由一起苯儲罐閃爆事故看我國毒性介質儲罐技術和管理現狀

張玉平，馬開良，管孝瑞，陶 彬

(中國石化青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室,山東青島 266071)

化學介質依據其與人接觸的毒性危害指標劃分為極度危害介質(Ⅰ級)、高度危害介質(II級)、中度危害介質(Ⅲ級)和輕度危害介質(Ⅳ級)4個等級[1]，其中極度和高度危害介質會對人體造成非常嚴重的傷害，且多數介質易燃易爆。因此，國家對極度和高度危害介質儲存過程中的安全防護措施和VOCs排放有更為嚴苛的要求。

2018年，某企業一臺儲存苯(極度危害)介質儲罐在檢維修時發生閃爆。事故調查和分析發現，我國在極度和高度危害介質儲存這一領域仍存在諸多技術短板和管理方面的不足。

1 一起事故的經過與反思

2018年，某企業一臺苯罐在檢維修作業時發生閃爆，由于罐內殘余苯介質少，因此事故未造成嚴重次生災害和環境污染。

1.1 事故經過

a)事故發生前。事故發生前1個月，企業所在化工園區邊界大氣環境監測站系統報警，監測到大氣環境中的VOCs濃度達值100 μmol/mol。于是園區管委會通知就近的企業對泄漏源進行排查，經檢查發現，泄漏源為一臺1×104m3的苯原料罐。此時儲罐呼吸閥的出口濃度值高達10 000 μmol/mol。工程師初步判斷原因為內浮盤失效，于是使用單位決定對儲罐進行開罐檢修。

b)事故發生時。清罐后發現，所用組裝鋁合金箱式浮盤(簡稱“箱式浮盤”)有一半箱體(總共359塊)內存有積液。由于浮盤箱體間采用電焊連接，且單個箱體滲滿苯液后的重量達50 kg，拆卸和搬運都非常困難。因此，施工人員在拆卸過程中未按規定流程作業，進而導致儲罐發生閃爆。

c)事故發生后。事故調查發現，箱式浮盤箱體的角焊縫和點焊縫處均存在不同程度的裂紋，另外箱式浮盤的設計、制造、驗收均無具體技術規范可依。

1.2 事故反思

縱觀事故，可看出我國常壓儲罐的技術和管理基本現狀。

a)危化品企業搬遷入園勢在必行。若事故企業未在化工園區內，那么很難在短時間內發現儲罐的泄漏。可以看出，危化品企業搬遷入園利于政府對企業進行統一監督管理。2016年天津“8·12”濱海新區爆炸事故發生后，我國開始全面啟動實施人口密集區危險化學品生產企業搬遷工程，嚴禁“兩重點一重大”危化品建設項目在化工園區外新建和擴建[2]。

b)因環保治理直接或間接導致的安全問題凸顯。近年來，我國對石化企業VOCs排放日益嚴苛。在環保治理過程中，新技術的應用以及對相應的風險識別不到位，易導致事故發生，如：2014年6月，某企業酸性水罐采用氣相連通進行VOCs集中回收處理，其中一臺儲罐發生事故時引燃相連的多臺儲罐。

c)儲罐本質安全和環保水平低、安全附件無有效的管控手段。我國儲罐的設計、建造和驗收都有嚴格的技術要求和管理辦法，但僅限于儲罐主體(罐底、罐壁和罐頂)。分析歷年事故案例發現，決定儲罐安全、環保水平往往是安全附件的完整性和可靠性。在我國，儲罐安全附件自始至終都是作為一種產品進行整件購買，使用單位、設計單位既無嚴格的技術要求，也沒有嚴格的管理辦法[3]。安全附件存在的問題具體表現如下：標準規范不完善。如箱式浮盤、蜂巢式浮盤等附件至今尚未建立技術標準；技術要求遠低于國際標準。如我國對呼吸閥的泄漏量要求為0.4 m3/h，遠低于API和ISO要求的0.014 m3/h[4，5]；關鍵附件的檢測和評估能力不足。如呼吸閥、緊急泄壓閥等儲罐關鍵安全附件，目前國內尚不具備開展全面檢驗能力；過程安全管理缺失。安全附件在采購、使用和檢維修過程中，其優劣基本靠使用單位和設計單位的經驗和乙方的宣傳。

