國內(nèi)外儲(chǔ)罐液位報(bào)警聯(lián)動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比研究

張妮 譚笑 王岳 徐蔥蔥

1中油管道科技研究中心

2中國石油管道公司

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，罐區(qū)/油庫的規(guī)模日趨大型化，一旦發(fā)生安全事故，后果不堪設(shè)想。隨著國家安全生產(chǎn)管理的逐步升級(jí)，對(duì)石油石化企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品的安全管理提出了新的要求。為了減少罐區(qū)/油庫安全運(yùn)行中存在的問題，盡量避免或減少事故的發(fā)生，降低危害，進(jìn)行罐區(qū)/油庫隱患點(diǎn)識(shí)別，并及時(shí)治理顯得尤為必要。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油庫隱患點(diǎn)識(shí)別及分析，液位報(bào)警的聯(lián)動(dòng)是儲(chǔ)罐安全的主要隱患之一。例如：2005年的邦斯菲爾德油庫爆炸事故，其直接原因是儲(chǔ)罐監(jiān)控系統(tǒng)失效，儲(chǔ)罐液位超高報(bào)警系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)相連，由于計(jì)量系統(tǒng)故障，報(bào)警系統(tǒng)未能正常啟動(dòng)，導(dǎo)致儲(chǔ)罐溢油，損失慘重；2009年美國加勒比石油公司油庫發(fā)生爆炸，大火持續(xù)燃燒約60 h，該起事故發(fā)生的重要原因也是缺乏如高液位報(bào)警器及自動(dòng)防溢流系統(tǒng)之類的其他安全措施[1]。

我國目前通常將液位災(zāi)害分為兩大類：儲(chǔ)罐高液位災(zāi)害與儲(chǔ)罐低液位災(zāi)害[2]。高高液位聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)口閥可防止油罐進(jìn)油時(shí)溢油，是必要的安全保護(hù)措施；低低液位開關(guān)的設(shè)置是為了避免浮頂支腿降落到罐底。儲(chǔ)罐高高液位報(bào)警不能聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口管道控制閥，容易導(dǎo)致儲(chǔ)罐高液位災(zāi)害的發(fā)生[3]；儲(chǔ)罐低低液位報(bào)警不能聯(lián)動(dòng)停泵，容易導(dǎo)致儲(chǔ)罐低液位災(zāi)害的發(fā)生。本文針對(duì)液位報(bào)警聯(lián)動(dòng)隱患開展了中國和北美標(biāo)準(zhǔn)的最佳實(shí)踐做法調(diào)研，對(duì)比分析了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和做法的差異，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出了相關(guān)建議。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，主要針對(duì)立式圓筒形常壓金屬儲(chǔ)罐進(jìn)行分析，包括外浮頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。

1 國內(nèi)儲(chǔ)罐液位聯(lián)動(dòng)報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)涉及儲(chǔ)罐液位聯(lián)動(dòng)報(bào)警的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 50074—2014、GB 50737—2011、GB 17681—1999、SH/T 3007—2014、SY 6306—2014、SY/T 6517—2010（已廢止）和AQ 3036—2010，詳見表1。

表1 國內(nèi)液位聯(lián)動(dòng)報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Relevant standards of domestic liquid level linkage alarm

1.1 GB 50074—2014《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB 50074—2014[4]中規(guī)定了對(duì)于容量大于100 m3的儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)罐低液位報(bào)警和高液位報(bào)警，同時(shí)也指出應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的儲(chǔ)罐情況進(jìn)行液位報(bào)警及聯(lián)鎖的設(shè)置。總的來說，液位報(bào)警的嚴(yán)格程度和儲(chǔ)罐容量大小有關(guān)，對(duì)于容量超過50 000 m3的外浮頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，需要同時(shí)設(shè)置高液位報(bào)警、低液位報(bào)警、高高液位報(bào)警及聯(lián)鎖、低低液位報(bào)警及聯(lián)鎖。不同儲(chǔ)罐的具體設(shè)置要求見表2。

