国外某油库爆炸事故教训的思考

杨洪丽 王志斌 陈宏普 吴占明 马伟平

〔1海工英派尔工程有限公司 山东青岛 266101；2中石油燃料油有限责任公司宁波大榭仓储分公司 浙江宁波 315812；3中国石油管道公司丹东输油气分公司 辽宁丹东 118001；4青岛华油工程建设监理有限公司 山东青岛 266071；5中国石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

国外某油库爆炸事故教训的思考

杨洪丽1王志斌2陈宏普3吴占明4马伟平5

〔1海工英派尔工程有限公司 山东青岛 266101；2中石油燃料油有限责任公司宁波大榭仓储分公司 浙江宁波 315812；3中国石油管道公司丹东输油气分公司 辽宁丹东 118001；4青岛华油工程建设监理有限公司 山东青岛 266071；5中国石油管道研究中心 河北廊坊 065000〕

简要介绍了英国邦斯菲尔德油库爆炸事故经过，系统梳理了事故的教训和改进措施，包括油库的三级防控体系、储罐安全设计、油库选址、防火堤安全设计、事故应急预案、油库风险评价、油库周边区域规划、重大危险源国家监管机制以及油气蒸气云爆炸机理等，针对国内油罐安全管理提出了相关改进建议。

国外 石油库 储罐 爆炸 事故 教训 思考

鉴于我国石油战略储备和储罐大型化的发展，国内最大浮顶罐容积已达20×104m3[1]，大型石油储罐设计施工技术已处于国际先进水平，但近年来油库火灾爆炸事故仍有发生，例如中石油大连新港7.16储罐火灾爆炸事故，财产损失近2亿元，上万吨原油流入大海，造成严重环境污染问题[2]。根据国内外储罐事故统计[3-5]，主要因素依次为机械设备故障(液位计故障、过量充装导致溢油)、雷击、静电、人员误操作、电气短路火花和动火作业(明火)等。以往研究侧重于特定事故经过、分析事故原因和总结预防措施，而研究方法系统性有待改进，研究成果不能普遍推广到其他储罐工程，此外，还缺乏消防协调联动机制、公众警示疏散和储罐周边规划发展等内容，因此，不能从根本上避免储罐事故[6]。

1 英国邦斯菲尔德(Buncefield)油库事故简介

2005年英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故是欧洲最大的一次工业火灾爆炸事故[7]，经济损失和相关赔偿费用高达10亿英镑。该事故作为重大环境污染事故上报至欧盟，事故共烧毁23座储罐，造成43人受伤，油库附近300间房屋损坏，2 000多居民疏散，M1高速公路关闭。火灾持续燃烧5 d，释放的浓烟扩展到英国南部地区。火灾扑救使用了大量泡沫和冷却水，造成弗尔河(River Ver)污染(见图1)。

图1 英国邦斯菲尔德油库事故造成的环境污染

英国政府针对邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故的后续处置做法值得借鉴[8]。例如成立特定的重大事故委员会进行了周期为三年的调查研究，编制了8册调查报告和4册建议书，涵盖储罐安全设计、油库选址、防火堤安全设计、油库风险评价、事故应急预案、油库周边区域规划、重大危险源国家监管机制和油气蒸气云爆炸机理等诸多内容。此外还制定了油库整改措施的执行时间进度表，在100多个类似油库推广应用。英国政府开设了专门网站(网址http://www.buncefieldinvestigation.gov.uk/index.htm)，以实事求是和坦诚接受的态度接受全世界的批评和关注。

本文系统梳理了邦斯菲尔德油库事故调查报告和建议书中有代表性的经验教训和改进措施，包括《油库设计与运行》、《事故应急预案和响应》、《向规划机构提出的建议》和《检查健康安全局(HSE)与环境署在监管邦斯菲尔德燃油油库中的作用》等著作，这些研究成果对于提升我国油库安全管理工作具有指导意义。

2 英国邦斯菲尔德油库事故过程

2005年12月11日，英国邦斯菲尔德油库的912号储罐正在接收注入汽油作业，该储罐防止过量充装的计量系统发生故障，导致大量油品从罐顶溢出。油品流经边缘板，倾斜而下的液体形成小瀑布，被分散成小液滴(图2)。部分引流至罐壁板的油品，在加强圈撞击下，形成第二瀑布；油品下落至防火堤地面，形成第三次冲击(图3)。上述过程加剧了汽油中较轻化学成分的蒸发，例如丁烷、戊烷和丁己烷，形成了爆炸性蒸气云，并在整个油库范围内运动扩散，最终被潜在的点火源引燃发生剧烈爆炸。

