某原油庫設(shè)置事故應(yīng)急池設(shè)計(jì)方案的探討

張 蘇

〔中國石化集團(tuán)公司安全監(jiān)管局 北京 100728〕

石油化工行業(yè)是一個(gè)消防高危行業(yè)，生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)過程中多數(shù)環(huán)節(jié)存在易燃易爆、高溫高壓的危險(xiǎn)，發(fā)生事故的概率高，且后果嚴(yán)重。近年來，隨著我國石油和石油化工企業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，石油庫規(guī)模日益向大型化發(fā)展，火災(zāi)、爆炸、泄漏并污染環(huán)境等重特大事故時(shí)有發(fā)生，造成了難以挽回的損失。提高大型油庫儲(chǔ)罐區(qū)安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以減少大型事故造成的危害。2010年7月16日18時(shí)10分許，大連保稅區(qū)新港碼頭油庫原油管道在卸油過程中，由于操作不當(dāng)引發(fā)爆炸起火 ，高溫下的原油順著管道、地溝四處流淌，小型爆炸不斷，火花四濺，一個(gè)10×104m3油罐爆裂起火，整片油庫處于火海之中。事故雖未造成人員傷亡，但大連附近海域至少50 km2的海面被原油污染。國家發(fā)改委組織的石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)評審委員會(huì)發(fā)現(xiàn)大連油管爆炸案中，因原油罐區(qū)缺少事故池設(shè)計(jì)，而導(dǎo)致原油大面積流向大海，造成污染。因此，評審委員會(huì)明確提出在今后石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)中，所有罐區(qū)內(nèi)都要設(shè)計(jì)可以容納5×104m3原油的事故池。筆者以某原油庫設(shè)置事故應(yīng)急池設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例進(jìn)行了探討。

1 儲(chǔ)油庫潛在水污染風(fēng)險(xiǎn)分析

油庫一般都具有存儲(chǔ)量大，儲(chǔ)存物料易燃、易爆，收發(fā)操作復(fù)雜等特點(diǎn)，事故風(fēng)險(xiǎn)相對較大。通過對國內(nèi)外油庫1 000例事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，著火爆炸和油品流失兩類事故占70 %以上。儲(chǔ)油庫一旦發(fā)生著火爆炸和油品流失重大災(zāi)害事故，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。特別是重大事故引發(fā)的火災(zāi)、爆炸時(shí)，污染的消防水若處理不當(dāng)隨排水管網(wǎng)進(jìn)入附近地表水，將導(dǎo)致地表水水質(zhì)惡化，影響水體生態(tài)環(huán)境。

如黃島油庫812特大火災(zāi)事故引發(fā)的重大水污染事件。1989年8月12日，2.3×104m3儲(chǔ)量的5號混凝土油罐因雷擊產(chǎn)生感應(yīng)火花而引爆油氣起火，火借風(fēng)勢殃及周邊4個(gè)油罐也先后起火燃燒，大火持續(xù)了104 h才被撲滅。大火造成5個(gè)儲(chǔ)罐4×104m3原油被燒掉。同時(shí)，由于部分油罐建在半山坡上，在防火堤遭到破壞后，沒有其他攔截措施，大約600t原油沿地面管溝及低洼路面順勢流入海里，在膠州灣海面形成幾條幾十海里長、幾百米寬的污染帶，造成膠州灣有史以來最嚴(yán)重的海洋污染。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)近半數(shù)儲(chǔ)油庫位于江河湖泊沿岸、水源地上游及自然保護(hù)區(qū)周邊等環(huán)境敏感區(qū)域，并且有相當(dāng)一部分油庫排水直接進(jìn)入地表水體。事故狀態(tài)下，這些油庫存在較高的水污染風(fēng)險(xiǎn)。

2 某原油庫項(xiàng)目概況

某原油庫區(qū)已建和擬建共四期6個(gè)罐區(qū)，分別為一期、二期，商儲(chǔ)一期、商儲(chǔ)二期。商儲(chǔ)二期是在原油庫一、二期及商儲(chǔ)一期工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，用地范圍位于商儲(chǔ)一期工程南側(cè)到

場地最南端的新建海堤之間的三角形預(yù)留空地內(nèi)，包括庫區(qū)南段老海堤西段拆除后的場地及庫區(qū)西側(cè)老防浪堤南部一小段拆除后的場地。占地面積11.27 hm2(=104m2)，建設(shè)內(nèi)容為1個(gè)罐組4座儲(chǔ)罐(15×104m3儲(chǔ)罐1座，10×104m3儲(chǔ)罐3座)以及相應(yīng)的配套設(shè)施。