1.2 GB 50737—2011《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB 50737—2011[5]中規(guī)定了每座油罐應(yīng)設(shè)置液位連續(xù)測(cè)量?jī)x表和高高液位開關(guān)、低低液位開關(guān)。連續(xù)液位計(jì)應(yīng)具備高液位報(bào)警、低液位報(bào)警和高高液位聯(lián)鎖關(guān)油罐進(jìn)口電動(dòng)閥的功能，低液位報(bào)警設(shè)定高度(距罐底板)不宜小于2 m；高高液位開關(guān)應(yīng)具備高高液位連鎖關(guān)閉油罐進(jìn)口閥門的功能；低低液位開關(guān)應(yīng)具備低低液位聯(lián)鎖停輸油泵并關(guān)閉泵出口管道控制閥的功能，低低液位開關(guān)設(shè)定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

1.3 GB 17681—1999《易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)要求》

GB 17681—1999[6]發(fā)布的日期較早，相對(duì)于GB 50074，規(guī)定的要求相對(duì)簡(jiǎn)單，主要規(guī)定：“儲(chǔ)存易燃易爆介質(zhì)的儲(chǔ)罐，應(yīng)配備高、低液位報(bào)警回路，必要時(shí)還應(yīng)配有液位與相關(guān)工藝參數(shù)之間的聯(lián)鎖系統(tǒng)。”

1.4 SH/T 3007—2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》

SH/T 3007—2014[7]中規(guī)定：“儲(chǔ)存容量大于或等于3 000 m3的甲B和乙A類可燃液體儲(chǔ)罐、容量大于或等于10 000 m3的其他液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)高高液位報(bào)警及聯(lián)鎖，高高液位報(bào)警應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口管道控制閥。”對(duì)于低液位報(bào)警則規(guī)定：“裝置儲(chǔ)罐宜設(shè)低低液位報(bào)警，低低液位報(bào)警宜聯(lián)鎖停泵。”

1.5 SY/T6306—2014《鋼制原油儲(chǔ)罐運(yùn)行安全規(guī)范》

SY/T 6306—2014[8]中沒有具體規(guī)定儲(chǔ)罐液位報(bào)警及聯(lián)鎖的要求，但是針對(duì)儲(chǔ)罐的液位，具體規(guī)定了儲(chǔ)罐的安全高度與極限高度要求。對(duì)于固定頂儲(chǔ)罐規(guī)定：“極限液位為泡沫發(fā)生器口下沿30 cm，安全液位上限應(yīng)低于極限液位100 cm，安全液位下限應(yīng)高于儲(chǔ)罐出口管線上沿100 cm。”對(duì)于浮頂儲(chǔ)罐規(guī)定：“極限液位為浮船擋雨板的最高點(diǎn)低于罐壁上沿30 cm，安全液位上限應(yīng)低于極限液位100 cm，安全液位下限為浮船支柱距離罐底50 cm。”

表2 不同儲(chǔ)罐的液位報(bào)警設(shè)置要求Tab.2 Requirements for level alarm settings of different tanks

1.6 SY/T 6517—2010《石油設(shè)施儲(chǔ)罐過量充裝的防護(hù)》

SY/T 6517—2010[9]使用重新起草法修改采用API RP 2350—2005《石油設(shè)施儲(chǔ)罐過量充裝的防護(hù)》。主要針對(duì)不同類型的儲(chǔ)罐規(guī)定了防止過量充裝的技術(shù)要求，具體見表3。2012年，API更新發(fā)布了API STD 2350—2012《石油設(shè)施儲(chǔ)罐過量充裝的防護(hù)》，但本標(biāo)準(zhǔn)未持續(xù)更新；2014年本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)復(fù)審后廢止，被SY 6306—2014替代。

1.7 AQ 3036—2010《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》

AQ 3036—2010[10]規(guī)定了危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝備的設(shè)置要求和管理。規(guī)定了儲(chǔ)罐液位監(jiān)控設(shè)備的要求，規(guī)定：“儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置液位監(jiān)測(cè)器，應(yīng)具備高低液位報(bào)警功能。”本標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定具體的高低液位報(bào)警要求，只是要求：“液位報(bào)警高低位至少各設(shè)置一級(jí)，報(bào)警閾值分別為高位極限和低位限。”

