管道油库储罐防冒顶措施研究

管道油库储罐防冒顶措施研究

段开文

中国石油天然气股份有限公司 云南销售分公司保山油库 云南省保山 市 678000

摘要：储罐冒顶是油库生产运行中一项较大的风险，事故一旦发生，波及面广、损失大、环境污染严重、处置难度大。当发生储罐冒顶事故时若应急处置不当，将造成严重的火灾爆炸事故或环境污染事故,后续处置难度大风险剧增。油罐安全运行在油库整个运行环节是至关重要的关键环节，油库风险主要是人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全因素，管理不当将引发火灾、甚至发生爆炸。本文对管道油库防冒顶措施进行研究。

关键词：储油罐、防冒顶措施

1.研究的目的与意义

随着成品油储存企业的发展石油石化传统的铁路运输方式逐渐被管输入库方式替代，随着国家石油天燃气管网集团公司的成立，管输作业流程与操作模式也在原有基础上发生改改变。在管输作业给石油库带来便捷的同时，也出现的新的风险因素。储油罐一旦发生冒顶事故，油品回收过程中对人员、器具、检测设备等有及高的要求，处置措施不当，极易发生火灾爆炸、环境污染事故，增加企业损失。同时，近年来危险化学品企业事故频发，国家对危险化学品企业监管越来越严，《危险化学品三年行动方案》活动的开展以及《安全生产法的修订》一系列的法律、法规的修订增加了危险化品企业外部检查风险。油库安全管理成为一切工作的重心，风险分级防控及风险预防成了成品油一项重要工作。对管输油库储罐风险进行分析、研究并制定相应的管控措施，是消减油库管控风险的一项得要工作，将对油库安全生产运行起到关键的作用。对于安全管理工作以及我国的经济健康发展有重大的意义。

2.油品的特性及储油罐的基本要求

2.1油品的特性

油品的危化性来自于油的特性，石油产中是一种多种元素组成的碳氢混合物，其中碳的质量分数占83%-87%，氢的质量分数占11%-14%，除碳、氢、硫、氮、氧外原油中还含有微量金属元素和非金属元素，其数量超过40种，我国原油中测出了34种元素。认清油品危险特性，便于更好的对其进行管理。

2.1.1油品的易燃性

石油产品具有易燃性，其燃烧速度非常快，在4.5m直径的立式油罐的油面上引火，2--3s火焰即可覆盖全部油面。
石油产品的易燃性取决于本身的烃类结构，但如果向烃类中加进或从烃类中取出某种元素，其燃烧特性就会显著地改变，这就是说，石油产品的易燃性受分子结构中原子取代的影响。例如，当甲烷中两个氢原子被两个氯原子所取代，它仍是一种易燃物质，当三个氢原子被三个氯原子取代时，生成氯仿，则是不可燃物，所有四个氢原子全部为氯原子所替代生成四氯化碳，则是一种灭火剂。
由于油品中的烃类含有可燃性的碳较多，蒸气密度较大，这就决定了它的易燃性。衡量油品易燃性的指标有闪点、燃点和自燃点。其中最关键的指标是闪点。

闪点是石油产品在规定条件下，加热到它的蒸气与空气形成混合气体，接触火焰发生闪火时的最低温度称为闪点。闪火是一种一闪即灭的燃烧。因为在闪点温度下，油品蒸发速度较慢，油蒸气很快烧完，新的油蒸气来不及与空气形成混合气体，于是燃烧就熄灭。闪点是有火灾危险的最低温度。闪点是判定油品火灾危险性的重要依据。闪点越低，火灾危险性越大。例如，煤油的闪点是40℃，除南方夏季外，在室温(一般为15~25℃)情况下，与明火接近不能立即燃烧，火焰或火星的暂时作用不能引燃，因为这个温度比它的闪点低，蒸发出来的油蒸气量很少，不能闪火，更不能燃烧；只有将煤油加热到40℃时，才能闪燃，继续加热到燃点温度时，才会燃烧。

