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国内外储罐事故案例及储罐标准修改建议

2022-12-23 11:35:03      点击:305
摘要:系统阐述了国内外典型的储罐事故案例,包括英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故、美国宾夕法尼亚州储罐开裂事故。英国政府针对邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故的做法值得借鉴,如公开发布调查报告、设立网站共享经验教训以及限期完成整改措施等。深入研究了国内外典型储罐事故的经验教训,包括设备故障、制造缺陷、雷击、静电、明火、违规操作施工和电气火花短路等。针对我国储罐设计建设、运行管理和安全消防领域的技术标准,提出了改进建议。

关键词:储罐;标准;事故案例;邦斯菲尔德油库;故障;缺陷;雷击;静电
恶性储罐事故会导致人员伤亡、巨额财产损失、环境污染和生态灾难。储罐事故案例是以鲜血、生命和巨额财产损失为代价形成的宝贵经验和财富。文献[2]基于对事故经过、发生原因和损失情况的系统分析,排查储罐风险。2005年英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故是欧洲迄今为止最大的一次工业火灾爆炸事故。英国政府成立重大事故调查委员会进行为期3年的全面深入调查,公布了8份调查报告和4份建议书,包括储罐罐体设计与运行控制、储罐区设计、防火堤设计、油库风险评价、事故应急响应、油气爆炸机理、油库及周边土地规划、重大危险源周围的社会风险控制等,并设立网站与全世界共享惨痛教训。此外,制定了成品油油库设计、运行和管理规范,在100多个油库推广实施,并限定整改措施完成期限。从根源上防止储罐恶性事故,需要系统梳理各类储罐事故案例中具有代表性的经验教训和整改措施。
为此,借鉴英国政府对邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故的做法,深入研究了典型储罐事故的经验教训和整改措施,针对我国储罐设计建设、运行管理和安全消防领域的标准,提出改进建议。
一、英国邦斯菲尔德油库爆炸事故
事故烧毁大型储罐20余座,受伤43人,无人员死亡,造成直接经济损失2.5×108英镑。
1.1事故原因分析
(1)储罐罐体结构设计不合理:罐顶有边缘板,未设置专门的罐顶溢流导流装置,罐体中间有凸出的加强圈,使得罐顶溢油由上至下形成瀑布式倾泻,溅落的液滴在储罐周围形成大范围的油气混合物。
(2)储罐监控系统失效:储罐液位超高报警系统和计量系统相连,由于计量系统故障,报警系统未能正常启动,导致储罐溢油,这是事故的直接原因。
(3)防火堤密闭性不良:密封剂在火焰的长时间烘烤下熔化,防火堤墙体连接处和管道与墙面的穿越处出现多个泄漏点,导致防火堤墙体出现裂缝;防火堤地面出现多个渗漏点,导致大量油品和泡沫液渗入地下,造成环境污染。
(4)应急预案低估油库区火灾风险:编制应急预案时认为防火堤内形成池火是最大风险,未对储罐泄漏形成油料蒸气云的火灾爆炸风险予以足够重视。
1.2标准现状与改进建议
GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》规定储罐浮顶应参照底板预制,侧重规定边缘板尺寸(不小于700mm)、形状(弓形和非弓形)、对接间隙及固定顶焊接间隙,浮顶外边缘板与罐壁间隙允许误差为±15ITIITI,针对固定顶外边缘板与罐壁间隙的允许误差,未做相关规定。SY/TO6082006《大型焊接低压储罐的设计与建造》(API6202002MOD)规定了加强圈有效横截面积的计算方法,要求加强圈的外伸部分尽量靠近罐顶(或罐底)和罐壁的连接处,如导致液体积存,应沿长度方向开设适量均匀的排液孔,直径均不小于19mm。建议GB50128-2005规定固定顶外边缘板与罐壁问隙的允许误差,参考SY/T0608-2006关于加强圈外伸部分的规定。