3 相關(guān)規(guī)范對于事故狀態(tài)防范事故液體泄漏的規(guī)定

(1)根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《關(guān)于督促化工企業(yè)切實(shí)做好幾項(xiàng)安全環(huán)保重點(diǎn)工作的緊急通知》(安監(jiān)總危化【2006】10號)要求：①立即完善事故狀態(tài)下防范環(huán)境污染的措施。是否有事故狀態(tài)下防止“清凈下水”引發(fā)環(huán)境污染的設(shè)施和措施。已經(jīng)有事故狀態(tài)下“清凈下水”收集、處置設(shè)施和措施的，要評估其是否科學(xué)有效，適應(yīng)應(yīng)急需要。②開展在建、新建項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)措施審查。對已經(jīng)開工建設(shè)的化工項(xiàng)目，要對設(shè)計(jì)方案中安全與環(huán)保措施進(jìn)行專項(xiàng)審查。審查的重點(diǎn)之一是項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案是否有事故池或緩沖池等事故狀態(tài)下“清凈下水”的收集、處置措施。沒有收集、處置措施的，都要補(bǔ)充設(shè)計(jì)予以完善，與工程主體設(shè)施一并建設(shè)和驗(yàn)收。

(2)《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50737—2011)第5.3.2條規(guī)定: 防火堤內(nèi)的有效容積不應(yīng)小于油罐組內(nèi)一個(gè)最大罐的公稱容積。第5.3.4條規(guī)定:防火堤的計(jì)算高度應(yīng)保證堤內(nèi)有效容積需要。防火堤的實(shí)際高度應(yīng)高于計(jì)算高度0.2 m。防火堤的高度不應(yīng)低于1 m(以防火堤內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)地坪計(jì))，且不宜高于3.2 m(以防火堤外側(cè)設(shè)計(jì)地坪計(jì))第9.4.1條規(guī)定:應(yīng)在庫區(qū)內(nèi)設(shè)置漏油及事故污水收集池。收集池容積不應(yīng)小于一次最大消防用水量，并應(yīng)采取隔油措施。

4 文中使用的部分名詞解釋

(1)“最不利的事故”，指一個(gè)罐組內(nèi)的一座最大儲(chǔ)罐的罐頂著火、罐體或堤內(nèi)管道發(fā)生破裂漏油、同時(shí)降雨。

(2)“罐區(qū)所在街區(qū)”，指“罐區(qū)”各自的防火堤外側(cè)，與周圍環(huán)形消防道路所圍合的區(qū)域。以罐區(qū)五為例，圖1中交叉陰影線代表的區(qū)域即為“罐區(qū)五所在街區(qū)”。

圖1 罐區(qū)五所在街區(qū)

(3)“街區(qū)內(nèi)液體容納能力”，指上述街區(qū)場地范圍內(nèi)，能被周圍環(huán)形道路攔截的液體體積，即環(huán)形道路路面最低標(biāo)高所在水平面以下的空間。見圖2所示意的陰影部分。

圖2 街區(qū)內(nèi)液體容納示意圖

(4)“事故緩沖池”，是在儲(chǔ)罐發(fā)生事故、檢修等特殊情況下，暫時(shí)貯存排除廢液的水池。

(5)“防火堤”，用于常壓液體儲(chǔ)罐組、在油罐發(fā)生泄漏事故時(shí)，防止液體外流和火災(zāi)蔓延的構(gòu)筑物。防火堤應(yīng)該具備以下功能：一是防火堤有效容積應(yīng)能容納事故泄漏出的液態(tài)危險(xiǎn)品；二是防火堤的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)能承受所納液態(tài)危險(xiǎn)品的靜壓力。簡單說就是必須滿足“裝得下”和“裝得穩(wěn)”的要求。

5 防火堤內(nèi)有效容積的計(jì)算

5.1 有效容積的確定

國內(nèi)對防火堤有效容積的規(guī)定是防火堤內(nèi)的有效容積不應(yīng)小于罐組內(nèi)一個(gè)最大儲(chǔ)罐的容積。當(dāng)浮頂、內(nèi)浮頂罐組不能滿足上述要求時(shí)，可取罐組內(nèi)1個(gè)最大儲(chǔ)罐容積的一半，并設(shè)置事故存液池儲(chǔ)存剩余部分，即固定頂罐區(qū)為最大儲(chǔ)罐量的100 %，浮頂油罐區(qū)為最大儲(chǔ)罐容量的50 %。日本規(guī)定，防火堤內(nèi)有效容積為最大儲(chǔ)罐容量的110 %。美國規(guī)定最大儲(chǔ)罐容量為100 %，即10×104m3。浮頂油罐區(qū)日本要求防火堤內(nèi)的有效容積是11×104m3，美國要求是10×104m3，而國內(nèi)一般為5×104m3。根據(jù)規(guī)范要求，其余部分采用事故應(yīng)急池收集，尤其是在油庫罐組較多的情況下更是如此。

