儲罐高液位溢流風險保護

曾月香

阿科瑪（中國）投資有限公司上海分公司 上海 200072

1 事故統計及回顧

保險公司Marsh 通過收集散裝液體儲存行業的實際數據，根據對常壓儲罐的研究，從統計上看，每3300 次灌裝操作就會發生一次溢流。這相當于每個儲罐如果每月加注3 次，10 個儲罐組每10 年一次溢流。使用100 個儲罐組的相同假設，溢流率等于每年一次。

2005 年12 月11 日的凌晨，英國邦斯菲爾德油庫發生爆炸火災事故[1]，共燒毀大型儲油罐20 余座，43 人受傷。原因是一個浮頂油罐加滿了過量的汽油，導致大量汽油泄漏，形成可燃的蒸汽云被點燃點燃，引發了大規模爆炸和持續五天的火災。事故釀成了歐洲和平年代最嚴重的生態災難，對倫敦乃至英倫全境的生態環境造成了嚴重的危害。主要根本原因是儲油罐的機電液位計間歇性故障，且獨立溢流預防系統中使用的機械液位開關失效。在此重大故障之前的三個月內，該液位計卡住了14 次，然而這“卡滯”的根本原因未得到充分調查或糾正，缺乏適當的“經驗教訓”程序表明溢流管理系統存在明顯問題。這起事故引起了公眾的極大關注。

2009 年10 月23 日，美國波多黎各加勒比石油碼頭，汽油從油輪卸載到罐區的過程中，一個500 萬加侖（約19萬m3）的地上儲罐過量充裝而溢流到二次圍堰中，導致形成一個巨大蒸汽云，在擴散到設施廢水處理區的點火源后被點燃。引起蒸氣云火災外，爆炸還產生了里氏2.9 級的壓力沖擊波。由燃燒爆炸產生的微粒和煙霧組成的烏云污染空氣持續兩天多，石油產品也泄漏到周圍地區的土壤和通航水道中。美國化學品安全和危害調查委員會（CSB）調查報告指出獨立和自動溢流預防系統的重要性。此外，這一事件表明了正確測量進入儲罐的實際流量和自動計算輸送預計完成時間的重要性，可以通過使用液位變送器和液位率的自動計算以及儲罐容積的計算來實現。綜上可知，儲罐高液位溢流將會導致極大的安全事故，造成人員傷亡、環境破壞，并且不利于和諧社會的構建。因此，必須對儲罐高液位溢流的風險防范措施進行研究，以此保證生產安全和人們的生命安全。

2 國內儲罐高液位溢料保護的相關標準

2.1《石油庫設計規范》

《石油庫設計規范》（GB 50074—2014）中：

（1）對于容量大于100m3的儲罐需安裝液位監測并遠傳儀表，并滿足以下要求：液位連續測量信號需通信方式或模擬信號連接自動控制系統；在自動控制系統中設高、低液位報警，同時儲罐高液位報警的設定高度需滿足《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/ T 3007—2014）的有關規定，而儲罐低液位報警的應以避免轉料泵汽蝕的要求。此外，外浮頂儲罐和內浮頂儲罐的低液位報警設定高度最好比浮頂落底高度高0.2m 及以上。

（2）基于操作頻率、容積大小和存儲物料的可燃性毒性，儲罐應安裝高高液位報警及聯鎖，高高液位報警可以同時聯鎖關閉儲罐進口管道控制閥。第一類：年周轉次數超過6 次及容量超過10000m3的易燃類液體儲罐；第二類：年周轉次數低于6 次，且容量大于20000m3的易燃類液體儲罐；第三類：儲存劇毒性液體的儲罐。

（3）對于容量超過50000m3的外浮頂儲罐和內浮頂儲罐，需要設置低低液位報警。低低液位報警設定高度應高于浮頂落底高度，并可以同時聯鎖停轉料泵。

（4）儲罐液位連續監測儀表或液位開關獨立設置，用于儲罐高高、低低液位在自動控制系統中報警及聯鎖。

2.2《易燃易爆罐區安全監控預警系統驗收技術要求》

《易燃易爆罐區安全監控預警系統驗收技術要求》（GB 17681—1999）規定：配置液位檢測系統，而且同一儲罐應安裝不少于2 種不同類別的液位檢測儀表。如果儲罐具有易燃、易爆介質，需要設置高、低液位報警系統，并結合實際需求，配置液位與相關工藝參數之間的聯鎖控制系統。

2.3《危險化學品重大危險源罐區現場安全監控裝備設置規范》

《危險化學品重大危險源罐區現場安全監控裝備設置規范》（AQ 3036- 2010）中，對危險化學品構成重大危險源的罐區現場安全監控裝備的設置要求和管理做出了明確的規定。例如，儲罐需要設置液位監測系統，并配備高低液位報警功能。

2.4《關于進一步加強化學品罐區安全管理的通知》

《關于進一步加強化學品罐區安全管理的通知》（安監68 號文- 2014），進一步加強化學品罐區安全管理：儲罐高低液位應設置報警，設置高液位自動聯鎖關閉進料閥門和低液位自動聯鎖關閉出料閥門或停止物料輸送泵。

2.5《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》

《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》（安監79 號文- 2015），危險化學品單位根據構成重大危險源的危險化學品的相關情況，建立健全安全監管體系和措施。

（1）對構成的重大危險源安裝壓力、溫度、組成、流量、液位等工藝參數的不間斷監控管理系統以及根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》（GB 50493—2019）落實對可燃氣體和有毒有害氣體的泄露做現場可燃氣體監測安裝，信息處理以及應急等管理要求。

