原油罐区火灾爆炸的危险性分析及防范对策

方盛荣 施惠明

摘要：随着我国对石油化工企业消防安全工作的不断重视，原油储罐由于其火灾风险高、可燃物料多、事故处置难度大等相关特点，成为一线消防救援队伍日常防火工作的重点内容。以原油储罐为研究对象，应用事故树分析法，构建原油储罐火灾爆炸事故树分析模型，通过求解最小割集、最小径集及基本事件的结构重要度，对原油罐区火灾爆炸过程中可能出现的各类危害事故进行了逐一分析。在事故树分析的基础上，提出了有效防范原油罐区火灾爆炸事故发生的针对性措施。

关键词：原油罐区；火灾爆炸；事故树分析法；重要度分析；防范对策

近年来，国际原油供应的不稳定性对国家经济安全的威胁愈发明显。因此，合理建立国家原油储备库成为我国的一项基本战略措施，随着越来越多的原油储罐区即将投入使用，我国在原油储罐的建造标准、材料选择、安全管理与设计、规范化操作运行以及消防系统的配备等方面的不足逐渐显现，导致罐区内部各类火灾事故频发，稍有不慎，便会导致重大财产损失事故的发生。据统计，原油储备库发生火灾爆炸事故最频繁的种类通常可以分为液化石油气储罐爆炸以及原油储罐爆炸两种类型[1-2]。

事故树分析法（简称FTA）是安全评价与风险分析中常见的一种分析方法[3]。FTA起源于美国，最初于20世纪60年代应用于导弹发射系统的安全性评价。后来经过不断改进并借助计算机辅助计算和分析，逐渐应用到化工、能源、机械、交通和建筑等诸多领域。

天津工业大学的李庆功、宋文华等人[4-5]曾采用事故树分析法对液化石油气储罐区和原油储罐区开展了针对性的危险性分析，并以此为依据提出了罐区火灾爆炸的相关防范措施。中国石油大学的赵新颖、李自力等人[6]对导致石油罐区内部发生火灾爆炸事故的原因进行了专项研究。西南石油大学的王大庆等人采用模糊事故树的方法，对原油罐区的火灾爆炸事故进行了定量计算，并结合专家评价法计算出了爆炸事故发生的实际概率。在此基础上，应用事故树分析法对我国原油储罐的火灾爆炸风险进行定性分析及定量计算，力争为各级消防救援队伍防火工作的高效开展提供参考。

1 罐区基本概况

本文以某原油储备库为案例进行计算分析。该原油储备库总库容为100万m3，库区内部统一采用10万m3储罐，各储罐分组实施布置，库内共建有2个罐组，其中一个罐组设6座10万m3原油储罐，另一个罐组设4座10万m3原油储罐，并预留2座原油储罐作为应急事故罐。各油罐间的间距及固定消防设施的实际配置均按照《石油库设计规范》的相关规定开展统一设置。储罐区平面图如图1所示，储罐与其他建筑、设施的间距如表1所示。

2 原油罐区火灾爆炸风险分析

2.1  事故树分析法

2.1.1  概述

事故树分析法属于一种演绎推理的基本方法，应用该法可以把系统可能发生的某种事故与致使事故发生的各种因素之间的逻辑关系以树形图的形式予以表示，通过对事故树开展定性分析与定量计算，找出事故发生的主要影响因素，最终为制定相应的安全措施提供指导。应用事故树分析法开展事故分析通常需要准备阶段、编制事故树、定性分析和定量分析等几个阶段。

2.1.2  建立事故树

由罐区布局可以看出，当前大型原油罐区与储罐周边普遍配备了消防供水系统和泡沫灭火系统，储罐与毗邻设备之间的距离也基本满足一般性灾害事故的安全需求。由于发生火灾事故后，起火油罐猛烈燃烧后会对毗邻储罐及设备产生较为明显的辐射热[7-8]，如果不能采取有效的及时措施控制火势的蔓延扩大，一旦罐体由于温度过高发生坍塌形成地面流淌火，必将导致火灾规模的不断扩大。此外，原油储罐在长时间燃烧后通常会出现强烈的沸溢、喷溅，必将在一定程度上加大现场参与实战处置的消防救援人员的实际处置难度[9]。

原油罐区火灾爆炸事故的發生由两个必要的因素，一是点火源，二是可燃物。常见的点火源主要包括：明火、电火花、雷电、撞击火花及静电火花。可燃物主要为原油泄漏形成的液池或者挥发性气体积聚形成的可燃混合气。根据原油罐区火灾爆炸事故相关案例的统计，所构建的事故树共包括26个基本事件，事故树的具体形式如图2所示。

2.2  定性与定量分析

2.2.1  最小割集

最小割集代表的是系统的危险性，每个最小割集都是引发顶上事件的一种可能途径，最小割集的数量越多则证明系统越不安全。根据所建立的事故树，运用布尔代数法求事故树的最小割集为204组：

2.2.2  最小径集

最小径集代表的是系统的安全性，顶上事件不发生的条件就是其中某一个最小径集中的基本事件都不发生，最小径集的数量越多则说明系统越安全。根据所建立的事故树，将“与”门用“或”门替换、“或”门用“与”门替换，得到与原事故树相对应的成功树。

运用成功树进行布尔代数运算，求解出最小径集为12组：

结构重要度通常特指各个基本事件对顶上事件发生的影响程度。传统事故树结构重要度的计算不考虑基本事件发生的概率，只是从逻辑结构上进行分析计算。一般情况下，计算事故树种结构重要度有两种方法，一种是计算出各基本事件的结构重要性，然后将其由大到小排列；二是用最小割集和最小径集计算各基本事件结构重要度的近似值。分析过程中采用第二种方法计算结构重要度。各个基本事件的结构重要度如表2所示。