1.8 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

通過以上分析，可以得出目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中要求儲(chǔ)罐應(yīng)該建立完整、可靠的儲(chǔ)罐液位報(bào)警系統(tǒng)。具體要求表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）對(duì)于儲(chǔ)罐液位報(bào)警聯(lián)動(dòng)的設(shè)置，可按照GB 50074—2014和AQ SH/T 3007—2014的要求執(zhí)行。儲(chǔ)罐通常應(yīng)設(shè)置高低液位報(bào)警；對(duì)于高高液位報(bào)警聯(lián)鎖和低低液位報(bào)警聯(lián)鎖的要求，多數(shù)與儲(chǔ)罐容量有關(guān)。對(duì)于50 000 m3及以上的儲(chǔ)罐液位報(bào)警要求最嚴(yán)格，需要設(shè)置高液位報(bào)警、低液位報(bào)警、高高液位報(bào)警聯(lián)鎖和低低液位報(bào)警聯(lián)鎖。

（2）對(duì)于報(bào)警液位值設(shè)置的要求，多針對(duì)低液位和低低液位報(bào)警高度提出要求。例如GB 50074—2014要求儲(chǔ)罐低液位報(bào)警的設(shè)定高度應(yīng)滿足泵不發(fā)生汽蝕的要求；低低液位報(bào)警設(shè)定高度（距罐底板）不應(yīng)低于浮頂落底高度。GB 50737—2011要求低液位報(bào)警設(shè)定高度(距罐底板)不宜小于2 m；低低液位開關(guān)設(shè)定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

（3）針對(duì)過量充裝防護(hù)措施，在生產(chǎn)實(shí)踐中采取設(shè)置自動(dòng)截油排水器、自動(dòng)關(guān)斷、轉(zhuǎn)移儲(chǔ)罐的接收，以及在內(nèi)浮頂油罐安裝長型溢流孔等措施。

2 國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)踐做法

由于儲(chǔ)罐高液位災(zāi)害造成的后果通常較嚴(yán)重，容易涉及人身安全和環(huán)境污染問題，如邦斯菲爾德油庫事故和加勒比油庫事故，均是由于儲(chǔ)罐液位過高導(dǎo)致溢出而造成的燃燒爆炸事故，故國外尤其重視對(duì)儲(chǔ)罐高液位災(zāi)害的研究和防治。針對(duì)液位過高的風(fēng)險(xiǎn)，美國聯(lián)邦法律和行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中都做出了相關(guān)規(guī)定。但是，針對(duì)儲(chǔ)罐液位過低可能造成的空罐或者對(duì)泵等設(shè)備的損傷，則被認(rèn)為屬于設(shè)備的損壞，通常由設(shè)備廠家和維護(hù)部門負(fù)責(zé)，且目前美國管道企業(yè)對(duì)儲(chǔ)罐低液位、低低液位的處理，主要限于液位計(jì)讀數(shù)在中控室的報(bào)警，并不在控制系統(tǒng)中做聯(lián)鎖保護(hù)。因此該部分主要從法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐做法三個(gè)方面討論北美針對(duì)防止儲(chǔ)罐過量充裝的要求。針對(duì)儲(chǔ)罐液位過高和儲(chǔ)罐液位過低引起的安全問題，國外與國內(nèi)的認(rèn)識(shí)略有差異。

表3 儲(chǔ)罐過量充裝防護(hù)一覽表Tab.3 List of tank overfilling protection

2.1 技術(shù)法規(guī)

在防止儲(chǔ)罐過量充裝的問題上，美國各州普遍采用了美國國家火災(zāi)保護(hù)協(xié)會(huì)（NFPA）對(duì)易燃液體儲(chǔ)罐的規(guī)范作為技術(shù)法規(guī)要求。針對(duì)石油儲(chǔ)罐的過量充裝保護(hù)要求主要引用NFPA 30中的要求。NFPA 30中規(guī)定：儲(chǔ)罐配備一個(gè)單獨(dú)的高液位檢測(cè)裝置或配備一個(gè)能自動(dòng)切斷或流轉(zhuǎn)的獨(dú)立的高液位檢測(cè)裝置，如果采用代替裝置，則需要獲得管轄部門的認(rèn)可。

