基于邦斯菲爾德油庫事故的儲罐安全改進探討

張鶴然孟虎林齊龍許文龍馬偉平

（1.中國石化管道儲運有限公司滄州輸油處；2.中國石油青海油田分公司管道輸油處；3.中國石油管道聯合有限公司西部分公司烏魯木齊輸油氣分公司；4.中國石油天然氣管道工程有限公司天津濱海分公司；5.中國石油管道研究中心）

基于邦斯菲爾德油庫事故的儲罐安全改進探討

張鶴然1孟虎林2齊龍3許文龍4馬偉平5

（1.中國石化管道儲運有限公司滄州輸油處；2.中國石油青海油田分公司管道輸油處；3.中國石油管道聯合有限公司西部分公司烏魯木齊輸油氣分公司；4.中國石油天然氣管道工程有限公司天津濱海分公司；5.中國石油管道研究中心）

針對我國儲罐大型化發展趨勢和儲罐事故頻發的問題，評價了國內油庫安全研究現狀，即側重于特定事故經過、原因和防范措施，較少涉及地區規劃、消防協調等，研究方法系統性需要改進。英國政府針對邦斯菲爾德油庫事故的做法值得借鑒，包括事故調查、設立網站等；系統梳理了有代表性的經驗教訓和整改措施，涵蓋儲罐設計和運行、油庫選址、防火堤設計、油庫風險評價、事故應急響應、油氣爆炸機理、油庫周邊土地規劃和經濟發展、重大危險源周圍社會風險控制等；最后，提出了國內儲罐安全管理改進建議。

邦斯菲爾德油庫儲罐安全防火堤設計應急規劃

隨著國家原油戰略儲備項目實施，儲罐發展趨于大型化，大型儲罐容量已達20×104m3［1］。儲罐事故往往造成人員傷亡、巨額財產損失和環境污染，甚至造成生態災難［2］，例如大連“7·16”油庫火災爆炸事故。文獻［3-4］針對設備故障（過量充裝）、雷擊、靜電、電氣短路火花、動火作業（明火）、違規操作等導致的儲罐事故進行的研究，僅限于特定的事故經過、發生原因和風險防范措施，研究方法系統性有待改進，這也是類似儲罐事故仍然頻發的重要原因［5］。儲罐安全責任主體是運營商，但與所在地區規劃、經濟發展、消防協調、公眾警示等諸多因素相關，國內在此方面的研究還比較欠缺［6］。

1　邦斯菲爾德油庫事故簡介

2005年英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故是歐洲最大的一次工業火災爆炸事故［7］，損壞了23座大型油罐，造成43人受傷，附近300間房屋損壞，2000居民轉移，M1高速公路關閉。大火持續燃燒5天，釋放的濃煙擴展到英國南部地區。在火災中使用大量的泡沫和消防水，造成弗爾河（RiverVer）污染，見圖1。該事故作為重大環境污染事故上報至歐盟，經濟損失達10億英鎊。

圖1　邦斯菲爾德事故造成的環境污染

英國政府針對邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故的做法值得借鑒［8］，例如，專門成立重大事故委員會進行了為期3年的調查研究，編制了8冊調查報告和4冊建議書，涵蓋儲罐設計和運行、油庫選址、防火堤設計、油庫風險評價、事故應急響應、油氣爆炸機理、油庫周邊土地規劃和經濟發展、重大危險源周圍社會風險控制等。此外，制定了整改措施的執行時間進度表，在100多個類似油庫推廣應用，并設立網站與全世界共享經驗教訓等。

為了從根源上防止儲罐惡性事故，本文系統梳理了邦斯菲爾德油庫事故調查報告和建議書中有代表性的經驗教訓和整改措施，提出了國內儲罐安全管理改進建議，對于燃油儲備油庫或大型原油油庫具有借鑒參考意義。

