储油罐设计规范(操作标准若干问题的讨论)

随着我国原油战略储备项目的实施，储罐的发展趋于规模化。研究借鉴了美国API 650《焊接钢油罐》和日本JIS B8501《焊接钢油罐》等国外标准，如单、双浮顶的选择、罐壁厚度、风环设计、抗震设计等。我国已掌握15,104m3大型储罐的设计和施工技术。但近年来，储罐事故时有发生，如2010年7月16日大连油库火灾爆炸事故，2006年8月7日仪征输油站雷击火灾事故。为了从根本上防止坦克事故的发生，我们应该继续学习国外坦克设计和操作标准的先进经验，并将其应用于完善我国的标准，尤其是美国和俄罗斯等发达国家。本文选取了美国、俄罗斯等国的储罐设计和运行标准以及API gravity (API)、美国国家消防协会(NFPA)等标准化组织，并与我国相关标准进行对比。研究成果对完善我国储罐设计标准、提高储罐运行管理水平具有参考价值。

2国内外储罐设计和运行标准

我国储罐设计和运行的国家标准包括GB 50183-2004《油气工程设计规范》、GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》、GB 50074-2014《油库设计规范》、GB 50351-2014《储罐区防火堤设计规范》、行业标准SY/T4080。

API重力API储罐标准包括API Std650-2013《钢制焊接油罐》、API Std2610-2610《转运油库和储罐设施的设计、施工、运行、维护和检查》、API RP 2016-2001 (R 2006)《进入和清洗油罐指南和程序》、API Std 653-2014《油罐》。和翻新，API RP 2021-2001 (r2006)大气储罐的消防处理，API RP12R1-1997(R2008)采油罐安装、维护、检查、操作和维护的推荐做法。此外，国家消防协会NFPA标准NFPA30-2012《易燃可燃液体规范》也具有很高的权威性和普适性。典型的俄罗斯储罐标准是153-39.4-078-2001《主输油管道和油库储罐技术操作指南》和-2004《储罐技术操作规则》。

3储罐安全附件的设计

3.1储罐钢

目前，我国浮顶储罐的壁板和底边板采用屈服强度为490MPa的高强度钢板。国产12MnNiVR钢板在化学成分、力学性能、工艺性能等方面与进口SPV490Q钢板基本相同。低温焊接工艺评定，消除焊后热应力，提高钢板综合质量稳定性(外观、平整度、内应力等)。)是未来的发展方向。以罐钢设计温度为例，国外标准比中国标准更严格。如API Std650规定设计温度应比储罐所在区域最冷日平均环境温度高8℃，GB 50341规定设计温度应比储罐所在区域最低日平均温度高13℃。中俄原油管道穿越高寒多年冻土区，应借鉴国外标准，改善储罐的钢材设计条件。

3.2储罐液位计

一般采用浮动式磁性液位计结合手动直尺来确定储罐液位。由于储罐区规模较大、手动尺检不及时、液位计低温时机械故障、误报等原因，可能导致储罐液位偏高。油箱液位计一般配有低液位、高液位和高液位开关，但只有报警功能。我国标准对储罐是否设置冗余液位计没有相关规定。如GB 50183规定，油箱液位计的高液位报警信号应与输油泵一起设置为自动联锁保护状态，报警信号触发泵紧急停机，切断供油。根据俄罗斯标准，储罐应采用至少两个最高液位报警，以确保发送和接收信号，切断油品并停止泵运行；浮箱上应至少安装三个能同时工作的信号报警器。如果不能满足要求，应安装溢流设备、备用储罐或排放管道。俄罗斯标准对液位计的冗余配置更加严格。对于新建储罐，应参考俄罗斯标准，并强制进行储罐液位联锁保护，以确保液位计在正常运行和故障情况下能够准确检测储罐液位数据。

3.3储罐控制阀

在国外，储罐控制阀一般为防火堤外的电动阀，而在我国，储罐控制阀大多位于防火堤内，为手动阀门，在火灾事故状态下难以切断油源，从而导致灾难性后果。建议中国标准明确规定储罐控制阀应安装在防火堤外，安装在防火堤内的储罐紧急切断阀应具有在防火堤外操作的功能，选用耐火、耐高温的铠装电缆。

