文/高俊杰

石油石化行業(yè)業(yè)已成為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，油氣化工管道作為連接港口碼頭與后方罐區(qū)儲罐的能源大動脈，其安全可靠運(yùn)營對于保障港口安全生產(chǎn)、推進(jìn)平安港口建設(shè)顯得尤為重要。

1.儲罐失效風(fēng)險分析與管控措施

1.1 儲罐失效風(fēng)險分析。我國沿海地區(qū)港口大型罐區(qū)企業(yè)，其選址多由填海造陸而成。隨著罐區(qū)的投產(chǎn)運(yùn)營，儲罐進(jìn)油，罐基礎(chǔ)承重增加，不可避免的造成罐基礎(chǔ)的沉降。由于沿海地區(qū)獨(dú)特的季風(fēng)性氣候，由海及陸的風(fēng)向在港區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向，導(dǎo)致儲罐長期受單一方向風(fēng)力作用。地震、臺風(fēng)等災(zāi)害會產(chǎn)生更為嚴(yán)重的短時強(qiáng)作用力，在各種應(yīng)力的相互作用下，會不可避免地導(dǎo)致地基不均勻沉降、罐壁徑向不均勻變形和罐壁某方向傾斜。當(dāng)該類變形發(fā)生后，會加劇儲罐應(yīng)力集中的持續(xù)發(fā)生?？偨Y(jié)歷次立式儲罐應(yīng)力集中的特點(diǎn)，其危害形式主要有以下幾個方面：（1）儲罐壁板破損。鋼制油品儲罐外壁板局部屈服失穩(wěn)是儲罐常見的破壞形式，常出現(xiàn)底層罐壁板發(fā)生“象足式鼓曲”和“菱形鉆石型褶皺”?！跋笞闶焦那敝饕蓛薜讓庸薇诎彘L期受到軸向應(yīng)力作用，鋼板產(chǎn)生塑性變形而引起失穩(wěn)的事故。“象足式鼓曲”易導(dǎo)致儲罐底層罐壁板縱向焊縫以及大角焊縫開裂，導(dǎo)致儲罐內(nèi)油品大量泄漏。而“菱形鉆石型褶皺”則是由于儲罐罐壁板局部長期承壓，超過罐壁板的屈服應(yīng)力導(dǎo)致的，引起儲罐罐壁板“菱形鉆石型褶皺”破壞的因素多海風(fēng)。（2）浮盤損壞。浮盤破損主要發(fā)生在儲罐收發(fā)油過程中，收發(fā)油速度過快，管內(nèi)液面晃動過大，導(dǎo)致浮盤刮擦罐壁、導(dǎo)向柱，發(fā)油過程中浮盤卡堵則容易在液面與浮盤之間產(chǎn)生大量的氣相空間，遇火星易發(fā)生爆炸事故。（3）罐底板、大角焊縫破壞。沿海地區(qū)石油石化庫區(qū)多由填海造陸產(chǎn)生，儲罐投產(chǎn)進(jìn)油之后罐基礎(chǔ)避免的會發(fā)生一定的沉降。若罐底基礎(chǔ)受力不均、局部沉降位移過大，易引起儲罐傾斜，導(dǎo)致罐壁板承受過大的拉壓應(yīng)力，大角焊縫開裂，儲罐罐底板破損。（4）進(jìn)罐管道及其安全附件的破壞。這種破壞主要是由于儲罐不均勻沉降引起的儲罐傾斜導(dǎo)致的。

1.2 儲罐風(fēng)險管控措施。（1）針對儲罐罐壁屈服破壞的失效風(fēng)險。應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)儲罐的設(shè)計、施工、驗(yàn)收環(huán)節(jié)，罐壁板厚度、高度等重要參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并經(jīng)應(yīng)力計算后確定。儲罐在投入生產(chǎn)使用后，嚴(yán)格按照相關(guān)主管部門規(guī)定以及國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，落實(shí)儲罐的定期檢驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。（2）針對儲罐附件破壞的風(fēng)險。原油儲罐涉及的安全附件可能有安全閥、呼吸閥、氮封裝置、阻火器、液位計等均應(yīng)按照法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定定期進(jìn)行檢定，加強(qiáng)相關(guān)附件的日常檢查，建立檢驗(yàn)檢查臺賬。（3）針對浮盤卡堵、傾覆的風(fēng)險。經(jīng)營單位應(yīng)嚴(yán)格管控收發(fā)油過程，制定詳細(xì)的收發(fā)油作業(yè)指導(dǎo)書，細(xì)化收發(fā)油初始流速、最大流速、儲罐高高、高、低、低低液位報警值等參數(shù)。浮盤在低位（1.5-2.2米左右）升降時，收發(fā)油現(xiàn)場管理人員若聽到浮盤刮擦罐壁而產(chǎn)生異常聲響時，應(yīng)及時調(diào)整閥門開度，控制收發(fā)油流量，防止出現(xiàn)卡盤事故。（4）針對地基液化和基礎(chǔ)沖擊破壞的風(fēng)險。做好儲罐基礎(chǔ)的設(shè)計與施工以及儲罐投產(chǎn)運(yùn)營后的維保，對于保障儲罐的本質(zhì)安全至關(guān)重要。儲罐投用后，在嚴(yán)格按照國家相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做好儲罐定期沉降位移觀測的基礎(chǔ)上，應(yīng)對沉降位移觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析比對，對比分析儲罐高液位、低液位不同存量時沉降速率值、傾斜度，是否滿足要求規(guī)范的要求。

