覆土油罐事故致因分析及改進(jìn)方法研究

雷小龍 張?jiān)ゴ? 劉博懷

(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000； 2.蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

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覆土油罐事故致因分析及改進(jìn)方法研究

雷小龍1,2張?jiān)ゴ?,2*劉博懷1,2

(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000； 2.蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

介紹了覆土油罐的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，分析統(tǒng)計(jì)了建設(shè)覆土油罐以來發(fā)生各種事故的原因，并從防火密閉門、通風(fēng)系統(tǒng)、攔油封圍容量及覆土油罐管線等方面，提出了改進(jìn)覆土油罐設(shè)計(jì)的建議。

覆土油罐，油品，防火密閉門，通風(fēng)系統(tǒng)，管線

0 引言

覆土油罐作為成品油儲(chǔ)存的重要設(shè)施，尤其是因其具有儲(chǔ)油保質(zhì)時(shí)間長、隱蔽性好、儲(chǔ)油損耗小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛，更是在我國國防事業(yè)中占有重要的一席之地。但也由于其易集聚油氣、空間小、采光不足、維護(hù)作業(yè)不便、工藝要求嚴(yán)、造價(jià)高、事故危險(xiǎn)性較高等缺陷而被詬病[1]。所以對(duì)覆土油罐事故發(fā)生原因進(jìn)行分析，并對(duì)覆土油罐設(shè)計(jì)建造進(jìn)行改進(jìn)，阻斷事故鏈，限制事故致因要素疊加，有效控制事故發(fā)生發(fā)展，最大限度地提高覆土油罐安全運(yùn)行效率，對(duì)我國成品油的儲(chǔ)存和國防事業(yè)安全發(fā)展都很有益處[2]。

1 覆土油罐發(fā)展和研究現(xiàn)狀

我國的覆土油罐主要?dú)v經(jīng)三個(gè)建設(shè)發(fā)展時(shí)期。第一階段(1965—1978)，我國建設(shè)的覆土油罐受當(dāng)時(shí)各種因素制約，鋼板厚度普遍比較薄，護(hù)體結(jié)構(gòu)大部分為石砌體或磚砌體，沒有構(gòu)造柱，墻體頂部與薄殼頂相接的位置有圈梁，其他位置沒有設(shè)置圈梁，普遍采用下部通道方式，油罐進(jìn)出管線合一。第二階段(1978—1998)覆土油罐建設(shè)數(shù)量較少，主要是有了大型化的趨勢，出現(xiàn)了3 000 m3，5 000 m3的罐，并且罐室結(jié)構(gòu)有了構(gòu)造柱。新建的一些覆土油罐按照覆土油罐結(jié)構(gòu)所建，但卻沒有覆土，這也是這一時(shí)期新出現(xiàn)的“覆土油罐”形式。第三階段(1998至今)，民用和軍用的覆土油罐均提出了明確修建形式和設(shè)計(jì)要求。要求覆土油罐罐室覆土應(yīng)達(dá)到全埋程度，不得露出罐室墻體；罐室通道應(yīng)在中部或上部開口，開口高度滿足通道地坪以下罐室空間能容納罐內(nèi)全部油料需要。GB 50074—2014石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范[3]根據(jù)油罐防護(hù)能力不同以及與周邊地形地貌的相似關(guān)系，將油罐劃分為地上油罐和覆土油罐，規(guī)范了覆土油罐的概念。

