原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸的危險性分析及防范對策

方盛榮 施惠明

摘要：隨著我國對石油化工企業(yè)消防安全工作的不斷重視，原油儲罐由于其火災(zāi)風(fēng)險高、可燃物料多、事故處置難度大等相關(guān)特點，成為一線消防救援隊伍日常防火工作的重點內(nèi)容。以原油儲罐為研究對象，應(yīng)用事故樹分析法，構(gòu)建原油儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析模型，通過求解最小割集、最小徑集及基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，對原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸過程中可能出現(xiàn)的各類危害事故進行了逐一分析。在事故樹分析的基礎(chǔ)上，提出了有效防范原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的針對性措施。

關(guān)鍵詞：原油罐區(qū)；火災(zāi)爆炸；事故樹分析法；重要度分析；防范對策

近年來，國際原油供應(yīng)的不穩(wěn)定性對國家經(jīng)濟安全的威脅愈發(fā)明顯。因此，合理建立國家原油儲備庫成為我國的一項基本戰(zhàn)略措施，隨著越來越多的原油儲罐區(qū)即將投入使用，我國在原油儲罐的建造標(biāo)準(zhǔn)、材料選擇、安全管理與設(shè)計、規(guī)范化操作運行以及消防系統(tǒng)的配備等方面的不足逐漸顯現(xiàn)，導(dǎo)致罐區(qū)內(nèi)部各類火災(zāi)事故頻發(fā)，稍有不慎，便會導(dǎo)致重大財產(chǎn)損失事故的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，原油儲備庫發(fā)生火災(zāi)爆炸事故最頻繁的種類通常可以分為液化石油氣儲罐爆炸以及原油儲罐爆炸兩種類型[1-2]。

事故樹分析法（簡稱FTA）是安全評價與風(fēng)險分析中常見的一種分析方法[3]。FTA起源于美國，最初于20世紀(jì)60年代應(yīng)用于導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的安全性評價。后來經(jīng)過不斷改進并借助計算機輔助計算和分析，逐漸應(yīng)用到化工、能源、機械、交通和建筑等諸多領(lǐng)域。

天津工業(yè)大學(xué)的李慶功、宋文華等人[4-5]曾采用事故樹分析法對液化石油氣儲罐區(qū)和原油儲罐區(qū)開展了針對性的危險性分析，并以此為依據(jù)提出了罐區(qū)火災(zāi)爆炸的相關(guān)防范措施。中國石油大學(xué)的趙新穎、李自力等人[6]對導(dǎo)致石油罐區(qū)內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的原因進行了專項研究。西南石油大學(xué)的王大慶等人采用模糊事故樹的方法，對原油罐區(qū)的火災(zāi)爆炸事故進行了定量計算，并結(jié)合專家評價法計算出了爆炸事故發(fā)生的實際概率。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用事故樹分析法對我國原油儲罐的火災(zāi)爆炸風(fēng)險進行定性分析及定量計算，力爭為各級消防救援隊伍防火工作的高效開展提供參考。

1 罐區(qū)基本概況

本文以某原油儲備庫為案例進行計算分析。該原油儲備庫總庫容為100萬m3，庫區(qū)內(nèi)部統(tǒng)一采用10萬m3儲罐，各儲罐分組實施布置，庫內(nèi)共建有2個罐組，其中一個罐組設(shè)6座10萬m3原油儲罐，另一個罐組設(shè)4座10萬m3原油儲罐，并預(yù)留2座原油儲罐作為應(yīng)急事故罐。各油罐間的間距及固定消防設(shè)施的實際配置均按照《石油庫設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定開展統(tǒng)一設(shè)置。儲罐區(qū)平面圖如圖1所示，儲罐與其他建筑、設(shè)施的間距如表1所示。

2 原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸風(fēng)險分析

2.1? 事故樹分析法

2.1.1? 概述

事故樹分析法屬于一種演繹推理的基本方法，應(yīng)用該法可以把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與致使事故發(fā)生的各種因素之間的邏輯關(guān)系以樹形圖的形式予以表示，通過對事故樹開展定性分析與定量計算，找出事故發(fā)生的主要影響因素，最終為制定相應(yīng)的安全措施提供指導(dǎo)。應(yīng)用事故樹分析法開展事故分析通常需要準(zhǔn)備階段、編制事故樹、定性分析和定量分析等幾個階段。

