國(guó)外油氣站場(chǎng)安全技術(shù)先進(jìn)性探討

秦曉東，張軒軻，李建國(guó)，路陽(yáng)，付振林

(1. 中石油管道有限責(zé)任公司西氣東輸分公司 長(zhǎng)沙管理處，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2. 中國(guó)石油新疆油田分公司 油氣儲(chǔ)運(yùn)公司，新疆 克拉瑪依 834000；3. 中國(guó)石油西南管道天水輸油氣分公司，甘肅 天水 741002；4. 中國(guó)石油吐哈油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，新疆 鄯善 838202；5. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 廊坊 065000)

隨著中國(guó)“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施，長(zhǎng)輸油氣管道成為重要的基礎(chǔ)能源設(shè)施。國(guó)內(nèi)已建設(shè)運(yùn)行了中俄原油管道和天然氣管道工程。該類管道主要敷設(shè)在高寒凍土區(qū)，俄羅斯在該方面具有豐富和先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)[1]。美國(guó)作為當(dāng)今世界上油氣管道長(zhǎng)度最長(zhǎng)的國(guó)家，制定了一系列嚴(yán)格細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以應(yīng)對(duì)惡劣、復(fù)雜環(huán)境地區(qū)給管道安全造成的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)[2]。因此，應(yīng)深入研究俄羅斯和美國(guó)在油氣站場(chǎng)安全方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒在油氣站場(chǎng)安全管理方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于提高國(guó)內(nèi)管道行業(yè)安全管理水平具有重要意義。

1 消防系統(tǒng)

針對(duì)輸油站消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，СТГУ 153-39-167—2006《原油管道工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“原油管道站場(chǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)自動(dòng)滅火系統(tǒng)，劃定易燃易爆危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)具備下列功能： 火災(zāi)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，操作和控制人員區(qū)域火災(zāi)時(shí)同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；自動(dòng)滅火系統(tǒng)可手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制(站控制)觸發(fā)，同時(shí)開(kāi)啟消防水管道系統(tǒng)閥門(mén)和啟動(dòng)消防泵，完成滅火后解除(恢復(fù))聲光報(bào)警信號(hào)”。

針對(duì)儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)，ВНПБ-01-02-01—2000《鋼制立式儲(chǔ)罐低倍泡沫自動(dòng)滅火系統(tǒng)技術(shù)要求》規(guī)定自動(dòng)滅火系統(tǒng)具備下列功能： 自動(dòng)滅火系統(tǒng)具備在系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行10 min后自動(dòng)切斷泡沫液供給的功能，并可通過(guò)站控室的遠(yuǎn)程控制按鈕重新啟動(dòng)；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置2個(gè)信號(hào)回路以啟動(dòng)自動(dòng)滅火系統(tǒng)，站控室應(yīng)設(shè)置聲光報(bào)警裝置，火災(zāi)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)、電源失電、裝置故障時(shí)應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；火災(zāi)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲光報(bào)警信號(hào)應(yīng)區(qū)別于其他緊急情形發(fā)出的聲光報(bào)警信號(hào)；自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)該配置2個(gè)獨(dú)立電源，以及備用蓄電池電源，切換啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)7 s。

國(guó)內(nèi)油氣站場(chǎng)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)執(zhí)行GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[3]，該規(guī)范規(guī)定：“大于2×104m3固定頂儲(chǔ)罐和1×105m3浮頂罐應(yīng)設(shè)置自動(dòng)消防系統(tǒng)”。針對(duì)站場(chǎng)消防系統(tǒng)供電等級(jí)，三級(jí)以上站場(chǎng)消防系統(tǒng)供電宜滿足一級(jí)負(fù)荷供電要求；當(dāng)只能采用二級(jí)負(fù)荷供電時(shí)，應(yīng)設(shè)置柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的備用消防泵。由于設(shè)備安全完整性等級(jí)較低，國(guó)內(nèi)大部分油氣站場(chǎng)消防系統(tǒng)不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，消防系統(tǒng)啟動(dòng)主要是人工操作確定，而且大部分站場(chǎng)未配備柴油發(fā)電機(jī)等備用電源，一旦發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致供電系統(tǒng)故障，很可能造成火災(zāi)擴(kuò)大蔓延風(fēng)險(xiǎn)[4]。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不同區(qū)域應(yīng)設(shè)置相應(yīng)類型的聲光報(bào)警信號(hào)，而國(guó)內(nèi)油氣站場(chǎng)消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)等級(jí)、控制功能和報(bào)警信號(hào)顯示方面均存在差距，應(yīng)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)做法。