2.1.2油品的易蒸发性及易燃性和易爆性。

石油产品是多中碳氢化合物的混合物，其中的轻组分很容易从液态变为气态逸入大气，这种性质称为蒸发。常温常压下1kg汽油大约可以蒸发为0.4方的汽油蒸气，柴油和煤油在常温常压下蒸发慢一些。

油品蒸发性的大小，常用饱和蒸气压和馏分来表示，一般来说，饱和蒸气压大和馏分低的油料容易挥发，且挥发出来的油蒸气能迅速与空气混合，形成可燃气体，由于蒸发出来的油气密度较大，一般是空气的1.59-4倍，其油蒸气常常在作业场所或露天场所弥漫，任意飘散或在低洼处积聚，如接触火源就会立即引起燃烧或爆炸。

石油产品在着火过程中，容器内气体空间的油蒸气浓是随着燃烧状况而不断变化的，因此，燃烧和爆炸也往往是相互转变交替进行的。
当空气中油蒸气恰好达到爆炸极限时，一旦接触火源，则混合气就先爆炸后燃烧，即从爆炸转为燃烧，当空气中石油蒸气超过了爆炸极限时，石油蒸气不能继续补充，与火源接触就先燃烧，待石油蒸气下降达到爆炸极限时，随即会发生爆炸，即从燃烧转变为爆炸。石油产品的爆炸极限除用油品气体浓度表示外，也可以用油品的温度来表示，因为液体的蒸气浓度是在一定的温度下形成的。因此，液体的爆炸浓度极限就体现着一定的温度极限。我们把能形成与爆炸极限相应蒸气浓度的温度叫做爆炸温度极限。爆炸温度极限也有上限和下限。所谓爆炸温度下限，是指液体由于蒸发而形成最低的爆炸蒸气浓度时的温度。所谓爆炸温度上限是指液体内部蒸发而生成最高的爆炸蒸气浓度时的温度。爆炸浓度越宽，说明液体的危险系数越大。

此外油品还具有带电性、毒性以及易沸性和膨胀性，在油品收、发、存各环节中油品运动易集聚静电，收、发、存过程中要加强防静电管理，规避由于静电引发的各类突发事件。油品产品及其蒸气都具有毒性，一般属于刺激型、麻醉型、或腐蚀性的低毒或中毒性的物质，油库运行过程中要加强劳动防护用品管理，规避中毒风险。

2.2储存库的选址及安全距离要求

针对仓库地址的选择，应符合国家的标准，应分布在城市边缘、远离乡镇、工业企业、重要建筑物等公共场所；并且避免泥石流、山洪、滑坡等不安全地带；防止发生爆炸事故，造成对周围居民、重要建筑物、人们的伤害和财产损失及自然自然的破坏影响，所以仓库选址应当满足国家相关法律法规及相关规定。

石油库与库外居住区、公共建筑物、工矿企业、交通企业的安全全距离（m）安全距离、石油库与本企业建设（构）筑物、交通线等的安全距离（m）、石油库内建（构）筑物、设施之间的防火距离（m）、相邻储罐区之间的防火距离及地上罐组内相邻储罐之间的防火距离要符合GB50074-2014石油库设计规范中的安全距离要求。

2.3储油罐相关要求

金属油罐的分类

在各类石油库中，使用各种类型的油罐储存不同性质的油品，按照这些油罐建造的点，可分为地上油罐和地下油罐两种类型。地上油罐大多采用钢板焊接而成，由于它的资较少、建设周期短、日常维护及管理比较方便，因而石油库中的油罐绝大多数为地上罐；地下油罐因其整个油罐建在地下，所以储存介质的温度比较稳定，气体蒸发损耗较小但由于这种油罐投资较高、建设周期长、施工难度大，操作及维护不如地上油罐方便，故只有特殊要求时才选用。

