李曉東

(中石化石油銷售有限責(zé)任公司,北京 102500)

0 前言

大型油氣儲(chǔ)運(yùn)基地關(guān)乎國(guó)家能源戰(zhàn)略安全,在國(guó)家石油戰(zhàn)略布局下,我國(guó)石油儲(chǔ)備基地總?cè)萘窟_(dá)千萬(wàn)立方米等級(jí)。作為儲(chǔ)存原油的最主要設(shè)備,大型外浮頂儲(chǔ)罐直徑達(dá)60～100 m,單體容量國(guó)內(nèi)最大為15×104m3,危險(xiǎn)源能量集中,發(fā)生事故具有多米諾骨牌效應(yīng)特征,一旦發(fā)生全面積火災(zāi),易引發(fā)罐區(qū)群罐火災(zāi),風(fēng)險(xiǎn)防控難度高。由于鋁制穹頂具有耐蝕性優(yōu)異、高度輕量化等特點(diǎn),可有效解決大型外浮頂儲(chǔ)罐油品損耗量大、受極端天氣影響等問(wèn)題[1],國(guó)外從20世紀(jì)50年代起,在石化儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和大型公共性建筑、倉(cāng)儲(chǔ)、煤礦等領(lǐng)域,已開(kāi)始大量使用各種形式的鋁制穹頂。在荷蘭鹿特丹港、新加坡布星島、美國(guó)洛杉磯和休斯頓等地區(qū)的煉油廠和油品罐區(qū),鋁穹頂儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用,并針對(duì)鋁制穹頂技術(shù)形成了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[2]。

國(guó)內(nèi)方面,由于隨著儲(chǔ)罐直徑的增大,鋼制拱頂重量相應(yīng)大幅增加,進(jìn)而對(duì)罐頂自身結(jié)構(gòu)、罐壁以及罐基礎(chǔ)的承重都提出了更高要求,因此我國(guó)建造容積超過(guò)5×104m3(直徑60 m)的儲(chǔ)罐目前仍主要采用外浮頂結(jié)構(gòu)。但考慮到鋁穹頂自重輕、耐腐蝕性強(qiáng)以及加裝鋁制穹頂之后可以大幅提升外浮頂可靠性等優(yōu)勢(shì),鋁制穹頂技術(shù)在我國(guó)也逐步得到少量使用,如廣東惠州某石化企業(yè)建造了5臺(tái)10×104m3鋁制穹頂儲(chǔ)罐,海南洋浦某石化企業(yè)建造了3臺(tái)10×104m3鋁制穹頂儲(chǔ)罐,遼寧大連某企業(yè)建造了3臺(tái)2×104m3和11臺(tái)10×104m3的鋁制穹頂儲(chǔ)罐。

但是,近年國(guó)外鋁制穹頂儲(chǔ)罐已經(jīng)發(fā)生了多起雷擊火災(zāi)事故,其安全問(wèn)題逐步受到重視。如2002年波蘭某鋁制穹頂儲(chǔ)罐發(fā)生雷擊火災(zāi)事故,火災(zāi)持續(xù)5 h;2018年新加坡某鋁制穹頂儲(chǔ)罐發(fā)生雷擊火災(zāi)事故,火災(zāi)持續(xù)6 h;2022年古巴石油儲(chǔ)備基地雷擊火災(zāi)事故,火災(zāi)持續(xù)5天以上。

因此,本文以外浮頂儲(chǔ)罐鋁制穹頂安全防控為研究?jī)?nèi)容,通過(guò)對(duì)古巴馬坦薩斯灣儲(chǔ)油基地火災(zāi)事故進(jìn)行剖析,提出安全防控措施,旨在提升我國(guó)大型油氣儲(chǔ)存基地鋁制穹頂儲(chǔ)罐安全管控水平,預(yù)防事故發(fā)生。

