大型储罐事故原因分析及预防措施

大型储罐事故原因分析及预防措施

储水池是主要的石油、中间产品和成品储存或备用设备。习惯上将容积超过1万m3的储罐称为大型储罐【1】。随着石油、化工行业的发展,石油作为重要战略储备能源,油气场站的罐组总容量以及单个罐的容量越来越大。据悉,目前世界上最大的原油储备库总容量达4630万桶(约合736万m3,美国俄克拉荷马州Cushing油库);单个储油罐容量为24万m3。目前国内最大的石油库总容量已达500万m3,单罐容量也已经达到15万m3。规模逐渐增大,石化工业的火灾和爆炸事故也频频发生。炼油化工厂或储罐区的特大、重大火灾及爆炸和泄漏等事故引起了大家的重视,如何避免灾难事故的发生、如何降低高危行业的风险,引发了行业内外人们的反思。本文针对导致大型储罐常见的火灾爆炸事故的因素及其规律进行详细的分析,并提出相应的控制措施。1储罐灾害类型20世纪60年代以来石化行业发生的90例大型储罐事故,按事故类型进行了统计分析(见图1),发现发生次数最多的是火灾爆炸(64例,占71%)。此外,根据JamesI.Chang等【2】对1960～2003年近40年发生的242起储罐事故的统计,发生次数最多的事故是火灾(145例),其次是爆炸(61例),火灾与爆炸合计占事故案例的85%。显然,火灾爆炸是大型储罐最多发的类型。火灾与爆炸虽是两个不同概念,但对于罐区而言,二者往往相互伴随发生,联系紧密。火灾爆炸事故不仅会造成严重的人员伤亡、财产损失和环境破坏,还会造成人们的恐惧心理【3】。2引发大型储罐火灾爆炸事故的原因分析储罐储存的油品具有易燃、易爆、易挥发、易积聚静电等特性,因此其本身就是高风险源。图2是对引发大型储罐火灾爆炸事故的64例案例进行的原因统计分析。从图2可以看出,引发大型储罐火灾爆炸事故的因素主要有违章作业、雷击及静电、设备失效、地震、硫化亚铁自燃等。本文主要针对这几个因素,并结合事故案例进行分析,总结经验教训并提出相应的防范措施。2.1原油罐发生事故违章作业是油品储罐发生事故的主要原因之一。从图2可以看出,大型储罐因违章作业引发的火灾爆炸事故次数最多,共27例,占42%。近年来,因违章作业造成严重的火灾爆炸事故屡见不鲜。2006年6月,某炼油厂原油输转车间一座3万m3外浮顶原油罐在进行清罐作业期间发生爆炸,造成5人死亡。事故是由于罐内含有烃类可燃物,且局部达到爆炸极限,施工单位在维修临时照明设施时产生电火花,引起油气闪爆。事故暴露出的主要问题如下:1)未对罐内可燃物进行连续分析、监测;2)阀门内漏导致隔离措施失效;3)安全生产责任制不落实,作业票存在代签现象;4)施工人员使用了非防爆临时照明和非防爆工具,车间安全监督员未制止;5)承包商擅自转包,委托过程中忽视了具体安全管理;6)现场作业人员中有8人为临时雇用人员且没有进行安全教育,安全意识淡薄。2.2健全储罐作业风险防控从以上原因可以看出,人为因素是造成事故的主要原因,因此,建议采取如下防范措施:1)积极实施HSE管理体系,提高安全管理水平;2)对储罐作业进行风险识别,识别出危险源并制定有效防范措施;3)制定并完善事故应急预案,一旦出现异常或事故,能防止事态扩大;4)加强对作业承包商的监管力度,严格审查承包商资质;5)执行作业许可制度,未达到安全条件不得作业;6)对职工加强技能培训和安全教育,提高业务水平和安全意识。2.3储罐防雷接地由图2可知,雷电及静电引发的火灾爆炸事故达21例,占33%,造成了较大的经济损失。特别是1989年8月12日,山东黄岛油库因雷击造成5号混凝土油罐爆炸起火,大火前后共燃烧104h,4号、5号两座半地下混凝土石壁油罐和1～3号3座拱顶金属油罐烧塌,烧掉原油4万m3,占地250亩的老罐区和生产区的设施全部被烧毁,直接经济损失达3540万元。