大型油庫的本質安全設計

楊曉靜，邢科偉，軒志勇，楊潞鋒

（總裝備部工程設計研究總院，北京 100028）

0 引言

由于國家經濟建設發展和戰略儲備的需要，原油罐區的建設越來越大型化和集群化，但隨之而來的安全危險也在不斷累加，近幾年屢屢發生的大型罐區的安全事故對此類工程項目管理也提出了更高的要求。設計是項目的龍頭，如果在設計階段考慮到本質安全的問題，無疑會對以后的生產運行起到至關重要的作用。

1 本質安全

1.1 本質安全的概念

本質安全是指通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故。

諸多管理人員提出 “本質安全是油庫的生命線”，從安全依靠人→依靠規章制度→依靠本質安全，管理者的安全意識不斷加強，也對設計者如何在設計階段達到本質安全提出了更高層面的要求。

1.2 本質安全設計實現途徑

要在建設項目設計階段實現本質安全設計，應采取以下步驟：根據建設單位提出的使用要求，結合項目所在地的建設條件及基礎設計參數 （地形、地貌、地質、氣象、水文、地震烈度等）并考慮到投產后的運行，從物、人、環境三個方面，辨識和分析建設項目潛在的危險、有害因素，預測發生事故的可能性及其嚴重程度，要具體到設計中的工藝、設備、電氣、儀表、結構、消防等各個專業中去，采用PDCA的模式，循環運行計劃、實施、檢查、修正的方法，檢查原設計方案與安全生產法律、法規、規章、標準、規范的符合性，最終提出科學、合理、可行的設計方案。

在設計中，形成PDCA循環，并貫穿整個設計過程，其主要工作程序見圖1。

圖1 PDCA循環設計程序

2 設計計劃

依據油庫的特殊性，油庫項目的本質安全設計按區域劃分主要包括選址及總平面布置、油罐區設置、收發油作業區設置 （碼頭、火車、汽車等）、供配電及通信、消防系統、公用工程等。

2.1 危險有害因素辨識與分析

2.1.1 物質危險性分析

針對油庫運營的油品物性，對其固有危險進行分析，主要包括易燃、易爆、易積聚、易產生靜電、易沸溢、噴濺、易中毒等物性。對每一危險特性，應分析其成因及其可能造成的后果。

2.1.2 工藝設備危險因素辨識

對油品儲存、裝卸、收發、使用過程中，因材質選用不當，操作參數控制不當，安全閥、壓力表損壞失效，設備本體、管道、附件發生腐蝕，超溫超壓保護裝置失效，以及設備破損、操作疏忽等諸多原因可能引起的泄漏、火災爆炸成因進行分析，主要從火災爆炸、物理爆炸、中毒窒息、灼燙、凍傷、機械傷害、高處墜落、觸電、淹溺、雷擊危害、車輛傷害、噪聲危害、物體打擊、腐蝕等14個方面進行逐一辨識。

2.1.3 周圍環境影響因素

充分考慮庫區周邊與油庫發生安全間距要求的相關企業、居民、交通、自然環境等諸多因素對安全的影響。

2.2 劃分設計單元

根據工藝流程劃分為相對獨立的設計單元。一般油庫的設計單元可劃分為：廠址、總平面布置與消防單元，油罐區單元，收發油作業區單元同，供配電及通信單元，公用輔助設施單元等。

3 設計實施

設計實施過程以工藝為主線，設備、消防、儀表、配電、土建等專業配合完成各單元的設計。

3.1 過程安全措施

總平面布置、消防系統、公用工程設計時除了要考慮上述危險有害因素外，同時還要兼顧考慮油庫二期的預留問題，必要時可適當提高系統的消防以及公用工程能力。總圖設計中應注意的一點是需要預測油庫發生最嚴重事故時污油污水的數量，以便就近設置相應規模的事故應急池。

（1）油罐區主要的安全措施包括：罐體二次密封、高低液位報警、可燃氣體濃度報警、電視監控系統、自動聯鎖切油裝置、儲罐地基處理、進出油管道雙閥并柔性連接、涂層與陰保聯合防腐、防火堤容油量及抗滲性、罐區外水封井設切斷閥、罐體防雷防靜電接地、消防器材配備等。

（2）收發油作業區主要的安全措施包括：自動灌裝系統、管道穿防火堤時加套管密封、管道熱補償及卸壓裝置、防水擊限設計流速、防靜電裝置、電視監視系統、合理通風等。

（3）供配電及通信單元的安全措施：二級負荷采用雙回線路供電、配電間電纜阻燃、電纜穿越封堵、移動用電設備有漏電保護器、各類建構筑物防雷接地、危險場所防靜電、設置行政電話、計算機網絡、儲運監控管理系統、防爆無線通信系統等。

（4）公用工程及其他安全措施：蒸汽管道保溫、化驗室機械排風、有油氣泄漏可能的建構筑物通風、氮氣壓縮站缺氧報警裝置、操作人員防護措施等。

3.2 加強儲罐的完整性設計

完整性是指在特定的操作條件下，使影響員工、環境、設備安全的風險值達到一個可接受的水平[1]。儲罐儲存大量的危險液體，一旦失效，很可能帶來嚴重后果，因此需要很好地管理和維護儲罐的完整性。

