程加劇了汽油中較輕化學成分的蒸發，例如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性蒸氣云，并在整個油庫范圍內運動擴散，最終被潛在的點火源引燃發生劇烈爆炸。

圖2 油品沿儲罐邊緣板傾瀉

圖3 爆炸性蒸氣云形成過程示意圖

3 邦斯菲爾德油庫事故的經驗教訓

3.1 油庫三級防控系統

英國邦斯菲爾德油庫事故調研報告和建議書均提出了油庫三級防控系統的理念，一級防控系統是儲存油品的儲罐和工藝管道設施；二級防控系統包括防止儲罐過量充裝的液位計及高位報警系統以及儲存事故狀態下從儲罐和工藝管道中泄漏油品的防火堤(圍堤)；三級防控系統指排水/污油系統、圍墻、道路、路緣石等臨時存放油品的設施，防止油品流散至油庫以外區域或者滲入地下水造成環境污染。

3.2 儲罐安全設計

英國邦斯菲爾德油庫事故最重要的經驗教訓是建立完整、可靠的儲罐液位報警系統，可通過完整性等級進行衡量。安全完整性等級(SIL)是根據失效概率衡量安全系統的可靠性，完整性等級分為四級，安全完整性等級越高，表示系統產生故障、不能正常運行的概率越低。儲罐液位報警系統應具有較高的安全完整性等級，即具有獨立性，能夠及時關閉管道和閥門，防止儲罐發生溢流。

儲罐液位報警系統的設計應遵循歐盟標準BS EN 61511《第1部分：安全儀表系統的要求》，主要包括以下要求：

(1)儲罐液位報警系統應獨立于儲罐計量系統、油庫電視監控系統，且運行操作不依賴于儲罐內部的設施；

(2)儲罐液位報警系統應制定定期功能性試驗計劃；

(3)選用診斷能力增強型傳感器，保證儲罐液位報警系統的可靠性；

(4)儲罐液位報警系統應具有對儲罐充裝作業的優先控制權限，可在不依靠油庫控制室遠程控制的條件下停止油品輸送。

3.3 油庫選址

英國邦斯菲爾德油庫事故中污油排放系統損壞嚴重，大量消防用水和油品沿油庫路面流散，部分污染物流散至油庫外，造成污染物滲入地下水等環境污染問題。建議新建油庫選址時，應考慮油庫附近地表水分布，以及地質結構滲透性等問題，必要時在油庫外部區域設計專用的流散液體通道，流向設置的事故應急池。

3.4 防火堤安全設計

建設高標準的防火堤對于提高儲罐安全等級具有重要意義。英國邦斯菲爾德油庫防火堤主要是混凝土堤結構。研究表明，混凝土在300℃時強度下降，500℃時強度降低50 %，800℃強度幾乎全部喪失。儲罐火災可能形成1 000℃火焰，極易造成防火堤炸裂坍塌[9]。邦斯菲爾德油庫在防火堤施工過程中混凝土預制塊接縫處未作加強級密封處理，防火堤強度、完整性和密封性均存在一定缺陷，導致消防水和油品從防火堤破裂處流出，見圖4。

圖4 邦斯菲爾德事故損壞的防火堤

防火堤設計應滿足以下要求：

(1)防火堤應能容納最大儲罐容量和滅火所需消防水量的余量，根據美國國家消防協會標準NFPA30—2012《可燃和易燃液體規范》，防火堤容量應為最大儲罐容量的110 %；

(2)防火堤接縫處密封劑的結構強度應滿足承受2 h燃燒時間；

(3)防火堤除承受液體靜壓力之外，還應考慮大量油品由儲罐傾斜產生的高流速沖擊力。

3.5事故應急預案

COMAH要求制定大型油庫應急預案，應急預案應具有可操作性、約束力和執行力，重點是預防儲罐泄漏措施、事故報告流程和事故初期處置方法，還應包括與地區規劃、消防、警察部門協調消防聯動事宜和處理環境污染等問題。COMAH要求有針對性地進行員工專項培訓，例如消防泵和應急開關的操作。此外，建議通過簽訂互助協議的方式，借助外部消防力量的方式，例如邀請政府部門參與應急預案演練等。

3.6油庫風險評價

鑒于邦斯菲爾德油庫事故的重大影響，英國政府制定了《重大事故危險控制條例》(COMAH)，專門用于監管類似邦斯菲爾德油庫的重大危險源，預防和減輕燃油、液化石油氣和炸藥等危險物質的重大事故。COMAH要求繪制風險等級等高線圖進行油庫風險評價，劃分為COMAH場所、內區、中區和外區四個區域，每個區域內代表不同的風險等級或傷害程度，內區、中區和外區的風險等級概率為10cpm、1cpm、0.3cpm(cpm為每百萬分之一概率)，見圖5。COMAH外區邊緣的“協商距離”由油庫運行商與政府部門確定，“協商距離”表示在重大事故危險源附近允許經濟規劃區域的安全距離，如不滿足“協商距離”，應根據COMAH確定風險等級限制該區域開發程度、人口密度、建筑設施類型等。