1 典型事故案例分析

1.1 古巴馬坦薩斯灣油庫(kù)基本情況

馬坦薩斯灣儲(chǔ)油基地位于古巴馬坦薩斯省馬坦薩斯灣,總庫(kù)容40×104m3,油庫(kù)主要為附近發(fā)電廠提供燃料。油庫(kù)共分為2個(gè)罐組,每個(gè)罐組分別有4臺(tái)儲(chǔ)罐,單罐容積為5×104m3,事故發(fā)生之前的馬坦薩斯灣油庫(kù)布置,如圖1所示。

圖1 事故之前的馬坦薩斯灣油庫(kù)布置

圖1中的儲(chǔ)罐類型為“外浮頂+鋁穹頂”的結(jié)構(gòu)型式,網(wǎng)殼穹頂外表面設(shè)有避雷網(wǎng),存儲(chǔ)介質(zhì)為用于發(fā)電的重質(zhì)燃料油。

1.2 事故過(guò)程

2022年8月5日19時(shí)左右,該地區(qū)出現(xiàn)雷暴天氣,閃電擊中圖1儲(chǔ)油基地中的罐1后起火,并釀成全面積火災(zāi)。發(fā)生事故時(shí),罐1內(nèi)的存儲(chǔ)介質(zhì)共約2.6×104m3。8月6日5時(shí)左右,在強(qiáng)風(fēng)與熱輻射的綜合影響下,大火引燃南側(cè)相鄰的罐2,之后該儲(chǔ)罐共發(fā)生了4次爆炸,罐2在著火之前罐內(nèi)共存有約5×104m3柴油。8月8日凌晨3時(shí)左右,罐2持續(xù)燃燒近40 h后發(fā)生坍塌,燃料溢出后形成池火,波及南側(cè)的罐3,繼而引發(fā)爆炸。8月8日下午,罐4起火。

1.3 事故結(jié)果

事故處置過(guò)程中,共造成17名消防員失蹤,132人受傷。在儲(chǔ)罐1發(fā)生全面積火災(zāi)時(shí),雖然消防員在防火堤內(nèi)對(duì)罐2的罐體進(jìn)行人工水噴淋降溫,但之后儲(chǔ)罐2在高溫烘烤下發(fā)生爆炸,這可能是造成17名消防員失蹤的主要原因。此次事故最終導(dǎo)致儲(chǔ)油基地南側(cè)防火堤內(nèi)的4臺(tái)5×104m3的儲(chǔ)罐全部燒毀,如圖2所示。

圖2 事故之后的馬坦薩斯灣油庫(kù)

1.4 事故原因分析

本次事故由1臺(tái)儲(chǔ)罐遭雷擊引發(fā)火災(zāi),并擴(kuò)大至4臺(tái)儲(chǔ)罐的全面積群罐火災(zāi),主要有6個(gè)方面原因。

a) 罐頂中央通氣孔未設(shè)阻火器或阻火器失效。儲(chǔ)罐遭雷擊之后,引燃了中央通氣孔排出的油氣,中央通氣孔回火并引燃了罐內(nèi)油氣,進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)罐發(fā)生全面積火災(zāi)。但該原因的可能性較低,因?yàn)閮?chǔ)罐遭雷擊的時(shí)間為傍晚19時(shí),此時(shí)環(huán)境溫度下降,儲(chǔ)罐處于“小呼吸”的吸氣階段。

b) 罐頂避雷網(wǎng)失效,穹頂鋁蒙皮板材料被雷電擊穿,引燃罐內(nèi)油氣。根據(jù)API 650—2021《Welded Tanks for Oil Storage》要求,鋁制穹頂所用的鋁合金蒙皮板材料厚度通常為1.2 mm,而鋁合金材料預(yù)防直擊雷的最小厚度達(dá)到7 mm時(shí)才不會(huì)被擊穿[2]。

c) 避雷針接閃并泄放雷電流時(shí),鋁穹頂上的金屬構(gòu)件產(chǎn)生火花放電,進(jìn)而引燃儲(chǔ)罐內(nèi)的油氣,導(dǎo)致儲(chǔ)罐火災(zāi)。