美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）也在EPA-40 CFR中對(duì)防止過量充裝和溢出后的補(bǔ)救措施有硬性要求。

2.2 國外標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)高液位的防護(hù)目前國外主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是API STD 2350，目前API STD 2350已更新至第4版，發(fā)布于2012年[11]。相比于之前的版本，這一版本中充分吸取了邦斯菲爾德的事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，因此API STD 2350目前已成為國外企業(yè)防止儲(chǔ)罐溢出一致認(rèn)可和遵循的技術(shù)準(zhǔn)則。由于在API STD 2350的設(shè)施過程中涉及安全分析的要求，通常又參照IEC 61511—2016《功能安全-加工工業(yè)部門用安全測(cè)量?jī)x系統(tǒng)》執(zhí)行。API STD 2350中對(duì)過量充裝的要求和NFPA 30的要求是一致的，API STD中對(duì)采用不同運(yùn)營方式的儲(chǔ)罐都給出了比較詳細(xì)的建議。

API STD 2350中提出了“防止儲(chǔ)罐溢出程序（OPP，Overfill Prevention Process）”，OPP包括以下5個(gè)基本模塊：管理系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)分析模塊、確定運(yùn)行參數(shù)、制定完整的工作程序和設(shè)備系統(tǒng)。示意圖如圖1所示。

通過OPP的組成可以看出，國外標(biāo)準(zhǔn)中并沒有將液位報(bào)警聯(lián)鎖作為防止儲(chǔ)罐發(fā)生液位過高危害的核心因素。貫穿API STD 2350的整個(gè)思想是：OPP是一個(gè)完整的工作和技術(shù)體系。因?yàn)槿魏物L(fēng)險(xiǎn)所造成的災(zāi)難都是經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié)形成的，因此對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的防范需要確定從風(fēng)險(xiǎn)的形成開始分析，考慮災(zāi)難所經(jīng)歷的每個(gè)環(huán)節(jié)，從而系統(tǒng)地進(jìn)行防范。而不是指望某一項(xiàng)措施或者技術(shù)能夠一勞永逸地消除風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)認(rèn)識(shí)是美國政府和企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)制定技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的共同基礎(chǔ)。

2.3 國外企業(yè)關(guān)于API STD 2350的實(shí)踐

API STD 2350中對(duì)于儲(chǔ)罐防止溢出的要求很全面，分別對(duì)于各種類型儲(chǔ)罐從技術(shù)上和管理上都提出了響應(yīng)的準(zhǔn)則。而對(duì)于具體的管道公司，由于其工藝和生產(chǎn)現(xiàn)狀不同，在開展防止油品溢出的措施時(shí)，業(yè)主通常會(huì)根據(jù)企業(yè)自身儲(chǔ)罐情況，結(jié)合企業(yè)自身的風(fēng)險(xiǎn)分析在API STD 2350的準(zhǔn)則要求下制定具體的措施，因此并不是所有企業(yè)都會(huì)設(shè)定固定的液位報(bào)警值。

圖1 OPP的組成結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of composition and structure of OPP

2.3.1 北美企業(yè)實(shí)施API STD 2350的通用流程

由于API STD 2350只是規(guī)定了業(yè)界準(zhǔn)則要求，企業(yè)在具體實(shí)施API STD 2350的過程中，通常會(huì)參考相應(yīng)的實(shí)施指南，圖2是北美企業(yè)實(shí)施API STD 2350的通用流程，主要包括建立運(yùn)行參數(shù)和儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)有儲(chǔ)罐系統(tǒng)配置、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、API STD 2350適用性設(shè)置、缺陷評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)過程管理、完善缺陷、儲(chǔ)罐系統(tǒng)改造8個(gè)步驟。