在灭火抢险中,10辆消防车被烧毁,19人牺牲,100多人受伤。2006,2007年国内外先后发生多起大型储罐雷击起火事故,例如,2006年8月7日仪征输油站G-16号15万m3储油罐因雷击起火事故;2006年6月12日,美国俄克拉荷马州Glenpool油库一座燃油373号储罐,刚刚注入近500万加仑汽油仅11min后被闪电击中并引发大火,并且早在2003年4月,该油库一座内浮顶储罐就曾因静电火花引燃储罐内油气混合物导致爆炸【4】;2007年5,6月份,镇海国家储备油库G-47号10万m3原油储罐先后两次遭雷击起火;2007年7月白沙湾输油站G-3号10×104m3储油罐雷击起火事故等。因此做好油品储罐防雷接地是预防事故发生的重要环节。依据GB15599—2009《石油与石油设施雷电安全规范》、GB50074—2002《石油库设计规范》、等规范要求,金属油罐必须作环形防雷接地,其接地点不应少于2处,其间弧形距离不应大于30m。浮顶油罐或内浮顶油罐不应装设避雷针,但应将浮顶与罐体用两根导线做电气连接。浮顶油罐连接导线应选用横截面不小于25mm2的软铜复绞线。对于内浮顶油罐,钢质浮盘油罐连接导线应选用横截面不小于16mm2的软铜复绞线;铝质浮盘油罐连接导线应选用直径不小于1.8mm的不锈钢钢丝绳等。除了满足以上规范要求外,从几起事故现场勘查发现,油品储罐着火点的位置都在储罐外浮顶的密封圈处,密封都采用了机械密封。文献【5】建议外浮顶油罐的一次密封形式用软密封结构代替机械密封,减少可燃气体挥发量。2.4罐体腐蚀引发火灾年段事件大型储罐及其附件(液位计、温度压力仪表、阀门等)因腐蚀或其他原因导致的失效往往造成油气泄漏,遇明火极易引发火灾爆炸。尽管因设备失效引发的火灾爆炸事故次数较少(4起,占6%),且均为储罐附件的失效造成的,但后果依然严重。2005年12月11日凌晨,当英国北赫特福德郡班斯费尔德油库在向912罐内输送无铅汽油时,一个高级自动安全开关因失效而未发出液位警报,导致汽油从油罐顶部通气孔溢出并与空气快速混合,形成厚达2m的爆炸性气体,并向四处扩散,遇明火后连续发生多次爆炸。大火持续了60h,烧毁大型储罐20余座,造成36人受伤,其中4人重伤,无人员死亡,直接经济损失2.5亿英镑(约合35亿人民币)。据悉,这次油库爆炸威力相当于一个里氏2.4级地震的强度,是欧洲迄今为止最大的一次工业火灾爆炸事故,给油库周围环境、商业和居民生活造成了极大的影响【6-7】。2009年10月23日,位于波多黎各东北部城市巴亚蒙的加勒比石油公司一座炼油厂及油库发生爆炸,最初的爆炸及大火损坏了11座储罐,但很快就波及到附近的其他储罐。爆炸强度相当于1次里氏2.8级地震,大火直到25日才被扑灭,未造成人员死亡,但3人受伤,350多名居民撤离。调查发现,事故起因是一座燃料油储罐的液面指示器故障,使得工人未能在可燃蒸汽被引燃前发现溢油。对于上述两起因附件失效造成的事故,暴露出的突出问题,以及防范此类事故的措施或建议如图3所示。目前,尚未收集到因罐体腐蚀引发火灾爆炸的案例,但罐体腐蚀往往造成油品泄漏,埋下火灾爆炸的隐患,应引起足够的重视。大型储罐的腐蚀问题重点应考虑以下两个方面:1)罐壁钢板的应力腐蚀开裂大型储罐是消耗钢材较多的设备,仅罐壁的重量就占总重的50%～60%。为达到节约投资目的,对罐壁钢板最大厚度的限制,开发和使用高强度钢,就成为发展大型储罐的几乎唯一途径【1】。而高强度钢对应力腐蚀开裂非常敏感,故应加以防范。