2　邦斯菲爾德油庫事故過程分析

2005年12月11日凌晨6點，英國邦斯菲爾德油庫的912號儲罐正在接受無鉛汽油，該儲罐防止過量充裝的計量系統發生故障，導致大量油品溢出。油品流經邊緣板，傾斜而下的液體形成小瀑布，分散成小液滴，見圖2；部分引流至罐壁的液體在加強圈形成沖擊，形成第二瀑布；油品下落至防火堤表面，形成三次沖擊，見圖3；上述過程加劇汽油中較輕化學成分的蒸發，如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性氣體云團，并在整個油庫范圍內擴散，見圖4。潛在的點火源可能來自輸油泵房、柴油電動機觸點產生的電火花、庫區外汽車發動機，最終被引燃發生劇烈爆炸。

圖2　油品沿儲罐邊緣板傾瀉

圖3　爆炸性氣體云團形成過程示意

圖4　工業電視監控系統記錄的油品泄漏形成爆炸性氣體

3　邦斯菲爾德油庫事故經驗總結

摘錄整理了邦斯菲爾德油庫事故網站的調研報告和建議書典型性技術內容 （網址http：//www. buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm），包括《油庫設計與運行》、《事故應急預案和響應》、《向規劃機構提出的建議》和《檢查健康安全局（HSE）與環境署在監管邦斯菲爾德燃油油庫中的作用》等著作。

基于邦斯菲爾德油庫事故，提出了油庫三級防控系統理念：一級防控系統 （Primary Containment）指儲存油品的儲罐和工藝管道；二級防控系統（SecondaryContainment）包括預防儲罐過量充裝的高液位報警系統，以及儲存事故狀態下從儲罐和工藝管道中泄漏油品的防火堤（圍堤），防火堤還應儲存滅火的消防水量和泡沫化學物質等；三級防控系統（TertiaryContainment）指排水系統、圍墻、道路、路緣石等暫時留存油品的設施，防止油品泄漏流至油庫以外或者滲透地下，防止對地下水或地表水等的環境污染。

3.1儲罐設計和運行

邦斯菲爾德油庫事故最重要的經驗教訓是建立完整、可靠的防控系統，應確定油庫防控系統完整性等級。安全完整性等級（SafetyIntegrityLevel，SIL）是根據要求的失效概率衡量安全系統的性能。完整性等級分為四級，SIL1～SIL4，安全完整性等級越高，表示相應的安全等級越高，系統無法正常運行的概率越低。

儲罐充裝控制系統必須具有較高的安全完整性等級，即有充分的獨立性，確保能夠及時、安全地關閉，防止儲罐出現溢流。儲罐充裝控制系統應按照BSEN61511《第1部分：安全儀表系統的要求》進行設計、運行和維護，應滿足以下要求：

◇防止溢流系統在物理結構和電力系統方面應是獨立的，并且獨立于儲罐計量系統、油庫運行監控系統和人員操作（人工檢尺）等；

◇對防止溢流系統應制定定期的功能性、驗證性試驗計劃；

◇防止溢流系統的檢測方式應不依賴于儲罐內部附件設施；

◇選用診斷能力增強型傳感器，增加儲罐液位計量系統可靠性，出現故障時發出警告；

◇相對管道控制中心、輸油站，油庫應具有對儲罐充裝的優先控制權，可不依靠遠程控制、第三方協助、遠程通信聯系情況下，停止油品輸送。

3.2油庫選址

邦斯菲爾德油庫事故三級防控系統大面積失效，消防用水和燃料流經油庫的排水系統，并沿油庫內的道路流淌，大量污染物流散至油庫外，造成油品滲入地下污染水環境。建議油庫建設選址時，綜合考慮油庫附近地表水、地質和水文地質狀況，在油庫外圍地區劃定專用區域設置溢流液體排液通道，必要時設置事故應急池。

