原油儲罐區的危險性分析及對策

朱東升　竺棟榮　胡海蘭

摘 要：由于石油產品具有易燃、易爆、易揮發、有腐蝕性及毒性等特性，使其在儲運過程中存在潛在的事故風險，稍有不慎就會釀成重大事故，給人們的生命財產造成破壞和損失。因而有必要對潛在風險進行評估并對風險的不確定性有所了解。罐區作為石油及產品的主要儲存區域，擔負著液態油品和可燃氣體的收發儲存任務。本文以某原油儲罐區為研究對象，分別采用事故樹分析法、美國道化學公司火災、爆炸危險指數法(第七版)對其事故原因及其危害性進行分析，評價各因素導致事故發生的影響程度，在此基礎上提出了的相應安全防范措施，為降低罐區危險等級提供依據。

關鍵詞：原油儲罐；事故樹；道化學；爆炸；分析；控制

中圖分類號：TE8文獻標識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)01-0030-06

1 引 言

石油生產中的物料往往具有易燃、易爆、腐蝕、毒害等危險性，這些潛在的危險性決定了在生產、運輸、儲存、使用等各個環節中必須嚴格管理。稍有不慎就會釀成重大事故，給人們的生命財產造成破壞和損失。罐區作為石油及產品的主要儲存區域，擔負著液態油品和可燃氣體的收發儲存任務。罐區占地面積大，收發作業頻繁，設備檢維修頻次多，特別是煉油廠罐區，為配合裝置生產，往往出現油罐長時間不能清罐檢修或只能邊生產邊檢修的情況，為了保持長期的安全生產、預防事故的發生、盡量減少事故發生后的損失，有必要對大型罐區進行危險性分析，找出安全隱患，積極改進，防患于未然[1]。

大量事故案例表明，火災爆炸事故是易燃易爆液體儲罐區多發事故。目前已開發出數10種安全評價方法，由于每種評價方法均具有不同的特點和不同的適用范圍。如果評價方法選擇不當，就可能得出不切合實際的評價結論。針對易燃易爆液體儲罐區的火災爆炸事故特點，應從事故發生的概率、事故后果的嚴重程度以及導致事故發生的直接原因三方面入手進行評價，得出的結論才算完整。

大型儲罐有節省鋼材、占地少、投資省、便于操作管理等優點。隨著國民經濟的飛速發展，我國油品儲罐越來越趨向大型化。國內第一座10萬m³大型鋼制原油外浮頂儲罐于1985年從日本引進。發達國家建造、使用大型儲罐已有近30年歷史，而我國尚處于起步階段。大型原油儲罐儲量很大，潛在危險性高，影響大型儲罐安全運營的因素很多,一旦發生事故,就可能引發重大事故，損失將十分慘重。本文利用事故樹分析法、美國道(DOW)化學公司火災、爆炸危險指數法分析某石化公司原油罐區事故的影響范圍和傷害程度，通過綜合采用上述2種安全評價方法，基本可以得出全面、清晰、準確的評價結論。

2 原油罐區事故類型分析

2.1 原油罐區的風險特征

原油在儲存過程中的危險因素較多，原油的閃點范圍比較寬，在發生火災時，熱波現象明顯，很容易產生突沸現象。原油罐區的風險特征主要在于跑、冒、滴、漏及火災、爆炸等。原油的特性決定了火災爆炸危險性是大型原油儲罐最主要也是最重要的危險因素。發生著火事故的三個必要條件為:著火源、可燃物和空氣。

著火源的問題主要是通過加強管理來解決，可燃物泄漏問題則必須在儲罐設計過程中加以預防和控制。

泄漏的原油暴露在空氣中，即構成可燃物。原油泄漏，在儲運中發生較為頻繁，主要有冒罐跑油，脫水跑油，設備、管線、閥件損壞跑油，以及密封不良造成油氣揮發，另外還存在著罐底開焊破裂、浮盤沉底等特大型泄漏事故的可能性。

腐蝕是發生泄漏的重要因素之一。國內外曾發生多起因油罐底部腐蝕造成的漏油事故。對原油儲罐內腐蝕情況初步調查的結果表明[2]，罐底腐蝕情況嚴重，大多為潰瘍狀的坑點腐蝕,主要發生在焊接熱影響區、凹陷及變形處，罐頂腐蝕次之，為伴有孔蝕的不均勻全面腐蝕，罐壁腐蝕較輕，為均勻點蝕，主要發生在油水界面，油與空氣界面處。相對而言，儲罐底部的外腐蝕更為嚴重，主要發生在邊緣板與環梁基礎接觸的一面。