2.管道失效風(fēng)險分析與管控措施

2.1 管道失效風(fēng)險分析。對于沿海港區(qū)建設(shè)運(yùn)營的管道全生命周期內(nèi)面臨的安全風(fēng)險眾多，其中因港區(qū)土壤地基的不穩(wěn)定性引發(fā)管道的不均勻沉降，是管道面臨著局部區(qū)域應(yīng)力集中、失穩(wěn)斷裂失效的風(fēng)險。（1）港區(qū)內(nèi)管道在正常運(yùn)行過程中由于基礎(chǔ)的不均勻沉降、管道熱補(bǔ)償、應(yīng)力補(bǔ)償措施失效等易引發(fā)管道局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致管道發(fā)生塑性變形，一旦出現(xiàn)可檢測到的裂紋缺陷，其在運(yùn)行壓力作用下極易引發(fā)嚴(yán)重事故。目前行業(yè)內(nèi)尚無針對管道塑性變形后可以準(zhǔn)確評估管道剩余安全裕度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)行期間的可靠性進(jìn)行評估。（2）經(jīng)濟(jì)與安全的完成輸送任務(wù)一直以來都是港口企業(yè)、管道輸送企業(yè)追求的終極目標(biāo)。由于港口進(jìn)口油源的多樣性，原油粘度呈現(xiàn)較大差異，高凝點(diǎn)油品輸送溫度可高達(dá)60℃以上，然而部分低凝點(diǎn)油品常溫即可輸送，輸送管道常處于高低溫冷熱交替作用下運(yùn)行，由于材料的熱脹冷縮屬性，管道將長期處于周期性的熱脹冷縮的應(yīng)力作用。對于焊接質(zhì)量較差，或管道本身留有腐蝕缺陷等，在熱脹冷縮應(yīng)力作用下，缺陷存在逐漸擴(kuò)大的趨勢。另一方面，企業(yè)為保障管道不發(fā)生凝管事故，多采用高溫輸送工藝，輸送溫度遠(yuǎn)高于油品凝點(diǎn)，由于管道長期處于高溫負(fù)荷下運(yùn)行，管道本體鋼結(jié)構(gòu)易發(fā)生高溫蠕變，進(jìn)而引發(fā)疲勞損傷破壞，大大降低了管道使用壽命。（3）碼頭裝卸工藝系統(tǒng)為帶壓狀態(tài)下油品、液體化學(xué)品的輸送過程，由于輸送管線焊縫、管件連接處、裝卸臂/軟管接口等部位破損，會導(dǎo)致能量的意外泄漏，大量的可燃液體蒸氣揮發(fā)，在碼頭作業(yè)區(qū)域聚集形成蒸氣云，存在發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的危險。（4）當(dāng)管道輸運(yùn)原油、汽油以及危險化學(xué)品等甲B類易燃液體時，由于其閃點(diǎn)低，具有易燃、易爆和易蒸發(fā)特性，管道的輸送工藝火災(zāi)爆炸危險性較大。（5）當(dāng)油品、液體化學(xué)品在輸送作業(yè)過程中，由于油品、液體化學(xué)品的流動噴射、沖擊等緣故所產(chǎn)生的液面電位引起靜電放電，靜電火花所釋放的能量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道輸送介質(zhì)的最小點(diǎn)火能量，且當(dāng)可燃?xì)怏w濃度正處在爆炸極限范圍內(nèi)時，則會立即引起劇烈的火災(zāi)和爆炸。（6）碼頭裝卸作業(yè)初始階段，工藝管道不滿流，管道內(nèi)液面前端及管道低洼處易形成可燃?xì)怏w聚集空間，若初始流速過快，流體的流動沖刷會在管道內(nèi)積聚靜電，靜電火花所釋放的能量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道輸送介質(zhì)的最小點(diǎn)火能量，且當(dāng)可燃?xì)怏w濃度正處在爆炸極限范圍內(nèi)時，會立即引起爆炸。（7）當(dāng)管道輸送凝點(diǎn)相對較高的油品及化學(xué)品時，管道通常采用伴熱輸送工藝，若溫控設(shè)備故障、伴熱溫度低于輸送物料凝點(diǎn)時，易發(fā)生凝管事故；電伴熱控溫系統(tǒng)失常、伴熱溫度過高，伴熱管線將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時易引起工藝管道脹裂或坍塌。（8）工藝管道閥門突然打開與關(guān)閉，導(dǎo)致管內(nèi)原油流速、流向發(fā)生快速轉(zhuǎn)變，管內(nèi)油品動量急劇增大。當(dāng)管道發(fā)生事故、緊急切斷閥快速關(guān)閉的時候，易引起管道發(fā)生水擊事故，管道發(fā)生振蕩破壞，造成管道疲勞損傷。水擊容易引起管道系統(tǒng)附件如工藝閥門、儀表等差生較大的破壞，同時對管道的控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，嚴(yán)重的造成整個系統(tǒng)停運(yùn)。