（2）針對存在重大危險源的生產裝置，需要為其設置自動化控制系統和設備，保證生產的安全性；如存在一級或二級重大危險源的，需要設置緊急安全停車系統。

（3）針對存在重大危險源，而且涉及毒性氣體、劇毒液體和易燃氣體等設備，需要設置緊急切斷裝置；毒性氣體的設施，設置泄漏物緊急處置裝置。涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體且存在一級或二級重大危險源，需要設置獨立的安全儀表系統（SIS）。

2.6《石油化工企業設計防火標準》

《石油化工企業設計防火標準》（GB 50160—2018）規定：可燃液體的儲罐應設液位監測和高液位報警，并根據實際情況設置自動連鎖切斷進料設施。液化烴儲罐應安裝壓力、溫度、等工藝參數的監控，以及安全緊急泄放設備和系統如安全閥及后續接收和處理系統，以及高液位報警和高高液位自動聯鎖切斷進料設施。

3 國外儲罐高液位溢料保護的相關標準

國外涉及儲罐液位管理的相關標準主要有美國消防協會的《Flammable And Combustible Liquids Code》（NFPA 30- 2018）和美國石油學會《Overfill Prevention for Storage Tanks in Petroleum Facilities》（API STD 2350- 2020）。針對石油儲罐的過量充裝保護要求主要引用《Flammable And Combustible Liquids Code》（NFPA 30- 2018）中的要求。NFPA 30 中規定：儲罐至少應設置獨立的高液位管理防溢料的設備設施或能自動切斷進出料設施，并受相關部門監管。

針對高液位的防護目前國外主要依據的標準是《Overfill Prevention for Storage Tanks in Petroleum Facilities》（API STD 2350- 2020）。API STD 2350 目前已成為國外企業防止儲罐溢出一致認可和遵循的技術準則。其主要內容和要求是在建立溢料管理體系為前提，進行儲罐溢流的風險評估，在對應有手動溢料預防措施和自動溢流預防措施，對于自動溢流預防措施需要獨立設置，甚至根據業主需求/ 現場反饋或其他要求而按安全儀表設置（SIS），遵循《功能安全.加工工業部門用安全儀表化系統》（ANSI/ ISA 84.00.01- 2004）。

API STD 2350- 2020 版本特別在上一版本2006 版的基礎上增加了風險評估，并介紹了定性風險評估和半定量風險評估的不同評估方法。定性風險評估，一般來說定性分析結果的準確性取決于分析員的背景和專業知識。因此，盡管方法簡單，但重要的是風險評估中有知識和技能豐富的操作人員和其他人員執行定性風險評估分析。定性方法不需要定量風險評估方法所需的所有數據，所需項目僅分類為大范圍或基于參考點分類。建立一套規則以確保分類或分類的一致性非常重要。風險的一種表示方式是定性的，如低、中或高。可能性和后果的定性評估可分配給風險類別，這些值顯示在風險矩陣中。風險矩陣通常用于匯總風險，并作為評估風險和協助作出風險管理決策的手段。風險矩陣提供了風險的圖形表示，通常根據可能性或概率以及對組織的后果或影響。潛在風險（例如儲罐泄露）通常顯示為代表每個儲罐最高風險的場景。在矩陣上選擇表示適當后果列和概率行的單元格，將確定儲罐的風險等級和類別。

半定量風險評估，半定量風險評估是一種方法，它使用有關設施設計、運行、設備可靠性和人為行為的相關信息來確定風險情景的可能性和后果。半定量風險分析通常使用邏輯模型（事件和故障樹）來描述可能對人員、公眾、設施和/ 或環境造成傷害的事件組合。這些模型提供了一種系統的方法，通過基于這些危險制定事故情景以及可以實施的不同措施，評估每種情景可能發生的數值風險，來評估正在研究的設施中存在的潛在危險，并使用數學模型預測情景發生時的影響。對模型進行評估，以提供關于風險水平的半定量評估，并確定對管理風險最重要的場地、設計和運營特征，半定量風險評估需要更詳細的信息和數據，以便為模型提供輸入。

4 建議

從國內外標準規范對比來看，中國標準規范根據不同物料、儲罐容積和操作頻率規定的高低液位報警和連鎖的液位管理防溢料保護，特別是針對構成重大危險源的，要求連續的液位監控遠傳以及液位報警和聯鎖，并涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統（SIS）。而國外標準首先建立在OPS（Overflow Protection System）溢料保護體系，提出了在建立溢料管理體系為前提，進行儲罐溢流的風險評估，在對應有手動溢料預防措施和自動溢流預防措施，對于自動溢流預防措施需要獨立設置。再基于高液位溢流風險評估設置高液位報警和獨立的自動聯鎖保護，并且根據需求可能對獨立的自動連鎖保護需要滿足安全儀表規范要求。所以結合國內外的現行規范要求，針對儲罐高液位溢流風險保護的建議：在滿足國家規范要求的前提下，根據中國HAZOP 或LOPA 方法對儲罐高液位溢流風險作風險評估，再基于風險評估結果采用對應的安全保護措施。根據中國HAZOP 或LOPA 方法對儲罐高液位溢流風險基于作風險評估，得出對應的風險落在對應的紅、黃、白、藍區等不同的風險等級，與之相匹配風險降低措施推薦見表1。

表1 風險等級即對應的控制措施