覆土油罐發(fā)展至今，有很多專家學(xué)者做了大量的研究。范乾權(quán)等[2]針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)覆土油罐現(xiàn)狀做了研究探討。朱煥勤等[4]將在用的覆土油罐建設(shè)形式歸類為覆土單體立式掩體油罐、覆土房間式掩體油罐、帶有走廊操作間式掩體油罐、不覆土掩體油罐四種類型，提出了停建不覆土掩體油罐，給掩體油罐增設(shè)固定式機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，在掩體上增設(shè)自然通風(fēng)口，增設(shè)檢測報(bào)警裝置，統(tǒng)一設(shè)置外開門以及修訂相關(guān)規(guī)范的六條建議。聶棟良[5]通過事故實(shí)例分析,闡述了油罐冒罐事故的原因,并針對(duì)事故原因提出對(duì)人員素質(zhì)、操作、及時(shí)消除設(shè)備缺陷、完善罐區(qū)硬件設(shè)施和罐區(qū)實(shí)行現(xiàn)代科學(xué)管理等項(xiàng)措施。石媛麗等[6]從儲(chǔ)油罐事故原因入手,利用事故樹方法,對(duì)儲(chǔ)油罐的著火源和點(diǎn)火源進(jìn)行分析,通過定量計(jì)算得出了影響儲(chǔ)罐事故的主要因素,并提出了預(yù)防對(duì)策。吳貢珍[7]列舉了油庫儲(chǔ)油罐的30例事故,說明只要在儲(chǔ)油罐建造時(shí)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,在日常管理中認(rèn)真檢查儲(chǔ)油罐及其附件的工作狀態(tài),準(zhǔn)時(shí)計(jì)量,切實(shí)執(zhí)行各項(xiàng)安全管理制度,事故是可以預(yù)防和避免的。李強(qiáng)[8]回顧了過去40年發(fā)生在全球工業(yè)界242項(xiàng)儲(chǔ)油罐事故,分析了導(dǎo)致事故的原因。結(jié)果表明,事故的74%發(fā)生在石油精煉廠,石油終端或存儲(chǔ)中。火災(zāi)和爆炸占事故的85%。共有80項(xiàng)事故(33%)由閃電引起,72項(xiàng)(30%)由人為錯(cuò)誤造成。其他原因是設(shè)備故障,認(rèn)為破壞,裂紋和破裂,滲漏和管線破裂,靜電,明火等。如果實(shí)行良好的工程管理,多數(shù)事故本來是可以避免的。黃海亮等[9]基于GIS對(duì)覆土油罐滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。

筆者結(jié)合各位學(xué)者的研究成果，通過大量調(diào)查研究，對(duì)各種覆土油罐事故進(jìn)行了歸類，對(duì)各種事故發(fā)生原因進(jìn)行了劃分，并提出了相應(yīng)預(yù)防和解決措施。

2 覆土油罐事故致因分析

根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，筆者認(rèn)為覆土油罐易發(fā)的重大事故有油品流失、油品質(zhì)量事故和火災(zāi)爆炸事故三種，并對(duì)事故原因進(jìn)行了如下分析。

2.1 油品流失事故致因分析

覆土油罐油品流失事故通俗稱“冒頂”、跑油、滲漏等。實(shí)際工作中，常見的油品流失事故出現(xiàn)在四個(gè)環(huán)節(jié)：一是收發(fā)作業(yè)過程中，油料從量油孔、呼吸閥等部位溢出；二是儲(chǔ)存過程中人孔密封不嚴(yán)，油料從低位人孔滲漏；三是儲(chǔ)存或收發(fā)作業(yè)中罐前閥門、接頭損壞，油料從閥門接頭等位置流出；四是由自然災(zāi)害、設(shè)備銹蝕等原因造成的油罐鋼板、罐前短管結(jié)合部位焊縫拉裂、銹穿，發(fā)生油料跑、滴、漏事故。對(duì)覆土油罐油品流失事故從原因、性質(zhì)、危害性和處置難易程度進(jìn)行分析，見表1。

表1 油品流失原因及危害性分析

可見，10種油品流失事故原因中，有3種屬于責(zé)任事故，泄漏量較大、危害性大、處置難；有5種屬于責(zé)任技術(shù)事故，泄漏量小、危險(xiǎn)性低、處置易；還有1種屬于自然災(zāi)害、1種屬于技術(shù)事故。按照兩類危險(xiǎn)源理論[10]把可能發(fā)生意外釋放能量或危險(xiǎn)物質(zhì)的設(shè)備和環(huán)境作為第一類危險(xiǎn)源，把導(dǎo)致能量或危險(xiǎn)物質(zhì)的約束限制措施失效的各種不安全因素作為第二類危險(xiǎn)源。覆土油罐油品流失事故中，第一類危險(xiǎn)源有人孔、管線、閥門，以及罐體本身鋼板、焊接質(zhì)量等，包括不可抗拒的自然災(zāi)害等；第二類危險(xiǎn)源是油罐護(hù)體，油罐護(hù)體的攔油封圍能力的喪失會(huì)導(dǎo)致油罐泄漏油料引發(fā)污染環(huán)境、火災(zāi)爆炸事故。

2.2 油品質(zhì)量事故致因分析

油品質(zhì)量事故通俗稱為“混油”，包括不同油品混油、不同牌號(hào)油品混油和油品中混入異物等形式。對(duì)覆土油罐常見的混油事故原因、性質(zhì)、危害性分析見表2。

