常壓儲罐火災(zāi)風(fēng)險評價方法與防控體系研究

方 舟 劉德宇 李光海

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

自2 0世紀(jì)60年代起，石油在世界一次能源消費結(jié)構(gòu)中比重達(dá)到40%以上，成為世界經(jīng)濟(jì)的主要動力。如今，石油的安全儲備及大型儲備基地的建設(shè)，已成為各國戰(zhàn)略規(guī)劃的重點。美國、日本、歐盟等世界的重要經(jīng)濟(jì)體均興建了眾多鋼制焊接石油儲罐。

作為全球第二大能源消費國，我國的經(jīng)濟(jì)增長越來越依賴于穩(wěn)定安全的能源供應(yīng)，其中石油的地位尤為突出。在過去的10年間，為滿足國內(nèi)日益增長的能源需求，我國對國際石油市場的依賴不斷增強。2011年1月～5月，我國原油的對外依存度達(dá)55.2%，已超越美國（53.5%）。然而國內(nèi)石油長期以來都存在供應(yīng)不足的情況，進(jìn)口石油比例逐年增長。據(jù)預(yù)測，“十二五”期間，石油對外依存度將越過60%，甚至更高。在如此高的依存度下，自身石油儲備不足，一旦石油通道或供應(yīng)發(fā)生問題，將會嚴(yán)重影響到我國經(jīng)濟(jì)和政治安全。

為防范石油供給風(fēng)險，維護(hù)國家經(jīng)濟(jì)安全，我國政府于2004年6月召開國務(wù)院常務(wù)會議，討論并原則通過了《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2004～2020年）》（草案），正式規(guī)劃建設(shè)國家戰(zhàn)略石油儲備基地。該規(guī)劃綱要的要點之一就是要高度重視能源安全，搞好能源供應(yīng)多元化，加快石油戰(zhàn)略儲備建設(shè)和健全能源安全預(yù)警應(yīng)急體系。

中國從2003年開始籌建國家石油儲備基地。總體規(guī)劃三期，至2008年底已在沿海的鎮(zhèn)海、舟山、大連、黃島建成了第一期四個石油儲備基地，儲備總量1640萬立方米，約合1400萬噸，并已經(jīng)投運。2009年我國第二期國家石油儲備基地建設(shè)全面展開，新疆獨山子國家石油儲備基地開工建設(shè)，并陸續(xù)在甘肅蘭州、重慶萬州、遼寧鐵嶺、黑龍江大慶、林源、甘肅蘭州、廣東湛江、汕頭和茂名等地陸續(xù)興建百萬立方米以上的石油儲備基地。其儲量安排大致是：第二期2800萬噸；第三期2800萬噸。

伴隨著石油儲罐需求和使用量的迅速增加，近年來儲罐的火災(zāi)、爆炸事故時有發(fā)生[1-2]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，在2001～2006年間我國化工行業(yè)發(fā)生的火災(zāi)事故中，由儲罐引起的火災(zāi)事故占事故總數(shù)的34.95%，死亡人數(shù)占40%，給國家、社會、個人造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面影響。如黃島油庫“8.12”重大火災(zāi)事故，600t原油流入海中，造成附近海域和沿岸地區(qū)污染，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3540萬元；2005年12月，位于倫敦以北約25英里處的Buncefield發(fā)生儲罐爆炸，爆炸引起的火災(zāi)持續(xù)了60多個小時才最終熄滅，造成整個歐洲空氣環(huán)境的污染，被認(rèn)為是二戰(zhàn)以后歐洲最大的火災(zāi)事故；2006年8月7日我國某石油戰(zhàn)略儲備庫16#15萬立方外浮頂原油罐遭受雷擊密封圈起火，起火點達(dá)5處之多；2007年5月24日與6月24日該石油戰(zhàn)略儲備庫47＃儲罐先后兩次因雷擊密封圈處發(fā)生火災(zāi)；2010年3月5日，49＃儲罐又因雷擊密封圈處發(fā)生火災(zāi)；2010年1月7日中石油蘭州石化公司316罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故，導(dǎo)致周邊十一個儲罐相繼發(fā)生連環(huán)爆燃，造成12人傷亡。2010年7月16日大連大孤山中石油油庫輸油管線爆炸起火，造成大量原油泄漏，形成近6萬平方米的地面流淌火過火面積，并引發(fā)罐區(qū)T103號原油罐大火，造成附近海域大面積水體污染。這些火災(zāi)、爆炸事故一旦發(fā)生，造成的災(zāi)害后果十分嚴(yán)重，不僅普遍伴隨產(chǎn)生環(huán)境污染等嚴(yán)重的次生災(zāi)害，給人類的生命和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，也給生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。