地上钢油罐分为立式圆筒形罐和卧式圆筒形油罐两种。立式圆筒形罐由罐底、罐壁及罐顶组成，罐壁为立式圆筒形结构，据其罐顶结构的特点又可分为固定顶油罐、内浮顶油罐和外浮顶油罐三种形式。
根据目前油库的实际及发展状况，应用较多的是立式拱顶金属油罐和立式内浮顶金属油罐。桁架式顶罐和无力矩顶罐在我国曾大量建造，但由于桁架式顶罐结构较复杂，备料施工都不方便，钢材耗量也较多，无力矩顶罐顶部易积水而被腐蚀，操作使用也不安全，目前这两种罐已很少建造。立式金属油罐由底板、壁板、顶板及一些油罐附件组成。其罐壁部分的外形为母线垂直于地面的圆柱体。按照罐顶的结构形式，立式金属油罐又分成很多种，其中目前应用最广泛的是拱顶油罐和内浮顶油罐。立式金属油罐一般都是现场焊接安装，底板直接铺在油罐基础上，其基础、底板、壁板的做法基本相同。金属油罐的施工质量检验按设计图样的技术要求进行。金属罐壁焊缝检验向罐内装水至罐壁的上沿，以不见渗水为合格。用负压法检査罐顶板焊缝时，应封闭罐各出口，罐内负压不得小于50mmH2O。罐壁检查凹凸度用1m长的样板尺测量时，焊缝与样板的间隙不得大于15mm。

以下按立式拱顶金属油罐的组成分别予以说明：

油罐基础

油罐基础是油罐壳体本身和所储油品重量的直接承载体，并将这些荷载传递给地基土壤。建造油罐处的地基土壤，内摩擦角应不小于30°，要求地质状况均一，土的耐基础的技术要求压情况根据油罐高度确定，一般在100~180kPa，地下水位最好低于基槽底面300mm。地质条件不良的地方不宜建罐，如必须在这种地方建罐，则应对地基做特殊处理，以防发生不均匀沉陷或基础破坏。
油罐装油后，基础将发生下沉，因地基土壤孔隙不同，基础沉陷量也不同，考虑到基础沉降，且为排水方便，油罐基础必须高出地面至少500mm，应保证沉陷后仍高出地面，以防在基础处积水。在沙基础外圈做钢筋混凝土圈梁，以防基础下沉时，罐底四周的沙垫层被挤出。

油罐底板

立式金属油罐的底板虽然受到罐内油品压力和罐基础的支撑力，但所受的合力零，从这一点看，底板只起密闭和连接作用，可以很薄。但是，由于底板的外表面与基底板的技术要求触，受土壤腐蚀比较严重，底板内表面接触的油品中沉积有水分和杂质，腐蚀也较重底板不易检查和修理，所以应留有足够的腐蚀余量，一般采用4~6mm的钢板，容积超5000m³；容积为5000-50000m³的油罐采用8-12mm厚的钢板。油罐底受力大小与油罐密度、油品高度有关，当罐内的油品体积一定时，油品密度越大，罐底受力越大。

油罐罐壁

罐壁是油罐的主要受力构件，在液体压力的作用下承受环向拉应力。液体压力是随液面高度的增加而增大的，罐壁下部的环向拉力应大于上部，因此在等应力原则下由计算确定的罐壁厚度上面小、下面大。通常容积不大于3000m³的油罐壁板厚度取4--5mm；积为5000--1000m³的油罐壁板厚度取5-7mm；容积为20000--50000m³的油罐壁板厚度取8-10mm，罐壁底圈的厚度最大。由于油罐焊接后很难进行焊缝的焊后热处理，因此要以不进行焊后热处理并保证焊接质量的条件来限制油罐的最大壁厚。美国和日本规定的最大壁厚为38mm，英国规定为40mm，我国建造的50000m³油罐，其最大壁厚为32mm。

