某原油库设置事故应急池设计方案的探讨

张 苏

〔中国石化集团公司安全监管局 北京 100728〕

石油化工行业是一个消防高危行业，生产储运过程中多数环节存在易燃易爆、高温高压的危险，发生事故的概率高，且后果严重。近年来，随着我国石油和石油化工企业迅猛发展，生产规模不断扩大，石油库规模日益向大型化发展，火灾、爆炸、泄漏并污染环境等重特大事故时有发生，造成了难以挽回的损失。提高大型油库储罐区安全设计标准，可以减少大型事故造成的危害。2010年7月16日18时10分许，大连保税区新港码头油库原油管道在卸油过程中，由于操作不当引发爆炸起火 ，高温下的原油顺着管道、地沟四处流淌，小型爆炸不断，火花四溅，一个10×104m3油罐爆裂起火，整片油库处于火海之中。事故虽未造成人员伤亡，但大连附近海域至少50 km2的海面被原油污染。国家发改委组织的石油储备库设计评审委员会发现大连油管爆炸案中，因原油罐区缺少事故池设计，而导致原油大面积流向大海，造成污染。因此，评审委员会明确提出在今后石油储备库设计中，所有罐区内都要设计可以容纳5×104m3原油的事故池。笔者以某原油库设置事故应急池设计项目为例进行了探讨。

1 储油库潜在水污染风险分析

油库一般都具有存储量大，储存物料易燃、易爆，收发操作复杂等特点，事故风险相对较大。通过对国内外油库1 000例事故案例进行统计分析，着火爆炸和油品流失两类事故占70 %以上。储油库一旦发生着火爆炸和油品流失重大灾害事故，不仅造成巨大的经济损失，而且还对周边环境产生较大影响。特别是重大事故引发的火灾、爆炸时，污染的消防水若处理不当随排水管网进入附近地表水，将导致地表水水质恶化，影响水体生态环境。

如黄岛油库812特大火灾事故引发的重大水污染事件。1989年8月12日，2.3×104m3储量的5号混凝土油罐因雷击产生感应火花而引爆油气起火，火借风势殃及周边4个油罐也先后起火燃烧，大火持续了104 h才被扑灭。大火造成5个储罐4×104m3原油被烧掉。同时，由于部分油罐建在半山坡上，在防火堤遭到破坏后，没有其他拦截措施，大约600t原油沿地面管沟及低洼路面顺势流入海里，在胶州湾海面形成几条几十海里长、几百米宽的污染带，造成胶州湾有史以来最严重的海洋污染。

据不完全统计，国内近半数储油库位于江河湖泊沿岸、水源地上游及自然保护区周边等环境敏感区域，并且有相当一部分油库排水直接进入地表水体。事故状态下，这些油库存在较高的水污染风险。

2 某原油库项目概况

某原油库区已建和拟建共四期6个罐区，分别为一期、二期，商储一期、商储二期。商储二期是在原油库一、二期及商储一期工程的基础上进行规划建设，用地范围位于商储一期工程南侧到

场地最南端的新建海堤之间的三角形预留空地内，包括库区南段老海堤西段拆除后的场地及库区西侧老防浪堤南部一小段拆除后的场地。占地面积11.27 hm2(=104m2)，建设内容为1个罐组4座储罐(15×104m3储罐1座，10×104m3储罐3座)以及相应的配套设施。

3 相关规范对于事故状态防范事故液体泄漏的规定

(1)根据国家安全生产监督管理总局《关于督促化工企业切实做好几项安全环保重点工作的紧急通知》(安监总危化【2006】10号)要求：①立即完善事故状态下防范环境污染的措施。是否有事故状态下防止“清净下水”引发环境污染的设施和措施。已经有事故状态下“清净下水”收集、处置设施和措施的，要评估其是否科学有效，适应应急需要。②开展在建、新建项目环境保护措施审查。对已经开工建设的化工项目，要对设计方案中安全与环保措施进行专项审查。审查的重点之一是项目设计方案是否有事故池或缓冲池等事故状态下“清净下水”的收集、处置措施。没有收集、处置措施的，都要补充设计予以完善，与工程主体设施一并建设和验收。