图2 油品沿储罐边缘板倾泻

图3 爆炸性蒸气云形成过程示意图

3 邦斯菲尔德油库事故的经验教训

3.1 油库三级防控系统

英国邦斯菲尔德油库事故调研报告和建议书均提出了油库三级防控系统的理念，一级防控系统是储存油品的储罐和工艺管道设施；二级防控系统包括防止储罐过量充装的液位计及高位报警系统以及储存事故状态下从储罐和工艺管道中泄漏油品的防火堤(围堤)；三级防控系统指排水/污油系统、围墙、道路、路缘石等临时存放油品的设施，防止油品流散至油库以外区域或者渗入地下水造成环境污染。

3.2 储罐安全设计

英国邦斯菲尔德油库事故最重要的经验教训是建立完整、可靠的储罐液位报警系统，可通过完整性等级进行衡量。安全完整性等级(SIL)是根据失效概率衡量安全系统的可靠性，完整性等级分为四级，安全完整性等级越高，表示系统产生故障、不能正常运行的概率越低。储罐液位报警系统应具有较高的安全完整性等级，即具有独立性，能够及时关闭管道和阀门，防止储罐发生溢流。

储罐液位报警系统的设计应遵循欧盟标准BS EN 61511《第1部分：安全仪表系统的要求》，主要包括以下要求：

(1)储罐液位报警系统应独立于储罐计量系统、油库电视监控系统，且运行操作不依赖于储罐内部的设施；

(2)储罐液位报警系统应制定定期功能性试验计划；

(3)选用诊断能力增强型传感器，保证储罐液位报警系统的可靠性；

(4)储罐液位报警系统应具有对储罐充装作业的优先控制权限，可在不依靠油库控制室远程控制的条件下停止油品输送。

3.3 油库选址

英国邦斯菲尔德油库事故中污油排放系统损坏严重，大量消防用水和油品沿油库路面流散，部分污染物流散至油库外，造成污染物渗入地下水等环境污染问题。建议新建油库选址时，应考虑油库附近地表水分布，以及地质结构渗透性等问题，必要时在油库外部区域设计专用的流散液体通道，流向设置的事故应急池。

3.4 防火堤安全设计

建设高标准的防火堤对于提高储罐安全等级具有重要意义。英国邦斯菲尔德油库防火堤主要是混凝土堤结构。研究表明，混凝土在300℃时强度下降，500℃时强度降低50 %，800℃强度几乎全部丧失。储罐火灾可能形成1 000℃火焰，极易造成防火堤炸裂坍塌[9]。邦斯菲尔德油库在防火堤施工过程中混凝土预制块接缝处未作加强级密封处理，防火堤强度、完整性和密封性均存在一定缺陷，导致消防水和油品从防火堤破裂处流出，见图4。

图4 邦斯菲尔德事故损坏的防火堤

防火堤设计应满足以下要求：

(1)防火堤应能容纳最大储罐容量和灭火所需消防水量的余量，根据美国国家消防协会标准NFPA30—2012《可燃和易燃液体规范》，防火堤容量应为最大储罐容量的110 %；

(2)防火堤接缝处密封剂的结构强度应满足承受2 h燃烧时间；

(3)防火堤除承受液体静压力之外，还应考虑大量油品由储罐倾斜产生的高流速冲击力。

3.5事故应急预案

COMAH要求制定大型油库应急预案，应急预案应具有可操作性、约束力和执行力，重点是预防储罐泄漏措施、事故报告流程和事故初期处置方法，还应包括与地区规划、消防、警察部门协调消防联动事宜和处理环境污染等问题。COMAH要求有针对性地进行员工专项培训，例如消防泵和应急开关的操作。此外，建议通过签订互助协议的方式，借助外部消防力量的方式，例如邀请政府部门参与应急预案演练等。

3.6油库风险评价

鉴于邦斯菲尔德油库事故的重大影响，英国政府制定了《重大事故危险控制条例》(COMAH)，专门用于监管类似邦斯菲尔德油库的重大危险源，预防和减轻燃油、液化石油气和炸药等危险物质的重大事故。COMAH要求绘制风险等级等高线图进行油库风险评价，划分为COMAH场所、内区、中区和外区四个区域，每个区域内代表不同的风险等级或伤害程度，内区、中区和外区的风险等级概率为10cpm、1cpm、0.3cpm(cpm为每百万分之一概率)，见图5。COMAH外区边缘的“协商距离”由油库运行商与政府部门确定，“协商距离”表示在重大事故危险源附近允许经济规划区域的安全距离，如不满足“协商距离”，应根据COMAH确定风险等级限制该区域开发程度、人口密度、建筑设施类型等。