罐壁的竖直焊缝一般都采用对接，环向焊缝则根据使用要求既可以是搭接，也可以是对接。圈板上下之间的排列方式有交互式、套筒式、对接式和混合式三种方式。对接焊缝在钢板厚度等于或大于6mm时，为保证焊接质量应开坡口。上下圈板搭接焊时，搭接高度应为板厚的6--8倍，常取35--60mm。

油罐拱顶

拱顶油罐的罐顶为球缺形，球缺半径一般取油罐直径的0.8-1.2倍。拱顶结构简单便于备料和施工，顶板厚度为4--6mm。当油罐直径大于15m时，为了增强拱顶的稳定性，拱顶要加设筋板。拱顶本身是承重构件，有较大的刚性，能承受较高的内压，有利于降低油品蒸发损耗。一般的拱顶油罐可承受的内压为2kPa，最大可至10kPa，承受外压(负压）0.5kPa。

油罐呼吸阀、液压安全阀、阻火器

油罐呼吸阀是油罐呼吸系统的核心部件。安装呼吸阀的作用主要有两个方面，一是适当提高油罐空间的气体压力，以减少油品由于大小呼吸带来的损耗，减少油库经济损失，同时可相对减少油品蒸气对环境的污染。二是可确保油罐的使用安全，既不使油罐内正压超标而破裂，也不至于因负压超限而吸瘪。当罐内气体空间的压力在呼吸阀的控制压力范围之内时，呼吸阀不动作，保持油罐的密闭性，以减少油品损耗。当罐内气体空间压力升高，达到呼吸阀的控制正压时，压力阀被顶开，气体从罐内排出，使罐内压力不再继续升高、以保证油罐不会爆裂。当罐内气体空间压力下降，达到呼吸阀的控制负压时，罐外的大气将其真空阀顶开进入罐内，使罐内气体空间的压力不再继续下降，使油罐的负压不再增大，从而避免被吸瘪的可能。

液压安全阀实际上是油罐液压呼吸安全阀的简称，它也是一种油罐呼吸阀。通常与机械呼吸阀一起使用，其控制的压力和真空值一般都比机械呼吸阀高出5%--10%，正常情况下它不动作，只在机械呼吸阀失灵或因其他原因使罐内出现过高的压力或真空时它才动作。

阻火器又称防火器，是油罐的防火安全设备，是呼吸系统的重要组成部分之一。它允许气体通过，但阻止罐外火焰经呼吸系统向罐内传播，从而保证油罐的安全。

在建设储油罐时要安装与储罐相匹配的呼吸阀和阻火器，储罐呼吸系统完好有效也是储罐安全运行的重要条件。

防火堤

地上储油罐在收、发、存运行中由于各种原发生冒顶、爆炸破裂等事故，储存油品会流出储罐外，如果没有防火堤，油品会到处流淌，如果发生火灾还会形成大面积流淌火。为避免此类事故规定地上储油罐应设置防火堤。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，地上立式金属罐的罐壁到防火堤内堤角线的距离，不应小于罐壁高度的一半，宜采用土筑防火堤，其堤顶高度不应小0.5m。不具备采用土筑防火堤条件的地区，可选用其他结构的形式的防火堤，防火堤应能承受在计算高度内所容纳液体的静压力且不应外漏，其耐火极限不应小于5.5h，管道穿越防火堤处应用不燃烧材料严密填实。在雨水沟（管）穿越防火堤处，应采取排水控制措施，防火堤每一个隔堤区域风均就设置对外人行台阶或坡道，相邻台阶或坡道之间距离不大于60m。

雨排和污排系统

储罐区要设置相应的雨排和污排系统，通往防火提外的雨排系统还要设置相应的水封井，库内设置事故缓冲池和含油污水处理系统。

3. 储罐自控系统

储罐设计储存液位计算

为确保油库储罐安全平稳运行，应控制储罐液位运行安全参数。按照《石油库设计范(GB50074)要求，储罐安全运行参数一般包括高、高高、低、低低液位报警参数。储液位报警的设定高度应符合现行行业标准《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3的有关规定
对于固定顶罐宜按下式计算：
h=H1-(h1+h2+h3)
式中 h—储罐的设计储存高液位，m；
H1——罐壁高度；
h1--泡沫产生器下缘至罐壁顶端的高度，m；

