石油儲罐火災案例與安全現(xiàn)狀調(diào)查
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近幾年石油化工行業(yè)安全形勢十分嚴峻，尤其是石油儲罐火災爆炸事故頻發(fā)，引起社會對石化企業(yè)的生產(chǎn)安全、環(huán)境保護、職業(yè)健康等狀況的過分關注和擔擾。作者統(tǒng)計了1962年至2013年期間，包括國內(nèi)54起和國外29起共83起的石油儲罐火災爆炸事故，其中發(fā)生人員死亡有26起，3人以上死亡的有16起，100人以上死亡的有2起，共造成445人死亡以及巨額財產(chǎn)損失、環(huán)境污染、生態(tài)破壞的慘重教訓，社會影響極大。例2005年英國倫敦邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故［1］，燒毀20臺儲罐，造成43人受傷和高達8.94億英鎊（相當于101億人民幣）的經(jīng)濟損失，是英國和歐洲迄今為止遭遇的最大火災事故。
為從根本上防止儲罐火災爆炸的惡性事故發(fā)生，要深入系統(tǒng)地研究、梳理儲罐火災事故發(fā)生的原因，從儲罐設計、工藝控制、罐區(qū)布局、風險評估、檢修控制等多方面著手分析，并在儲罐本質安全上實施改進措施，以防范事故發(fā)生。
2 儲罐火災案例分析
2.1 不同儲罐類型火災分析
石油儲罐常見類型有固定頂罐、外浮頂罐、內(nèi)浮頂罐、球罐及臥罐等5種類型，在此對國內(nèi)外83起儲罐火災典型案例進行分類統(tǒng)計，得出不同類型儲罐發(fā)生火災事故所占比例，具體如下表：
表1 儲罐類型的火災統(tǒng)計
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儲罐類型
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火災起數(shù)
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比例
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內(nèi)浮頂罐
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30
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36.2%
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固定頂罐
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25
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30.1%
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外浮頂罐
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23
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27.7%
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球罐
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3
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3.6%
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臥罐
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2
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2.4%
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從表1得出，內(nèi)浮頂罐火災事故比例最高，約占36.2%，應予以重視。這是由于內(nèi)浮頂罐通常儲存汽油、石腦油等易揮發(fā)、閃點較低的輕質油品，其浮盤上部易積聚揮發(fā)的可燃氣體，在本身結構相對封閉的內(nèi)浮頂罐中，易形成爆炸空間。據(jù)統(tǒng)計10起靜電為主因的事故，內(nèi)浮頂罐占6起，一方面是因內(nèi)浮頂罐的銅制靜電導線接觸不良或易腐蝕斷裂；另一方面操作不當人體帶電或低液位狀態(tài)下流速過快產(chǎn)生靜電等導致火災事故發(fā)生；溢油為主因的9起事故，內(nèi)浮頂罐占8起，主要是液位計失靈或充裝過量引起；硫化氫鐵自燃為主因的5起事故，內(nèi)浮頂罐占4起，因生產(chǎn)運行中罐內(nèi)的鋼壁板或導向管等處硫腐蝕難以發(fā)現(xiàn)無法清除所致。固定頂罐火災事故主要儲存柴油、重質油等油品，受工藝系統(tǒng)制約易串入輕組分油氣，從而形成爆炸空間；其中主因是未徹底處理的7起事故，5起為固定頂罐，且基本是污水、污油罐。外浮頂罐火災事故則主要是由于雷擊、滿罐油品溢出或浮盤沉沒等引起，其中因雷擊為主要原因有13起火災事故，占57%。
2.2 按儲存介質分析
表2 儲存介質的火災統(tǒng)計
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儲存介質