图5 油库风险等级等高线图

3.7 油库周边区域规划

英国邦斯菲尔德事故建议书认为大型油库作为重大危险源，油库周边区域规划应纳入社会公共风险管理，油库安全管理应与周围区域经济协调发展，建议以下措施：

(1)定期发布油库区域空气质量数据报告；

(2)油库新建和改造工程施工时发布风险警示或通告；

(3)协助政府环保部门针对油库周围区域进行生态恢复；

(4)针对高后果区等特殊地段进行风险评价，确定风险等级。

3.8 重大危险源国家监管机制

英国政府专门设立国民紧急事务秘书处，将大型油库风险控制列入全国性重大事故应急预案管辖。针对油库重大火灾爆炸事故，建立国家级层面的消防互助机制，统一协调发生事故状态下通信、公众保障(食品、饮用水、临时住宿等)、社会秩序恢复等事宜，例如要求大型油库与国家消防和救援部门签订《火灾互助协议》等。

3.9 油气蒸气云爆炸机理

英国邦斯菲尔德油库事故是油气蒸气云爆炸，产生了极高的压力。现有爆炸模型例如TNT法无法预测油气蒸气云爆炸的冲击破坏程度，TNT法不能表征燃油反应差异以及堵塞、约束对火焰速度的影响，同时TNT模型的量级和持续时间与油气蒸气云爆炸存在很大差异。油气蒸气云爆炸具有不可预见性，其原理尚不清楚，初步认识是爆炸性气体在储罐有限空间内被引燃，有限空间限制了气体膨胀，压力剧增，导致爆炸。研究表明，在空间受限的管道中丁烷-空气最高紊流火焰速度约1 200 m/s，压力达到1.17 MPa、温度达到551.85 ℃，足以引发管道中的爆震问题[10]。

4 结语

总结英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故调查报告和建议书，以下经验教训和整改措施具有通用性和普遍意义，建议国内油库借鉴参考：

(1)具有征地条件的已建油库应设置外围溢油管道系统，防止事故状态下油品流散至油库外部造成环境污染问题；

(2)设计高SIL等级、独立于储罐附件设施、电视远程监控系统的储罐液位报警系统；

(3)防火堤设计应考虑油品静压和泄漏状态下的冲击力，重视接缝处密封处理，防火堤容量应为罐组内最大储罐容量的110 %；

(4)油库周边土地规划纳入社会公共风险管理，绘制风险等级等高线图进行风险评价，参与地区经济协调发展；

(5)油库应急预案应具有可操作性、约束力和执行力，重点是预防储罐泄漏措施、事故报告流程和事故初期处置方法；

(6)针对油库重大火灾爆炸事故，建立国家级层面的互助机制，统筹事故状态下通信、公众保障、社会秩序恢复等事宜。

[1] 陈雪梅，宋义伟，郝瑞梅. 大型油库储油罐区安全设计[J]. 油气田地面工程，2011，30(8)：53-54.

[2] 韩钧. 大连7.16油库火灾事故教训及防范[J].石油化工安全环保技术，2012，28(1)：1-5.

[3] 刘永斌. 油品储罐火灾爆炸事故分析与防范[J]. 石油化工安全环保技术，2011，27(4)：1-5.

[4] 刘玉堂，王长旭. 储油罐雷击着火事故预防措施[J]. 石油库与加油站，2007，16(6)：30-32.

[5] 冯刊民. 油库事故分析与预防[M]. 北京：中国石化出版社，2005.

[6] 蒋国辉，张晓明，闫春晖. 国内外储罐事故案例及储罐标准修改建议. 油气储运，2013，32(6)：633-637.

[7] 郎需庆，刘全桢. 英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故引发的思考[J].石油化工安全环保技术，2009，25(6)：45-48.

[8] 苏国胜，李文波，郎需庆. 邦斯菲尔德油库事故的启示[J].安全、健康和环境，2006，6(12)：13-15.

[9] 李振涛，马道贞. 新型混凝土结构防火涂料的研制[J]. 中国涂料，2008，23(12)：51-53.

[10] 陈仕林. 事故和自然灾害情况下油罐防火堤安全保障作用研究[D]. 东营：中国石油大学，2007.

2017-01-09。

杨洪丽(1980-)，女，工程师，山东青岛人，2008年硕士研究生毕业于江苏工业学院化学工艺专业，现主要从事炼厂、油库及长输管线等方面的工程设计及研究工作。