楊洪麗 王志斌 陳宏普 吳占明 馬偉平

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉儲分公司 浙江寧波 315812；3中國石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東青島 266071；5中國石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

國外某油庫爆炸事故教訓(xùn)的思考

楊洪麗1王志斌2陳宏普3吳占明4馬偉平5

〔1海工英派爾工程有限公司 山東青島 266101；2中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉儲分公司 浙江寧波 315812；3中國石油管道公司丹東輸油氣分公司 遼寧丹東 118001；4青島華油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東青島 266071；5中國石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

簡要介紹了英國邦斯菲爾德油庫爆炸事故經(jīng)過，系統(tǒng)梳理了事故的教訓(xùn)和改進(jìn)措施，包括油庫的三級防控體系、儲罐安全設(shè)計(jì)、油庫選址、防火堤安全設(shè)計(jì)、事故應(yīng)急預(yù)案、油庫風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、油庫周邊區(qū)域規(guī)劃、重大危險(xiǎn)源國家監(jiān)管機(jī)制以及油氣蒸氣云爆炸機(jī)理等，針對國內(nèi)油罐安全管理提出了相關(guān)改進(jìn)建議。

國外 石油庫 儲罐 爆炸 事故 教訓(xùn) 思考

鑒于我國石油戰(zhàn)略儲備和儲罐大型化的發(fā)展，國內(nèi)最大浮頂罐容積已達(dá)20×104m3[1]，大型石油儲罐設(shè)計(jì)施工技術(shù)已處于國際先進(jìn)水平，但近年來油庫火災(zāi)爆炸事故仍有發(fā)生，例如中石油大連新港7.16儲罐火災(zāi)爆炸事故，財(cái)產(chǎn)損失近2億元，上萬噸原油流入大海，造成嚴(yán)重環(huán)境污染問題[2]。根據(jù)國內(nèi)外儲罐事故統(tǒng)計(jì)[3-5]，主要因素依次為機(jī)械設(shè)備故障(液位計(jì)故障、過量充裝導(dǎo)致溢油)、雷擊、靜電、人員誤操作、電氣短路火花和動火作業(yè)(明火)等。以往研究側(cè)重于特定事故經(jīng)過、分析事故原因和總結(jié)預(yù)防措施，而研究方法系統(tǒng)性有待改進(jìn)，研究成果不能普遍推廣到其他儲罐工程，此外，還缺乏消防協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制、公眾警示疏散和儲罐周邊規(guī)劃發(fā)展等內(nèi)容，因此，不能從根本上避免儲罐事故[6]。

1 英國邦斯菲爾德(Buncefield)油庫事故簡介

2005年英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故是歐洲最大的一次工業(yè)火災(zāi)爆炸事故[7]，經(jīng)濟(jì)損失和相關(guān)賠償費(fèi)用高達(dá)10億英鎊。該事故作為重大環(huán)境污染事故上報(bào)至歐盟，事故共燒毀23座儲罐，造成43人受傷，油庫附近300間房屋損壞，2 000多居民疏散，M1高速公路關(guān)閉?；馂?zāi)持續(xù)燃燒5 d，釋放的濃煙擴(kuò)展到英國南部地區(qū)?；馂?zāi)撲救使用了大量泡沫和冷卻水，造成弗爾河(River Ver)污染(見圖1)。

圖1 英國邦斯菲爾德油庫事故造成的環(huán)境污染

英國政府針對邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故的后續(xù)處置做法值得借鑒[8]。例如成立特定的重大事故委員會進(jìn)行了周期為三年的調(diào)查研究，編制了8冊調(diào)查報(bào)告和4冊建議書，涵蓋儲罐安全設(shè)計(jì)、油庫選址、防火堤安全設(shè)計(jì)、油庫風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、事故應(yīng)急預(yù)案、油庫周邊區(qū)域規(guī)劃、重大危險(xiǎn)源國家監(jiān)管機(jī)制和油氣蒸氣云爆炸機(jī)理等諸多內(nèi)容。此外還制定了油庫整改措施的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)度表，在100多個(gè)類似油庫推廣應(yīng)用。英國政府開設(shè)了專門網(wǎng)站(網(wǎng)址http://www.buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm)，以實(shí)事求是和坦誠接受的態(tài)度接受全世界的批評和關(guān)注。

