儲罐設計標準關鍵技術問題探討

馬偉平 ，楊喜良 ，李旭海 ，王大勇

1.中國石油管道研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中國石油西南管道南寧輸油氣分公司 （廣西 南寧 530022）

3.中國石油管道秦皇島輸油氣分公司 （河北 秦皇島 066000)

近年來國內外儲罐事故時有發生，為了避免此類事故，深入開展國內外標準差異分析，借鑒國外標準中的先進理念，應用于改進國內儲罐設計標準，從而實現儲罐管理本質安全[1]。重點針對儲罐設備安全和消防安全領域，篩選了國內外儲罐設計標準，在一定程度上能夠反映目前的儲罐設計水平和未來的發展趨勢[2]。

國內儲罐設計標準包括:GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》、GB 50341-2003《立式圓筒型鋼制焊接油罐設計規范》、GB 50074-2011《石油庫設計規范》、GB 50351-2005《儲罐區防火堤設計規范》、SY/T 4080-1995《管道、儲罐滲漏檢測方法》、SY/T 6673-2006《常壓和低壓儲罐通風的推薦做法》和SY/T 6069-2005《油氣管道儀表及自動化系統運行技術規范》等。

國外儲罐設計標準包括:美國標準API Std 650-2007《鋼制焊接石油儲罐》、API Std 2610-2005《轉運油庫和儲罐設施的設計、施工、操作、維護和檢驗》、API RP 2016-2001《進入與清理儲油罐指南與程序》、API Std 653-2009《油罐檢驗、修理、改造和翻建》、NFPA 30-2007《易燃和可燃液體規范》、API RP 2021-2001（R2006）《常壓儲罐的滅火處理》、API RP 12R1-1997(R2008)《采油用儲罐的安裝、維護、檢驗、操作和維修的推薦作法》；加拿大標準CSA Z 662-2007《油氣管道系統》；俄羅斯標準РД 153-39.4-078-2001《干線石油管道儲罐和石油供應站技術運營準則》、Правила-2004 《儲罐技術運營規則》等。

1 儲罐附件設計

1.1 儲罐鋼材材質

針對儲罐鋼材材質，國外標準更為嚴格，例如API Std 650-2007規定不允許使用沸騰鋼、半鎮靜鋼和鍍鎘鋼，并規定各種類型鋼材的使用范圍和限制條件；GB 50341-2003規定建罐地區最低日平均溫度低于-20℃時，主要承重構件不得采用沸騰鋼；API Std 650-2007規定最低設計溫度比儲罐安裝地最低單日平均環境溫度高8℃；GB 50341-2003規定最低設計溫度取建罐地區最低日平均溫度加13℃。

1.2 儲罐液位聯鎖保護

GB 50183-2004規定儲罐液位計和高液位報警裝置可設定自動聯鎖，緊急情況下切斷供油。國內儲罐一般設有低、高和高-高液位開關，僅具有報警功能。建議新建儲罐強制設定儲罐液位聯鎖保護，在役儲罐結合自控系統升級改造進行整改，設置儲油罐液位開關聯鎖應考慮全線水力系統狀況，防止造成管線超壓和水擊。

液位計開關故障導致儲罐液位過高或過低較為普遍，目前針對液位開關尚無有效校驗手段，國內標準針對液位計是否設置冗余配置無相關規定，例如SY/T 6069-2005規定液位計檢測周期為1年，俄羅斯標準Правила規定儲罐應至少采用2個最高液位報警器，確保發送切斷接受油品或者停止泵運行信號；浮頂罐安裝至少3個信號報警器同時工作，如不能滿足，應設置溢流設備、備用容器或者排泄管道等。針對液位計冗余設計，俄羅斯標準更為嚴格。

1.3 儲罐控制閥設置位置

國內標準無明確規定，較多位于防火堤內，且為手動閥門；國外儲罐控制閥一般在防火堤之外，且為電動閥門。建議國內標準應予以明確，儲罐控制閥安裝在防火堤外部，或者緊急切斷閥安裝在儲罐內部，同時具備在防火堤外部操作的功能，例如將閥門的電氣控制箱設置在防火堤之外，并選用耐火耐高溫鎧裝電纜等。

1.4 浮頂儲罐浮盤狀態監視

針對內浮頂儲罐浮盤狀態監視以及浮船上方可燃氣體濃度監測，國內標準無規定，主要通過目視監視浮船狀態。俄羅斯標準РД 153-39.4-078-2001規定利用罐頂通光孔檢查內浮盤狀況，為避免沉船事故，儲罐收發油過程中浮船上升或下降速度不超過3.5m/h；俄羅斯標準Правила規定浮頂罐浮船上應設置有害氣體遠控報警器和浮船高位報警器，利用通光孔查看浮船狀況每月至少1次，經通光孔引管提取混合油氣樣品，測試是否低于允許飽和濃度。