d) 罐1爆炸后,浮盤(pán)可能發(fā)生了沉沒(méi)或傾覆,進(jìn)而引發(fā)全面積火災(zāi)。罐1發(fā)生爆炸前,儲(chǔ)罐液位處于中間位置,浮頂上方有較大的油氣空間,爆炸強(qiáng)度高。由于鋁穹頂與罐壁通常采用螺栓連接,而不是鋼制頂所采用的弱連接,導(dǎo)致爆炸時(shí)罐內(nèi)的壓力得不到及時(shí)釋放,從而導(dǎo)致浮盤(pán)沉沒(méi)或傾覆。

e) 罐1發(fā)生全面積火災(zāi)之后,火災(zāi)未能及時(shí)得到控制,導(dǎo)致罐2在長(zhǎng)達(dá)10 h的高溫?zé)彷椛渥饔孟掳l(fā)生火災(zāi)和爆炸。

f) 隔堤密封不嚴(yán),導(dǎo)致罐2的池火蔓延至罐3和罐4的隔堤內(nèi)。發(fā)生事故時(shí),罐2為滿液位,罐2在全面積火災(zāi)作用下,罐體發(fā)生坍塌進(jìn)而引發(fā)池火。由于隔堤失效,池火進(jìn)一步蔓延至相鄰儲(chǔ)罐的隔堤內(nèi),導(dǎo)致事故擴(kuò)大。隔堤失效的可能原因,包括隔堤穿墻管道未設(shè)密封措施或密封不嚴(yán)、穿越隔堤的排水系統(tǒng)未設(shè)水封、混凝土隔堤不具備耐火性以及隔堤伸縮縫未采取密封措施等。

2 對(duì)策措施

2.1 提升安全防護(hù)技術(shù)

a) 開(kāi)展鋁制穹頂抗雷技術(shù)攻關(guān),提升鋁制穹頂儲(chǔ)罐的抗雷擊能力。根據(jù)此次事故暴露出來(lái)的問(wèn)題,重點(diǎn)研究鋁穹頂抗雷技術(shù),深入分析國(guó)外鋁穹頂儲(chǔ)罐事故案例和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行和維護(hù)等方面系統(tǒng)開(kāi)展抗雷型鋁穹頂技術(shù)攻關(guān),形成成套技術(shù)及裝備,并在有條件時(shí)進(jìn)行應(yīng)用。

b) 加強(qiáng)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)能力建設(shè),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故征兆。在位于多雷區(qū)域的罐區(qū)配置雷電預(yù)警系統(tǒng);應(yīng)用儲(chǔ)罐狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),提升罐體失穩(wěn)監(jiān)測(cè)能力;組建罐區(qū)溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng),及時(shí)防控溢油事故;開(kāi)展企業(yè)和危險(xiǎn)源端雙重預(yù)防體系和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè),充分運(yùn)用信息化、智能化管控技術(shù),持續(xù)提升罐區(qū)安全管理水平;大力推動(dòng)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+危化安全生產(chǎn)”融合創(chuàng)新應(yīng)用,開(kāi)展特殊作業(yè)、智能巡檢、人員定位系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)。

c) 治理大型外浮頂儲(chǔ)罐密封不嚴(yán)問(wèn)題。在一、二次密封間增設(shè)油氣空間消除措施,解決浮盤(pán)邊緣一、二次密封間油氣空間大的問(wèn)題;提升浮盤(pán)整體密封性,包括加裝浮頂支柱密封、導(dǎo)向管(量油)密封裝置,消除附件VOCs泄漏。

2.2 加強(qiáng)安全管理

a) 排查儲(chǔ)罐防雷設(shè)施缺陷問(wèn)題,提升儲(chǔ)罐防雷能力。外浮頂儲(chǔ)罐導(dǎo)向柱增設(shè)絕緣裝置;排查儲(chǔ)罐防雷、防靜電隱患,評(píng)估設(shè)有避雷針的儲(chǔ)罐的雷擊閃爆風(fēng)險(xiǎn),檢查罐頂中央通氣孔和呼吸閥是否設(shè)有阻火設(shè)施,排查罐體與浮頂?shù)慕拥亍⒘坑涂诤妥詣?dòng)通氣孔等附件的等電位連接情況。

