美国炼油行业消防标准对油库安全管理提升借鉴简析

辛真,杨晓泉,张静,段秋生,马伟平

美国炼油行业消防标准对油库安全管理提升借鉴简析

辛真1,杨晓泉2,张静2,段秋生3,马伟平4

(1. 海工英派尔工程有限公司，山东 青岛 266101；2. 中国石油天然气管道局 第四工程分公司，河北 廊坊 065000；3. 廊坊中油朗威工程项目管理有限公司，河北 廊坊 065000；4. 中国石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000)

针对中国石油战略储备和储罐大型化发展趋势，以美国石油协会标准API RP 2001—2012为前提，介绍了美国炼油厂消防安全本质设计方面的先进经验和推荐做法， 例如政府强制要求炼油行业工艺设计进行危害分析(PHA)，应用高强度、移动式泡沫灭火设备扑救储罐全面积火灾，高等级的消防水供给系统，建筑物风险管理程序，高等级储罐防火堤设计，基于职责模块化的应急指挥体系(ICS)等。通过借鉴该标准的技术先进性，对于提高中国油库安全等级和可靠性具有重要意义。

油库 消防 标准 安全

随着中国原油战略储备实施和储罐大型化发展趋势，最大浮顶储罐容积已达1.5×105m3，大型油库管理难度和安全风险增加。近年来已开展国外储罐设计和运行管理标准相关研究，文献[1]基于国内外典型储罐事故经验教训提出了储罐标准改进建议；文献[2]研究了美国和俄罗斯储罐建设标准的先进性，例如储罐安全距离、防火堤有效容积、浮顶罐浮盘状态监视、储罐防渗设计等；文献[3]研究了俄罗斯储罐运行技术标准的先进性，例如储罐安全标识和工艺卡片、储罐低温取样安全操作等；文献[4]研究了澳大利亚储罐运行管理标准的先进性，例如储罐日常巡检制度、储罐盘梯和罐基础检测等。通过开展国内外标准差异分析，研究借鉴国外标准的先进经验，对于提升中国石油行业标准技术水平具有重要意义。

本文介绍了美国炼油行业消防标准API RP 2001—2012在炼油厂消防安全本质设计方面的先进经验和推荐做法，结合国内油库消防标准技术现状，研究了该标准与国内消防标准的重要技术性差异，对于提高中国油库安全等级和可靠性具有借鉴意义。

1 美国炼油行业消防标准简介

美国石油协会API(american petroleum institute)炼油行业标准具有较强的权威性、通用性和技术先进性[5]。例如文献[6]针对管道运行操作人员健康管理国内标准缺失的问题，介绍了API RP 755—2010《炼油和石油化工人员疲劳风险管理体系》，规定了12 h，10 h 和8 h轮班制在正常工况、运行停止和轮班延长条件下的极限工作时间和极限休息时间，提出了采标建议。

第9版的API RP 2001—2012《炼油厂消防规程》。该标准目的是促进炼油厂安全地储存、处理和加工石油及石油产品，主要内容是炼油厂火灾的物理、化学特性，炼油厂设计对火灾概率和后果的影响，炼油厂典型消防和灭火系统，炼油厂应急反应组织和培训等。

2 油库危害分析方法

美国联邦法规要求炼油企业实施工艺危害管理程序，例如美国职业安全与健康管理局OSHA (occupational safety and health administration)制定的《高危化学品工艺安全管理程序》以及美国环境保护署EPA制定的《风险管理程序》。

新建或改建炼油厂工程中的工艺设计、选址、布局、设备选型和建筑设计应进行危害分析PHA(preliminary hazard analysis)，PHA包括工艺设备发生火灾、反应和爆炸的可能性与后果。常用的PHA方法有危险与可操作性分析HAZOP(hazard and operability analysis)、失效模式和后果分析FMEA(failure mode and effects analysis)及故障树分析(fault tree analysis)。火灾危害分析FHA(fire hazard analysis)是确定设备保护等级的方法，也是评估特定场所火灾危险程度和火灾事故后果的方法，FHA分类记录危险品和计算火灾规模，确定火灾对人员、设备、公众和环境的影响。

针对炼油厂危害分析在联邦政府行政法规方面进行了强制性规定，HAZOP在国内油气站场风险评价中还处于初步应用阶段，例如Q/SY 1364—2011《危险与可操作性分析技术指南》，在HAZOP过程中，工艺、设备、仪表、电气、HSE等专业分析人员资质认证，设备设计材料整理和分析报告编制，评审的规范性方面，各企业做法不尽一致，还有待进一步改进和规范。

