大型儲(chǔ)罐事故原因分析及預(yù)防措施

大型儲(chǔ)罐事故原因分析及預(yù)防措施

儲(chǔ)水池是主要的石油、中間產(chǎn)品和成品儲(chǔ)存或備用設(shè)備。習(xí)慣上將容積超過1萬m3的儲(chǔ)罐稱為大型儲(chǔ)罐【1】。隨著石油、化工行業(yè)的發(fā)展,石油作為重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源,油氣場站的罐組總?cè)萘恳约皢蝹€(gè)罐的容量越來越大。據(jù)悉,目前世界上最大的原油儲(chǔ)備庫總?cè)萘窟_(dá)4630萬桶(約合736萬m3,美國俄克拉荷馬州Cushing油庫);單個(gè)儲(chǔ)油罐容量為24萬m3。目前國內(nèi)最大的石油庫總?cè)萘恳堰_(dá)500萬m3,單罐容量也已經(jīng)達(dá)到15萬m3。規(guī)模逐漸增大,石化工業(yè)的火災(zāi)和爆炸事故也頻頻發(fā)生。煉油化工廠或儲(chǔ)罐區(qū)的特大、重大火災(zāi)及爆炸和泄漏等事故引起了大家的重視,如何避免災(zāi)難事故的發(fā)生、如何降低高危行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn),引發(fā)了行業(yè)內(nèi)外人們的反思。本文針對導(dǎo)致大型儲(chǔ)罐常見的火災(zāi)爆炸事故的因素及其規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)的分析,并提出相應(yīng)的控制措施。1儲(chǔ)罐災(zāi)害類型20世紀(jì)60年代以來石化行業(yè)發(fā)生的90例大型儲(chǔ)罐事故,按事故類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(見圖1),發(fā)現(xiàn)發(fā)生次數(shù)最多的是火災(zāi)爆炸(64例,占71%)。此外,根據(jù)JamesI.Chang等【2】對1960～2003年近40年發(fā)生的242起儲(chǔ)罐事故的統(tǒng)計(jì),發(fā)生次數(shù)最多的事故是火災(zāi)(145例),其次是爆炸(61例),火災(zāi)與爆炸合計(jì)占事故案例的85%。顯然,火災(zāi)爆炸是大型儲(chǔ)罐最多發(fā)的類型?；馂?zāi)與爆炸雖是兩個(gè)不同概念,但對于罐區(qū)而言,二者往往相互伴隨發(fā)生,聯(lián)系緊密?；馂?zāi)爆炸事故不僅會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞,還會(huì)造成人們的恐懼心理【3】。2引發(fā)大型儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的原因分析儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的油品具有易燃、易爆、易揮發(fā)、易積聚靜電等特性,因此其本身就是高風(fēng)險(xiǎn)源。圖2是對引發(fā)大型儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的64例案例進(jìn)行的原因統(tǒng)計(jì)分析。從圖2可以看出,引發(fā)大型儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的因素主要有違章作業(yè)、雷擊及靜電、設(shè)備失效、地震、硫化亞鐵自燃等。本文主要針對這幾個(gè)因素,并結(jié)合事故案例進(jìn)行分析,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并提出相應(yīng)的防范措施。2.1原油罐發(fā)生事故違章作業(yè)是油品儲(chǔ)罐發(fā)生事故的主要原因之一。從圖2可以看出,大型儲(chǔ)罐因違章作業(yè)引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故次數(shù)最多,共27例,占42%。近年來,因違章作業(yè)造成嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故屢見不鮮。2006年6月,某煉油廠原油輸轉(zhuǎn)車間一座3萬m3外浮頂原油罐在進(jìn)行清罐作業(yè)期間發(fā)生爆炸,造成5人死亡。事故是由于罐內(nèi)含有烴類可燃物,且局部達(dá)到爆炸極限,施工單位在維修臨時(shí)照明設(shè)施時(shí)產(chǎn)生電火花,引起油氣閃爆。