b) 排查浮頂邊緣一、二次密封的結(jié)構(gòu)完整性情況。確保邊緣板與罐壁之間的環(huán)形密封間距偏差在±100 mm條件下,一次密封應(yīng)與罐壁保持良好接觸;定期檢測(cè)外浮頂儲(chǔ)罐二次密封內(nèi)部、外部可燃?xì)怏w濃度,對(duì)可燃?xì)鈾z測(cè)濃度超過(guò)25%爆炸下限的儲(chǔ)罐應(yīng)及時(shí)查找原因,對(duì)無(wú)法整改的儲(chǔ)罐應(yīng)加強(qiáng)雷雨天的消防監(jiān)護(hù)。

c) 重視罐區(qū)漏油及事故污水收集系統(tǒng)的完好性,防范池火、流淌火造成群罐火災(zāi)事故。完善罐區(qū)漏油及事故污水收集系統(tǒng)(防火堤、堤式消防車(chē)道與防火堤之間的低洼地帶、雨水收集系統(tǒng)和漏油及事故污水收集池),是預(yù)防罐區(qū)發(fā)生群罐火災(zāi)事故和環(huán)境污染事件的最重要的控制措施之一。排查防火堤密封性和容積不足的情況,整改防火堤有效容積小于最大油罐公稱容量的油罐組,容積為2×104m3及以上的儲(chǔ)罐應(yīng)單獨(dú)設(shè)置隔堤,以將可能泄漏的大量油品控制在防火堤內(nèi),防止事故擴(kuò)大化;排查罐區(qū)事故池容積、排水系統(tǒng)導(dǎo)流以及圍墻的密封性等問(wèn)題,最大程度將大面積泄漏的油品限制在油庫(kù)以內(nèi);推進(jìn)地上雙壁儲(chǔ)罐等新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,解決部分老舊儲(chǔ)罐防火間距不足、防火堤容積不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。

2.3 提高應(yīng)急處置水平

a) 加強(qiáng)儲(chǔ)罐區(qū)高效滅火設(shè)施配置。提升罐區(qū)初期泄漏火災(zāi)事故處置能力。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較高的雷擊密封燃爆事故,配置固定管網(wǎng)式壓縮空氣泡沫自動(dòng)滅火系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)秒級(jí)滅火,避免人員上罐滅火作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),防范儲(chǔ)罐事故升級(jí)。

b) 加強(qiáng)企業(yè)工藝應(yīng)急處置能力建設(shè)。健全一線應(yīng)急處置隊(duì)伍的專用應(yīng)急裝備配置,提升罐區(qū)事故初期處置能力;以撲救大型儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)為目標(biāo),以片區(qū)為單位配置抗復(fù)燃型高效泡沫滅火劑、大流量液氮泡沫消防車(chē)、遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)等成套滅火裝備,提升處置片區(qū)儲(chǔ)罐全面積火災(zāi)的能力。

c) 保障應(yīng)急處置隊(duì)伍能力。針對(duì)儲(chǔ)罐消防應(yīng)急作戰(zhàn)特性,建立一套消防隊(duì)員體能考核標(biāo)準(zhǔn),如拎滅火器爬到罐頂所需時(shí)間、接警后到達(dá)最遠(yuǎn)端儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間等,保障庫(kù)區(qū)消防隊(duì)伍的作戰(zhàn)能力。

3 結(jié)語(yǔ)

相較鋼制穹頂結(jié)構(gòu),鋁制穹頂具有良好的耐蝕性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn),使其在國(guó)外石化企業(yè)常壓儲(chǔ)罐上得到應(yīng)用。但近年國(guó)外發(fā)生的多起雷擊鋁制穹頂儲(chǔ)罐火災(zāi)事故,也暴露出鋁制穹頂在雷擊防護(hù)、罐頂弱連接設(shè)計(jì)、罐內(nèi)油氣濃度控制及罐區(qū)漏油收集系統(tǒng)等方面存在的不足和問(wèn)題,本文提出了針對(duì)性措施,以期對(duì)鋁制穹頂儲(chǔ)罐未來(lái)在我國(guó)進(jìn)一步的推廣和安全使用提供借鑒和指導(dǎo)。