2)罐底板的腐蚀大型储罐底板的腐蚀以内侧腐蚀最为常见,这是由于储存的原油劣质化,腐蚀介质含量较高,加之罐底滞留沉积水,容易引起电化学腐蚀的发生。2005年比利时一家炼油厂一座原油储罐,因罐底板内侧腐蚀造成存储的3.7万m3原油15分钟内泄漏一空。底板外侧腐蚀也是水分存在条件下产生的,从底板外周边浸入的雨水以及由于毛细管现象浸入罐基础的地下水形成了罐底板外侧的腐蚀环境。油罐建造在沿海地区或地下水位较高的地方,非常容易发生底部外侧腐蚀。目前,防止罐底板腐蚀的有效方法是:对底板内侧采用涂层和牺牲阳极联合保护方式【8】,外侧采用强制电流阴极保护【9】。如果能在造罐时就采用阴极保护技术,则效果更好。2.5自动关闭与地震应急地震对原油储罐造成的损坏较为复杂,涉及地震运动、储罐结构、地面情况、罐内介质的物理性质等因素的交互作用【2】。幸运的是,过去只有5次地震造成了灾难性的油品泄漏(1次)和火灾爆炸(4次)。在这4次火灾爆炸事故中,有3次发生在日本,1次在土耳其。发生在2011年3月11日的日本9.0级大地震和随之而来的海啸,产生的后果之一是日本的炼油能力受损,日本目前29座炼油厂中9座受到不同程度的损坏,至少7家炼油厂在感应到地震时自动关闭,使得日本日加工原油的能力骤减1/4【10】。其中,位于千叶县石原市COSMO石油公司的一家炼油厂储油罐在地震中发生连环爆炸,并延烧至炼油厂区,有3名工人受伤。直到10天后油罐内的燃油和煤气管道全部烧尽,大火才熄灭。这场大火给COSMO石油公司造成了巨大的损失,也导致整个关东地区和地震灾区供油的紧张。初步判断,其原因可能是生产设施遭受地震的晃动,发生管道撕裂或断裂,油气物料泄漏与热源接触发生着火或爆炸;除地震、海啸等外部因素外,现场操作人员在地震发生后,可能没有及时关闭生产设施,就匆忙撤离,造成生产设施失控,而导致发生事故。从现场情况看,这两方面因素都可能存在。日本是地震多发国家,炼油厂在历次地震中屡受破坏,但也积累了十分丰富的抗震经验:1)制定、完善并适时修订防震标准规范;2)重视抗震防震科研设计工作;3)适当控制炼油厂规模。不盲目追求规模效应,这样就可做到一旦发生地震,一个或几个厂停产,对全局影响不大;4)提高炼油厂的自动化水平。日本炼油厂的自动化程度高,开工率高,工作人员少,一旦发生地震灾害,人员伤亡也就少;5)采用先进的防震技术。安装安全自动关闭系统;大量使用抗震接头;积极控制设备的腐蚀。我国也是一个地震多发国家,要借鉴日本炼油工业防震抗震的经验,适时成立专门机构,加强炼油厂防震理念、防震技术的研究,加强国际间炼油厂防震标准、技术的交流,尽量做到防患于未然。2.6储石脑油发火案见图2我国大量进口中东地区的高含硫原油,储存这种原油使得储罐的腐蚀普遍严重,引发了多起自燃爆炸事故【11】。例如,1999年6月30日,广州石化储运部G1105号罐(储存石脑油)在付油过程中,发生硫化亚铁自燃事故。再如,2010年5月9日,上海高桥分公司一座重整原料罐(钢制内浮顶罐,储存石脑油)在收油过程中发生闪爆,罐顶撕开并起火燃烧,总共出动65台消防车,3个多小时后才将火扑灭。对事故原因进行分析得知,在炼油生产过程中,从原料到成品,都可能含有硫化物,在工艺条件下,硫化物对设备的直接腐蚀作用,可能形成硫化亚铁。硫化亚铁在较低温度下,甚至能在常温的空气中自行发热燃烧。在生产时若操作不当或安全防护措施不到位,很容易发生硫化物自燃着火事故【5】。防止类似事故发生的主要控制措施如表1所示。3预防大型储罐火灾爆炸事故的对策随着储罐容积的提高和油库规模的扩大,油库大型储罐面临的安全风险越来越大。首先,储罐越造越大,油库储量和规模也随之增大,油罐密集,一旦发生大面积火灾,扑救难度增大;其次,一旦造成油品泄漏,对