2 防火堤

防火堤是保證站場(chǎng)安全的重要設(shè)施，特別是發(fā)生儲(chǔ)罐破裂和油品泄漏情況下，可有效控制事故影響范圍和減少損失。防火堤材料、高度及寬度、容量、防滲是重要設(shè)計(jì)參數(shù)，研究了上述參數(shù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中的差異。

2.1 防火堤材料

РД 153-39.4-078—2001《石油管道儲(chǔ)罐和加油站運(yùn)營(yíng)技術(shù)規(guī)則》規(guī)定：“防火堤頂部寬度不小于0.5 m，應(yīng)采用不可燃材料施工，并考慮溢流液體靜壓力”。調(diào)研發(fā)現(xiàn)俄羅斯儲(chǔ)罐防火堤采用素土夯實(shí)、內(nèi)部鋪設(shè)防滲膜、外部覆碎石等措施。NFPA 30—2012《易燃與可燃液體規(guī)范》規(guī)定：“防火堤采用土、混凝土或磚石，保證不漏液和承受滿液的靜壓”。加拿大Enbridge公司防火堤采用土堤，土地緊張時(shí)采用鋼筋混凝土堤。國(guó)外防火堤推薦土堤，國(guó)內(nèi)防火堤大部分采用混凝土堤，具有價(jià)格低廉、施工方便、占地少的優(yōu)點(diǎn)，但是火災(zāi)狀態(tài)下混凝土堤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)急劇降低，存在安全隱患[5]。

2．2 防火堤高度及寬度

РД 153-39.4-078—2001規(guī)定：“公稱容積小于1×104m3儲(chǔ)罐防火堤高度不低于1 m；公稱容積大于1×104m3儲(chǔ)罐防火堤高度不低于1.5 m”。NFPA 30—2012規(guī)定：“防火堤高度不低于0.9 m，寬度不小于0.6 m”。加拿大Enbridge公司防火堤高度在1.0～1.5 m，寬度1.5 m。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)防火堤高度基本一致，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為細(xì)致，按照儲(chǔ)罐容積小于1×104m3和大于1×104m3設(shè)置防火堤高度。GB 50074—2014《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]規(guī)定：“防火堤堤頂寬度不應(yīng)小于0.5 m，調(diào)研國(guó)內(nèi)防火堤頂部寬度較窄，建議借鑒加拿大Enbridge公司做法，根據(jù)實(shí)際情況增加防火堤頂部寬度至1.0～1.5 m，保證操作人員行走安全。”

2.3 防火堤容量

API 12R1《在役儲(chǔ)罐操作、維護(hù)、檢測(cè)和維修推薦做法》規(guī)定：“防火堤應(yīng)容納最大儲(chǔ)罐容量，并考慮積聚雨水容積，按照儲(chǔ)罐容積10%計(jì)算”。加拿大Enbridge公司防火堤容積是最大儲(chǔ)罐的1.1倍，與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相同，而GB 50074—2014規(guī)定防火堤容積為罐組內(nèi)最大儲(chǔ)罐容積。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)差異在于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)考慮了積聚雨水容積，考慮更為全面，應(yīng)借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)做法。