圖2 API STD 2350的實(shí)施流程Fig.2 Implementation flow of API STD 2350

2.3.2 儲(chǔ)罐關(guān)鍵液位報(bào)警的要求

API STD 2350提出了3個(gè)儲(chǔ)罐關(guān)鍵液位（Levels of Concern，簡(jiǎn)稱LOCs），分別為：儲(chǔ)罐最大工作液位（Maximum Working Level）、儲(chǔ)罐高高液位（High High Tank）和臨界高液位（Critical High）。但是，API STD 2350中僅規(guī)定了高高液位應(yīng)設(shè)置報(bào)警。這是因?yàn)殡S著高可靠性傳感器的實(shí)現(xiàn)，API STD 2350認(rèn)為僅設(shè)置一個(gè)報(bào)警就可以完全滿足液位報(bào)警的需求。但是由于歷史原因，自動(dòng)化系統(tǒng)通常采用冗余設(shè)置來增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，因此目前多數(shù)北美管道企業(yè)保留了同時(shí)設(shè)置高液位報(bào)警和高高液位報(bào)警。

2.3.3 儲(chǔ)罐關(guān)鍵液位報(bào)警值的設(shè)置

API STD 2350中并未規(guī)定具體的高高液位數(shù)值，而是規(guī)定了高高液位的最小響應(yīng)時(shí)間（表4）。企業(yè)根據(jù)最小高高液位的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算不同儲(chǔ)罐的關(guān)鍵液位。

表4 最小高高液位響應(yīng)時(shí)間Tab.4 Minimum high high level response time

3 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)差異分析

通過以上闡述，可以看出國內(nèi)外儲(chǔ)罐液位報(bào)警聯(lián)動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或做法存在的主要差異，詳見表5。

4 結(jié)束語

通過對(duì)國內(nèi)外儲(chǔ)罐液位報(bào)警聯(lián)動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐的對(duì)比分析研究，可以看出國內(nèi)外是存在一定差異的，提出以下建議。

（1）從理念上來說，國內(nèi)外存在很大差異。國外為儲(chǔ)罐防止油品溢出建立了一個(gè)完整的體系，企業(yè)則根據(jù)自身的工況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析后依據(jù)API STD 2350的準(zhǔn)則而制定符合企業(yè)自身需求的防治措施，并不是每個(gè)企業(yè)都采用統(tǒng)一的防護(hù)措施。而國內(nèi)目前對(duì)儲(chǔ)罐液位風(fēng)險(xiǎn)的治理更多地注重操作程序，基本是基于液位報(bào)警值的設(shè)置和聯(lián)鎖設(shè)定。建議進(jìn)一步深入開展API STD 2350研究，結(jié)合國內(nèi)油罐安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，逐步建立我國的OPP體系。

（2）從變更管理上來說，國內(nèi)外存在一些差異。例如美國管道公司對(duì)聯(lián)鎖的設(shè)定值在每一次工藝變更（比如流速變化等）、罐容修正等可能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析造成影響的變更發(fā)生之后，需要重新計(jì)算；同時(shí)變更的歷史記錄也要作為安全管理的一部分寫入規(guī)定文檔存檔；而國內(nèi)管道公司在運(yùn)行時(shí)通常沿用給定的聯(lián)鎖設(shè)定值，當(dāng)與聯(lián)鎖相關(guān)的充裝速度、閥門關(guān)閉速度、工藝變化的影響等發(fā)生變化時(shí)，缺乏及時(shí)的跟蹤計(jì)算。建議借鑒國外變更管理的理念制定罐區(qū)/油庫變更管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

表5 國內(nèi)外儲(chǔ)罐液位報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要差異Tab.5 Major differences of relevant standards for tank liquid level alarm at home and abroad

（3）關(guān)于聯(lián)鎖的設(shè)置，國外標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為聯(lián)鎖保護(hù)涉及的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（閥門等）也屬于自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的一部分。對(duì)于參與聯(lián)鎖的閥門，要求設(shè)計(jì)中要計(jì)算閥門關(guān)閉速度，既要保證閥門在達(dá)到下一個(gè)警戒線之前關(guān)閉，也要避免關(guān)閉過快而導(dǎo)致水擊；一旦聯(lián)鎖動(dòng)作觸發(fā)，閥門將不能遠(yuǎn)控；操作人員在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位之后才能恢復(fù)遠(yuǎn)程控制；閥門需要滿足Fail Safe的設(shè)計(jì)，一旦失電，閥門自動(dòng)關(guān)閉。建議在我國儲(chǔ)罐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中增加此方面的要求。