儲罐完整性的每一個環節都需要技術標準的支持， EEMUA 159、 API 653、 API 575、 SY/T 5921、SH 3046等國內外有關標準[2-7]，對于儲罐完整性方法做出了具體的規定和建議。API和EEMUA以退化速率作為計算下一次檢測時間間隔和剩余壽命的依據，對于罐底板、罐壁板和罐頂板給出了兩個最小厚度。但目前這種方法的應用有限，因為兩次檢測之間的時間間隔很長，難以得到可靠和準確的數據 （尤其是平底罐底板），以便與以前的結果比較而得出一個趨勢。另外還有不可預測的均勻腐蝕損失。SY/T 5921-2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規程》規定：油罐的修理周期一般為5至7年，新建油罐第一次修理周期不宜超過10年。與國外標準相比，我國標準中無外部檢測的規定，而內部檢測的周期比國外標準的規定短得多，而且未與腐蝕速率掛鉤。

在操作中，將上述標準進行比對，結合油庫的實際情況，對儲罐的沉降、傾斜、罐壁、罐底、罐頂、檢測、水壓試驗等指標進行逐一分析，形成本項目的完整性管理標準列表，同時設計時充分考慮儲罐的完整性檢測和維修。

3.3 設計檢查

3.3.1 選擇安全分析方法

根據油品的物性及工藝流程特點，油庫安全評價方法主要有：預先危險性分析法；安全檢查表法；道化學 （DOW）火災、爆炸危險指數評價法；危險度評價法；事故樹分析法；重大危險源辨識方法；事故后果定量計算等7種方法。對于大型油庫，鑒于項目儲存物料量大且易燃易爆，發生事故后危險性大、影響面廣，除選擇上述7種方法之一外，建議還進行火災計算和液氮儲罐破裂事故后果模擬計算以便給出量的概念。

3.3.2 進行安全分析

對每一設計單元進行安全分析時所選用的分析方法可能不同。如對于廠址、總平面布置與消防單元，主要涉及地質條件危險有害因素分析，氣象、水文等自然條件的危險有害因素分析，防火間距不足可能帶來的危險，廠區道路、鐵路設置不當的危險，消防系統缺陷危險，建、構筑物方面危險有害因素分析，公用工程設施危險有害因素分析等。而對于油罐區單元，主要有工藝、設備危險有害因素分析，自然災害危險有害因素分析，事故易發部位和危險點分析，DOW火災、爆炸危險指數評價，事故后果定量計算等。

3.3.3 編制指向性安全檢查表

依據GB 50074-2002《石油庫設計規范》、GB 50160-2008《石油化工企業設計防火規范》等安全法規、標準和儲罐完整性標準列表、可行性研究報告等資料編制指向性安全檢查表，分別對每個設計單元進行安全檢查。

3.3.4 形成設計檢查報告

按照危險度評價取值和危險程度分級表，得出本單元的危險度計算值和危險度等級，形成危險度評價；依據指向性安全檢查表，提出整改項。并特別注意以下要求：

（1）總圖布置、地基處理、設備、管道及建構筑物設計要安全可靠，具有合理的防御自然災害風險的能力，符合規范規定的要求。

（2）工業及民用建筑設計應滿足防火和防腐等規范的要求。

（3）按照物料的性質和操作狀況，壓力容器及管道設計應滿足 《壓力容器設計》規范、 《壓力管道安全管理與監察規定》的要求。

（4）根據生產危險場所的特性與要求，對總圖、設備、管道、電氣、儀表的設計與選型，應滿足防火、防爆、防雷、防靜電等設計規范的要求。

（5）在全廠、裝置或建筑設計中，應充分考慮有效的消防措施或設施，滿足有關規范的要求。

（6）對生產中有毒、有害或強腐蝕性物料的排放或泄漏，以及其他危及人身安全的場所，應采取符合工業安全、衛生設計規范和規定要求的防患和控制措施。

（7）環保設計應貫徹 “以防為主、防治結合、綜合治理”的方針，工業 “三廢”等有害物的濃度和排放量應達到政府規定的排放 “標準”。

3.4 設計修正

根據設計檢查報告，對原設計方案進行討論、整改。

3.5 循環

對于重大項目，特別是含重大危險源的國家一級油庫，對本文中3.2～3.4節所述步驟要循環操作，持續改進。PDCA循環過程在項目前期主要集中在可研階段。可研設計方案完成后，在基礎設計階段和詳細設計階段，設計修正是對原可研設計中采用的安全設施設計的補充、完善、細化，把各種措施具體落實在設計的說明書及圖紙上。設計評審后的階段，因進行循環過程而突顯的各種問題，還可能在施工階段的設計變更以及設計聯絡單上體現出來。工程竣工后，項目所在地政府部門參與的消防、安全設施竣工驗收，形成的評價整改意見，同樣要劃分在本質安全設計程序內。

4 結束語

用本質安全的方法進行油庫設計，考慮了影響安全的諸多因素，綜合了國內外關于儲罐完整性設計的先進理念和標準。體系化運行，也對設計方案進行了持續改進。此方法還可與項目的質量管理體系整合起來，這也是該方法的優勢和實用性所在。

[1]張玲，吳全.國外油氣管道完整性管理體系綜述[J].石油規劃設計，2008 ，19（4）：9-11.

[2]韋振光，羅星環，賀金，等.大慶南三油庫15×104m3儲罐設計[J].油氣田地面工程，2008，27（3）：1-2.

[3]API Std 653-2001，Tank Inspection，Repair，Alteration，and Reconstruction[S].

[4]EEMUA 159-2003 Users′Guide to the Inspection，Maintenance and Repair of Above Ground Vertical Cylindrical Steel Storage Tanks[S].

[5]API RP 575-2005 Guidelines and Methods for Inspection of Existing Atmospheric and Low Pressure Storage Tanks[S].

[6]SY/T 5921-2011，立式圓筒形鋼制焊接油罐操作修護修理規程[S].

[7]GB 50074-2002，石油庫設計規范[S].