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火災起數(shù)
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比例
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汽油
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25
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30.1%
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原油
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15
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18.1%
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石腦油
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9
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10.8%
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污油、污水
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9
|
10.8%
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柴油
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8
|
9.6%
|
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液態(tài)烴
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4
|
4.8%
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其它油品
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13
|
15.7%
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從表2得出，汽油、原油、石腦油、柴油、污油等介質發(fā)生的儲罐火災事故占絕大多數(shù)，其中汽油儲罐因過量充裝溢油引發(fā)火災事故發(fā)生較多有9起，涉及罐頂采樣檢尺等作業(yè)因靜電引起火災事故的有4起；原油儲罐的15起火災事故中有10起因雷擊引起，這主要是由于原油儲罐大型化，在雷雨季節(jié)，直徑較大的浮盤上會快速產(chǎn)生大量的靜電荷且未及時導走，引起浮盤與罐壁放電，或是高液位情況下大面積的金屬面受直接雷擊引燃儲罐；石腦油儲罐的9起火災事故有2起是由于硫化亞鐵自燃引起，須高度重視與防范。污油、污水等儲罐事故中有6起是檢修施工期間造成的，主要原因是對該類儲罐檢修安全識別不到位，施工管理未引起足夠重視。柴油儲罐火災事故中有3起是由于輕組分進罐致火災事故發(fā)生，應加強上游裝置工藝控制，杜絕輕組分進入儲罐。液態(tài)烴儲罐火災爆炸雖只有4起，但液態(tài)烴一旦發(fā)生泄漏擴散將難以控制，會發(fā)生空間爆炸，破壞力極強易造成群死群傷，安全風險巨大。
2.3 按點火源分析
表3 點火源的火災統(tǒng)計
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點火源
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火災起數(shù)
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比例
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雷電
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19
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22.9%
|
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施工明火
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16
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19.3%
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靜電火花
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16
|
19.3%
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非防爆器具
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7