SY/T6517-2001《石油设施储罐过量充装的防护}(API23502002IDT)规定储罐单级探测器(超高液位)系统或双级探测器(高、超高液位)系统应独立于自动计量系统,建议在储罐设计中强制执行该规定。
GB50074-2002《石油库设计规范》、GB501832004《石油天然气工程设计防火规范》和GB5035120136月第32卷第6期由乞储连2005《储罐区防火堤设计规范》规定防火堤应密实、不渗透,采用非燃烧材料建造,管道穿越防火堤采用非燃烧材料严密填实。GB50351-2005规定管道、电缆宜从防火堤顶部跨越或从地面以下穿越,穿越防火堤时,应设置套管并采取有效的密封措施。相关规定较为简略,建议参考俄罗斯输油站场做法:防火堤断面和堤内地面采用素土夯实,中间铺设防渗材料和外覆碎石。
SY/T683O2011《输油站场管道和储罐泄漏的风险管理》(API3532006NEQ)建立了储罐泄漏风险的频率、后果和风险值的计算方法,建议在储罐风险排查过程中强制测算储罐泄漏风险值。
二、美国宾夕法尼亚州储罐开裂事故
19881月,美国宾夕法尼亚州某石油公司一座高14.6ln、直径36.6Fn的圆锥顶柴油储罐突然从垂直方向开裂,1480m3。柴油全部流淌出来,底座向上位移30cm,储罐完全坍塌,约290m3。柴油从高3cm1.1倍储罐容量的防油堤溢出,经应急排水沟流入俄亥俄河,未造成人员伤亡。
2.1事故原因分析
罐壁板焊缝热影响区有一个硬币大的缺陷,金相分析表明其在储罐组焊前已经存在,储罐组焊促进了缺陷脆化,而事故当天温度较低(3),成为低温脆化的外因。随着储罐注满柴油,液体静压力与焊接残余应力结合,导致缺陷迅速扩展进而全部破裂。
2.2标准现状与改进建议
GB50128-2005规定了储罐预制、焊接组装以及焊缝无损检测的相关要求,但对于储罐板材制造缺陷的辨识,仅依靠制造商提供的质量合格证明书、产品标识或符合的标准。GB503512OO5规定防火堤有效容积固定顶罐不小于一个最大油罐容量,浮项罐不小于一个最大油罐容量的1/2,二者同时布置取较大值;API2610API12R1规定防火堤容量应容纳可能从最大储罐泄放的最大液量,并考虑消防泡沫液容量及充分降雨裕量(一般为罐体积的10)
建议参考储罐焊缝的无损检测方法,GB501282005增加对储罐钢板制造缺陷进行检验的规定。针对防火堤容量,国内标准要求偏低,建议参考API 2610API 12R1关于防火堤容量的规定。
三、雷击引起的油罐爆炸火灾事故
案例I1989812日,黄岛油库5混凝土原油储罐遭受雷击,喷溅油火先后引燃周围4座储罐,大火连续燃烧104h19人死亡,100多人受伤,直接经济损失3540×104元。
案例II200687日,某输油站16#储罐(内径100Ill_、高21.8m、储油12.58×104m3)发生雷击着火事故,21min后成功扑灭,经调查浮顶与罐壁问的二次密封有5处着火点。
案例III200777日,某输油站3#储罐(容积10m3。,储油4×104m3)遭雷击起火,14min后被扑灭,储罐浮顶二次密封被炸裂长度达123m
3.1事故原因分析
案例I的直接原因是非金属油罐存在缺陷,由对地雷击产生感应火花引燃油气而爆炸。同时,油库规划布局不合理,储罐设置密集,储罐位于山坡上,生产区位于山下,黄岛面积5.32km2,储油规模76×104m3。,储罐间距仅为11m;防雷设施简陋,接地电阻达1.56Ω;消防设施不做演练。案例II和案例III的事故原因是储罐一、二级密封问油气浓度超标,体积分数为0.5%~4.65%,而原油爆炸极限体积分数为1.1%~6.4%。但由于安装了感温报警系统和工业电视监控系统,发生火情能够及时报警;设置了消防系统高稳压备用状态,能够随时供应消防泡沫和冷却水,因此火灾在短时问内即被成功扑救。
3.2标准现状与改进建议