事故暴露出的主要問題如下:1)未對罐內(nèi)可燃物進(jìn)行連續(xù)分析、監(jiān)測;2)閥門內(nèi)漏導(dǎo)致隔離措施失效;3)安全生產(chǎn)責(zé)任制不落實(shí),作業(yè)票存在代簽現(xiàn)象;4)施工人員使用了非防爆臨時(shí)照明和非防爆工具,車間安全監(jiān)督員未制止;5)承包商擅自轉(zhuǎn)包,委托過程中忽視了具體安全管理;6)現(xiàn)場作業(yè)人員中有8人為臨時(shí)雇用人員且沒有進(jìn)行安全教育,安全意識淡薄。2.2健全儲(chǔ)罐作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)防控從以上原因可以看出,人為因素是造成事故的主要原因,因此,建議采取如下防范措施:1)積極實(shí)施HSE管理體系,提高安全管理水平;2)對儲(chǔ)罐作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別,識別出危險(xiǎn)源并制定有效防范措施;3)制定并完善事故應(yīng)急預(yù)案,一旦出現(xiàn)異?；蚴鹿?能防止事態(tài)擴(kuò)大;4)加強(qiáng)對作業(yè)承包商的監(jiān)管力度,嚴(yán)格審查承包商資質(zhì);5)執(zhí)行作業(yè)許可制度,未達(dá)到安全條件不得作業(yè);6)對職工加強(qiáng)技能培訓(xùn)和安全教育,提高業(yè)務(wù)水平和安全意識。2.3儲(chǔ)罐防雷接地由圖2可知,雷電及靜電引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故達(dá)21例,占33%,造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是1989年8月12日,山東黃島油庫因雷擊造成5號混凝土油罐爆炸起火,大火前后共燃燒104h,4號、5號兩座半地下混凝土石壁油罐和1～3號3座拱頂金屬油罐燒塌,燒掉原油4萬m3,占地250畝的老罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)的設(shè)施全部被燒毀,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3540萬元。在滅火搶險(xiǎn)中,10輛消防車被燒毀,19人犧牲,100多人受傷。2006,2007年國內(nèi)外先后發(fā)生多起大型儲(chǔ)罐雷擊起火事故,例如,2006年8月7日儀征輸油站G-16號15萬m3儲(chǔ)油罐因雷擊起火事故;2006年6月12日,美國俄克拉荷馬州Glenpool油庫一座燃油373號儲(chǔ)罐,剛剛注入近500萬加侖汽油僅11min后被閃電擊中并引發(fā)大火,并且早在2003年4月,該油庫一座內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐就曾因靜電火花引燃儲(chǔ)罐內(nèi)油氣混合物導(dǎo)致爆炸【4】;2007年5,6月份,鎮(zhèn)海國家儲(chǔ)備油庫G-47號10萬m3原油儲(chǔ)罐先后兩次遭雷擊起火;2007年7月白沙灣輸油站G-3號10×104m3儲(chǔ)油罐雷擊起火事故等。因此做好油品儲(chǔ)罐防雷接地是預(yù)防事故發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。依據(jù)GB15599—2009《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》、GB50074—2002《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》、等規(guī)范要求,金屬油罐必須作環(huán)形防雷接地,其接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處,其間弧形距離不應(yīng)大于30m。浮頂油罐或內(nèi)浮頂油罐不應(yīng)裝設(shè)避雷針,但應(yīng)將浮頂與罐體用兩根導(dǎo)線做電氣連接。浮頂油罐連接導(dǎo)線應(yīng)選用橫截面不小于25mm2的軟銅復(fù)絞線。對于內(nèi)浮頂油罐,鋼質(zhì)浮盤油罐連接導(dǎo)線應(yīng)選用橫截面不小于16mm2的軟銅復(fù)絞線;鋁質(zhì)浮盤油罐連接導(dǎo)線應(yīng)選用直徑不小于1.8mm的不銹鋼鋼絲繩等。