浮盤沉底事故是浮頂油罐生產作業時非常忌諱的嚴重惡性設備事故之一。該類事故的發生，一方面反映了設計、施工、管理等方面的嚴重缺陷，另一方面又將造成大量原油泄漏，嚴重影響生產、污染環境并構成火災隱患。

罐區的主要突發性風險事故分為泄漏和火災2種類型。泄漏事故分4種情況:① 輸油管泄漏；②人孔、閥門、法蘭密封不良泄漏；③ 槽車閥門沒關或者內漏(這3種情況，如果正常巡檢，及時發現，泄漏量不會太大)；④ 罐體破裂(這是難以控制，也是最惡性的泄漏事故)。罐區火災也有4種情況:① 儲罐為靜止罐的情況下著火；② 罐內著火；③ 罐頂因爆炸被炸開，火勢異常猛烈；④ 罐體爆裂，火勢除在罐體內燃燒外，還隨著油品的外溢四處蔓延。對于大型浮頂罐來說，其潛在的主要事故風險有3種:① 罐體開裂，導致大量油品瞬時外溢，遇到火源發生燃燒或爆炸事故；② 密封環處的局部火災。目前大型外浮頂油罐普遍采用鋼制雙盤或者浮船式浮頂。正常情況下浮頂與油品接觸，罐內幾乎沒有氣相空間。這類油罐的火災形式通常表現為密封環處的局部火災；③全面積敞口火災。

2.2 突發火災和爆炸事故風險產生原因

從建國到20世紀90年代初，石油儲運系統出現損失較大的事故近2000起，其中火災爆炸事故約占30%。導致火災爆炸事故的原因可以分為主觀和客觀兩個方面。主觀方面如操作人員麻痹大意、制度不嚴、管理不善，及缺乏防火防爆基本常識等。客觀方面由于石油及其產品具有易燃易爆、易揮發、易聚集靜電等特性加上作業條件和外界環境的變化，如明火、泄漏、雷電、靜電等都會造成火災爆炸事故。

2.3 石油罐區儲存風險分析方法

儲存系統風險分析可以采用檢查表法、評分法、概率評價和綜合評價法等。① 檢查表法簡單易行，列出檢查項目清單，然后逐項檢查和評定，根據總分來確定安全程度。②評分法廣為流行，分為加法評分法、加乘評分法和加權評分法。③ 概率評價法則是根據系統各組成要素的故障及失誤率，確定系統發生事故的概率，然后同既定的目標值相比較，通常采用事故樹和事件分析，建立數學模型，確定目標函數，然后求解。④綜合評價法則是根據評價對象的具體情況，采用以上各種方法的組合、交錯，使得評價更加符合實際。

3 事故樹法分析原油儲罐區火災、爆炸原因

3.1 事故樹分析(Event Tree Analysis，ETA)介紹

事故樹分析是用來分析普通設備故障或過程波動(稱為初始事件)導致事故發生的可能性。 事故是典型設備故障或工藝異常(稱為初始事件)引發的結果。事故樹分析是使用歸納法(而不是演繹法)。事故樹可提供記錄事故后果的系統性的方法，并能確定導致事件后果事件與初始事件的關系。 事故樹分析適合用來分析那些產生不同后果的初始事件。事件樹強調的是事故可能發生的初始原因以及初始事件對事件后果的影響，事故樹的每一個分支都表示一個獨立的事故序列。對一個初始事件而言，每一獨立事故序列都清楚地界定了安全功能之間的功能關系。

3.2 事故樹的編制

根據石化企業原油罐區固有危險特性，結合原油儲存、輸轉的工藝特點，編制出原油儲罐(區)火災爆炸事故樹圖， 詳見圖1。

3.3 最小割集的求解[ST]

將事故樹轉化為布爾方程，求解最小割集，計算過程如下：

T=A1A2=（X1＋X2＋X3＋X4）(B1＋B2＋B3＋B4＋B5）=X1X5＋X1X6＋X1X7＋X1X8＋X1X10＋X1X11＋X2X5＋X2X6＋X2X7＋X2X8＋X2X10＋X2X11＋X3X5＋X3X6＋X3X7＋X3X8＋X3X10＋X3X11＋X4X5＋X4X6＋X4X7＋X4X8＋X4X10＋X4X11＋X1X9X12＋X1X9X13＋X1X14X17＋X1X14X18＋X1X15X16＋X2X9X12＋X2X9X13＋X2X14X17＋X2X14X18＋X2X15X16＋X3X9X12＋X3X9X13＋X3X14X17＋X3X14X18＋X3X15X16＋X4X9X12＋X4X9X13＋X4X14X17＋X4X14X18＋X4X15X16