(2)《石油储备库设计规范》(GB50737—2011)第5.3.2条规定: 防火堤内的有效容积不应小于油罐组内一个最大罐的公称容积。第5.3.4条规定:防火堤的计算高度应保证堤内有效容积需要。防火堤的实际高度应高于计算高度0.2 m。防火堤的高度不应低于1 m(以防火堤内侧设计地坪计)，且不宜高于3.2 m(以防火堤外侧设计地坪计)第9.4.1条规定:应在库区内设置漏油及事故污水收集池。收集池容积不应小于一次最大消防用水量，并应采取隔油措施。

4 文中使用的部分名词解释

(1)“最不利的事故”，指一个罐组内的一座最大储罐的罐顶着火、罐体或堤内管道发生破裂漏油、同时降雨。

(2)“罐区所在街区”，指“罐区”各自的防火堤外侧，与周围环形消防道路所围合的区域。以罐区五为例，图1中交叉阴影线代表的区域即为“罐区五所在街区”。

图1 罐区五所在街区

(3)“街区内液体容纳能力”，指上述街区场地范围内，能被周围环形道路拦截的液体体积，即环形道路路面最低标高所在水平面以下的空间。见图2所示意的阴影部分。

图2 街区内液体容纳示意图

(4)“事故缓冲池”，是在储罐发生事故、检修等特殊情况下，暂时贮存排除废液的水池。

(5)“防火堤”，用于常压液体储罐组、在油罐发生泄漏事故时，防止液体外流和火灾蔓延的构筑物。防火堤应该具备以下功能：一是防火堤有效容积应能容纳事故泄漏出的液态危险品；二是防火堤的设计强度应能承受所纳液态危险品的静压力。简单说就是必须满足“装得下”和“装得稳”的要求。

5 防火堤内有效容积的计算

5.1 有效容积的确定

国内对防火堤有效容积的规定是防火堤内的有效容积不应小于罐组内一个最大储罐的容积。当浮顶、内浮顶罐组不能满足上述要求时，可取罐组内1个最大储罐容积的一半，并设置事故存液池储存剩余部分，即固定顶罐区为最大储罐量的100 %，浮顶油罐区为最大储罐容量的50 %。日本规定，防火堤内有效容积为最大储罐容量的110 %。美国规定最大储罐容量为100 %，即10×104m3。浮顶油罐区日本要求防火堤内的有效容积是11×104m3，美国要求是10×104m3，而国内一般为5×104m3。根据规范要求，其余部分采用事故应急池收集，尤其是在油库罐组较多的情况下更是如此。

但这种设置方式存在一定的问题。首先，对于高凝点原油如何保证通过自流方式进入缓冲池，是要进一步探讨和研究的课题。其次，一旦发生储罐罐底撕裂等恶性事故，而防火堤内有效容积不能满足要求时，大量的原油会穿过防火堤漫流到厂区(此时，通过事故缓冲池的管线很难保证原油全部吸收)，甚至进入周围的江河湖泊，从而造成严重的环境污染。

因此，建议在条件允许的情况下，防火堤内的有效容积应能满足1座储罐最大有效容积，并能储存进入系统的污染雨水及消防水。

5.2 事故缓冲池的设置

防火堤内的有效容积不能满足容纳1座最大储罐容积的要求时，需满足最大储罐容积的一半，且应设置事故存液池以储存剩余部分。《事故状态下水体污染的预防与控制技术要求》(Q/SY1190—2009)对事故缓冲池的有效容积进行了规定，即事故缓冲池的事故储存设施总有效容积为：罐组内一个最大储罐容积和发生事故时储罐的消防水量、发生事故时必须进入该收集系统的生产废水量、雨水量之和，减去发生事故时可以转输到其他储存或处理设施的物料量。

库区对事故液体的客观容纳能力。目前项目库区建有闭合的实体围墙并设有3个大门，其中，北侧大门的门口道路路面标高最低，为4.80 m，其它两个出口的路面标高均高于此标高。由于围墙底部没有泄水口，所以4.80 m标高以下，液体不可能流出库区。在“最不利的事故”发生时，当液体从地表漫溢至4.80 m标高时，防火堤以外的库区场地所能容纳的液体体积约为13.6×104m3，详见表1。