圖5 油庫風險等級等高線圖

3.7 油庫周邊區域規劃

英國邦斯菲爾德事故建議書認為大型油庫作為重大危險源，油庫周邊區域規劃應納入社會公共風險管理，油庫安全管理應與周圍區域經濟協調發展，建議以下措施：

(1)定期發布油庫區域空氣質量數據報告；

(2)油庫新建和改造工程施工時發布風險警示或通告；

(3)協助政府環保部門針對油庫周圍區域進行生態恢復；

(4)針對高后果區等特殊地段進行風險評價，確定風險等級。

3.8 重大危險源國家監管機制

英國政府專門設立國民緊急事務秘書處，將大型油庫風險控制列入全國性重大事故應急預案管轄。針對油庫重大火災爆炸事故，建立國家級層面的消防互助機制，統一協調發生事故狀態下通信、公眾保障(食品、飲用水、臨時住宿等)、社會秩序恢復等事宜，例如要求大型油庫與國家消防和救援部門簽訂《火災互助協議》等。

3.9 油氣蒸氣云爆炸機理

英國邦斯菲爾德油庫事故是油氣蒸氣云爆炸，產生了極高的壓力。現有爆炸模型例如TNT法無法預測油氣蒸氣云爆炸的沖擊破壞程度，TNT法不能表征燃油反應差異以及堵塞、約束對火焰速度的影響，同時TNT模型的量級和持續時間與油氣蒸氣云爆炸存在很大差異。油氣蒸氣云爆炸具有不可預見性，其原理尚不清楚，初步認識是爆炸性氣體在儲罐有限空間內被引燃，有限空間限制了氣體膨脹，壓力劇增，導致爆炸。研究表明，在空間受限的管道中丁烷-空氣最高紊流火焰速度約1 200 m/s，壓力達到1.17 MPa、溫度達到551.85 ℃，足以引發管道中的爆震問題[10]。

4 結語

總結英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故調查報告和建議書，以下經驗教訓和整改措施具有通用性和普遍意義，建議國內油庫借鑒參考：

(1)具有征地條件的已建油庫應設置外圍溢油管道系統，防止事故狀態下油品流散至油庫外部造成環境污染問題；

(2)設計高SIL等級、獨立于儲罐附件設施、電視遠程監控系統的儲罐液位報警系統；

(3)防火堤設計應考慮油品靜壓和泄漏狀態下的沖擊力，重視接縫處密封處理，防火堤容量應為罐組內最大儲罐容量的110 %；

(4)油庫周邊土地規劃納入社會公共風險管理，繪制風險等級等高線圖進行風險評價，參與地區經濟協調發展；

(5)油庫應急預案應具有可操作性、約束力和執行力，重點是預防儲罐泄漏措施、事故報告流程和事故初期處置方法；

(6)針對油庫重大火災爆炸事故，建立國家級層面的互助機制，統籌事故狀態下通信、公眾保障、社會秩序恢復等事宜。

[1] 陳雪梅，宋義偉，郝瑞梅. 大型油庫儲油罐區安全設計[J]. 油氣田地面工程，2011，30(8)：53-54.

[2] 韓鈞. 大連7.16油庫火災事故教訓及防范[J].石油化工安全環保技術，2012，28(1)：1-5.

[3] 劉永斌. 油品儲罐火災爆炸事故分析與防范[J]. 石油化工安全環保技術，2011，27(4)：1-5.

[4] 劉玉堂，王長旭. 儲油罐雷擊著火事故預防措施[J]. 石油庫與加油站，2007，16(6)：30-32.

[5] 馮刊民. 油庫事故分析與預防[M]. 北京：中國石化出版社，2005.

[6] 蔣國輝，張曉明，閆春暉. 國內外儲罐事故案例及儲罐標準修改建議. 油氣儲運，2013，32(6)：633-637.

[7] 郎需慶，劉全楨. 英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故引發的思考[J].石油化工安全環保技術，2009，25(6)：45-48.

[8] 蘇國勝，李文波，郎需慶. 邦斯菲爾德油庫事故的啟示[J].安全、健康和環境，2006，6(12)：13-15.

[9] 李振濤，馬道貞. 新型混凝土結構防火涂料的研制[J]. 中國涂料，2008，23(12)：51-53.

[10] 陳仕林. 事故和自然災害情況下油罐防火堤安全保障作用研究[D]. 東營：中國石油大學，2007.

2017-01-09。

楊洪麗(1980-)，女，工程師，山東青島人，2008年碩士研究生畢業于江蘇工業學院化學工藝專業，現主要從事煉廠、油庫及長輸管線等方面的工程設計及研究工作。