3.3防火堤設計

首先應確保一級防控系統的可靠性，防止油品從儲罐中泄漏。突發性或無法探測的儲罐緩慢泄漏均可能造成嚴重的環境污染，建設高標準的防火堤（圍堤）非常重要。邦斯菲爾德油庫有多種類型的圍堤，如土堤、混凝土堤，其中混凝土圍堤最易受到火災的損壞，由于施工時接縫處的伸縮密封劑毀壞。油品泄漏沖擊、液壓壓力以及油品燃燒對圍堤強度、完整性、密封性造成了損毀，消防水和油品從圍堤破裂處流出，見圖5。

圖5　邦斯菲爾德事故損壞的防火堤

針對防火堤設計，建議如下：

◇防火堤應容納油罐最大容量和消防水量，即防火堤容量應為最大儲罐容量的110%；

◇針對相鄰儲罐的冷卻應慎重，分散使用消防水量可能影響其他著火的儲罐；

◇防火堤接縫處密封劑達到最高強度的時間為2h［9］；

◇防火堤除承受液體靜壓力之外，還應承受泄漏油品的沖擊力。

一級防控系統如產生油品泄漏，在二級防控系統可能形成高濃度易燃蒸氣，應在儲罐防火堤內安裝易燃氣體探測裝置。關于氣體探測系統與溢流預防系統之間的關系，如探測存在高濃度可燃蒸氣，可作為一級防控系統泄漏的前期指示指標，應啟動溢流預防系統減少泄漏量。安裝工業電視監控設備，以便在早期即可探測到異常狀況，規劃溢流液體安全流通線路通道等。

3.4油庫風險評價

鑒于邦斯菲爾德油庫事故的重大影響，英國政府制定了《重大事故危險控制條例》（Controlof MajorAccidentHazards，COMAH），專門用于監管類似邦斯菲爾德油庫的重大危險源，預防和減輕燃油、液化石油氣和炸藥等危險物質的重大事故。

法規COMAH規定繪制風險等級等高線圖（圖6）進行風險評價，劃分為COMAH場所、內區、中區和外區四個區域，表征每個區域內可能面臨的風險等級或傷害的程度，內區、中區和外區的風險等級概率為10×10-6、1×10-6、0.3×10-6。COMAH場所的外區邊緣的“協商距離”由油庫運行商與地方規劃部門協商確定。“協商距離”表示在重大事故危險源附近規劃開發區域的最近允許距離，該區域內地方規劃部門根據風險等級確定該區域開發程度、人口密度、建筑設施類型等。

圖6　風險等級等高線

研究認為，基于硬件設備的油庫安全改進程度取決于高效的管理機構，以及員工行為的人為因素，應建立與企業安全文化和領導力有關的戰略目標，包括以下幾個方面：

◇明確油庫控制室調度人員安全職責，改進油庫控制室人機界面可操作性；

◇加強員工安全知識培訓，員工工作負荷評估和工作條件改進；

◇建立人員、設備、程序變更管理程序，重視關鍵設備保養、試驗和校驗；

◇油庫與煉油廠、承包商、分輸站等有效溝通。

3.5事故應急響應

法規COMAH要求應制定燃油油庫應急預案，應急預案應包括可預見的緊急情況，重點是預防儲罐泄漏和事故初期處置，以及較低概率才出現的蒸氣云爆炸、多個油罐火災等情形；還應包括與地方規劃、消防、警察部門協調公共健康安全、環境污染等。

應急預案不能消除油庫重大事故，重點是保證應急預案可操作性和執行力，建議有針對性實施員工培訓，如消防泵或手動應急開關的位置及使用；識別應急響應資源的短板，必要時依賴外部消防力量和救援服務，如建立替代的應急控制中心，邀請當地機構參與應急預案演練等。