表1 防火堤以外库区场地对事故液体的总容纳能力

5.3 各罐区防火堤内有效容积

根据《储罐区防火堤设计规范》GB50351—2005 ，油罐区防火堤有效容积应按式(1)计算：

V=A×Hj-(V1+V2+V3+V4)

(1)

式中：V——防火堤有效容积，m3;

A——由防火堤中心线围成的水平投影面积，m2；

Hj——设计液面高度，m；

V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大油罐的基础体积，m3；

V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计液面高度内的液体体积和油罐体积之和，m3；

V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和，m3；

V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和，m3。

各罐区防火堤内部有效容积详见表2 。

表2 各罐区防火堤内部有效容积

注1：“防火堤内部实高”是防火堤顶标高与防火堤内地面平均标高之差，并且不低于Hj+0.2m。

注2：“防火堤内实际容积” =A×H- (V1+V2÷Hj×H+V3+V4)。

5.4 在最不利事故发生时，事故液体实际容纳能力与事故液体量的缺口

当最不利的事故发生时，对于事故液体的容纳，如果仅考虑利用防火堤内的有效容积和事故排液系统的容积，则单一罐区发生事故时，事故液体的实际容纳能力与事故液体总量的差值详见表3(防火堤内事故液体实际容纳能力与事故液体量对比)。

表3 防火堤内事故液体实际容纳能力与事故液体量对比 m3

注：1)排水系统管网的容纳能力共1 000 m3，污水调节罐容纳能力单座3 000 m3，2座6 000 m3，表中容纳能力以2座计算。

在表3的基础上，如果再将事故罐区所在街区周围的环形道路拦截的液体容积(即“街区内液体容纳能力”)考虑在内时，单一罐区在发生最不利事故时，事故液体的实际容纳能力与事故液体总量的差值详见表4(防火堤内事故液体实际容纳能力与事故液体量对比)。

表4 防火堤内事故液体实际容纳能力与事故液体量对比 m3

注：“街区内液体总容纳能力”是指“道路与防火堤之间的容积”与“防火堤内实际容积”之和。

6 方案设计原则的选择

在《石油储备库设计规范》(GB50737—2011)实施之前，规范仅要求应有防止事故状态下石油液体流出库外的措施，而该油库的事故液体总容纳能力，对于10×104m3罐组，为19×104m3左右(单个防火堤内的实际有效容积与4.80 m标高以下库区场地对液体的容纳能力之和)，对于15×104m3罐组，则在22×104m3左右。所以事故液体不会流出库区。

事故液体容纳能力可按照以下原则考虑：

(1)当某个罐区发生最不利事故时，保证火灾罐区的事故液体严格控制在污水调节罐、初期雨水调节池、防火堤和新建的事故池之内。其容积可根据表3进行计算。

(2)当某个罐区发生最不利事故时，保证火灾罐区的事故液体不漫溢到其它街区，即利用污水调节罐、初期雨水调节池、防火堤、新建的事故池，以及火灾罐区的周边道路，拦截和存蓄所有事故液体，其容积可根据表4进行计算。

7 初步方案

综合以上论述，事故液体收集能力设置可从以下几种方案考虑：

(1)不建事故液体收集池，经初步计算，将罐区一至罐区五防火堤各自加高0.8 m(加高后防火堤高度均不超过3.20 m，符合《石油储备库设计规范》的要求)，则可以消除事故液体容纳能力的差值。

(2)建设事故液体收集池(总容积在3.5×104m3左右)，用于解决10×104m3罐组的事故液体差值。而将罐区三的防火堤加高0.25 m(加高后防火堤高度为2.45 m，符合《石油储备库设计规范》的要求)，将罐区五的防火堤加高0.22 m(加高后防火堤高度为2.49 m，符合《石油储备库设计规范》的要求)，即可解决问题。

(3)西侧围墙与道路之间的所有空地均加以利用，可以建成总容积为5×104m3左右的事故液体收集池。在这种情况下，则不必加高防火堤。

8 结语

通过计算，上述任一种方案均能满足紧急事故状态下油品泄漏的安全要求，因此，方案是合理的，也是可行的，并获得了省安监局的认可。