2.4 防火堤防滲

GB 50074—2014規(guī)定儲(chǔ)罐區(qū)宜設(shè)計(jì)防滲設(shè)施，但非強(qiáng)制性要求。國(guó)內(nèi)大部分儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)未設(shè)計(jì)防滲措施，如發(fā)生油品泄漏可能造成環(huán)境和地下水污染[7]。加拿大Enbridge公司在油氣站場(chǎng)要求設(shè)計(jì)防滲措施： 在防火堤內(nèi)地坪和內(nèi)坡面以下1.0～1.5 m處墊土，再覆蓋膨潤(rùn)土防水墊，上層再覆土或者碎石塊。膨潤(rùn)土防水墊具有以下優(yōu)點(diǎn)，值得借鑒：

1)防滲性能好，抗較高靜水壓力。

2)施工方便，可以直接疊搭在土層上。

3)遇水自膨脹性可修復(fù)防滲層缺陷。

4)無(wú)機(jī)材料制成，耐久環(huán)保。

3 輸油泵房通風(fēng)

РД 153-39.4-056—2000《輸油管道運(yùn)營(yíng)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：“油氣站場(chǎng)輸油泵房(緊急)通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)條件是空間內(nèi)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)爆炸下限10%，主通風(fēng)機(jī)停止時(shí)備用通風(fēng)機(jī)可自動(dòng)啟動(dòng)，通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)同時(shí)發(fā)生聲光報(bào)警信號(hào)”。通風(fēng)方式是泵房?jī)?nèi)上部約33%空間的自然通風(fēng)和下部約67%空間的機(jī)械通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)定期運(yùn)行，通風(fēng)頻率為8次/h。GB 50253—2014《輸油管道設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]規(guī)定：“輸油泵房宜設(shè)置機(jī)械通風(fēng)設(shè)施，通風(fēng)換氣次數(shù)宜為10次/h”。針對(duì)輸油泵房通風(fēng)頻率和換氣系數(shù)，中俄標(biāo)準(zhǔn)差異不大；國(guó)內(nèi)一般是防爆型軸流風(fēng)機(jī)，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)中通風(fēng)方式是自然通風(fēng)結(jié)合機(jī)械通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)分定期通風(fēng)和緊急通風(fēng)，并設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，實(shí)際通風(fēng)量更大。

4 電氣裝置接地

針對(duì)電氣裝置接地，РД 153-39.4-078-2001規(guī)定：“儲(chǔ)罐預(yù)防直接雷擊的接地器，應(yīng)采用埋設(shè)于土壤的接地裝置，儲(chǔ)罐與接地裝置的距離不超過(guò)50 m，接地裝置與儲(chǔ)罐連接點(diǎn)不少于兩處”。針對(duì)防靜電接地，ДНА ОП0.00-1.29—1997《靜電保護(hù)規(guī)則》規(guī)定：“管道干線每隔200～300 m應(yīng)連接到接地裝置上，油氣站場(chǎng)進(jìn)站絕緣法蘭、管道支撐墩都應(yīng)接地”。GB 13348—2009《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》[9]規(guī)定：“儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置至少兩處接地點(diǎn)，接地點(diǎn)與儲(chǔ)罐間距不應(yīng)大于30 m；長(zhǎng)輸管道兩端及沿線每隔200～300 m應(yīng)有一處接地。并行管道間距小于10 cm，每間隔20 m設(shè)置接地，管道交叉間距小于10 cm，相互連接并接地”。針對(duì)防雷接地，GB 15599—2009《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》規(guī)定：“儲(chǔ)罐防雷接地點(diǎn)不少于兩處；長(zhǎng)輸管道的彎頭、閥門(mén)、法蘭等連接處的過(guò)渡電阻大于0.03 Ω時(shí)，連接處應(yīng)采用金屬線跨接；大于5條螺栓連接的法蘭在非腐蝕環(huán)境下可不跨接，但應(yīng)構(gòu)成通電回路；管道進(jìn)出站端和沿線每隔200～300 m，以及支線、彎管處均應(yīng)有接地裝置，經(jīng)隔離器或去耦合器與管道連接，接地點(diǎn)設(shè)置在支撐墩，沖擊接地電阻應(yīng)小于10 Ω”。