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8.4%
|
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汽車火星
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7
|
8.4%
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硫化亞鐵自燃
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5
|
6.0%
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高溫物料
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3
|
3.6%
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物料反應發(fā)熱
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2
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2.4%
|
|
其它火源
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8
|
9.6%
|
從表3得出，靜電、雷電、施工明火等為點火源所發(fā)生的儲罐火災事故占60.4%，是發(fā)生火災事故的重要因素，需要重點防范控制。對靜電和雷電，很大程度是由于管理上認識不足，從員工技能培訓到防靜電、防雷設施的配置上未予以足夠重視；施工明火所引發(fā)的火災事故，主要由于部分企業(yè)注重生產(chǎn)管理，而忽視檢修施工方面的安全風險，用火作業(yè)前相應的安全措施未落實到位所致；非防爆器具、汽車火星等點火源的存在主要由于現(xiàn)場施工未嚴格防爆施工器具使用，安全檢查不到位引起；高溫物料、硫化亞鐵自燃、物料反應發(fā)熱等則主要在工藝控制、操作管理、設備本體等方面存在系統(tǒng)性安全隱患導致。
2.4 按事故主要原因分析
表4 事故主要原因的火災統(tǒng)計
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事故主要原因
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火災起數(shù)
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比例
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雷擊
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19
|
22.9%
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儲罐溢油或泄漏
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16
|
19.3%
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檢修安全措施不到位
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13
|
15.7%
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靜電
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10
|
12.0%
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輕組分或高溫油進罐
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8
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9.6%
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硫化亞鐵自燃
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5
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6.0%
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違章操作
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4
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4.8%
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儲罐浮盤沉沒
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2
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2.4%
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其它：使用非防爆器具等