但這種設(shè)置方式存在一定的問題。首先，對于高凝點(diǎn)原油如何保證通過自流方式進(jìn)入緩沖池，是要進(jìn)一步探討和研究的課題。其次，一旦發(fā)生儲(chǔ)罐罐底撕裂等惡性事故，而防火堤內(nèi)有效容積不能滿足要求時(shí)，大量的原油會(huì)穿過防火堤漫流到廠區(qū)(此時(shí)，通過事故緩沖池的管線很難保證原油全部吸收)，甚至進(jìn)入周圍的江河湖泊，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

因此，建議在條件允許的情況下，防火堤內(nèi)的有效容積應(yīng)能滿足1座儲(chǔ)罐最大有效容積，并能儲(chǔ)存進(jìn)入系統(tǒng)的污染雨水及消防水。

5.2 事故緩沖池的設(shè)置

防火堤內(nèi)的有效容積不能滿足容納1座最大儲(chǔ)罐容積的要求時(shí)，需滿足最大儲(chǔ)罐容積的一半，且應(yīng)設(shè)置事故存液池以儲(chǔ)存剩余部分。《事故狀態(tài)下水體污染的預(yù)防與控制技術(shù)要求》(Q/SY1190—2009)對事故緩沖池的有效容積進(jìn)行了規(guī)定，即事故緩沖池的事故儲(chǔ)存設(shè)施總有效容積為：罐組內(nèi)一個(gè)最大儲(chǔ)罐容積和發(fā)生事故時(shí)儲(chǔ)罐的消防水量、發(fā)生事故時(shí)必須進(jìn)入該收集系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水量、雨水量之和，減去發(fā)生事故時(shí)可以轉(zhuǎn)輸?shù)狡渌麅?chǔ)存或處理設(shè)施的物料量。

庫區(qū)對事故液體的客觀容納能力。目前項(xiàng)目庫區(qū)建有閉合的實(shí)體圍墻并設(shè)有3個(gè)大門，其中，北側(cè)大門的門口道路路面標(biāo)高最低，為4.80 m，其它兩個(gè)出口的路面標(biāo)高均高于此標(biāo)高。由于圍墻底部沒有泄水口，所以4.80 m標(biāo)高以下，液體不可能流出庫區(qū)。在“最不利的事故”發(fā)生時(shí)，當(dāng)液體從地表漫溢至4.80 m標(biāo)高時(shí)，防火堤以外的庫區(qū)場地所能容納的液體體積約為13.6×104m3，詳見表1。

表1 防火堤以外庫區(qū)場地對事故液體的總?cè)菁{能力

5.3 各罐區(qū)防火堤內(nèi)有效容積

根據(jù)《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50351—2005 ，油罐區(qū)防火堤有效容積應(yīng)按式(1)計(jì)算：

V=A×Hj-(V1+V2+V3+V4)

(1)

式中：V——防火堤有效容積，m3;