3.6油庫周邊土地規劃和經濟發展

油庫重大危險源周邊土地規劃納入社會公共風險管理，油庫應參與地區區域經濟發展戰略，建議如下：

◇參考氣象站風速、風向信息，發布油庫區域空氣質量數據報告；

◇向公眾進行油庫風險警示和通告，但不宜過于頻繁，以免產生負面影響，根據當地居民、企業投訴情形確定溝通頻率和形式；

◇協助油庫周圍區域進行生態恢復；

◇建議對重大危險源周邊土地規劃進行風險評價，確定風險等級；

◇建議以“死亡人數”作為描述事件后果指標，不采用“事故影響人數”等指標。

3.7重大危險源周圍社會風險控制

英國政府設立國民緊急事務秘書處，任命部長級領導，將燃油油庫風險控制列入全國性重大事故應急預案管轄。針對油庫重大火災爆炸事故，建立國家級層面的互助機制、財政援助機制，統籌事故狀態下通信、公眾保障（食品、飲用水、臨時住宿等）、社會秩序恢復等事宜，如要求燃油油庫與國家消防和救援部門簽訂《火災互助協議》等。

3.8油氣爆炸機理

邦斯菲爾德事故主體爆炸非常特殊，蒸氣云爆炸產生了極高超壓。現有爆炸模型無法預測這類爆炸的沖擊破壞程度。這種類型爆炸具有不可預見性，原理尚不清楚，初步解釋是爆炸性氣體在油庫有限空間內被引燃，有限空間限制了氣體膨脹，壓力劇增，導致爆炸。有關計算表明，在空間受限的管道中近化學計量的丁烷-空氣最高湍流火焰速度約1200m/s，從而在火焰前產生聲波，壓力達到1.17MPa、溫度達到551.85℃，足以引發自燃和隨后的爆震［10］。

4　結論和建議

通過梳理邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故調查報告和建議書，以下經驗教訓和整改措施具有普遍意義，建議大型燃油儲備油庫借鑒：

1）建立油庫三級防控系統理念，確保事故狀態下油品不泄漏至油庫外區域造成環境污染。

2）設計高完整性等級、獨立于儲罐計量和遠程監控系統的儲罐充裝控制系統，且具有優先控制權。

3）防火堤設計應考慮泄漏油品沖擊力，重視接縫處密封劑強度，防火堤容量應為最大儲罐容量的110%。

4）油庫重大危險源周邊土地規劃納入社會公共風險管理，繪制風險等級等高線圖進行風險評價，基于劃定“協商距離”參與地區區域經濟發展戰略。

5）油庫應急預案重點是預防儲罐泄漏和事故初期處置，以及蒸氣云爆炸、多個油罐火災等特殊情形。

6）針對油庫重大火災爆炸事故，建立國家級層面的互助機制、財政援助機制，統籌事故狀態下通信、公眾保障、社會秩序恢復等事宜。

7）建立與企業安全文化和領導力有關的戰略目標，以改進員工人為因素為目標，促進油庫安全管理。

［1］陳雪梅，宋義偉，郝瑞梅.大型油庫儲油罐區安全設計［J］.油氣田地面工程，2011，30（8）：53-54.

［2］劉永斌.油品儲罐火災爆炸事故分析與防范［J］.石油化工安全環保技術，2011，27（4）：1-5.

［3］劉玉堂，王長旭.儲油罐雷擊著火事故預防措施［J］.石油庫與加油站，2007，16（6）：30-32.

［4］韓鈞.大連“7·16”油庫火災事故教訓及防范［J］.石油化工安全環保技術，2012，28（1）：1-5.

［5］馮刊民.油庫事故分析與預防［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［6］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.

［7］郎需慶，劉全楨.英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故引發的思考［J］.石油化工安全環保技術，2009，25（6）：45-48.

［8］蘇國勝，李文波，郎需慶.邦斯菲爾德油庫事故的啟示［J］.安全、健康和環境，2006，6（12）：13-15.

［9］宋兆勇.油罐區防火堤安全可靠性分析及改進措施［J］.石油化工安全環保技術，2013，29（1）：46-48.

［10］陳仕林.事故和自然災害情況下油罐防火堤安全保障作用研究［D］.東營：中國石油大學，2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.020

2014-12-18）

張鶴然，1998年畢業于河北省委黨校（企業管理專業），從事油氣長輸管道物質調配管理工作，E-mail：daweixiaolin @hotmail.com，地址：河北省滄州市新華區滄州輸油處供應科，061000。