常压储罐火灾风险评价方法与防控体系研究

方 舟 刘德宇 李光海

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

自2 0世纪60年代起，石油在世界一次能源消费结构中比重达到40%以上，成为世界经济的主要动力。如今，石油的安全储备及大型储备基地的建设，已成为各国战略规划的重点。美国、日本、欧盟等世界的重要经济体均兴建了众多钢制焊接石油储罐。

作为全球第二大能源消费国，我国的经济增长越来越依赖于稳定安全的能源供应，其中石油的地位尤为突出。在过去的10年间，为满足国内日益增长的能源需求，我国对国际石油市场的依赖不断增强。2011年1月～5月，我国原油的对外依存度达55.2%，已超越美国（53.5%）。然而国内石油长期以来都存在供应不足的情况，进口石油比例逐年增长。据预测，“十二五”期间，石油对外依存度将越过60%，甚至更高。在如此高的依存度下，自身石油储备不足，一旦石油通道或供应发生问题，将会严重影响到我国经济和政治安全。

为防范石油供给风险，维护国家经济安全，我国政府于2004年6月召开国务院常务会议，讨论并原则通过了《能源中长期发展规划纲要（2004～2020年）》（草案），正式规划建设国家战略石油储备基地。该规划纲要的要点之一就是要高度重视能源安全，搞好能源供应多元化，加快石油战略储备建设和健全能源安全预警应急体系。

中国从2003年开始筹建国家石油储备基地。总体规划三期，至2008年底已在沿海的镇海、舟山、大连、黄岛建成了第一期四个石油储备基地，储备总量1640万立方米，约合1400万吨，并已经投运。2009年我国第二期国家石油储备基地建设全面展开，新疆独山子国家石油储备基地开工建设，并陆续在甘肃兰州、重庆万州、辽宁铁岭、黑龙江大庆、林源、甘肃兰州、广东湛江、汕头和茂名等地陆续兴建百万立方米以上的石油储备基地。其储量安排大致是：第二期2800万吨；第三期2800万吨。

伴随着石油储罐需求和使用量的迅速增加，近年来储罐的火灾、爆炸事故时有发生[1-2]。据有关统计，在2001～2006年间我国化工行业发生的火灾事故中，由储罐引起的火灾事故占事故总数的34.95%，死亡人数占40%，给国家、社会、个人造成了严重的经济损失和负面影响。如黄岛油库“8.12”重大火灾事故，600t原油流入海中，造成附近海域和沿岸地区污染，直接经济损失高达3540万元；2005年12月，位于伦敦以北约25英里处的Buncefield发生储罐爆炸，爆炸引起的火灾持续了60多个小时才最终熄灭，造成整个欧洲空气环境的污染，被认为是二战以后欧洲最大的火灾事故；2006年8月7日我国某石油战略储备库16#15万立方外浮顶原油罐遭受雷击密封圈起火，起火点达5处之多；2007年5月24日与6月24日该石油战略储备库47＃储罐先后两次因雷击密封圈处发生火灾；2010年3月5日，49＃储罐又因雷击密封圈处发生火灾；2010年1月7日中石油兰州石化公司316罐区火灾爆炸事故，导致周边十一个储罐相继发生连环爆燃，造成12人伤亡。2010年7月16日大连大孤山中石油油库输油管线爆炸起火，造成大量原油泄漏，形成近6万平方米的地面流淌火过火面积，并引发罐区T103号原油罐大火，造成附近海域大面积水体污染。这些火灾、爆炸事故一旦发生，造成的灾害后果十分严重，不仅普遍伴随产生环境污染等严重的次生灾害，给人类的生命和生态环境造成严重的影响，也给生产和国民经济造成巨大损失。

正是由于石油储罐火灾事故的频繁发生，无论是世界各国政府部门还是民间普通用户，都希望有合理的罐区火灾评价方法和完善的火灾防控体系，来保障安全生产和运行。然而，储罐火灾影响因素众多，过程所涉及的危险因素、事故机理复杂，火灾现场破坏严重，往往给罐区的合理评价和火灾现场勘查带来很大困难。因此，如何在储罐区火灾风险评价、火灾危害防控、突发事故应急处理等环节建立起一套完整的、适合我国国情的、与大型化、高参数、高危险性石油储罐系统相适应的火灾评价和防控方法，已经成为当务之急。

因此，对石油储罐区的火灾评价和防控方法进行研究，是建立与在役储液罐长周期运行相适应的安全保障体系的重要一环，对保证在役储液罐结构完整性和长周期服役安全性至关重要。

目前，国内对于储罐群火灾风险控制的研究[3-4]，还大多采用数值模拟的方法，试验条件不充分，储罐及石化装置常用材料过火性能数据库建设困难，缺少试验数据的支撑，这方面的安全评估方法更是空中楼阁，发展缓慢。此外，近年来，发达国家储罐区安全工作的重点逐渐由“事后处理”转向“预防为主、防控结合”的模式，而我国防控体系的建设还未跟上。

该项目创新成果针对以上这些问题，将试验研究、案例分析、理论方法研究相结合，不仅在储罐群火灾防控体系建设上有所突破，也为石化装置材料数据库建设提供第一手试验数据，为储罐完整性管理提供技术支撑。

该项目既符合原国家质检总局关于特种设备动态监管和基于风险的安全技术研究科技规划，又是中国特检院制定的适应特种设备安全运行需要的研究方向，同时也是危化品部门长期工作中凝练出的急需解决的重要问题。预计研究成果将对大型储罐的安全运行和风险管理具有重要实用价值，并可作为储罐基于风险的安全标准或法规建立的有力准备和参考依据。