2.1.2? 建立事故樹

由罐區(qū)布局可以看出，當(dāng)前大型原油罐區(qū)與儲罐周邊普遍配備了消防供水系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)，儲罐與毗鄰設(shè)備之間的距離也基本滿足一般性災(zāi)害事故的安全需求。由于發(fā)生火災(zāi)事故后，起火油罐猛烈燃燒后會對毗鄰儲罐及設(shè)備產(chǎn)生較為明顯的輻射熱[7-8]，如果不能采取有效的及時措施控制火勢的蔓延擴大，一旦罐體由于溫度過高發(fā)生坍塌形成地面流淌火，必將導(dǎo)致火災(zāi)規(guī)模的不斷擴大。此外，原油儲罐在長時間燃燒后通常會出現(xiàn)強烈的沸溢、噴濺，必將在一定程度上加大現(xiàn)場參與實戰(zhàn)處置的消防救援人員的實際處置難度[9]。

原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生由兩個必要的因素，一是點火源，二是可燃物。常見的點火源主要包括：明火、電火花、雷電、撞擊火花及靜電火花。可燃物主要為原油泄漏形成的液池或者揮發(fā)性氣體積聚形成的可燃混合氣。根據(jù)原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故相關(guān)案例的統(tǒng)計，所構(gòu)建的事故樹共包括26個基本事件，事故樹的具體形式如圖2所示。

2.2? 定性與定量分析

2.2.1? 最小割集

最小割集代表的是系統(tǒng)的危險性，每個最小割集都是引發(fā)頂上事件的一種可能途徑，最小割集的數(shù)量越多則證明系統(tǒng)越不安全。根據(jù)所建立的事故樹，運用布爾代數(shù)法求事故樹的最小割集為204組：

2.2.2? 最小徑集

最小徑集代表的是系統(tǒng)的安全性，頂上事件不發(fā)生的條件就是其中某一個最小徑集中的基本事件都不發(fā)生，最小徑集的數(shù)量越多則說明系統(tǒng)越安全。根據(jù)所建立的事故樹，將“與”門用“或”門替換、“或”門用“與”門替換，得到與原事故樹相對應(yīng)的成功樹。

運用成功樹進行布爾代數(shù)運算，求解出最小徑集為12組：

結(jié)構(gòu)重要度通常特指各個基本事件對頂上事件發(fā)生的影響程度。傳統(tǒng)事故樹結(jié)構(gòu)重要度的計算不考慮基本事件發(fā)生的概率，只是從邏輯結(jié)構(gòu)上進行分析計算。一般情況下，計算事故樹種結(jié)構(gòu)重要度有兩種方法，一種是計算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要性，然后將其由大到小排列；二是用最小割集和最小徑集計算各基本事件結(jié)構(gòu)重要度的近似值。分析過程中采用第二種方法計算結(jié)構(gòu)重要度。各個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度如表2所示。

2.2.4? 結(jié)果分析

原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故樹的最小割集有204組，表明原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸有204種可能途徑，罐區(qū)內(nèi)部發(fā)生爆炸事故的可能性相對較高；從成功樹來看，最小徑集有12組，只要每個最小徑集的基本事件都不發(fā)生，就能控制事故不發(fā)生，從這12組最小徑集可以看出，控制原油罐區(qū)產(chǎn)生點火源和可燃物的各類因素應(yīng)被視為預(yù)防原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的主要途徑；由結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果可知，基本事件X19的結(jié)構(gòu)重要度最大，其重要性在系統(tǒng)中占首位，其次是X20、X21。結(jié)合原油罐區(qū)實際生產(chǎn)情況，應(yīng)選擇加強油罐泄漏事故的應(yīng)急管理、保持監(jiān)控報警裝置正常以及防止油品泄漏作為預(yù)防原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的主要措施。

3 針對性防范措施

3.1? 加強油罐泄漏事故的應(yīng)急管理

各級管理部門必須預(yù)先建立健全油罐泄露應(yīng)急管理制度，制定綜合應(yīng)急預(yù)案、專項應(yīng)急預(yù)案以及現(xiàn)場處置方案，切實提高油罐泄露應(yīng)急管理水平。

3.2? 保持監(jiān)控報警裝置的正常運轉(zhuǎn)

監(jiān)控報警裝置是目前罐區(qū)內(nèi)部監(jiān)控油品是否發(fā)生泄漏事故的重要技術(shù)手段，監(jiān)控報警裝置的正常工作能夠及時發(fā)現(xiàn)油品的泄漏現(xiàn)象。