針對防止外浮頂下沉措施，國內標準無規定，在發現浮盤嚴重變形影響支柱垂直度時采用防護措施。API RP 2016-2001規定抵制浮頂邊緣移動、防止浮頂旋轉和浮頂支架是保持浮頂穩定性的3個基本要求；API Std 653-2009規定浮頂和支柱結構完整性評定準則，在任意645.2cm2面積上罐頂板平均厚度小于2.3mm，或浮頂板有穿孔現象，應該進行修補或更換；API RP 2021-2001列舉了外浮頂沉降原因，包括浮定或雙浮盤的泄漏、故障、機械破裂及由于雪、雨水或消防用水的過多重量，具有借鑒意義。

1.5 儲罐呼吸閥通風設計

SY/T 6673-2006規定儲罐通風準則根據以下因素確定:儲罐最大排出流量和進入流量；氣體空間溫度降低或者升高；臨近儲罐發生火災等，通風能力是大小呼吸所需通風量總和；API Std 653-2009規定了正常和緊急工況下以及操作條件變更時的通風要求，例如罐頂維修、油品介質變化和輸油泵流量變化等，具有借鑒意義。

2 儲罐消防設計

2.1 罐區消防系統供電方式

GB 50183-2004規定油氣站場消防泵應滿足一級負荷供電要求，即消防泵應有2個動力源，如采用二級負荷供電時，應設柴油機或其他內燃機直接驅動的備用消防泵。國內油庫消防水泵和泡沫泵一般為雙路交流供電，特別是邊遠地區達不到一級負荷供電要求，一旦站場停電，消防泵無法啟動。國外使用柴油或丙烷為燃料的發電機快速啟動消防泵的技術比較成熟，確保發生火災和電力中斷情況下驅動消防泵。建議國內標準規定消防泵房設置柴油發電機或柴油驅動的消防泵。

國內罐區消防系統僅通過站控觸發，沒有手動按鈕。一旦站控室失電或者電腦感染病毒，無法及時啟動消防系統，則存在安全隱患。建議國內標準規定增加手動按鈕觸發消防系統的功能。

2.2 儲罐發生火災時相鄰儲罐冷卻

GB 50183-2004規定著火的固定頂儲罐，以及距離著火油罐罐壁1.5倍直徑范圍內的相鄰地面上油罐，應同時冷卻；著火浮頂罐應冷卻，其相鄰油罐可不冷卻。國外儲罐一般不設置水噴淋冷卻系統，側重于泡沫系統和消防水系統的應急響應，針對暴露于熱輻射中相鄰儲罐進行水冷卻。API RP 2021-2001規定應謹慎使用消防水，如火焰直接沖擊暴露的罐體，或者儲存易燃和低閃點液體儲罐罐壁受熱，則應對該罐立即冷卻，儲罐發生火災時，如用水冷卻所有臨近儲罐，可能會影響著火儲罐滅火，首先考慮烴類物質泄漏污染、熱敏感物質的儲存及防止未燃燒的區域被引燃等。

2.3 泡沫注入方式

SY/T 6306規定了液下注射、半液下注射以及投影式泡沫滅火3種方式，未提及頂部注入方式，側重對泡沫注射點進行戰略型布置保證泡沫行進距離和覆蓋范圍；API RP 2021-2001規定了頂部注射使用的泡沫類型和技術要求，以及特殊燃料和噴射速率以及泡沫膨脹比率的確定方法，側重根據儲罐介質和控制泡沫流速保證注入效果。

2.4 儲罐孔隙火災、邊緣密封火災

針對儲罐孔隙火災、邊緣密封火災，國內標準較少涉及[3]；API RP 2021-2001規定了儲罐孔隙火災，包括具有橘黃色火焰和黑色煙霧的孔隙火災、具有警戒藍紅色的無煙火焰的孔隙火災，以及內浮頂罐和外浮頂罐的邊緣密封火災的處理方法，具有借鑒意義。

3 儲罐安全設計

3.1 儲罐安全距離

針對油庫與居民區、工礦企業和交通線的安全距離，國外標準更為嚴格細致，例如GB 50074-2001規定了一、二、三、四、五級油庫距離公路15～20m，距離居民區及公共建筑物50～100m。NFPA 30規定A級穩定液體儲罐，操作壓力不超過17.2kPa（表壓），距離公路最小間距為罐徑的1/2，距離重要建筑物距離為管徑的1/6；以及A級穩定液體儲罐，操作壓力超過17.2kPa（表壓）、儲存具有沸溢特性液體儲罐、儲存不穩定液體儲罐、B級穩定液體儲罐與居民區、工礦企業和交通線的安全距離，其中A級液體是閃點低于22.8℃、沸點低于37.8℃的液體，B級液體是閃點低于22.8℃、沸點大于等于37.8℃的液體。