本文系統(tǒng)梳理了邦斯菲爾德油庫事故調(diào)查報(bào)告和建議書中有代表性的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和改進(jìn)措施，包括《油庫設(shè)計(jì)與運(yùn)行》、《事故應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)》、《向規(guī)劃機(jī)構(gòu)提出的建議》和《檢查健康安全局(HSE)與環(huán)境署在監(jiān)管邦斯菲爾德燃油油庫中的作用》等著作，這些研究成果對于提升我國油庫安全管理工作具有指導(dǎo)意義。

2 英國邦斯菲爾德油庫事故過程

2005年12月11日，英國邦斯菲爾德油庫的912號儲罐正在接收注入汽油作業(yè)，該儲罐防止過量充裝的計(jì)量系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致大量油品從罐頂溢出。油品流經(jīng)邊緣板，傾斜而下的液體形成小瀑布，被分散成小液滴(圖2)。部分引流至罐壁板的油品，在加強(qiáng)圈撞擊下，形成第二瀑布；油品下落至防火堤地面，形成第三次沖擊(圖3)。上述過程加劇了汽油中較輕化學(xué)成分的蒸發(fā)，例如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性蒸氣云，并在整個(gè)油庫范圍內(nèi)運(yùn)動擴(kuò)散，最終被潛在的點(diǎn)火源引燃發(fā)生劇烈爆炸。

圖2 油品沿儲罐邊緣板傾瀉

圖3 爆炸性蒸氣云形成過程示意圖

3 邦斯菲爾德油庫事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

3.1 油庫三級防控系統(tǒng)

英國邦斯菲爾德油庫事故調(diào)研報(bào)告和建議書均提出了油庫三級防控系統(tǒng)的理念，一級防控系統(tǒng)是儲存油品的儲罐和工藝管道設(shè)施；二級防控系統(tǒng)包括防止儲罐過量充裝的液位計(jì)及高位報(bào)警系統(tǒng)以及儲存事故狀態(tài)下從儲罐和工藝管道中泄漏油品的防火堤(圍堤)；三級防控系統(tǒng)指排水/污油系統(tǒng)、圍墻、道路、路緣石等臨時(shí)存放油品的設(shè)施，防止油品流散至油庫以外區(qū)域或者滲入地下水造成環(huán)境污染。

3.2 儲罐安全設(shè)計(jì)

英國邦斯菲爾德油庫事故最重要的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是建立完整、可靠的儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)，可通過完整性等級進(jìn)行衡量。安全完整性等級(SIL)是根據(jù)失效概率衡量安全系統(tǒng)的可靠性，完整性等級分為四級，安全完整性等級越高，表示系統(tǒng)產(chǎn)生故障、不能正常運(yùn)行的概率越低。儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有較高的安全完整性等級，即具有獨(dú)立性，能夠及時(shí)關(guān)閉管道和閥門，防止儲罐發(fā)生溢流。

儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 61511《第1部分：安全儀表系統(tǒng)的要求》，主要包括以下要求：

(1)儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于儲罐計(jì)量系統(tǒng)、油庫電視監(jiān)控系統(tǒng)，且運(yùn)行操作不依賴于儲罐內(nèi)部的設(shè)施；

(2)儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)制定定期功能性試驗(yàn)計(jì)劃；

(3)選用診斷能力增強(qiáng)型傳感器，保證儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)的可靠性；

(4)儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有對儲罐充裝作業(yè)的優(yōu)先控制權(quán)限，可在不依靠油庫控制室遠(yuǎn)程控制的條件下停止油品輸送。