A——由防火堤中心線圍成的水平投影面積，m2；

Hj——設(shè)計(jì)液面高度，m；

V1——防火堤內(nèi)設(shè)計(jì)液面高度內(nèi)的一個(gè)最大油罐的基礎(chǔ)體積，m3；

V2——防火堤內(nèi)除一個(gè)最大油罐以外的其他油罐在防火堤設(shè)計(jì)液面高度內(nèi)的液體體積和油罐體積之和，m3；

V3——防火堤中心線以內(nèi)設(shè)計(jì)液面高度內(nèi)的防火堤體積和內(nèi)培土體積之和，m3；

V4——防火堤內(nèi)設(shè)計(jì)液面高度內(nèi)的隔堤、配管、設(shè)備及其他構(gòu)筑物體積之和，m3。

各罐區(qū)防火堤內(nèi)部有效容積詳見表2 。

表2 各罐區(qū)防火堤內(nèi)部有效容積

注1：“防火堤內(nèi)部實(shí)高”是防火堤頂標(biāo)高與防火堤內(nèi)地面平均標(biāo)高之差，并且不低于Hj+0.2m。

注2：“防火堤內(nèi)實(shí)際容積” =A×H- (V1+V2÷Hj×H+V3+V4)。

5.4 在最不利事故發(fā)生時(shí)，事故液體實(shí)際容納能力與事故液體量的缺口

當(dāng)最不利的事故發(fā)生時(shí)，對于事故液體的容納，如果僅考慮利用防火堤內(nèi)的有效容積和事故排液系統(tǒng)的容積，則單一罐區(qū)發(fā)生事故時(shí)，事故液體的實(shí)際容納能力與事故液體總量的差值詳見表3(防火堤內(nèi)事故液體實(shí)際容納能力與事故液體量對比)。

表3 防火堤內(nèi)事故液體實(shí)際容納能力與事故液體量對比 m3

注：1)排水系統(tǒng)管網(wǎng)的容納能力共1 000 m3，污水調(diào)節(jié)罐容納能力單座3 000 m3，2座6 000 m3，表中容納能力以2座計(jì)算。

在表3的基礎(chǔ)上，如果再將事故罐區(qū)所在街區(qū)周圍的環(huán)形道路攔截的液體容積(即“街區(qū)內(nèi)液體容納能力”)考慮在內(nèi)時(shí)，單一罐區(qū)在發(fā)生最不利事故時(shí)，事故液體的實(shí)際容納能力與事故液體總量的差值詳見表4(防火堤內(nèi)事故液體實(shí)際容納能力與事故液體量對比)。

表4 防火堤內(nèi)事故液體實(shí)際容納能力與事故液體量對比 m3

注：“街區(qū)內(nèi)液體總?cè)菁{能力”是指“道路與防火堤之間的容積”與“防火堤內(nèi)實(shí)際容積”之和。

6 方案設(shè)計(jì)原則的選擇

在《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50737—2011)實(shí)施之前，規(guī)范僅要求應(yīng)有防止事故狀態(tài)下石油液體流出庫外的措施，而該油庫的事故液體總?cè)菁{能力，對于10×104m3罐組，為19×104m3左右(單個(gè)防火堤內(nèi)的實(shí)際有效容積與4.80 m標(biāo)高以下庫區(qū)場地對液體的容納能力之和)，對于15×104m3罐組，則在22×104m3左右。所以事故液體不會(huì)流出庫區(qū)。

事故液體容納能力可按照以下原則考慮：

(1)當(dāng)某個(gè)罐區(qū)發(fā)生最不利事故時(shí)，保證火災(zāi)罐區(qū)的事故液體嚴(yán)格控制在污水調(diào)節(jié)罐、初期雨水調(diào)節(jié)池、防火堤和新建的事故池之內(nèi)。其容積可根據(jù)表3進(jìn)行計(jì)算。

(2)當(dāng)某個(gè)罐區(qū)發(fā)生最不利事故時(shí)，保證火災(zāi)罐區(qū)的事故液體不漫溢到其它街區(qū)，即利用污水調(diào)節(jié)罐、初期雨水調(diào)節(jié)池、防火堤、新建的事故池，以及火災(zāi)罐區(qū)的周邊道路，攔截和存蓄所有事故液體，其容積可根據(jù)表4進(jìn)行計(jì)算。

7 初步方案

綜合以上論述，事故液體收集能力設(shè)置可從以下幾種方案考慮：

(1)不建事故液體收集池，經(jīng)初步計(jì)算，將罐區(qū)一至罐區(qū)五防火堤各自加高0.8 m(加高后防火堤高度均不超過3.20 m，符合《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求)，則可以消除事故液體容納能力的差值。

(2)建設(shè)事故液體收集池(總?cè)莘e在3.5×104m3左右)，用于解決10×104m3罐組的事故液體差值。而將罐區(qū)三的防火堤加高0.25 m(加高后防火堤高度為2.45 m，符合《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求)，將罐區(qū)五的防火堤加高0.22 m(加高后防火堤高度為2.49 m，符合《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求)，即可解決問題。

(3)西側(cè)圍墻與道路之間的所有空地均加以利用，可以建成總?cè)莘e為5×104m3左右的事故液體收集池。在這種情況下，則不必加高防火堤。

8 結(jié)語

通過計(jì)算，上述任一種方案均能滿足緊急事故狀態(tài)下油品泄漏的安全要求，因此，方案是合理的，也是可行的，并獲得了省安監(jiān)局的認(rèn)可。