3.3? 防止油品泄漏事故的發(fā)生

油品泄漏事故主要包括揮發(fā)性氣體泄漏事故和原油儲罐泄漏事故兩種類型。通常情況下，安全閥失效、溫度過高、加熱過度都會引起揮發(fā)性氣體泄漏。原油儲罐泄漏可能通常由機械撞擊、儲罐失修或者毗鄰罐體起火后產(chǎn)生的熱輻射引起。因此需要預(yù)先加強對儲罐罐體及附屬裝置（包括安全閥、管線上的閥門及其連接法蘭等）的定期專項檢測檢修，盡量降低儲罐裝置自身存在的各類風(fēng)險。在此基礎(chǔ)上，進一步加強罐體防腐蝕處理，除了采用常規(guī)防腐涂層外，通常可以采用犧牲陽極或強制電流陰極保護法最大限度地保障罐體的整體安全。

3.4? 加強罐區(qū)各類火源的有效控制

罐區(qū)內(nèi)部各級工作人員在日常工作開展過程中必須嚴(yán)格禁煙，嚴(yán)禁穿戴化纖衣物、攜帶火種或手機進入罐區(qū)。保持防雷、靜電接地設(shè)施隨時處于有效狀態(tài)。罐區(qū)內(nèi)所有電氣設(shè)備必須采用防爆型，并定期對防爆電氣設(shè)備進行檢查。生產(chǎn)、檢修動火必須辦理動火證并嚴(yán)格執(zhí)行消防部門的相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

根據(jù)事故樹分析法的基本操作要求，針對原油儲罐區(qū)建立了火災(zāi)爆炸事故的事故樹，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)實施有效分析得出了以下結(jié)論：

原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故樹的最小割集有204組，說明事故發(fā)生的可能性概率極大；最小徑集有12組，控制原油罐區(qū)產(chǎn)生點火源應(yīng)被視為預(yù)防原油罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的主要方法；通過結(jié)構(gòu)重要度分析可知基本事件X19的結(jié)構(gòu)重要度最大，其重要性在系統(tǒng)中占首位。

根據(jù)定性及定量分析，提出從加強油罐泄漏事故的應(yīng)急管理、保持監(jiān)控報警裝置正常、防止油品泄漏、加強罐區(qū)火源控制等四個方面的防范對策。

參考文獻：

[1]范繼義.加油站百例事故分析[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]李蔭中.石油化工防火防爆手冊[M].北京：中國石油出版社，2003.

[3]付強，張和平，王輝，等.公共建筑火災(zāi)風(fēng)險評價方法研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2007，16（3）：137-142.

[4]李慶功，宋文華，呂鈴鑰，等.大型原油儲罐池火災(zāi)事故下消防能力的評估[J].南開大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，45（1）：83-89.

[5]宋文華，苗香溢，苑靜，等.LPG儲罐火災(zāi)爆炸事故后果分析與研究[J].2008，27（11）：851-854.

[6]趙新穎，李自力，王春濤.石油儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析[J].油氣儲運，2007，26（1）：37-41.

[7]Vasanth，S.，Tauseef，S.M.，Abbasi T.，&Abbasi S.A.Assessment of four turbulence models in simulation of large-scale pool fires in the presence of wind using computational fluid dynamics（CFD）[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，Available online 18 April 2013

[8]Bouhafid A.，Vantelon J.P.，&Souil J.M.Characterisation of thermal radiation from freely burning oil pool fires[J].Fire Safety Journal，1989，15（5）：367-390.

[9]Chen Z.，Song W.H.，Lv L.Y.，et al.Establishment and application analysis for prediction model boilover fire time[J].Journal of Safety Science and Technology，2013，9（5）：17-20.

Risk analysis and preventive measures

of fire and explosion in crude oil tank farm

Fang Shengrong， Shi Huiming

（Huzhou Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Huzhou 313000）

Abstract：With the continuous emphasis on fire safety in petrochemical enterprises in our country， crude oil tanks have become the key content in the daily fire prevention work of front-line fire and rescue teams due to their high fire risk， many combustible materials， and difficulty in accident disposal. Taking crude oil tanks as the research object， the accident tree analysis model of crude oil tank fire and explosion is constructed by applying the accident tree analysis method. By solving the structural importance of minimum cut set， minimum diameter set and basic events， various hazards that may occur in the process of fire and explosion in crude oil tank farms are studied one by one. On the basis of accident tree analysis， targeted measures to effectively prevent fire and explosion accidents in crude oil tank farms are put forward.

Keywords：crude oil tank farm; fire and explosion; accident tree analysis; importance analysis; preventive measure