SY/T0607-2006《转运油库和储罐设施的设计、施工、操作、维护与检验》(API26102005MOD)建立了细致的油库场址选择原则,包括15项考察因素,提出了声发射、示踪法、体积(包括质量明显变化)监控以及蒸气传感等储罐完整性检查新技术。SY/T0607-2006SY/T65172001《油设施储罐过量充装的防护》均规定设置独立于储罐计量设施的二级高液位报警系统,但针对感温报警系统和工业电视监控系统,未做相关规定。SY/T6529-2010《油库固定式消防系统运行规范规定了原油库固定式消防系统试运投产、维护检测和演练的相关要求,如消防系统每季度进行1次模拟演练,每半年进行1次冷却水喷淋实战演练,每2年进行1次泡沫实战演练,但受演练成本等因素制约,难以实施。GB50074-2002GB50183-2004规定储罐宜布置在站场较低处,若布置在较高处,应采取加固防火堤等有效防止液体流散的措施;规定消防给水压力和供给强度,消防泵启动5min后能够将泡沫混合液和冷却水输送至任何着火点,但针对高稳压备用状态,未做相关规定。GB155992009《石油与石油设施雷电安全规范》副规定储油罐接地电阻不宜大于10Ω,但研究表明储油罐接地电阻不大于4Ω更为合理,内浮顶罐浮盘和罐壁间需要采取等电位连接措施。大型储罐应设置二次密封装置,对于5×10410×104m3。储罐,罐壁与浮顶之问的密封间隙应在200~250mm之间;对于10×104m3。以上储罐,应在250~300mm之间。
针对油库选择,GB500742002GB50183-2004规定比较简略,建议参考SY/T0607-2006相关规定,若储罐位于地势较高处,应明确规定能够有效防止液体流散的措施。建议GB50074-2002GB50183-2004规定储罐强制安装感温报警系统和工业电视监控系统,消防系统设置稳高压备用状态,参照SY/T6529-2010制定消防系统演练计划。建议GB155992009规定储油罐接地电阻不宜大于4Ω,内浮顶罐浮盘和罐壁间需要采取等电位连接措施,限定罐壁与浮顶之间二次密封装置的间隙。
四、静电引起的油罐爆炸火灾事故
案例I200347日,美国俄克拉荷马州Glenpool油库一座12719m3。的储油罐在装入柴油过程中爆炸起火,大火燃烧21h,造成另外两座储罐受损,经济损失达235.7×104美元。
案例II20021220日,某公司环烷酸装置进行催化汽油碱渣进料作业,V201V203罐相继爆炸着火,罐顶飞出2Om,罐体倾斜损坏,无人员伤亡。
案例III200533日,某炼油厂装运车间进行污油回收作业,一座污油罐爆炸,导致2人死亡。
4.1事故原因分析
案例I的事故原因是油罐内浮顶不居中,罐壁与弹性密封间隙一侧约10cm,另一侧紧密压实在罐壁上,装油作业加剧罐顶和浮顶形成易燃油气混合物;装油管道高流速(2.33rrds,推荐最高速度1m/s)和集油池区域产生的湍流导致静电电荷的产生、累积和释放。案例II的事故原因是V201罐采用上部进料方式,距罐底7.8m,罐内液位3.3m,物料喷溅产生静电火花,弓1爆罐内可燃气体。案例III的事故原因是向污油罐注油过程中,胶管出口未插入液面以下,喷溅泄油产生静电,引爆罐内气体。
4.2标准现状与改进建议
GB133482009规定电导率低于50pS/m的油品,注入口未浸没前流速不应大于1m/s,注入口浸没200IIlII1后,流速不应大于7m/s;油品中加入微量油溶性防静电添加剂,使其电导率达到250ps/m,可不受上述流速限制;SY/T63192008(API20031998IDT)SY/T63402010(NFPA772007IDT)关于储罐允许流速的规定与GB13348-2009规定相同,预防静电措施更为细化,如初始阶段注入管被浸没2倍管径或0.6m之前,流速不应大于1m/s;避免飞溅灌装和液体向上喷劓‘,减少对罐底水和沉淀的扰动;检查储罐中未接地的导电物体,如浮子等。
针对储罐允许流速,国内标准基本一致。建议GB133482009参考SY/T63192008SY/T6340-2010。¨关于固定顶储罐预防静电措施的相关规定。