3 储罐全面积火灾预防和控制

API RP 2001—2012指出石油产品在加工、处理和储存过程中的危害性主要是其挥发特性，炼油厂消防重点是防止易燃油品泄漏、溢流。炼油厂烃类物质储存中产生的特殊危害情形，包括沸溢、溢流、突沸和沸腾液体膨胀蒸气爆炸。消防设计和应急反应方案中应识别和应对这类危害。

原油浮顶罐若发生全面积火灾，易导致发生沸溢问题。API RP 2001—2012规定针对原油储罐全面积火灾，采用固定式泡沫灭火系统，泡沫混合液供给强度是4 L/(min·m2)，持续供给时间是55 min；采用泡沫炮，泡沫混合液供给强度是6.5 L/(min·m2)，持续供给时间是65 min。考虑泡沫液损失量，泡沫炮实际泡沫供给强度往往需提高至 10 L/(min·m2)以上。国外有应用移动式大流量泡沫炮成功扑救大型储罐全面积火灾的案例[7]，例如美国成功扑救直径60.96 m的油罐火灾，使用巨型泡沫炮，射程152 m，流量250 L/s；沙特阿莫科公司扑救直径60～100 m浮顶罐火灾，使用流量260～930 L/s消防炮。

国内大型储罐的固定式消防系统比较完善，大功率移动式消防设备配置较少，固定式消防系统设计基础是扑救密封圈火灾，扑救大型储罐全面积火灾的有待验证，建议GB 50074—2014《石油库设计规范》提高固定式消防系统设计等级，借鉴国外标准配备大功率移动式消防设备，用以扑救储罐全面积火灾。

4 消防系统设计等级

针对消防系统设计等级，国内油库和石油化工企业均执行相同设计等级，即GB 50074—2014《石油库设计规范》和GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》是相同的。

4.1 消防水供给强度

针对消防水供给时间，GB 50074—2014和GB 50160—2008均规定火灾时延续供给时间不少于3 h，API RP 2001—2012规定消防水罐供给时间应满足4～6 h，美国标准要求更高。针对消防水供给强度，储罐固定式冷却系统对于浮顶罐和固定顶储罐分别为2.00 L/(min·m2)和2.54 L/(min·m2)。API RP 2001—2012按照炼油厂场所类型危险程度规定了相应的消防水供给强度，远高于国内标准，见表1所列。

表1 美国炼油厂消防水供给强度

大连7.16 油库火灾事故[8]，在对着火储罐进行灭火的同时对临近受到威胁的6 座储罐及输油管道进行冷却，灭火用时15 h，使用泡沫1 300 t，用水约6×104t，计算泡沫混合液供给强度为4.3 L/(min·m2)。该事故中泡沫液供给强度和供给时间均高于GB 50074—2014的规定，建议在条件允许的情况下，消防水池和泡沫罐的容积应适当增加，以增加泡沫液的供给强度和供给时间。

4.2 消防系统供电方式

随着油库规模不断扩大，提高消防系统供电可靠性具有重要意义。多次油库火灾事故初期并不严重，但由于电缆损坏导致消防系统供电中断，造成火势扩散[8]。GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》规定油库消防泵房供电宜满足一级负荷供电要求，但对于边远地区难以满足该规定。国外普遍使用柴油发电机启动消防泵，柴油储备量应满足消防泵运行不少于6 h，柴油机发电机操作维护方便，可保证火灾和失电情况下消防泵正常运行。API RP 2001—2012关于消防系统供电与此基本一致，即不推荐汽油发电机，维护成本高、可靠性低。消防泵动力设备推荐使用柴油发电机驱动，具有借鉴意义。

5 油库本质安全设计

API RP 2001—2012规定炼油厂消防设计基本原则是降低火灾发生的概率和减少火灾造成的损失。工艺设计应遵循“本质安全”原则，例如减少危险品库存可有效减少泄漏和爆炸事故，异常工况下压力和温度不允许超过设计工艺参数等。

5.1 选 址

API RP 2001—2012规定炼油厂选址应考虑暴风、洪水和地震等自然灾害的频率和严重性，与周围建筑物的安全距离以及设置缓冲区和未来扩建的可能性，与GB 50160—2008基本一致。此外，API RP 2001—2012规定应考虑水源便利性，与附近消防服务商协作开展消防系统演练和培训等，具有借鉴意义。

5.2 布 局

API RP 2001—2012规定炼油厂设备布局应利用隔离阀、消防道路、生产污水/雨水排放系统、防火堤等实现区域性隔离，防止火势蔓延。GB 50160—2008规定炼油厂根据功能分区进行集中布置，未规定区域性隔离理念。

API RP 2001—2012规定消防道路与工艺设备最小间距为7.5 m。而GB 50160—2008规定了消防道路宽度以及距离储罐的安全距离，此外在消防道路高出地面2.5 m、距离工艺设备15 m之内应设置矮墙等防护措施，未规定消防道路与工艺设备的安全距离。