2 國內外極度和高度危害介質儲罐設計和使用現狀

通常，存儲極度和高度危害介質的儲罐在設計、運行、檢維修和VOCs排放控制方面均要嚴于其他儲罐，而VOCs的排放要求和介質的性質通常是決定儲罐設計和運行的主要影響因素。

2.1 儲罐本體設計方面

在儲罐設計方面，國外規范均未提及介質的毒性問題，我國儲罐設計規范中有“本規范不適用于儲存毒性程度為極度和高度危害介質儲罐的設計”的說明[6，7]。但毒性介質的儲存對儲罐的強度和穩定性沒有特別要求，因此儲罐本體的設計與其他介質基本是一致的，都是按GB 50341《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》進行設計，但是，儲存極度和高度危害介質的儲罐一旦泄漏，將會產生更嚴重的后果。因此其在泄漏防護措施方面有更嚴苛的要求，主要表現為：①儲罐與外部設備設施的防火距離比儲存其他介質儲罐的間距大30%；②儲罐應設置氮封保護系統；③儲罐本體設計方面：一是要求單罐容量不應大于5 000 m3(SH/T 3007要求不應大于10 000 m3)；二是要求不得采用易熔材料制作的內浮頂；三是儲罐應設高高液位報警及聯鎖系統等。常見國內外常壓儲罐設計規范見表1。

表1 常見國內外常壓儲罐設計規范[8,9]

2.2 國內外苯儲罐VOCs排放要求

隨著我國對環保的高度重視，苯的排放指標已由20 mg/m3嚴苛至4 mg/m3，個別地區(如上海)甚至達到1 mg/m3。在國外，德國和荷蘭外的排放標準為1 mg/m3，東南亞國家如越南和泰國的排放指標為2～5 mg/m3。

2.3 國內外VOCs治理措施的差異

2.3.1歐美地區治理措施

罐區VOCs治理措施更注重源頭控制，如：采用低壓罐、罐區連通、地上雙壁罐、高效內浮盤及密封等措施，以及高可靠性的儲罐壓力控制設備和系統。源頭控制對儲罐及氮封系統的密封性提出了很高的技術要求，特別是儲罐壓力控制系統的密封性和穩定性。

2.3.2國內治理措施

我國對極度和高度危害介質的儲存多采用“內浮頂+氮封系統+油氣處理”模式，但是，實際運行過程中，這套系統的使用效果遠未達到預期目標。究其原因有多方面因素，但根本原因還在于，我國對儲罐壓力控制系統的技術指標和設備的質量控制手段要遠落后于國外。在我國，常壓儲罐自20世紀80年代使用至今，其在技術和管理上鮮有改進和提升。造成這種現狀主要原因為：常壓儲罐為非特種設備，政府未頒布相關強制監督檢驗管理規定；使用單位未能正確認識常壓儲罐的安全風險，相比于化學反應裝置高溫、高壓的特點，儲運車間常溫常壓的工藝特性決定了其在企業管理中被邊緣化的地位；使用單位環保意識淡薄。

2.4 使用現狀及存在的問題

極度和高度危害介質儲罐存在的問題主要表現在以下幾個方面。

a)內浮盤密封性差、質量普遍低下，導致源頭VOCs大量揮發泄漏。當前規范明確要求極度和高度危害介質儲罐不得使用易熔材料制作的內浮頂[10]，但在實際設計中基本未被采納。我國當前常用的內浮盤主要有箱式、浮筒式、蜂巢浸沒式和鋼制單盤式4種型式(見表2)。