最小割集為36個:具體如下：

{X1,X5}、{X1,X6}、{X1,X7}、{X1，X8}、{X1，X10}、{X1，X11}{X2,X5}、{X2,X6}、{X2,X7}、{X2，X8}、{X2，X10}、{X2，X11}、{X3,X5}、{X3,X6}、{X3,X7}、{X3，X8}、{X3，X10}、{X3，X11}、{X4,X5}、{X4,X6}、{X4,X7}、{X4，X8}、{X4，X10}、{X4，X11}、{X1，X9，X13}、{X1，X14，X17}、{X1，X15，X16}、{X2，X9，X13}、{X2，X14，X17}、{X2，X15，X16}、{X3，X9，X13}、{X3，X14，X17}、{X3，X15，X16}、{X4，X9，X13}、{X4，X14，X17}、{X4，X15，X16}

3.4 確定基本事件的結構重要度

根據基本事件結構重要度判斷原理和基本公式可以判定原油罐區基本事件的結構重要度1,2,3,…，I18的結構重要度如下:

I1=I2=I3=I4>I9=I12=I13=I14=I15=I16=I17=I18>I5=I6=I7=I8=I10=I11

分析結果表明，I1,I2,I3,I4是最大值，它們所對應的基本事件對頂上事件的影響也最大，因此防范閥門密封失效、法蘭密封失效、罐體損壞及人員操作失誤引起泄漏等可以有效降低原油罐區的危險性。

4 原油儲罐區火災、爆炸危險指數分析

道（DOW）化學公司火災、爆炸危險指數評價法是由美國道化學公司首創的安全評價方法，目前已經發展到了第7版。該方法通過對工藝裝置及所含物料的潛在火災、爆炸和反應物危險逐步推算的方法，客觀地量化潛在的火災、爆炸和反應物事故的預期損失，確定可能引起事故發生或使事故擴大的設備（設施），其定量的依據是以往事故的統計資料，物質的潛能和現行安全防護措施的水平。該方法比較適合化工生產系統，主要用于評價儲存、處理、生產易然、可燃、活性物質的操作過程的潛在損失。整個評價過程按以下的程序進行：

a、確定評價單元；

b、確定單元物質系數（MF）；

c、計算一般工藝危險系數（F1）；

d、計算特殊工藝單元危險系數（F2）；

e、求取工藝單元危險系數（F₃）；

f、確定火災、爆炸指數（F&EI）；

g、安全措施修正系數（C）；

h、確定工藝單元周圍的暴露面積；

i、確定危害系數；

j、求取基本最大可能財產損失（基本MPPD）；

k、確定實際最大可能財產損失（實際MPPD）。

道（DOW）化學公司火災、爆炸危險指數評價法的風險分析計算程序詳見圖2。

為了分析原油儲罐區的火災、爆炸所影響的區域半徑以及危害程度，下面采用美國道化學公司火災、爆炸危險指數法(第七版)對該儲罐區火災爆炸事故后果進行模擬分析。

4.1 原油儲罐區火災、爆炸危險指數計算

根據美國道化學公司給定的物質系數和特性表，可以查得原油的物質系數和特性，儲罐區發生火災、爆炸的危險指數的分析計算，見表1。

由于在建設該儲罐區時，采用了一定的安全補償措施，因此，在分析該儲罐區的火災、爆炸危險指數時也采取相應的補償系數進行計算，見表2。根據美國道化學公司給定的火災、爆炸危險等級判別標準，見表3，可以判定如果不采取安全措施，該儲罐區的火災、爆炸危險等級為“最大”，通過采取安全補償措施后，其危險等級可以下降到“中等”。

4.2 暴露半徑和暴露區域的計算

暴露半徑是確定工藝單元中危險物質引起火災或爆炸事故能量釋放所造成破壞效應的大小。它是火災、爆炸指數(F&EI)乘以0.84 或從道化學公司火災、爆炸危險指數評價法中暴露區域半徑計算圖確定[3]。

未采取安全防護措施時暴露半徑：

R=F&EI×0.84×0.034 8=123×0.84×0.304 8=31.5m。

采取安全防護措施后暴露半徑：

R=F&EI×0.84×0.003 48=93×0.84×0.304 8=23.8m。

暴露區域面積：

S=∏R2=3.14×23.8×23.8=1 778.6m2。

4.3 危害系數的確定

危害系數由單元危險系數(F₃)和物質系數(MF)確定，經查道化學公司給定的單元危害系數計算圖得知，該單元危害系數=0.78。單元危害系數圖詳見圖3。

4.4 火災、爆炸危險指數評價法分析結果

該儲罐區F&EI值為123，經安全措施補償后，該儲罐區F&EI值為93，火災、爆炸危險等級從“中等”降為“輕度”；距該儲罐區31.5m半徑范圍內的設備、設施有78%可能遭受火災、爆炸破壞。