H2--100-15mim储罐最大进液量折算高度，m；
h3--安全裕量，m，可取0.3m(包括泡沫混合液层厚度和液体的膨胀高度)。

对于浮顶罐、内浮顶罐宜按下式计算：

h=H4-(h2+h5)

式中 h4—浮顶设计最大高度(浮顶底面)，m；

h3--安全裕量，m，可取0.3m(包括液体的膨胀高度和保护浮盘所需裕量)。

储油罐高报、高高报。

高报、高高报是储罐的罐安全运行的一项重要技术措施，是在储罐上安装一个外贴（内置）式液位检测开关，当储油罐液位到达此高度，液位检测开关检测到液位信息时将信号传到中控室的声光报警装置，提示值班人员。规范中对高高报有统一的计算公式，但为确保油库日常安全运行，油库可将高报、高高报安装检测高度相应降低，低于储罐的设计储存高液位高度。

储罐自动液位仪

储罐应安装自动液位仪，能将液位、温度、密度远传到集中控制室，集中控制室应用专用的显示器时时监控储罐储存信息。

储罐自动切管系统

规范要求两重点一重大的化工企业要设置高高联锁装置，实际工作中高高联锁将带来新的风险，油库要此基础上要安装自动切罐系统，确保管输作业安全。

储油罐安全运行管控高度

各油库结合所在区域情况及入库输油管线管径、管输流速、气温及年周转次数确定各储油罐安全运行高度，安全运行高度要低于储油罐设计储存高液位，日常运行中储存高度不能高于安全管控高度，安全运行高度由油库主任审核，上报上一级公司审批备案。

3. 操作规程和应急预案

石油库要将储油罐收、发、存每一个环节写入操作规程中，对储油罐计量、空容确认，收、发油工艺开启和关闭，和管输方联系对接，日常监控，设备设施维护保养等内容要写入油库操作规程中，并定期进行修定完善培训及考核对。

操作规程编写要符合相关要求，编写、修订后要组织进行评审，并逐级进行审批，最后由公司分管业务运行或总工程师进行签发。

应急预案是油库出现突发事件的应急外置措施，油库应急预案要根据《安全生产法》、《消防法》、《防震减灾法》、《环境保护法》、《突发事件应对法》等法律以及《国家突发公共事件总体应急预案》、《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》等规范要求，编制油库总体应急预案和专项应急预案，并定期开展演练和评估，不断提升应急处置能力。

3. 风险识别及风险分级防控

油库要定期组织油库岗位人员开展风险识别活动，识别设备因素、人员因素、环境因素等方面存的问题，对其进行分析、讨论制定措施，组织岗位人员进行学习，消减油库运行中的风险。

6结论与展望

本文是对油库储罐防冒顶进行研究，根据国家的标准及行业的规定，重点对油品危险性、油库的选址、储罐设备、自控系统等进行探析，得出以下结论：

（1）通过对油品特性的研究，对油品特性有一个全面的了解，对油品危险性有了一个全面的了解。

（2）通过有关标准规范，对石油库的选址，储罐、防火堤建设进行研究，主要是对硬件设施设备等进行讨析和研究，确保在建设上符合相关规范标准要求。

（3）通过自控系统研究，充分利用自控技术的优势，提升油库安全运行管理。

（4）油品是国家发展的重要能源，石油石化企业运行安全是油品安全的重要保障，通过对硬件、软件的不断研究，不断提升油库安全管理水平。

参考文献

1. GB50074-2014《中华人民共和国国家材标准石油库设计规范》.中国计划出版社出版、新华书店北京发行所发行2015年1月第1版。

2. 《油库安全技术手册》第二版，樊宝德、朱焕勤、张永国主编，中国石化出版社发行。