针对火炬放空系统安全性，GB 50160—2008规定高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的安全辐射热强度计算确定，未给出具体数值。API RP 2001—2012规定火炬放空系统设计参考API Std 521—2014《泄压和减压系统指南》。火炬放空系统的高度，取决于火炬释放的热能对周围人员生命健康和设备安全性的影响。针对在火炬周围长期工作且没有保护措施情形下，有企业分析得出热辐射接触极限为1.58 kW/m2；美国环境保护署EPA针对重大危险源现场的风险管理程序RMP结果分析得出，40 s的热辐射极限为5 kW/m2；有文献指出在紧急情况下成功逃生的人员，5～15 s内接触的热辐射允许达到7.9 kW/m2。建议进一步研究确定火炬系统安全辐射强度的临界值。

5.3 建筑设计

针对油库建筑设计要求，GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》规定压缩机房操作平台任一点与安全出口的距离不大于25 m，此外该标准借鉴ASME B31.8—2014《输气和配气管道系统》关于输气站安全设计准则，主要采用不燃或不易燃材料。存在的问题是缺少质量控制和溯源程序。API RP 2001—2012规定应建立建筑材料的质量控制程序，自主材料鉴定程序是一种质量控制方法，可防止人为性使用有缺陷材料，及时发现材料失效原因，该程序主要用于假冒伪劣产品的认知和培训。

此外API炼油行业标准制定了炼油厂建筑物风险评价管理程序，例如API RP 752—2009《化工厂永久性建筑物风险管理》，国内没有相关标准，建议应研究其适用性和采标可行性。

5.4 机械设计和设备制造方法

API RP 2001—2012针对炼油厂单体机械设备设计方法，参照API，ISO以及美国机械工程师协会等技术先进、具有通用性的标准；针对工艺设备高温高压的特点，规定单体设备的基本技术条件作为补充，从而实现机械设备设计的本质安全。

1) 压力容器。炼油厂典型压力容器包括反应器、柱状罐体、交换器和锅炉等。承压能力不小于0.1MPa(表压)的容器的设计和制造，参考ASME《锅炉和压力容器规范》第8部分： 非燃烧式压力容器。

2) 截流阀、隔离阀和安全阀。工艺容器盛装大量易燃液体，应在容器入口前管道上安装截流阀，阻止设备火灾状态下油品继续流动。工艺管网和设备之间应安装隔离阀，用于发生火灾状态下隔离设备，考虑火灾状态下阀门操作便利性和可接近性，推荐使用远程控制截断阀，也称为应急隔离阀。

文献[9]研究了国内外标准关于安全阀设定压力的差异，ASME B31.8—2014规定管道系统中任何一点的瞬变压力不超过管道最大允许操作压力的1.1倍。GB 50251—2003规定安全阀的设定压力值为管道最大允许操作压力的1.05～1.10倍。

3) 油气工艺管网。油气管道参考ASME B31.3—2014《工艺管道》，根据流体类型、温度、压力和流态，确定油气管网适用的管材、垫圈、法兰和壁厚等级。

4) 泵和压缩机。泵和压缩机参考API Std 610—2010《石油、石化和天然气工业离心泵》、API Std 617—2014《石油、化学和天然气工业轴、离心式压缩机和膨胀机-压缩机》和API Std 618—2007《石油化工和天然气工业往复式压缩机》。

5) 燃烧式设备。燃烧式加热器和锅炉设计参考API Std 560—2007《炼油厂燃烧式加热器》。

6) 储罐。储罐设计、施工和无损检测参考API Std 620—2013《大型焊接低压储罐的设计与施工》和API Std 650—2013《焊接石油储罐》，储罐操作运行管理要求参考API Std 2610—2005《运转油库和储罐设计、施工、操作、维护和检验》。储罐防火堤参考NFPA 30—2012《可燃和易燃液体规范》。

7) 储罐防火堤。近年来储罐泄漏、火灾爆炸事故频发，表明国内储罐防火堤设计标准需要改进提高。GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》和GB 50351—2005 《储罐区防火堤设计规范》规定固定顶储罐防火堤的有效容积不应小于油罐组内最大油罐的容积；对于浮顶罐或内浮顶罐，防火堤有效容积不应小于油罐组内最大油罐容积的50%。国外标准防火堤容积不区分固定顶储罐和浮顶罐，例如API Std 2610—2005 规定防火堤容积应为防火堤内最大储罐容积，并考虑消防水和降雨余量；API RP 2001—2012设计理念与API Std 2610—2005基本一致，即储罐防火堤有效容积不应小于防火堤内部最大储罐的容量，并考虑消防用水的最大流量、雨水容量和溢油余量，防火堤高度最低应为1.8 m。此外防火堤强度应考虑储罐沸溢或溢流情况下油品对防火堤的冲击作用。