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6
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7.2%
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從表4中得出，火災事故的主要原因除雷擊外，儲罐溢油或泄漏的火災占比最大。溢油和泄漏主要是人的不安全行為及設備存在缺陷造成，一旦發(fā)生大量溢油和泄漏將很難避免發(fā)生火災事故；因檢修的安全措施不到位的而發(fā)生火災事故的有13起，主要原因為清罐、動火等檢修作業(yè)的安全措施未落實到位，如儲罐未處理干凈或系統(tǒng)管線未隔離等因素；輕組分或高溫油進罐而造成的火災事故則均是由于上游裝置退料不當影響儲罐的安全運行，最終釀成事故；硫化亞鐵自燃也是火災事故發(fā)生的主要因素，主要是安全管理上對防硫化物認識上存在誤區(qū)，未能從儲罐本質安全上防范到位；因違章操作造成火災，主因是員工直接作業(yè)人員存在惰性思想、麻痹僥幸心理、責任心欠缺等綜合因素導致。
3 儲罐運行安全現(xiàn)狀調(diào)查
從各類儲罐火災案例中可得出，在儲罐現(xiàn)行設計建造、運行管理和風險控制領域均存在部分問題，涉及到儲罐本質安全、安全儀表系統(tǒng)（SIS）、工藝控制系統(tǒng)、現(xiàn)場檢修管理等方面，對此，從現(xiàn)階段儲罐運行安全方面作如下調(diào)查。
3.1 儲罐本質安全方面
(1)?儲罐運行存在爆炸性環(huán)境
儲罐火災事故中，汽油、石腦油、原油等介質發(fā)生事故比例較大，占了56%。因汽油、石腦油等輕質油儲罐大多為內(nèi)浮頂罐，浮盤與罐壁處接觸面有微小間隙無法完全隔離，且浮盤有開孔，如導向管、檢尺口等處存在油氣揮發(fā)，當儲罐運行一段時間其浮盤上部空間可燃氣積聚至爆炸極限范圍；或在低液位時浮盤落床狀態(tài)下，油品液面脫離浮頂后，增大了蒸發(fā)面積，形成爆炸性空間。原油等外浮頂儲罐基本采用二次密封結構，在一次密封與二次密封之間易形成爆炸性環(huán)境。2007年，某國儲油庫10萬m3原油罐連續(xù)兩次火災，均是由于外浮頂儲罐的浮盤密封處被雷擊而發(fā)生火災事故。
近幾年石化企業(yè)的重質油、污油、污水等罐的火災事故時有發(fā)生，說明儲存重質油、污油、污水等儲罐內(nèi)氣相同樣存高濃度的油氣空間，在對某石化企業(yè)的重質油、污油、污水儲罐抽樣檢測中發(fā)現(xiàn)重污油罐其閃點在30～50℃左右，閃點遠低于工藝指標，罐內(nèi)氣相空間的可燃氣也超100%LEL（爆炸下限百分比），詳見表5。
表5??某石化企業(yè)的固定頂儲罐的可燃氣濃度
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罐號
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介質
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罐體結構
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可燃氣濃度%LEL
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閃點℃
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101
|
渣油
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拱頂
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29%
|
—
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201
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渣油
|
拱頂
|
24%
|
—
|
|
206
|
商品燃料油
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拱頂
|
>100%
|
—
|
|
251
|
油漿
|
拱頂
|
>100%
|
—
|
|
253
|
重污油
|
拱頂
|
50%
|
43
|
|
254
|
重污油
|
拱頂
|
>100%
|
32
|
|
255
|
重污油
|
拱頂
|
>100%
|
41
|
|
505
|
蠟油
|
拱頂
|
>100%
|
—
|
|
506
|
蠟油
|
拱頂
|
20%
|
—
|
|
934
|
重污油
|
拱頂
|
>100%
|
室溫
|
|
936
|
重污油
|
拱頂
|
>100%
|
30
|
|
1#
|
污水
|
拱頂
|
>18%
|
—
|
|
4#
|
污水
|
拱頂
|
>34%
|
—
|
因重質油等油品中基本會摻雜著其它輕組分油品，易在加溫過程中析出或上游裝置操作不當輕組分混入物料產(chǎn)品一同進入儲罐導致可燃氣嚴重超標。在事故分析中發(fā)現(xiàn)，部分污油、污水罐在設計之初并未考慮到該類罐內(nèi)易形成爆炸空間的危險因素，例如氣相管線直接從罐體引至地面直通大氣，無呼吸閥、阻火器等安全附件，現(xiàn)場無可燃氣報警設施等報警裝置，無噴淋、泡沫等消防應急設施，一旦發(fā)生異常就很難控制事故風險，且在污水、污油罐的生產(chǎn)運行、施工檢修管理上未評估出其存在極大的安全風險。如2006年5月21日某廠在重油罐頂上動火發(fā)生儲罐爆炸事故、2007年1月16日某廠在污水罐罐頂實施動火導致儲罐爆炸事故發(fā)生等。