2.2 管道失效風(fēng)險管控措施。（1）管道由蠕變到塑性變形為管道失效的前兆，因其肉眼不可見性，往往被管道的運(yùn)營者所忽視。管道的入土和出土點(diǎn)、彎頭處、泵出口處、與裝卸臂的連接處、管頂占壓處以及管內(nèi)存在內(nèi)腐蝕缺陷等位置通常為管道應(yīng)力集中風(fēng)險點(diǎn)，建議管道經(jīng)營單位結(jié)合已開展的管道完整性管理，重點(diǎn)對應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險識別，收集管道在應(yīng)力集中風(fēng)險點(diǎn)處的檢測數(shù)據(jù)，分析管道是否易發(fā)生裂縫等缺陷。同時，開展管道在線應(yīng)力檢測工作，實(shí)時獲取管道在線應(yīng)力分布，全面保障管道的本質(zhì)安全。（2）沿海港區(qū)原油外輸管道不可避免的會存在冷熱油交替輸送工藝，而埋地原油管道冷熱油交替輸送因其復(fù)雜的溫度場、流場以及溫度和時間效應(yīng)，管道應(yīng)力變化、缺陷生長亦十分復(fù)雜，現(xiàn)階段缺乏對該方面的研究。為保障管道的安全運(yùn)營，經(jīng)營單位需做好以下幾點(diǎn)工作：①輸送油品溫度嚴(yán)格限制在管道設(shè)計溫度范圍內(nèi)；②降低相鄰兩批次油品溫差；③定期開展管道內(nèi)檢測工作，分析管道缺陷生長情況；④原油含水率以及硫含量為產(chǎn)生管道腐蝕的關(guān)鍵因素，重點(diǎn)對含水率高、含硫量高的原油輸送管道腐蝕缺陷的檢測；⑤長輸管道存在安全經(jīng)濟(jì)輸送溫度，經(jīng)營單位可綜合評估管輸熱力能耗、動力能耗以及管道允許停輸時間，計算出合理的原油外輸溫度，避免管道長期高溫運(yùn)行對管道本體及保護(hù)層、防腐層的損害。（1）工藝管道輸送的油品、液體化學(xué)品或液化烴等易燃/可燃液體，流動過程中不可避免的會積聚靜電荷。而石油石化企業(yè)應(yīng)靜電導(dǎo)除補(bǔ)償引起的火災(zāi)爆炸事故層出不窮。對于港口油氣輸送管道靜電防護(hù)，本文依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提出以下幾方面內(nèi)容：①工藝管道、裝卸臂等重要工藝設(shè)備設(shè)施應(yīng)與碼頭就近的防雷接地體連接，用作防雷防靜電接地。②工藝管道之間的連接法蘭和閥門的連接處設(shè)置金屬跨接線。③與管道連接的裝卸臂或軟管應(yīng)裝設(shè)絕緣法蘭和不導(dǎo)電短管。④經(jīng)營單位應(yīng)制定詳細(xì)的碼頭、罐區(qū)裝卸作業(yè)指導(dǎo)書，嚴(yán)格控制裝卸作業(yè)管道初始流速、正常流速，根據(jù)《油氣化工碼頭設(shè)計防火規(guī)范》（JTS158-2019）的要求，工藝管道初始流速不應(yīng)大于1m/s，其中原油管道最大設(shè)計流速不應(yīng)大于4.5m/s，液化烴的液相管道設(shè)計流速不應(yīng)大于3.0m/s。⑤管道系統(tǒng)的所有金屬件，包括護(hù)套的金屬包覆層應(yīng)接地。管路兩端和每隔200m～300m處，應(yīng)進(jìn)行接地。當(dāng)平行管路相距10cm以內(nèi)時，每隔20m應(yīng)加跨接。當(dāng)管路交叉間距小于10cm時，應(yīng)相連接地。⑥管道泵、過濾器及緩沖器等應(yīng)進(jìn)行可靠接地。⑦輸送油品、液體化學(xué)品的管道應(yīng)避免混入空氣、水、灰塵等雜質(zhì)。

管道運(yùn)行能耗圖

3.小結(jié)。

港口油氣儲運(yùn)設(shè)施失效致因眾多，氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害以及人員誤操作，均會導(dǎo)致儲罐、管道等關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的失效。本文主要從對儲罐、工藝管道本質(zhì)安全角度出發(fā)，分析其生產(chǎn)運(yùn)營中可能存在的關(guān)鍵失效風(fēng)險點(diǎn)。本文重點(diǎn)提出的儲罐、管道因承受不均勻應(yīng)力作用下可能導(dǎo)致的失效及管控措施，希望引起企業(yè)關(guān)注。