表2 內浮盤結構優缺點比對

b)儲罐氣相連通壓力控制區間太小，罐頂氣相控制閥門對壓力及流量難以精準控制。儲罐氣相連通工藝方案中，儲罐設計壓力(當前我國常壓儲罐的設計壓力多為2 kPa，見圖1)以及緊急泄壓閥、呼吸閥、單呼閥、氮封閥的設定壓力區間太小，使用普通的閥門在實際運行過程中無法滿足使用要求。

儲罐壓力控制區間太小導致的問題：①單呼閥和呼吸閥密封運行不可靠、密封不嚴，易造成壓力控制系統失效。單呼閥密封不嚴會導致儲罐無法保壓，造成氮氣和VOCs大量泄漏損耗。呼吸閥密封不嚴主要表現為儲罐在微正壓狀態下的持續泄漏(某企業苯罐呼吸閥運行狀態見表3)；②微正壓狀態下，氮封閥不能精確控制氮氣進氣量。儲罐壓力越低，對氮封閥的可靠性要求越高。當前氮封系統的設計壓力通常為0.2～0.5 kPa，該壓力區間內氮封閥常出現補氣過量的現象，造成氮氣大量損耗。

圖1 氮封常壓儲罐(2.0 kPa)各附件定壓值示例

表3 某企業苯罐呼吸閥運行狀態

c)儲罐“小呼吸”損失量大，且太陽熱輻射對罐內VOCs濃度值影響明顯，導致存儲介質和氮氣大量損耗。

以5 000 m3的內浮頂儲罐為例，在緯度0～42°之間地區的儲罐在白天升溫時的最大呼出速率可達683 m3/h(不帶保溫層)。且儲罐容積越大，其“小呼吸”量就越大，以至超過“大呼吸”量。

通過對一企業芳烴罐區的罐內VOCs濃度(儲罐帶保溫)進行全天候在線監測發現，一天中罐內最高濃度值(中午14時：100 g/m3)約是最低值(凌晨3時：20 g/m3)的5倍。

d)環保部門對罐區VOCs的排放即將實施全方位監管，VOCs收集系統需密閉控制，VOCs處理設施急需做到排放穩定達標。罐區VOCs排放的檢測點主要有2個位置：一是油氣處理設施排放口；二是儲罐罐頂呼吸閥排放口。當前環保部門主要對前者的排放進行檢測，后者也將逐步推進實施。如北京市和天津市要求揮發性有機液體浮頂罐上方VOCs檢測濃度分別不應超過4 000 μmol/mol和2 000 μmol/mol(以甲烷計)。

3 意見與建議

本文基于苯罐檢維修閃爆事故中暴露出的問題和我國極度和高度危害介質儲罐的使用現狀，結合當前環保政策的最新要求和儲罐安全管理提升的迫切需求，從儲罐的設計建造、運行、檢維修和管理等幾個方面提出幾點意見和建議。

a)要正確認識極度和高度危害介質的儲存安全風險——特別是低閃點的毒性介質在泄漏后對人員的中毒影響范圍要遠大于其燃爆風險，加大必要的安全投入。

b)強化VOCs泄漏源頭控制措施，從根本上減少VOCs產生和排放，同時也可降低企業經營成本，如使用高效內浮盤、低泄漏呼吸閥和單呼閥等。

c)使用新技術，如微內壓罐、低壓罐、地上雙壁罐等技術，新技術的應用不僅可以大幅減少儲罐“大、小呼吸”量，也可大量減少氮氣的消耗，降低企業經營成本。

d)做好儲罐壓力控制系統的定期校驗和維護，防止氮封系統失穩、失效，造成儲罐泄漏產生安全隱患。

e)建立健全常壓儲罐安全附件技術標準體系，加強關鍵安全附件的過程管控(如設備選型、入場檢驗、過程檢驗等)。只有建立完善的管理體系和設備質量認證體系，才能保障儲罐長周期安全、有效可靠運行。

f)將定量風險評估切實納入項目工程規劃和設計中，以降低毒性介質對周邊人員及設施造成的安全風險。只有通過基于可接受風險標準對極度和高度危害介質儲罐的外部間距進行確定，才能有效確保發生事故后的風險可以接受。