表2 油罐常見混油原因及危害性分析

由表2可知，7種混油事故原因中，有2種屬于責(zé)任事故，一般混油量較大，不同油品混裝，會(huì)形成大量無法降質(zhì)處理的油料；有4種屬于責(zé)任技術(shù)事故，混油量小、處置易；還有1種屬于案件。根據(jù)兩類危險(xiǎn)源理論分析，油罐混油事故的第一類危險(xiǎn)源主要是人和制度的因素，包括不可抗拒的油料自然揮發(fā)降質(zhì)等。油罐混油事故的第二類危險(xiǎn)源是設(shè)計(jì)上不同油品、不同牌號(hào)油料共用的進(jìn)出油管線。

2.3 火災(zāi)爆炸事故致因分析

著火爆炸事故發(fā)生需要三個(gè)條件：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。對(duì)于油料火災(zāi)而言，著火爆炸需要一定濃度的油料油蒸氣、最低點(diǎn)火能量、氧氣(空氣)。著火爆炸事故是油庫的主要災(zāi)害，石化行業(yè)對(duì)此研究比較深入。范繼義對(duì)445起油庫著火爆炸事故中的燃燒物進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[11]，楊進(jìn)峰對(duì)437例油庫火災(zāi)爆炸事故的點(diǎn)火源進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[12]分別見表3，表4。

表3 油庫著火爆炸事故中燃燒物統(tǒng)計(jì)

從表中可以得知油氣和油品作為燃燒物的油庫著火爆炸事故占到93.7%，可見，油品和油蒸氣的非正常流失是油庫火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的主要原因。主要的點(diǎn)火源是設(shè)備修焊、明火或不防爆電氣三種，占總數(shù)的70%。

覆土油罐中的油品和油蒸氣的非正常流失，主要是因?yàn)檎?chǔ)油狀態(tài)下會(huì)通過油品蒸發(fā)產(chǎn)生油蒸氣；故障狀態(tài)下會(huì)通過“冒頂”、滲漏、跑油等事故逸散油料和油蒸氣；收發(fā)作業(yè)過程中會(huì)通過油罐“大呼吸”排放大量油蒸氣。由于覆土油罐安裝在護(hù)體空間內(nèi)，空間相對(duì)封閉，油蒸氣不易逸散，從而形成爆炸危險(xiǎn)源。而從2002年2起覆土油罐著火爆炸事故看，點(diǎn)火源主要為設(shè)備修焊、明火(高溫?zé)艚z)[4]。在近幾年覆土油罐新改建過程中，在護(hù)體內(nèi)的爆炸危險(xiǎn)場所安裝的液位儀、可燃?xì)怏w濃度檢測等用電設(shè)備，改變了以往覆土油罐內(nèi)沒有電氣設(shè)備的習(xí)慣做法，也成為了潛在的點(diǎn)火源。

3 覆土油罐設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

通過對(duì)覆土油罐事故分析，大概70%的事故屬于責(zé)任事故，30%是由油罐硬件設(shè)備等引起的事故。所以應(yīng)加強(qiáng)工作人員的責(zé)任心，將工作明細(xì)分工，責(zé)任化，提高工作人員操作技能，科學(xué)管理，上崗前進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)并制定相應(yīng)規(guī)章制度。對(duì)油罐人孔、管線、閥門等易跑油漏油的構(gòu)件，定期檢查,發(fā)現(xiàn)問題立刻上報(bào)，形成預(yù)警機(jī)制，防患于未然。但是由硬件方面引起的事故也不可輕視，對(duì)油罐本身缺陷進(jìn)行改進(jìn)可以從根源上切斷事故鏈。筆者結(jié)合長期的工作實(shí)際，提出覆土油罐設(shè)計(jì)改進(jìn)建議如下。

3.1 覆土油罐防火密閉門設(shè)計(jì)建議

覆土油罐發(fā)生著火事故，其最大的薄弱點(diǎn)是通道的防火密閉門。石油庫建設(shè)相關(guān)規(guī)范對(duì)覆土油罐護(hù)體的耐火等級(jí)沒有明確規(guī)定,實(shí)際中通常按照耐火等級(jí)二級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。但防火密閉門的開閉方向應(yīng)考慮油罐事故狀態(tài)下人員逃生和控制油料逸散及火災(zāi)蔓延的功能要求，在不同安裝位置選擇不同的開閉方向和耐火等級(jí)，見表5。