針對(duì)電氣裝置、防雷及防靜電接地，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為全面、嚴(yán)格，例如儲(chǔ)罐與接地裝置間距；管道接地間距基本一致，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了并行、交叉管道的接地要求，以及彎頭、法蘭、閥門(mén)的跨接線要求。

5 站場(chǎng)安全防護(hù)

俄羅斯油氣站場(chǎng)大多處于人口稀少和森林地區(qū)，主要防范對(duì)象是大型野生動(dòng)物意外闖入。俄羅斯東方輸送管道公司油氣站場(chǎng)安全防護(hù)的做法是： 站場(chǎng)主大門(mén)為強(qiáng)度較高的金屬透視門(mén)，一般為關(guān)閉狀態(tài)。主大門(mén)外側(cè)設(shè)有移動(dòng)式路障和破胎器。站場(chǎng)周邊設(shè)置間距2 m的兩道鐵絲網(wǎng)。外層鐵絲網(wǎng)高2 m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，主要防范動(dòng)物闖入，內(nèi)層鐵絲網(wǎng)高4 m，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，安裝觸感光纜和紅外報(bào)警裝置。站場(chǎng)針對(duì)所有操作崗位設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，站內(nèi)設(shè)廣播系統(tǒng)。

近年來(lái)新建的中俄原油管道站場(chǎng)大多處于原始森林區(qū)域，俄羅斯預(yù)防動(dòng)物闖入的雙道鐵絲網(wǎng)做法值得借鑒。另一方面，國(guó)內(nèi)大部分油氣站場(chǎng)站外交通安全是短板，應(yīng)安裝阻擋外部車(chē)輛意外高速行駛的隔離帶、防撞柱、破胎器等實(shí)體阻擋裝置[10]。在油氣站場(chǎng)周界安全防護(hù)方面，中石油開(kāi)發(fā)了站場(chǎng)光纖周界安防系統(tǒng)，成功應(yīng)用于蘭鄭長(zhǎng)管道鄭州輸油站，生產(chǎn)實(shí)踐證明，準(zhǔn)確率和誤報(bào)率滿足運(yùn)行要求，有效保障了站場(chǎng)安全。

6 結(jié)論和建議

調(diào)研俄羅斯和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在油氣站場(chǎng)消防系統(tǒng)、防火堤、輸油泵房通風(fēng)和安全防護(hù)等方面，標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平高于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，還有成熟、先進(jìn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和做法，值得國(guó)內(nèi)管道行業(yè)研究借鑒，包括以下方面：

1)提高國(guó)內(nèi)油氣站場(chǎng)消防系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)等級(jí)和設(shè)備安全完整性等級(jí)，針對(duì)油氣站場(chǎng)功能區(qū)設(shè)置相應(yīng)類型的聲光報(bào)警信號(hào)。

2)防火堤應(yīng)采用土堤，防火堤寬度在0.5 m基礎(chǔ)上適當(dāng)增加，防火堤容量應(yīng)為罐組內(nèi)最大儲(chǔ)罐容積的1.1倍，防火堤內(nèi)采用鋪設(shè)一層膨潤(rùn)土防水墊進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。

3)提高國(guó)內(nèi)輸油泵房通風(fēng)設(shè)計(jì)等級(jí)，宜按照備用通風(fēng)和緊急通風(fēng)方式提高通風(fēng)量。

4)針對(duì)電氣裝置、防雷及防靜電接地，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為全面、嚴(yán)格。

5)油氣站場(chǎng)主大門(mén)設(shè)置阻擋車(chē)輛高速進(jìn)入的阻擋裝置，高寒地區(qū)油氣站場(chǎng)設(shè)施雙層鐵絲網(wǎng)預(yù)防大型動(dòng)物意外闖入。