除了滿足以上規(guī)范要求外,從幾起事故現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn),油品儲(chǔ)罐著火點(diǎn)的位置都在儲(chǔ)罐外浮頂?shù)拿芊馊μ?密封都采用了機(jī)械密封。文獻(xiàn)【5】建議外浮頂油罐的一次密封形式用軟密封結(jié)構(gòu)代替機(jī)械密封,減少可燃?xì)怏w揮發(fā)量。2.4罐體腐蝕引發(fā)火災(zāi)年段事件大型儲(chǔ)罐及其附件(液位計(jì)、溫度壓力儀表、閥門等)因腐蝕或其他原因?qū)е碌氖斐捎蜌庑孤?遇明火極易引發(fā)火災(zāi)爆炸。盡管因設(shè)備失效引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故次數(shù)較少(4起,占6%),且均為儲(chǔ)罐附件的失效造成的,但后果依然嚴(yán)重。2005年12月11日凌晨,當(dāng)英國北赫特福德郡班斯費(fèi)爾德油庫在向912罐內(nèi)輸送無鉛汽油時(shí),一個(gè)高級自動(dòng)安全開關(guān)因失效而未發(fā)出液位警報(bào),導(dǎo)致汽油從油罐頂部通氣孔溢出并與空氣快速混合,形成厚達(dá)2m的爆炸性氣體,并向四處擴(kuò)散,遇明火后連續(xù)發(fā)生多次爆炸。大火持續(xù)了60h,燒毀大型儲(chǔ)罐20余座,造成36人受傷,其中4人重傷,無人員死亡,直接經(jīng)濟(jì)損失2.5億英鎊(約合35億人民幣)。據(jù)悉,這次油庫爆炸威力相當(dāng)于一個(gè)里氏2.4級地震的強(qiáng)度,是歐洲迄今為止最大的一次工業(yè)火災(zāi)爆炸事故,給油庫周圍環(huán)境、商業(yè)和居民生活造成了極大的影響【6-7】。2009年10月23日,位于波多黎各東北部城市巴亞蒙的加勒比石油公司一座煉油廠及油庫發(fā)生爆炸,最初的爆炸及大火損壞了11座儲(chǔ)罐,但很快就波及到附近的其他儲(chǔ)罐。爆炸強(qiáng)度相當(dāng)于1次里氏2.8級地震,大火直到25日才被撲滅,未造成人員死亡,但3人受傷,350多名居民撤離。調(diào)查發(fā)現(xiàn),事故起因是一座燃料油儲(chǔ)罐的液面指示器故障,使得工人未能在可燃蒸汽被引燃前發(fā)現(xiàn)溢油。對于上述兩起因附件失效造成的事故,暴露出的突出問題,以及防范此類事故的措施或建議如圖3所示。目前,尚未收集到因罐體腐蝕引發(fā)火災(zāi)爆炸的案例,但罐體腐蝕往往造成油品泄漏,埋下火災(zāi)爆炸的隱患,應(yīng)引起足夠的重視。大型儲(chǔ)罐的腐蝕問題重點(diǎn)應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面:1)罐壁鋼板的應(yīng)力腐蝕開裂大型儲(chǔ)罐是消耗鋼材較多的設(shè)備,僅罐壁的重量就占總重的50%～60%。為達(dá)到節(jié)約投資目的,對罐壁鋼板最大厚度的限制,開發(fā)和使用高強(qiáng)度鋼,就成為發(fā)展大型儲(chǔ)罐的幾乎唯一途徑【1】。而高強(qiáng)度鋼對應(yīng)力腐蝕開裂非常敏感,故應(yīng)加以防范。2)罐底板的腐蝕大型儲(chǔ)罐底板的腐蝕以內(nèi)側(cè)腐蝕最為常見,這是由于儲(chǔ)存的原油劣質(zhì)化,腐蝕介質(zhì)含量較高,加之罐底滯留沉積水,容易引起電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。2005年比利時(shí)一家煉油廠一座原油儲(chǔ)罐,因罐底板內(nèi)側(cè)腐蝕造成存儲(chǔ)的3.7萬m3原油15分鐘內(nèi)泄漏一空。底板外側(cè)腐蝕也是水分存在條件下產(chǎn)生的,從底板外周邊浸入的雨水以及由于毛細(xì)管現(xiàn)象浸入罐基礎(chǔ)的地下水形成了罐底板外側(cè)的腐蝕環(huán)境。油罐建造在沿海地區(qū)或地下水位較高的地方,非常容易發(fā)生底部外側(cè)腐蝕。目前,防止罐底板腐蝕的有效方法是:對底板內(nèi)側(cè)采用涂層和犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)方式【8】,外側(cè)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)【9】。如果能在造罐時(shí)就采用陰極保護(hù)技術(shù),則效果更好。2.5自動(dòng)關(guān)閉與地震應(yīng)急地震對原油儲(chǔ)罐造成的損壞較為復(fù)雜,涉及地震運(yùn)動(dòng)、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)、地面情況、罐內(nèi)介質(zhì)的物理性質(zhì)等因素的交互作用【2】。