正是由于石油儲罐火災(zāi)事故的頻繁發(fā)生，無論是世界各國政府部門還是民間普通用戶，都希望有合理的罐區(qū)火災(zāi)評價方法和完善的火災(zāi)防控體系，來保障安全生產(chǎn)和運行。然而，儲罐火災(zāi)影響因素眾多，過程所涉及的危險因素、事故機(jī)理復(fù)雜，火災(zāi)現(xiàn)場破壞嚴(yán)重，往往給罐區(qū)的合理評價和火災(zāi)現(xiàn)場勘查帶來很大困難。因此，如何在儲罐區(qū)火災(zāi)風(fēng)險評價、火災(zāi)危害防控、突發(fā)事故應(yīng)急處理等環(huán)節(jié)建立起一套完整的、適合我國國情的、與大型化、高參數(shù)、高危險性石油儲罐系統(tǒng)相適應(yīng)的火災(zāi)評價和防控方法，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

因此，對石油儲罐區(qū)的火災(zāi)評價和防控方法進(jìn)行研究，是建立與在役儲液罐長周期運行相適應(yīng)的安全保障體系的重要一環(huán)，對保證在役儲液罐結(jié)構(gòu)完整性和長周期服役安全性至關(guān)重要。

目前，國內(nèi)對于儲罐群火災(zāi)風(fēng)險控制的研究[3-4]，還大多采用數(shù)值模擬的方法，試驗條件不充分，儲罐及石化裝置常用材料過火性能數(shù)據(jù)庫建設(shè)困難，缺少試驗數(shù)據(jù)的支撐，這方面的安全評估方法更是空中樓閣，發(fā)展緩慢。此外，近年來，發(fā)達(dá)國家儲罐區(qū)安全工作的重點逐漸由“事后處理”轉(zhuǎn)向“預(yù)防為主、防控結(jié)合”的模式，而我國防控體系的建設(shè)還未跟上。

該項目創(chuàng)新成果針對以上這些問題，將試驗研究、案例分析、理論方法研究相結(jié)合，不僅在儲罐群火災(zāi)防控體系建設(shè)上有所突破，也為石化裝置材料數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供第一手試驗數(shù)據(jù)，為儲罐完整性管理提供技術(shù)支撐。

該項目既符合原國家質(zhì)檢總局關(guān)于特種設(shè)備動態(tài)監(jiān)管和基于風(fēng)險的安全技術(shù)研究科技規(guī)劃，又是中國特檢院制定的適應(yīng)特種設(shè)備安全運行需要的研究方向，同時也是危化品部門長期工作中凝練出的急需解決的重要問題。預(yù)計研究成果將對大型儲罐的安全運行和風(fēng)險管理具有重要實用價值，并可作為儲罐基于風(fēng)險的安全標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)建立的有力準(zhǔn)備和參考依據(jù)。

對其在火災(zāi)過程中產(chǎn)生的損傷和性能改變進(jìn)行正確的評價和處理，不僅可以避免不必要的修理和更換，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力，還可以科學(xué)合理地預(yù)測儲罐的使用壽命，指導(dǎo)企業(yè)制定檢維修計劃。因此，對遭過火災(zāi)事故的大型石油儲罐的性能以及合于使用評價方法進(jìn)行研究，是建立與在役儲液罐長周期運行相適應(yīng)的安全保障體系的重要一環(huán)，對保證在役儲液罐結(jié)構(gòu)完整性和長周期服役安全性至關(guān)重要。可在保證過火后大型儲罐安全的前提下，延長儲罐的服役年限，為企業(yè)帶來切實的經(jīng)濟(jì)效益。

1 項目總體及研究方案

1.1 總體思路

該項目分析發(fā)生火災(zāi)事故的關(guān)鍵決定因素，提出對儲罐區(qū)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險分析的方法及管理工作的建議。分析儲罐火災(zāi)特點與破壞機(jī)理，建立一套包括科學(xué)的調(diào)查手段、系統(tǒng)的推理方法和數(shù)值模擬仿真技術(shù)在內(nèi)的起火點和事故原因追查技術(shù)方法。以火災(zāi)事故模型分析為基礎(chǔ)，嘗試構(gòu)建石油儲罐火災(zāi)危害控制模式。基于以上方面的分析，提出儲罐區(qū)火災(zāi)事故應(yīng)急預(yù)案和對策步驟。

1.2 研究內(nèi)容和技術(shù)方案

項目對罐區(qū)火災(zāi)評價方法和火災(zāi)防控體系開展研究，內(nèi)容包括以下幾個方面：

1）對石油儲罐發(fā)生火災(zāi)事故的原因、危險性和事故后果進(jìn)行分析，結(jié)合事故案例分析提出發(fā)生火災(zāi)事故的關(guān)鍵決定因素，為制定防范突發(fā)事故措施提供參考依據(jù)，并提出對儲罐區(qū)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險分析方法及管理工作的建議[5]。