2.2.4  结果分析

原油罐区火灾爆炸事故树的最小割集有204组，表明原油罐区火灾爆炸有204种可能途径，罐区内部发生爆炸事故的可能性相对较高；从成功树来看，最小径集有12组，只要每个最小径集的基本事件都不发生，就能控制事故不发生，从这12组最小径集可以看出，控制原油罐区产生点火源和可燃物的各类因素应被视为预防原油罐区火灾爆炸事故的主要途径；由结构重要度分析结果可知，基本事件X19的结构重要度最大，其重要性在系统中占首位，其次是X20、X21。结合原油罐区实际生产情况，应选择加强油罐泄漏事故的应急管理、保持监控报警装置正常以及防止油品泄漏作为预防原油罐区火灾爆炸事故发生的主要措施。

3 针对性防范措施

3.1  加强油罐泄漏事故的应急管理

各级管理部门必须预先建立健全油罐泄露应急管理制度，制定综合应急预案、专项应急预案以及现场处置方案，切实提高油罐泄露应急管理水平。

3.2  保持监控报警装置的正常运转

监控报警装置是目前罐区内部监控油品是否发生泄漏事故的重要技术手段，监控报警装置的正常工作能够及时发现油品的泄漏现象。

3.3  防止油品泄漏事故的发生

油品泄漏事故主要包括挥发性气体泄漏事故和原油储罐泄漏事故两种类型。通常情况下，安全阀失效、温度过高、加热过度都会引起挥发性气体泄漏。原油储罐泄漏可能通常由机械撞击、储罐失修或者毗邻罐体起火后产生的热辐射引起。因此需要预先加强对储罐罐体及附属装置（包括安全阀、管线上的阀门及其连接法兰等）的定期专项检测检修，尽量降低储罐装置自身存在的各类风险。在此基础上，进一步加强罐体防腐蚀处理，除了采用常规防腐涂层外，通常可以采用牺牲阳极或强制电流阴极保护法最大限度地保障罐体的整体安全。

3.4  加强罐区各类火源的有效控制

罐区内部各级工作人员在日常工作开展过程中必须严格禁烟，严禁穿戴化纤衣物、携带火种或手机进入罐区。保持防雷、静电接地设施随时处于有效状态。罐区内所有电气设备必须采用防爆型，并定期对防爆电气设备进行检查。生产、检修动火必须办理动火证并严格执行消防部门的相关规定。

4 结语

根据事故树分析法的基本操作要求，针对原油储罐区建立了火灾爆炸事故的事故树，通过对相关数据实施有效分析得出了以下结论：

原油罐区火灾爆炸事故树的最小割集有204组，说明事故发生的可能性概率极大；最小径集有12组，控制原油罐区产生点火源应被视为预防原油罐区火灾爆炸事故发生的主要方法；通过结构重要度分析可知基本事件X19的結构重要度最大，其重要性在系统中占首位。

根据定性及定量分析，提出从加强油罐泄漏事故的应急管理、保持监控报警装置正常、防止油品泄漏、加强罐区火源控制等四个方面的防范对策。

参考文献：

[1]范继义.加油站百例事故分析[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2]李荫中.石油化工防火防爆手册[M].北京：中国石油出版社，2003.

[3]付强，张和平，王辉，等.公共建筑火灾风险评价方法研究[J].火灾科学，2007，16（3）：137-142.

[4]李庆功，宋文华，吕铃钥，等.大型原油储罐池火灾事故下消防能力的评估[J].南开大学学报（自然科学版），2012，45（1）：83-89.

[5]宋文华，苗香溢，苑静，等.LPG储罐火灾爆炸事故后果分析与研究[J].2008，27（11）：851-854.

[6]赵新颖，李自力，王春涛.石油储罐火灾爆炸事故树分析[J].油气储运，2007，26（1）：37-41.

[7]Vasanth，S.，Tauseef，S.M.，Abbasi T.，&Abbasi S.A.Assessment of four turbulence models in simulation of large-scale pool fires in the presence of wind using computational fluid dynamics（CFD）[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，Available online 18 April 2013

[8]Bouhafid A.，Vantelon J.P.，&Souil J.M.Characterisation of thermal radiation from freely burning oil pool fires[J].Fire Safety Journal，1989，15（5）：367-390.

[9]Chen Z.，Song W.H.，Lv L.Y.，et al.Establishment and application analysis for prediction model boilover fire time[J].Journal of Safety Science and Technology，2013，9（5）：17-20.

Risk analysis and preventive measures

of fire and explosion in crude oil tank farm

Fang Shengrong， Shi Huiming

（Huzhou Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Huzhou 313000）

Abstract：With the continuous emphasis on fire safety in petrochemical enterprises in our country， crude oil tanks have become the key content in the daily fire prevention work of front-line fire and rescue teams due to their high fire risk， many combustible materials， and difficulty in accident disposal. Taking crude oil tanks as the research object， the accident tree analysis model of crude oil tank fire and explosion is constructed by applying the accident tree analysis method. By solving the structural importance of minimum cut set， minimum diameter set and basic events， various hazards that may occur in the process of fire and explosion in crude oil tank farms are studied one by one. On the basis of accident tree analysis， targeted measures to effectively prevent fire and explosion accidents in crude oil tank farms are put forward.

Keywords：crude oil tank farm; fire and explosion; accident tree analysis; importance analysis; preventive measure