（2）硫鐵化合物的存在
隨著國內(nèi)高含硫原油加工能力的逐漸提升，其加工過程中必定會產(chǎn)生硫化亞鐵等硫鐵化合物以及硫化氫，其中硫化氫會使人中毒身亡，硫化亞鐵則會自燃引發(fā)火災。對儲罐而言，儲存污油、焦化汽柴油、石腦油等介質含硫化氫濃度較高，易在導向管（或量油管）、擴散管、通氣孔、氣相線、罐頂罐壁等處腐蝕反應生成硫化亞鐵，一旦硫化亞鐵積聚自燃發(fā)熱，就會危及儲罐安全。如2010年5月9日，某石化公司5000m3石腦油內(nèi)浮頂罐，由于在導向管處發(fā)生硫化亞鐵自燃，引燃浮盤與罐頂之間爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸。
?。?/span>3）靜電的存在
從事故原因分析數(shù)據(jù)看，因靜電火花導致的儲罐火災事故占19.3%，包含管道湍流靜電、罐體積累靜電等，以及在采樣、計量過程中產(chǎn)生的靜電。如2001年6月3日某儲運廠2000m3汽油罐在檢尺過程中發(fā)生著火；2003年4月7日美國俄克拉荷馬州Glenpool油庫儲罐因裝油作業(yè)裝油管道高流速和集油池區(qū)域產(chǎn)生的湍流導致靜電電荷的產(chǎn)生、累積和釋放火花導致火災事故等。
3.2 安全儀表系統(tǒng)方面
目前石化企業(yè)的生產(chǎn)運行很大程序上依賴儀表系統(tǒng)，儲罐的壓力、液位、溫度等參數(shù)以及閥門的開關都要靠儀表來完成。儀表自動化水平直接反映出罐區(qū)監(jiān)測與控制系統(tǒng)的先進程度，以及日常運行安全管理的受控程度。據(jù)不完全統(tǒng)計，某大型石化企業(yè)的儲運車間在一年間發(fā)現(xiàn)的儀表類故障有183起，對于生產(chǎn)運行的監(jiān)控手段，安全儀表系統(tǒng)在特定情況下失效可能引發(fā)重大火災事故。如2005年英國倫敦邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故，其主要原因就是儲罐液位監(jiān)控系統(tǒng)失效，報警系統(tǒng)未能正常啟動，導致儲罐溢油，進而引發(fā)大規(guī)模的火災事故。
（1）液位儀表設施故障失效
液位儀表設施故障，會對儲罐液位失去監(jiān)控，易導致儲罐冒罐溢油，遇點火源形成火災，或是浮頂罐液位過低使浮盤脫離液面形成爆炸空間，浮盤、管路等產(chǎn)生靜電火花會導致儲罐爆炸事故。對某大型石化企業(yè)儲運車間現(xiàn)場設施失效故障進行分析，發(fā)現(xiàn)半年內(nèi)操作人員發(fā)現(xiàn)31次的液位儀表故障，包括浮子卡澀、DCS死機、信號傳輸故障等因素，約占儲罐儀表故障總次數(shù)的41.3%，其中浮子卡澀的主要原因是檢尺立管內(nèi)腐蝕產(chǎn)生較多鐵銹引起。每一次的液位儀表的故障失效，若作業(yè)人員未能通過DCS系統(tǒng)中液位趨勢圖或報警及時發(fā)現(xiàn)，就是一起危險事故的源頭。如1972年9月25日美國田納西州考里奇戴爾市一座直徑為16.8米的21號汽油儲罐在輸油時未發(fā)出過量充裝的報警，致大量油品溢出后發(fā)生火災。
（2）超限液位報警失效與檢測
儲罐安全儀表系統(tǒng)中設有高高液位、高液位、低低液位、低液位報警以及獨立安裝于儲罐本體的硬高液位報警檢測裝置。其中液位報警為DCS系統(tǒng)內(nèi)可按日常運行要求進行設置，同時可輸入模擬量來進行測試，其缺點是一旦液位儀表設施或計算機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則該層保護也相應失去作用。硬高液位報警檢測裝置則是不受計算機DCS系統(tǒng)及液位儀表設施局限的雙重保護，故障率較低，其缺點是無法在線校驗，在油罐切出檢修時方可進行檢驗，運行過程中難以確認是否完好。
3.3 工藝控制管理方面
儲罐的安全運行也受制于上游裝置的平穩(wěn)操作與指標控制，當上游裝置因誤操作、設施故障等因素引起異常波動時，不合格的物料退至儲罐，會給儲罐運行帶來不可估量的安全風險。
?。?/span>1）輕組分進罐風險
石化企業(yè)中有常減壓、加氫裂化、催化重整、延遲焦化等裝置，原油經(jīng)過一系列裝置的密閉加工產(chǎn)出的汽油、柴油、重整料等成品或半成品，再經(jīng)換熱、空冷等降溫措施后管輸直接送至儲罐，最終在儲存環(huán)節(jié)與大氣接觸。當上游裝置出現(xiàn)生產(chǎn)異常時，尤其在裝置開停工期間，含瓦斯氣、氫氣、硫化氫、液態(tài)烴C3、C4等輕組分物料可能會隨污油或產(chǎn)品進入儲罐。儲罐內(nèi)氣相空間則會充滿大量易燃易爆氣體，形成封閉的爆炸空間，本質上存在潛在的安全風險，且大量可燃氣會直接從罐頂排放至大氣中，造成罐區(qū)周邊內(nèi)形成爆炸性環(huán)境，一旦接觸火源，其后果不堪設想。如2011年5月10日某石化公司催化裂化裝置開工過程中粗汽油進儲罐G203，油氣從罐頂呼吸閥處溢出并飄出，遇到非防爆電器引發(fā)閃燃導致儲罐著火；2011年8年29日，某儲運車間875號柴油罐處低液位狀態(tài)，柴油中氫氣串入儲罐，引發(fā)閃爆著火。
（2）高溫油進罐風險