2）案例、理論、試驗等方法相結(jié)合，考慮儲罐火災(zāi)特點與破壞機(jī)理，建立一套起火點和事故原因追查技術(shù)體系[6-7]。

3）結(jié)合不同類型火災(zāi)的特點、危害程度和事故后果，嘗試構(gòu)建石油儲罐火災(zāi)危害控制模式。

4）開展儲罐區(qū)火災(zāi)事故應(yīng)急預(yù)案和對策步驟的研究。

項目技術(shù)路線如圖1所示。

2 項目主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點

1）分析發(fā)生火災(zāi)事故的關(guān)鍵決定因素，提出對儲罐區(qū)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險分析的方法及管理工作的建議。

2）分析儲罐火災(zāi)特點與破壞機(jī)理，建立一套包括科學(xué)的調(diào)查手段、系統(tǒng)的推理方法和數(shù)值模擬仿真技術(shù)在內(nèi)的起火點和事故原因追查技術(shù)方法。

3）結(jié)合以火災(zāi)事故模型分析為基礎(chǔ)，以防火間距及火災(zāi)救援行動的安全距離為分析對象，構(gòu)建石油儲罐火災(zāi)危害控制模式。

圖1 項目技術(shù)路線

4）提出儲罐區(qū)火災(zāi)事故應(yīng)急預(yù)案和對策步驟。

3 項目應(yīng)用推廣情況

該項目創(chuàng)新成果為儲罐的檢測檢驗、評價、完整性管理奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)用、推廣前景良好，目前已經(jīng)在一些大型企業(yè)進(jìn)行了實施應(yīng)用，取得了良好的效果，得到了企業(yè)的認(rèn)可。該項目實施應(yīng)用前后，有較為顯著的變化。

實施前，國內(nèi)對于儲罐群火災(zāi)風(fēng)險控制的研究，還大多采用數(shù)值模擬的方法，試驗條件不充分，儲罐及石化裝置常用材料過火性能數(shù)據(jù)庫建設(shè)困難，缺少試驗數(shù)據(jù)的支撐，這方面的安全評估方法更是空中樓閣，發(fā)展緩慢。此外，近年來，發(fā)達(dá)國家儲罐區(qū)安全工作的重點逐漸由“事后處理”轉(zhuǎn)向“預(yù)防為主、防控結(jié)合”的模式，而我國防控體系的建設(shè)還未跟上。

該項目創(chuàng)新成果針對以上這些問題，將試驗研究、案例分析、理論方法研究相結(jié)合，不僅在儲罐群火災(zāi)防控體系建設(shè)上有所突破，也為石化裝置材料數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供第一手試驗數(shù)據(jù)，為儲罐完整性管理提供技術(shù)支撐。針對油罐火災(zāi)做好事故預(yù)測分析及事故控制，無論是對企業(yè)還是社會都具有非常重要的意義。

其研究成果，已經(jīng)成功進(jìn)行了一系列的應(yīng)用示范，例如：對東北某石化公司儲運罐區(qū)火災(zāi)事故進(jìn)行分析，提供分析報告；支撐了兩個標(biāo)準(zhǔn)的起草，包括：GB/T 30578—2014 《常壓儲罐基于風(fēng)險的檢驗及安全評價》，該標(biāo)準(zhǔn)已于2014年12月頒布實施，以及國家標(biāo)準(zhǔn)《常壓儲罐完整性管理》，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提交了征求意見稿；為西部某大型石化企業(yè)提供常壓儲罐區(qū)的完整性管理體系；為中海油某公司提供儲罐完整性管理解決方案等。產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

該項目的技術(shù)方法，得到各企業(yè)高度評價和對該研究成果的認(rèn)可。應(yīng)用推廣順利。據(jù)不完全統(tǒng)計，近2年為各大企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益超過3000萬元，在未來也將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

[1]GA/T 812—2008 火災(zāi)原因調(diào)查指南[S]. 北京：中華人民共和國公安部，2008.

[2]中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院. 危險化學(xué)品事故案例[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]GB 6442—86 企業(yè)職工傷亡事故調(diào)查分析規(guī)則[S].北京：中華人民共和國，1986.

[4]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安全評價[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[5]方舟，陳浩禹，劉德宇. RBI技術(shù)在危險化學(xué)品儲罐群的應(yīng)用[J]. 壓力容器，2014（31）：32-37.

[6]Fang Zhou， Chen Haoyu. Study on Mechanical Properties of the Steel for Large Size Atmospheric Storage Tank after Fire[C]. The 2nd ICSHMIM， Sep 24-26， 2014.

[7]Fang Zhou， Hu Weiwei， Liu Deyu. Study on Metallography Test of the Steel SPV490 for Atmospheric Storage Tank after Fire Dynamic Experimental Investigation on the Self-vibration Characteristics of Liquid Storage Tanks under Seismic Excitations[C]. 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference， July 17-21， 2016， Vancouver， BC， Canada. ASME Pressure Vessels Piping， 2016.