五、其他类型储罐事故案例
导致储油罐发生事故的原因除设备故障、制造缺陷、雷击、静电之外,还包括明火、违规操作施工、电气火花短路等。研究表明,此类事故的根源是未严格执行操作规程、规章制度或作业指导书。相关标准规范包括SY6516-2010《石油工业电焊焊接作业安全规程》、SY/T6514~罐底动火作业准备》、SY64442000《石油工程建设施工安全规定》和AWSZ49.12005《焊接、切割和相关工艺的安全》等。
5.1储罐遇明火发生爆炸火灾事故
案例I19951O16日,美国宾夕法尼亚州Pennzoil炼油,1车间发生爆炸火灾事故,引燃数座储存石脑油和燃料油的储罐,造成5人死亡、3人受伤。事故原因是487#488#储罐为储水罐,但临时用于处理易燃液体;储罐内易燃蒸气没有与焊接动火作业区完全隔离;焊接作业中断后,再次焊接前未重新进行可燃气体检测等。
案例II1997627日,某化工厂储罐区发生爆炸火灾事故,造成9人死亡、39人受伤,直接经济损失1.7×1O8元。事故原因是石脑油和轻柴油阀错开错关,轻柴油进入满载石脑油的A罐,溢出的石脑油及油气在扩散过程中遇明火发生爆炸和燃烧。
5.2违规操作施工引起储罐爆炸火灾事故
案例I200665日,美国史迪格服务公司储罐发生爆炸事故,准备将2#3#储罐连接至4#储罐,焊接火花点燃了管道开口端泄漏的可燃性液体,发生爆炸,导致3人死亡、1人重伤。本次事故是由于不安全操作实践造成的,包括未使用天然气探测仪检测罐内残余的可燃性蒸气;用点燃的氧乙炔焊接器进行储罐照明及检测是否存在可燃性蒸气;进行焊接作业时,临近储罐的管道开口端未盖上盖子或采取其他隔离措施。
案例II2008428日,某公司承包商对含油污水罐进行增加氮风管施工作业,开具了“二级动火作业许可证”,但超过用火范围,用气焊切割人孔盖上一个无法打开的生锈螺栓,导致管内爆炸,造成1人死亡、2人受伤。
5.3电气火花短路引起储罐爆炸火灾事故
20061028日,某公司对独山子在建原油储罐进行防腐作业时发生爆炸事故,造成现场作业人员13人死亡、6人受伤,直接经济损失355×104元。现场勘查表明,作业现场工作行灯等电气设备为非防爆产品,连接行灯和变压器的电线严重老化,存在多处接头和绝缘损坏现象;擅自购买、使用防腐涂料替代稀释剂,未安装轴流风机进行机械通风等。
六、结束语
通过自主制定、科研成果转化和国际标准采标,以往储罐事故的经验教训已在国家标准和行业标准中有所体现,储罐标准的缺失性大为下降,如预防储罐过量充装、储罐二级液位报警系统、储罐泄漏风险评价、油库消防系统演练、储罐防静电措施等;目前存在的主要问题是大部分应予以强制执行的条款主要集中在推荐性行业标准和采标标准中,缺乏执行力。
鉴于现阶段我国储罐标准存在的技术问题,建议借鉴已有成熟的推荐做法和实践经验加以改进,包括储罐防火堤的材料、密封性能、设计容量和防渗性能;油库场址的选择原则;储罐感温报警系统和工业电视监控系统,消防系统设置稳高压备用状态;储罐接地电阻,内浮顶储罐等电位连接,罐壁与浮顶之间二次密封装置的间隙。
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本文主要内容来自于:蒋国辉、张晓明、闫春晖、杨晓铮、蔡培培、张玉蛟
1.中国油管道秦皇岛输油气分公司,河北秦皇岛0660012.中国石油西气东输管道公司甘陕管理处,陕西西安7100213.中国石油管道公司,河北廊坊065000
中图分类号:TE89文献标识码:Adoi10.6047~.issn.10008241.2013.06.016
版权归属于原作者。
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编辑:            来源:网终
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