3.2 覆土油罐通風(fēng)系統(tǒng)的建議

為減少第一危險(xiǎn)源油氣的聚集，在通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一是要注意通道口的朝向，按照建設(shè)地區(qū)常年季風(fēng)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高通風(fēng)效果；二是科學(xué)布置通風(fēng)采光孔位置，盡可能減少通風(fēng)死角，距離正常通風(fēng)路徑最遠(yuǎn)的地方、高度差最大的地方就是容易出現(xiàn)通風(fēng)死角的地方，要通過合理設(shè)計(jì)采光孔的位置，盡可能減小死角區(qū)域；三是金屬油罐的底部人孔、頂部采光孔與罐室通道口、掩體頂部通風(fēng)采光孔位置協(xié)調(diào)配合，盡可能實(shí)現(xiàn)油罐清洗、涂裝作業(yè)時(shí)的自然通風(fēng)。

3.3 攔油封圍容量的設(shè)計(jì)要求

針對(duì)第二危險(xiǎn)源攔油封圍，主要防止油庫事故性泄漏油品擴(kuò)散而造成的二次著火爆炸、環(huán)境污染災(zāi)害。攔油封圍設(shè)計(jì)改進(jìn)上，強(qiáng)制推行“一罐一室”結(jié)構(gòu)和罐室“全攔油”設(shè)計(jì)，也就是說在油罐發(fā)生油品流失、火災(zāi)爆炸事故時(shí)，罐室可以攔截所有逸散油料，油品不會(huì)流失到罐室以外。“全攔油”設(shè)計(jì)的覆土油罐，在發(fā)生著火爆炸事故時(shí)，可以采用窒息法撲滅火災(zāi)，減輕油庫消防壓力，也不易發(fā)生大面積流淌火影響周邊設(shè)施安全。同時(shí)要設(shè)計(jì)攔油池、隔油排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)含有污水層層攔截，不發(fā)生大面積環(huán)境污染。

3.4 管線、附屬設(shè)施及油罐布置建議

對(duì)各類進(jìn)出油管線，盡量專管專用，分開布置，避免發(fā)生混油事故。對(duì)照明，液位儀，檢測設(shè)備，焊接設(shè)備等能形成點(diǎn)火源的附屬設(shè)施加強(qiáng)保護(hù)或隔離，避免明火接觸到油料。火災(zāi)危險(xiǎn)性相同的油罐同區(qū)域布置。油罐與油罐之間應(yīng)留有一定的防火間距，間距的確定主要考慮儲(chǔ)存油料的危險(xiǎn)特征、油罐的結(jié)構(gòu)、容量、消防設(shè)施及操作檢修要求，還需要考慮投資的費(fèi)效比。覆土油罐著火的幾率較小，為減少罐區(qū)的占地面積，統(tǒng)一規(guī)劃消防設(shè)施，節(jié)約輸油管線和消防管線投資，便于管理等，一般將火災(zāi)危險(xiǎn)性相同或相近的油罐同區(qū)域或者同組布置。

4 結(jié)語

在覆土油罐的油品流失、油品質(zhì)量事故和火災(zāi)爆炸事故中，除了有油罐構(gòu)件老化，鋼板和焊接質(zhì)量，油氣易聚集等客觀原因外，很大程度上也是因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)造成的事故。本文中筆者對(duì)覆土油罐工作人員和硬件設(shè)施均提出了改進(jìn)建議，但如果想徹底避免覆土油罐事故發(fā)生，罐區(qū)硬件設(shè)施和罐區(qū)工作人員實(shí)行現(xiàn)代科學(xué)管理相輔相成，才能避免事故發(fā)生。覆土油罐作為民用和國防重要的儲(chǔ)油設(shè)施，如果能夠安全可靠的使用，其好處不言而喻。

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Research on cause analysis and improvement method of covered oil tank accidents

Lei Xiaolong1,2Zhang Yuchuan1,2*Liu Bohuai1,2

(1.Civil Engineering and Mechanics College, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China;2.Western Disaster and Environmental Mechanics Teaching Key Laboratory, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

This paper introduced the development and research status of covered oil tank, this paper analyzed the causes of various accidents since the covered oil tank construction, and from the fire air-tight door, ventilation system, blocking oil seal capacity and covered oil tank pipeline and other aspects, put forward the proposal improvement of covered oil tank design.

covered oil tank, oil, fire air-tight door, ventilation system, pipeline

1009-6825(2017)08-0233-03

2017-01-06

雷小龍(1980- )，男，在讀碩士； 劉博懷(1992- )，男，在讀碩士

張?jiān)ゴ?1963- )，女，副教授

TU714

A