对其在火灾过程中产生的损伤和性能改变进行正确的评价和处理，不仅可以避免不必要的修理和更换，降低企业的生产成本，提高企业的竞争力，还可以科学合理地预测储罐的使用寿命，指导企业制定检维修计划。因此，对遭过火灾事故的大型石油储罐的性能以及合于使用评价方法进行研究，是建立与在役储液罐长周期运行相适应的安全保障体系的重要一环，对保证在役储液罐结构完整性和长周期服役安全性至关重要。可在保证过火后大型储罐安全的前提下，延长储罐的服役年限，为企业带来切实的经济效益。

1 项目总体及研究方案

1.1 总体思路

该项目分析发生火灾事故的关键决定因素，提出对储罐区进行火灾风险分析的方法及管理工作的建议。分析储罐火灾特点与破坏机理，建立一套包括科学的调查手段、系统的推理方法和数值模拟仿真技术在内的起火点和事故原因追查技术方法。以火灾事故模型分析为基础，尝试构建石油储罐火灾危害控制模式。基于以上方面的分析，提出储罐区火灾事故应急预案和对策步骤。

1.2 研究内容和技术方案

项目对罐区火灾评价方法和火灾防控体系开展研究，内容包括以下几个方面：

1）对石油储罐发生火灾事故的原因、危险性和事故后果进行分析，结合事故案例分析提出发生火灾事故的关键决定因素，为制定防范突发事故措施提供参考依据，并提出对储罐区进行火灾风险分析方法及管理工作的建议[5]。

2）案例、理论、试验等方法相结合，考虑储罐火灾特点与破坏机理，建立一套起火点和事故原因追查技术体系[6-7]。

3）结合不同类型火灾的特点、危害程度和事故后果，尝试构建石油储罐火灾危害控制模式。

4）开展储罐区火灾事故应急预案和对策步骤的研究。

项目技术路线如图1所示。

2 项目主要技术内容及创新点

1）分析发生火灾事故的关键决定因素，提出对储罐区进行火灾风险分析的方法及管理工作的建议。

2）分析储罐火灾特点与破坏机理，建立一套包括科学的调查手段、系统的推理方法和数值模拟仿真技术在内的起火点和事故原因追查技术方法。

3）结合以火灾事故模型分析为基础，以防火间距及火灾救援行动的安全距离为分析对象，构建石油储罐火灾危害控制模式。

图1 项目技术路线

4）提出储罐区火灾事故应急预案和对策步骤。

3 项目应用推广情况

该项目创新成果为储罐的检测检验、评价、完整性管理奠定了基础。应用、推广前景良好，目前已经在一些大型企业进行了实施应用，取得了良好的效果，得到了企业的认可。该项目实施应用前后，有较为显著的变化。

实施前，国内对于储罐群火灾风险控制的研究，还大多采用数值模拟的方法，试验条件不充分，储罐及石化装置常用材料过火性能数据库建设困难，缺少试验数据的支撑，这方面的安全评估方法更是空中楼阁，发展缓慢。此外，近年来，发达国家储罐区安全工作的重点逐渐由“事后处理”转向“预防为主、防控结合”的模式，而我国防控体系的建设还未跟上。

该项目创新成果针对以上这些问题，将试验研究、案例分析、理论方法研究相结合，不仅在储罐群火灾防控体系建设上有所突破，也为石化装置材料数据库建设提供第一手试验数据，为储罐完整性管理提供技术支撑。针对油罐火灾做好事故预测分析及事故控制，无论是对企业还是社会都具有非常重要的意义。

其研究成果，已经成功进行了一系列的应用示范，例如：对东北某石化公司储运罐区火灾事故进行分析，提供分析报告；支撑了两个标准的起草，包括：GB/T 30578—2014 《常压储罐基于风险的检验及安全评价》，该标准已于2014年12月颁布实施，以及国家标准《常压储罐完整性管理》，该标准已经提交了征求意见稿；为西部某大型石化企业提供常压储罐区的完整性管理体系；为中海油某公司提供储罐完整性管理解决方案等。产生了巨大的经济效益和社会效益。

该项目的技术方法，得到各企业高度评价和对该研究成果的认可。应用推广顺利。据不完全统计，近2年为各大企业带来的经济效益超过3000万元，在未来也将产生可观的经济、社会效益。

[1]GA/T 812—2008 火灾原因调查指南[S]. 北京：中华人民共和国公安部，2008.

[2]中国安全生产科学研究院. 危险化学品事故案例[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

[3]GB 6442—86 企业职工伤亡事故调查分析规则[S].北京：中华人民共和国，1986.

[4]国家安全生产监督管理总局. 安全评价[M]. 北京：煤炭工业出版社，2005.

[5]方舟，陈浩禹，刘德宇. RBI技术在危险化学品储罐群的应用[J]. 压力容器，2014（31）：32-37.

[6]Fang Zhou， Chen Haoyu. Study on Mechanical Properties of the Steel for Large Size Atmospheric Storage Tank after Fire[C]. The 2nd ICSHMIM， Sep 24-26， 2014.

[7]Fang Zhou， Hu Weiwei， Liu Deyu. Study on Metallography Test of the Steel SPV490 for Atmospheric Storage Tank after Fire Dynamic Experimental Investigation on the Self-vibration Characteristics of Liquid Storage Tanks under Seismic Excitations[C]. 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference， July 17-21， 2016， Vancouver， BC， Canada. ASME Pressure Vessels Piping， 2016.