3.3 油庫選址

英國邦斯菲爾德油庫事故中污油排放系統(tǒng)損壞嚴(yán)重，大量消防用水和油品沿油庫路面流散，部分污染物流散至油庫外，造成污染物滲入地下水等環(huán)境污染問題。建議新建油庫選址時(shí)，應(yīng)考慮油庫附近地表水分布，以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)滲透性等問題，必要時(shí)在油庫外部區(qū)域設(shè)計(jì)專用的流散液體通道，流向設(shè)置的事故應(yīng)急池。

3.4 防火堤安全設(shè)計(jì)

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的防火堤對于提高儲罐安全等級具有重要意義。英國邦斯菲爾德油庫防火堤主要是混凝土堤結(jié)構(gòu)。研究表明，混凝土在300℃時(shí)強(qiáng)度下降，500℃時(shí)強(qiáng)度降低50 %，800℃強(qiáng)度幾乎全部喪失。儲罐火災(zāi)可能形成1 000℃火焰，極易造成防火堤炸裂坍塌[9]。邦斯菲爾德油庫在防火堤施工過程中混凝土預(yù)制塊接縫處未作加強(qiáng)級密封處理，防火堤強(qiáng)度、完整性和密封性均存在一定缺陷，導(dǎo)致消防水和油品從防火堤破裂處流出，見圖4。

圖4 邦斯菲爾德事故損壞的防火堤

防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

(1)防火堤應(yīng)能容納最大儲罐容量和滅火所需消防水量的余量，根據(jù)美國國家消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA30—2012《可燃和易燃液體規(guī)范》，防火堤容量應(yīng)為最大儲罐容量的110 %；

(2)防火堤接縫處密封劑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)滿足承受2 h燃燒時(shí)間；

(3)防火堤除承受液體靜壓力之外，還應(yīng)考慮大量油品由儲罐傾斜產(chǎn)生的高流速沖擊力。

3.5事故應(yīng)急預(yù)案

COMAH要求制定大型油庫應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)具有可操作性、約束力和執(zhí)行力，重點(diǎn)是預(yù)防儲罐泄漏措施、事故報(bào)告流程和事故初期處置方法，還應(yīng)包括與地區(qū)規(guī)劃、消防、警察部門協(xié)調(diào)消防聯(lián)動事宜和處理環(huán)境污染等問題。COMAH要求有針對性地進(jìn)行員工專項(xiàng)培訓(xùn)，例如消防泵和應(yīng)急開關(guān)的操作。此外，建議通過簽訂互助協(xié)議的方式，借助外部消防力量的方式，例如邀請政府部門參與應(yīng)急預(yù)案演練等。

3.6油庫風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

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(xiǎn)控制條例》(COMAH)，專門用于監(jiān)管類似邦斯菲爾德油庫的重大危險(xiǎn)源，預(yù)防和減輕燃油、液化石油氣和炸藥等危險(xiǎn)物質(zhì)的重大事故。COMAH要求繪制風(fēng)險(xiǎn)等級等高線圖進(jìn)行油庫風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，劃分為COMAH場所、內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)代表不同的風(fēng)險(xiǎn)等級或傷害程度，內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級概率為10cpm、1cpm、0.3cpm(cpm為每百萬分之一概率)，見圖5。COMAH外區(qū)邊緣的“協(xié)商距離”由油庫運(yùn)行商與政府部門確定，“協(xié)商距離”表示在重大事故危險(xiǎn)源附近允許經(jīng)濟(jì)規(guī)劃區(qū)域的安全距離，如不滿足“協(xié)商距離”，應(yīng)根據(jù)COMAH確定風(fēng)險(xiǎn)等級限制該區(qū)域開發(fā)程度、人口密度、建筑設(shè)施類型等。