幸運(yùn)的是,過去只有5次地震造成了災(zāi)難性的油品泄漏(1次)和火災(zāi)爆炸(4次)。在這4次火災(zāi)爆炸事故中,有3次發(fā)生在日本,1次在土耳其。發(fā)生在2011年3月11日的日本9.0級大地震和隨之而來的海嘯,產(chǎn)生的后果之一是日本的煉油能力受損,日本目前29座煉油廠中9座受到不同程度的損壞,至少7家煉油廠在感應(yīng)到地震時(shí)自動(dòng)關(guān)閉,使得日本日加工原油的能力驟減1/4【10】。其中,位于千葉縣石原市COSMO石油公司的一家煉油廠儲(chǔ)油罐在地震中發(fā)生連環(huán)爆炸,并延燒至煉油廠區(qū),有3名工人受傷。直到10天后油罐內(nèi)的燃油和煤氣管道全部燒盡,大火才熄滅。這場大火給COSMO石油公司造成了巨大的損失,也導(dǎo)致整個(gè)關(guān)東地區(qū)和地震災(zāi)區(qū)供油的緊張。初步判斷,其原因可能是生產(chǎn)設(shè)施遭受地震的晃動(dòng),發(fā)生管道撕裂或斷裂,油氣物料泄漏與熱源接觸發(fā)生著火或爆炸;除地震、海嘯等外部因素外,現(xiàn)場操作人員在地震發(fā)生后,可能沒有及時(shí)關(guān)閉生產(chǎn)設(shè)施,就匆忙撤離,造成生產(chǎn)設(shè)施失控,而導(dǎo)致發(fā)生事故。從現(xiàn)場情況看,這兩方面因素都可能存在。日本是地震多發(fā)國家,煉油廠在歷次地震中屢受破壞,但也積累了十分豐富的抗震經(jīng)驗(yàn):1)制定、完善并適時(shí)修訂防震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;2)重視抗震防震科研設(shè)計(jì)工作;3)適當(dāng)控制煉油廠規(guī)模。不盲目追求規(guī)模效應(yīng),這樣就可做到一旦發(fā)生地震,一個(gè)或幾個(gè)廠停產(chǎn),對全局影響不大;4)提高煉油廠的自動(dòng)化水平。日本煉油廠的自動(dòng)化程度高,開工率高,工作人員少,一旦發(fā)生地震災(zāi)害,人員傷亡也就少;5)采用先進(jìn)的防震技術(shù)。安裝安全自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng);大量使用抗震接頭;積極控制設(shè)備的腐蝕。我國也是一個(gè)地震多發(fā)國家,要借鑒日本煉油工業(yè)防震抗震的經(jīng)驗(yàn),適時(shí)成立專門機(jī)構(gòu),加強(qiáng)煉油廠防震理念、防震技術(shù)的研究,加強(qiáng)國際間煉油廠防震標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)的交流,盡量做到防患于未然。2.6儲(chǔ)石腦油發(fā)火案見圖2我國大量進(jìn)口中東地區(qū)的高含硫原油,儲(chǔ)存這種原油使得儲(chǔ)罐的腐蝕普遍嚴(yán)重,引發(fā)了多起自燃爆炸事故【11】。例如,1999年6月30日,廣州石化儲(chǔ)運(yùn)部G1105號罐(儲(chǔ)存石腦油)在付油過程中,發(fā)生硫化亞鐵自燃事故。再如,2010年5月9日,上海高橋分公司一座重整原料罐(鋼制內(nèi)浮頂罐,儲(chǔ)存石腦油)在收油過程中發(fā)生閃爆,罐頂撕開并起火燃燒,總共出動(dòng)65臺消防車,3個(gè)多小時(shí)后才將火撲滅。對事故原因進(jìn)行分析得知,在煉油生產(chǎn)過程中,從原料到成品,都可能含有硫化物,在工藝條件下,硫化物對設(shè)備的直接腐蝕作用,可能形成硫化亞鐵。硫化亞鐵在較低溫度下,甚至能在常溫的空氣中自行發(fā)熱燃燒。在生產(chǎn)時(shí)若操作不當(dāng)或安全防護(hù)措施不到位,很容易發(fā)生硫化物自燃著火事故【5】。防止類似事故發(fā)生的主要控制措施如表1所示。3預(yù)防大型儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故的對策隨著儲(chǔ)罐容積的提高和油庫規(guī)模的擴(kuò)大,油庫大型儲(chǔ)罐面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)越來越大。首先,儲(chǔ)罐越造越大,油庫儲(chǔ)量和規(guī)模也隨之增大,油罐密集,一旦發(fā)生大面積火災(zāi),撲救難度增大;其次,一旦造成油品泄漏,對