5 安全控制措施建議

5.1 間距要求

設計 、建設原油儲罐區時除必須嚴格按照國家相關標準技術規范保持防火間距以外，還應該根據儲罐最大容量、防火堤最大面積等實際情況分別計算其危害半徑，保持足夠的安全間距。

5.2 防止原油泄漏控制措施

(1) 定期檢查罐體和管線上的閥門及其連接法蘭的狀況，防止泄漏發生；

(2)定期檢查罐體狀況，防止因腐蝕等原因造成罐體開裂、穿孔。

5.3 點火源控制措施

(1) 加強安全檢查，嚴禁攜帶火種、手機、穿戴帶鐵釘的鞋、化纖衣物等進入罐區；罐區內嚴禁吸煙；

(2) 生產、檢修動火必須辦理動火證并嚴格執行“十不動火”規定；

(3)罐區內所有電氣設備(包括移動電氣設備)均必須采用防爆型，并定期對防爆電氣設備進行檢查，防止損壞失效；

(4) 作業時應采用不發火花工具，嚴禁使用鋼制工具敲打設備或相互撞擊、拋擲；

(5 )保持防雷、靜電接地設施隨時處于合格有效狀態；

(6 )進入儲罐區周圍的車輛必須佩戴完好的阻火器、正確行駛，不要在儲罐區周圍修理車輛。

5.4 防腐蝕措施

原油儲罐底部總是沉積著一定厚度的含鹽水,當儲存重質或含硫量、酸值較高的油品時，對防腐的要求更高。雖然目前國家對儲罐的防腐蝕設計還沒有統一標準，但對于儲量巨大、腐蝕性嚴重的大型原油儲罐而言，系統全面地設計并實施防腐的重要性是不言而喻的。

5.4.1 外壁防腐

罐底外壁除按常規做外防腐涂層外，宜參考石油天然氣行業標準/T0088-95《鋼制儲罐罐底外壁陰極保護技術標準》，采用犧牲陽極或強制電流陰極保護法，該陽極可兼做儲罐的防雷、防靜電接地極。值得重視的是，必須改變傳統的銅接地極——因此時銅為陰極，罐體鋼卻成為陽極，從而加速腐蝕。宜改用鋅或鎂電極。

5.4.2 內壁防腐

即使采用了涂層防腐，仍應根據情況考慮采用犧牲陽極的必要性，以減輕涂層缺陷時的腐蝕。涂層絕對不能使用導靜電防腐涂料，因它與犧牲陽極并用會加速陽極溶解，失去應有的陰極保護作用[4]。內壁的犧牲陽極宜選用鋁(Al)基合金陽極。

5.4.3 防 腐

罐壁防腐的重點是底部水層高度范圍內，應對罐底內壁1m高采用環氧基耐油耐鹽水油罐專用絕緣涂料，其他部位可采用油罐專用導靜電涂料。

6 結 論

通過對某石化公司原油儲罐區火災、爆炸事故隱患進行辨識與評價分級技術的研究，綜合應用兩種方法：事故樹分析法，易燃、易爆、有毒重大危險源評價法對原油罐區的火災爆炸風險進行了綜合評估。詳細分析罐區可能存在的各種火災、爆炸事故隱患，以及各因素導致事故發生的影響程度，在此基礎上提出了的相應安全防范措施，為降低罐區危險等級提供依據。

參考文獻：

［1］ 劉鐵民,吳宗之,耿鳳,等.邁向新世紀的中國勞動安全衛生［R］.見：二十一世紀安全生產宏觀戰略研究.國家經貿委安全科學技術研究中心,2002.

[2] 黃志.油罐內腐蝕與防護［J］.油氣儲運，1996，15(7)：15～17 .

[3] 國家安全生產監督管理局.安全評價（第三版）［M］.北京煤炭工業出版社,2005.

[4] 牟善軍，王廣亮.石油化工風險評價技術[M].青島:青島海洋大學出版社出版，2002.

[5] 吳宗之，高進東，魏利軍.風險評價方法及其應用[M].北京:冶金工業出版社，2003.

[6] 李樹茂，劉軍，蔡永梅.關于甲醇池火災事故后果計算的探討[J].化工安全與環境，2006 (18):7-8.