圖5 油庫風(fēng)險(xiǎn)等級等高線圖

3.7 油庫周邊區(qū)域規(guī)劃

英國邦斯菲爾德事故建議書認(rèn)為大型油庫作為重大危險(xiǎn)源，油庫周邊區(qū)域規(guī)劃應(yīng)納入社會公共風(fēng)險(xiǎn)管理，油庫安全管理應(yīng)與周圍區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，建議以下措施：

(1)定期發(fā)布油庫區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)告；

(2)油庫新建和改造工程施工時(shí)發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)警示或通告；

(3)協(xié)助政府環(huán)保部門針對油庫周圍區(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)；

(4)針對高后果區(qū)等特殊地段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級。

3.8 重大危險(xiǎn)源國家監(jiān)管機(jī)制

英國政府專門設(shè)立國民緊急事務(wù)秘書處，將大型油庫風(fēng)險(xiǎn)控制列入全國性重大事故應(yīng)急預(yù)案管轄。針對油庫重大火災(zāi)爆炸事故，建立國家級層面的消防互助機(jī)制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)生事故狀態(tài)下通信、公眾保障(食品、飲用水、臨時(shí)住宿等)、社會秩序恢復(fù)等事宜，例如要求大型油庫與國家消防和救援部門簽訂《火災(zāi)互助協(xié)議》等。

3.9 油氣蒸氣云爆炸機(jī)理

英國邦斯菲爾德油庫事故是油氣蒸氣云爆炸，產(chǎn)生了極高的壓力。現(xiàn)有爆炸模型例如TNT法無法預(yù)測油氣蒸氣云爆炸的沖擊破壞程度，TNT法不能表征燃油反應(yīng)差異以及堵塞、約束對火焰速度的影響，同時(shí)TNT模型的量級和持續(xù)時(shí)間與油氣蒸氣云爆炸存在很大差異。油氣蒸氣云爆炸具有不可預(yù)見性，其原理尚不清楚，初步認(rèn)識是爆炸性氣體在儲罐有限空間內(nèi)被引燃，有限空間限制了氣體膨脹，壓力劇增，導(dǎo)致爆炸。研究表明，在空間受限的管道中丁烷-空氣最高紊流火焰速度約1 200 m/s，壓力達(dá)到1.17 MPa、溫度達(dá)到551.85 ℃，足以引發(fā)管道中的爆震問題[10]。

4 結(jié)語

總結(jié)英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告和建議書，以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和整改措施具有通用性和普遍意義，建議國內(nèi)油庫借鑒參考：

(1)具有征地條件的已建油庫應(yīng)設(shè)置外圍溢油管道系統(tǒng)，防止事故狀態(tài)下油品流散至油庫外部造成環(huán)境污染問題；

(2)設(shè)計(jì)高SIL等級、獨(dú)立于儲罐附件設(shè)施、電視遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的儲罐液位報(bào)警系統(tǒng)；

(3)防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)考慮油品靜壓和泄漏狀態(tài)下的沖擊力，重視接縫處密封處理，防火堤容量應(yīng)為罐組內(nèi)最大儲罐容量的110 %；

(4)油庫周邊土地規(guī)劃納入社會公共風(fēng)險(xiǎn)管理，繪制風(fēng)險(xiǎn)等級等高線圖進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，參與地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展；

(5)油庫應(yīng)急預(yù)案應(yīng)具有可操作性、約束力和執(zhí)行力，重點(diǎn)是預(yù)防儲罐泄漏措施、事故報(bào)告流程和事故初期處置方法；

(6)針對油庫重大火災(zāi)爆炸事故，建立國家級層面的互助機(jī)制，統(tǒng)籌事故狀態(tài)下通信、公眾保障、社會秩序恢復(fù)等事宜。

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2017-01-09。

楊洪麗(1980-)，女，工程師，山東青島人，2008年碩士研究生畢業(yè)于江蘇工業(yè)學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè)，現(xiàn)主要從事煉廠、油庫及長輸管線等方面的工程設(shè)計(jì)及研究工作。