建议国内标准修订为固定顶和浮顶罐的防火堤容积均不小于罐组内最大储罐的公称容积，并能储存进入系统的雨水及消防水量；对于新建储罐工程，严格按照API标准建设防火堤容积，对于已建储罐防火堤容量不足的情形，考虑设置事故应急池，制定储罐泄漏应急预案等。

8) 储罐隔堤。储罐发生油品泄漏时，隔堤可减少油品污染范围，或者对着火区域有效隔离，减少事故损失。GB 50351—2005 规定储罐容量超过 2×104m3，隔堤内储罐不应多于 2 座；储罐容量小于 2×104m3，隔堤内可设置 4 座或者 6 座储罐。国内标准的问题是隔堤内可设置多个储罐，如发生储罐泄漏或者流淌火灾，可能威胁堤内其他储罐。NFPA 30—2012 规定每个防火堤内如有2个或者2个以上储罐，应设置排流通道或者中间防火堤进行隔离。API RP 2001—2012设计理念与NFPA 30—2012基本一致，防火堤内如包围多个储罐，可以用中间防火堤进行储罐分隔分组，实现对单个储罐保护，避免某储罐着火对相邻储罐的影响。

6 消防演练

国内油库建立了火灾爆炸事故应急预案，例如Q/SY GD 1053—2014《输油气站库固定消防系统手册》规定油库消防系统应急演练每年进行1次，重点是消防设施的完好性、灭火救援的有效性和人员疏散的规范性。但国内油库实际情况甚至低于该频率，或者以桌面演练、口头演练等其他方式替代，主要原因是油库消防系统演练涉及的泡沫液、冷却水费用较高[10]。此外，应急预案分工职责界限不清晰，相互协调性差，导致实际发生事故时应急指挥不能有效发挥效果。

API RP 2001—2012规定炼油厂应建立火灾、危险品泄漏、人员伤亡事故、地震和洪水等紧急情况下的应急指挥体系ICS(incident command system)，ICS是基于操作人员、企业消防队、救援互助机构和应急反应设备的职责模块化的管理机构，保证ICS发挥有效作用。ICS纳入美国联邦政府的国家安全事故管理体系NIMS(national incident management system)，可提供ICS免费培训教程。

7 结 论

API RP 2001—2012的技术先进性主要表现在以下几个方面，建议国内标准参考借鉴：

1) 美国联邦政府强制要求炼油行业的工艺设计、选址、布局、设备选型和建筑设计进行危害分析(PHA)。

2) 应用移动式、高强度泡沫灭火设备应对扑救储罐全面积火灾。

3) 相对油气站场、大型油库，炼油厂应配备更高等级的消防水供给时间和供给强度。

4) 炼油厂选址、布局和建筑设计基于本质安全设计原则，例如消防水源便利性、火炬系统安全辐射强度、建筑材料质量控制程序、建筑物风险管理程序等。

5) 机械设计和设备制造参考国际通用性标准，并制定设备安全基本原则。

6) 储罐防火堤设计标准要求相对国内标准更高，利用隔堤实现对单个储罐的防护。

7) 基于操作人员、企业消防队、救援互助机构和应急反应设备的职责模块化，建立紧急工况下的应急指挥体系。

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Analysis on Reference of American Refinery Industry Fire-fighting Standards for Oil Depot Safety Management Improvement

Xin Zhen1,Yang Xiaoquan2,Zhang Jing2, Duan Qiusheng3, Ma Weiping4

(1. Cooec-Enpal Engineering Co. Ltd.,Qingdao, 266101, China; 2. China Petroleum Pipeline NO.4 Construction Company,Langfang,065000, China; 3. Langfang China Petroleum LONGWAY Engineering Project Management Co. Ltd., Langfang,065000, China; 4. PetroChina Pipeline R&D Center, Langfang, 065000, China)

s: Based on China oil strategy reserves and development trends of large-scale tank, advanced experience and recommended practice of American refinery intrinsic safe design are introduced with API RP2001—2012 as premise, such as federal government mandatory requirement of process hazard analysis(PHA) in refinery process design, application of high strength mobile foam equipment for full-scale tank fire-fighting, high grade fire-fighting water supply system, building safe management procedure, high grade tank dike design and incident command system (ICS) based on modularized responsibility. By referring to standards technology advancement, it is of an important significance for improving China oil depot safety level and fire-fighting system reliability.

oil depot; fire-fighting; standards; safety

辛真(1980—)，女，山东德州人， 2004年毕业于中国石油大学(华东)油气储运工程专业，现主要从事石油化工及油气储运工程设计工作，任工程师。

TE 687

A

1007-7324(2017)02-0001-05

稿件收到日期： 2016-09-09，修改稿收到日期： 2016-12-17。