針對儲罐之間的安全距離，國外標準更為細致，例如GB 50074-2011規定固定頂儲罐安全距離為0.6D，浮頂罐安全距離為0.4D，其中D為相鄰儲罐中較大儲罐的直徑。NFPA 30規定儲存A級穩定液體儲罐，罐徑不大于45m時，儲罐安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/6，罐徑大于45m時且設置事故蓄液池，浮頂罐安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/4，固定頂安全距離為相鄰儲罐直徑之和的1/3，此外還包括儲存不穩定液體儲罐、儲存不同類型液體儲罐呈三排以上或者不規則布置等特殊情形。

3.2 防火堤設計

針對防火堤高度，GB 50351-2005規定了立式油罐防火堤內側高度不應小于1.0 m，外側高度不應大于2.2m；API Std 2610-2005規定了防火堤平均高度限制在外部消防路地坪以上2.2m，國內標準更為嚴格。

針對防火堤坡度，GB 50351-2005規定防火堤內的地面坡度宜為0.5%；API Std 2610-2001規定從儲罐外壁15.24m范圍內或者到防火堤基礎15.24m范圍內應有至少1%的坡度，國外標準更為細化。

針對防火堤容量，國內儲罐存在防火堤容量不足的問題，甚至小于儲罐的容積的情形[4]，GB 50183-2004規定儲罐防火堤有效容積應滿足:固定頂儲罐，不應小于油罐組內一個最大油罐的容量；浮頂罐或內浮頂罐，不應小于油罐組內一個最大油罐容量的一半；當二者同組布置時，應取上述數值較大者；API Std 2610-2001規定防火堤容量應容納可能從最大儲罐釋放出的最大液量，并考慮蓄水池消防液容量及充分降雨余量；API RP 12R1規定防火堤容積至少為最大罐密閉體積加上雨水容限量 （通常為罐體積的10%）；國外標準關于“防火堤容量”設計理念更為先進。

3.3 儲罐滲漏檢測和防滲設計

國內標準針對新建儲罐建設施工過程的滲漏檢測比較完善，例如GB 50341-2003規定罐壁板焊接過程中進行滲透或磁粉檢測；SY/T 4080-1995規定罐底板使用氣壓試漏檢查、氨氣試漏檢查和真空試漏檢查。近年來國外儲罐完整性管理技術發展較快，API Std 2610-2001列舉了滲漏檢測新技術包括聲發射、示蹤法、體積(包括質量明顯變化)監控以及蒸汽傳感，其他滲漏檢測方法包括儲罐底板下放置鋼筋混凝土板、氣密性試驗和庫存盤點等，具體實施步驟可參考API Publ 340-1997《地上儲罐設施液體泄漏預防和探測方法》。

國內標準一般規定儲罐防火堤內宜設防滲措施，非強制性要求，國內較少進行罐區防滲處理，可能導致污染的水或油品滲入土壤，影響當地供水系統[5]。CSA Z662建議在地表以下至少1m地基處進行防滲處理，在一種合成防滲膜上面加鋪一層最少150mm厚的碎石，或者采用厚度為100mm的混凝土材料，具有借鑒意義。

4 儲罐設計標準改進建議

1）標準技術指標參數國外標準更加嚴格，例如鋼材材質和設計溫度等。

2）國家標準和行業標準有明確規定，但標準的執行力有待進一步提高，例如儲罐液位聯鎖保護等。

3）針對特定技術問題，國內外標準要求基本一致，但設計理念國外標準更為先進，例如儲罐呼吸閥通風、儲罐發生火災時相鄰儲罐冷卻、儲罐安全距離和防火堤設計等。

4）針對特定技術問題，國內標準尚不明確，國外標準有相關規定，或者有相應的推薦做法，應進一步分析研究確定，例如控制閥門設置位置、浮頂儲罐浮盤狀態監視、罐區消防系統供電方式、泡沫頂部注入方式、儲罐泄漏檢測和防滲設計等。

5）針對特定情況國內標準較少涉及，例如孔隙火災、邊緣密封火災防治等，應借鑒采用。

[1]馬偉平，張曉明，劉士超.中俄油氣管道運行標準差異分析[J].油氣儲運，2013，32(4):411-415.

[2]蔣國輝，張曉明，閆春暉.國內外儲罐事故案例及儲罐標準修改建議[J].油氣儲運，2013，32(6):633-637.

[3]黃鄭華，周陽旭，李建華.油罐火災的撲救措施[J].油氣儲運，2010，29(6):465-469.

[4]李欽華，朱煥勤，樊寶德.油庫防火堤存在的問題及其改進措施[J].石油工程建設，2007，33(2):5-9.

[5]潘越，郭敬博.國外大型浮頂儲罐泄漏性試驗技術探討[J].石油工程建設，2009，35(5):64-65.