當裝置因換熱器、空冷、水冷等冷卻設施出現(xiàn)故障或停用時，超過自燃點的高溫介質未經(jīng)有效冷卻直接進入儲罐，在儲罐內(nèi)瞬間自燃導致儲罐著火爆炸。如2010年7月24日某煉油廠常減壓裝置緊急停工，因換熱器、水冷器未投用，造成300℃的熱渣油直接進到罐區(qū)，造成渣油罐發(fā)生爆燃起火。
3.4 檢修施工管理方面
?。?/span>1）清罐作業(yè)安全風險
通過對83起火災事故儲罐作業(yè)工況分類統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)有16起約占19.3%的火災事故是在儲罐建設和檢修期間造成的。在儲罐清罐初期，特別是汽油、石腦油等極易揮發(fā)的輕質油儲罐，倒空后罐內(nèi)就會形成爆炸性環(huán)境，此時若進人清罐，其人體產(chǎn)生的靜電或使用非防爆器具均有可能成為儲罐爆炸的點火源。對內(nèi)浮頂罐其浮盤以及密封膠帶拆卸作業(yè)，因少數(shù)浮筒內(nèi)有油品滲入，密封膠帶內(nèi)的海綿含有大量油品，在作業(yè)過程中出現(xiàn)泄漏，并快速揮發(fā)在罐內(nèi)也會形成爆炸性空間。如2002年10月26日，某石化供銷公司組織清理油罐罐底污油時,在罐內(nèi)使用非防爆電器，發(fā)生火災事故，造成1人死亡。
?。?/span>2）用火作業(yè)安全風險
在罐區(qū)內(nèi)不論儲罐大修還是日常的檢維修動火作業(yè)，其焊接、切割、打磨等產(chǎn)生的大量明火，將直接威脅儲罐的運行安全。首先儲罐區(qū)屬高風險區(qū)域，其儲罐的收發(fā)油、靜止等不同工況下產(chǎn)生“大小呼吸”長期在罐區(qū)排放，特定條件下可能會在罐體附近積聚形成爆炸性環(huán)境；其次罐區(qū)含油污水系統(tǒng)所連接脫水溝、污水井等潛在的風險點，一旦未封堵嚴實、未沖洗處理干凈或未按要求落實相關動火安全措施，就會形成火災引爆點。如2003年8月29日日本愛知縣名古屋市一油庫就因兩個相鄰油罐，其中一油罐進行焊接用火，另一油罐在清罐處理，大量油氣揮發(fā)溢出，被電焊火花引燃導致火災事故的發(fā)生。
?。?/span>3）防腐作業(yè)安全風險
檢修施工中涉及刷油漆防腐作業(yè)，因油漆中富含甲苯等易燃易爆溶劑，涂刷過程中會揮發(fā)出大量易燃易爆氣體，易在罐內(nèi)積聚會形成爆炸空間，若遇非防爆器具如施工照明、電線裸露等易引發(fā)閃爆，造成人員傷亡。如2006年10月28日安徽省防腐工程總公司對新疆獨山子在建原油儲罐進行防腐作業(yè)時，發(fā)生閃爆事故，造成現(xiàn)場施工人員13人死亡。
4 防范措施與建議
4.1 日常運行管理措施
?。?/span>1）對石化企業(yè)而言要從上游裝置加強平穩(wěn)操作管理，重視下游儲運系統(tǒng)的安全運行風險，嚴格裝置各項指標控制，杜絕將氫氣、輕烴等含輕組分產(chǎn)品退至儲罐，影響儲罐安全運行。
?。?/span>2）高度重視輕質油儲罐的運行管理，建立輕質油罐定期檢查腐蝕情況、檢測可燃氣體濃度的有效機制；對有氮封的輕質油罐投用前，需用氮氣置換分析后方允許進油。。
?。?/span>3）嚴格控制罐區(qū)內(nèi)的檢修施工作業(yè)，作業(yè)前須風險評估，對風險較大的儲罐檢修、項目改造、運行管線動火等作業(yè)應編制施工方案，并按方案實施具體作業(yè)。同時應避免清罐、脫水、采樣、拆加在運行設施、拆加法蘭盲板等作業(yè)與用火同處一個區(qū)域進行交叉作業(yè)。
?。?/span>4）務必重視罐區(qū)用火安全措施的落實工作，尤其要控制周邊輕質油罐的收付油作業(yè)，防止大量可燃氣在施工點附近排放，落實罐區(qū)脫水溝、含油污水系統(tǒng)的封堵，以及嚴禁同時進行在運行設施敞開式作業(yè)現(xiàn)場有物料釋放的交叉作業(yè)。對儲罐等設施進行動火，務必先做到清掃、置換后對相連的設施進行徹底有效隔離，原則上用盲板進行隔離，分析合格后方可動火。
?。?/span>5）石油儲罐的防雷、防靜電的設置嚴格規(guī)范設計要求進行，對防雷、防靜電設施應定期進行檢測，務必保證完好。
?。?/span>6）規(guī)范員工操作行為，加大安全檢查與考核力度，消除違章操作。
4.2 儲罐本體安全防范建議
?。?/span>1）對儲存易揮發(fā)的汽油、石腦油、苯等輕質油及含硫物料等介質的內(nèi)浮頂儲罐建議增設氮封系統(tǒng)，隔絕空氣進入罐內(nèi)，消除儲罐氣相的爆炸性環(huán)境同時防止硫化亞鐵自燃；重新評估重質油、污水罐等安全風險，建議按甲B、乙類的石油儲罐標準實施設計與建設。
（2）存儲輕質油及含硫介質的儲罐建議對導向管、檢尺立管、氣相線及其它易腐蝕處因其內(nèi)部無法進行除銹防腐，建議材質升級為不銹鋼，防止生成硫鐵化合物等鐵銹；若投資允許，可考慮用不銹鋼材料建造該類儲罐。
?。?/span>3）考慮儲罐周期性的檢修動火風險，不以規(guī)范最小值設置儲罐，適當增加儲罐間距，降低檢修用火帶來的安全風險；同時建議對平臺欄桿、爬梯、轉動扶梯等勞動保護設施以及其它易損部件進行材質升級，延長儲罐檢修的周期，降低因檢修施工帶來的安全風險。
（4）提高液位安全儀表系統(tǒng)的可靠性，建議設置“三取二”的液位監(jiān)控設施；采用非傳統(tǒng)的液位超限檢測手段，建議不依賴于系統(tǒng)中元件的安裝位置，擺脫傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)的例行檢查、測試、可靠性和維護狀態(tài)，增加可靠性的液位檢測系統(tǒng)，且配置更可靠的傳感器可以實現(xiàn)故障自檢報警。