3.4内浮顶储罐浮板状态监测

浮板下沉是浮顶储罐运行中常见的事故。浮板缺陷是内因，储罐操作失误是外因。在储罐运行过程中，如果能有效检测浮板状态，就能避免浮板事故的发生。然而，我国标准对内浮顶罐浮板状态的监测没有规定。俄罗斯标准153-39.4-078规定，内浮板的状况应通过罐体顶部的光孔检查；按照俄罗斯标准，浮顶罐应配备有害气体遥控报警器和浮顶罐高位报警器，利用光孔每月至少检查一次浮顶罐的状态。这种方法简单实用，操作人员在储罐日常巡检中可以掌握浮板状态，值得借鉴。

浮板的制造缺陷主要应在储罐建造过程中检查，但中国标准中没有规定防止外浮顶下沉的措施。美国标准API RP2016规定，防止浮板边缘移动、防止浮板转动、浮顶支架可靠，是保持浮板稳定的基本要求。API 653规定了浮板结构完整性的评价标准:在645.2 cm2的任何区域内，罐顶板平均厚度小于2.3 mm，或出现浮板或穿孔现象应进行修复或更换。API RP2021列出了外部浮顶沉降的原因，包括浮板泄漏、机械故障、裂缝破裂或积雪重量过大、雨水或消防水等。建议借鉴美国标准，制定储罐浮板稳定性评价标准，防止浮板失效等。

4储罐消防系统设计

4.1消防系统供电方式

储罐规模不断扩大，提高油库消防系统应急保障能力具有重要意义。很多油库火灾发生之初，火势并不大。但由于供电系统遭到破坏，没有备用电源的消防系统瘫痪，导致火势扩大。GB 50183规定，加油站的消防泵应满足一次负荷供电的要求。我国油库的消防泵、泡沫泵一般采用双向交流供电，但偏远地区无法满足一次负荷供电要求。国外以柴油或丙烷为燃料快速启动消防泵的技术比较成熟。规定柴油机的储油量应满足消防泵连续运行时间不小于6小时的条件，以保证消防泵在火灾和电力中断时能够正常驱动，对提高油库消防系统的应急保障能力具有参考意义。

4.2储罐着火时相邻储罐的冷却

GB 50183规定，消防固定顶罐与相邻油罐在距离消防油罐壁1.5倍直径范围内应同时冷却；着火的浮顶罐应冷却，相邻的油罐不得冷却。国外标准对储罐着火时相邻储罐的冷却持谨慎态度。一般来说，水箱没有配备喷水冷却系统。泡沫系统和消防水系统的应急响应集中在灭火罐上，只有暴露在热辐射下的相邻罐才用水冷却。比如API RP 2021规定消防用水要谨慎使用。如果火焰直接冲击暴露的储罐或加热易燃低闪点液体储罐的罐壁，应立即冷却储罐。NFPA 30认为，当储罐发生火灾时，用水冷却相邻储罐可能会影响燃烧储罐的灭火。目前国内储罐岸堤设计一般为6座(2排3罐，即一排3罐2排布置，或一排2罐3排布置，即一排2罐3排布置)。3个罐并列布置时，如果中间罐着火，两侧相邻罐会受到热辐射影响。国外一般有四种储罐堤群。此外，防火堤的容量和储罐之间的距离较大，因此储罐的火灾对相邻储罐的影响有限。

4.3泡沫注入模式

浮罐火灾主要由密封圈火灾引起。储罐壁泡沫灭火系统在我国储罐中应用广泛。这种泡沫顶注方式易受风吹雨打的影响，泡沫灌满密封圈空需要9分钟左右，很可能错过扑灭密封圈火灾的最佳时机。浮板边缘泡沫系统在国内尚未得到广泛应用。近年来，国外开发了安装在浮板边缘的CFI、TankGuard、Sef等独立灭火装置。SY/T 6306(API 2021)规定了三种方式:淹没式喷射、半淹没式喷射和投射式泡沫灭火。文献介绍了水下泡沫灭火系统在伊朗某油田储罐中的试验情况。泡沫装置安装在储罐底部，不易因储罐燃烧爆炸而损坏。泡沫从中心漂浮到燃烧液面，可以有效冷却原油。储罐的进出油管路可作为泡沫管路，节省投资。

5储罐安全设施设计

5.1储罐的安全距离

油库与居民区、工矿企业、交通线路的安全距离，国外标准比国内更严格、更细致，安全距离根据油品危险等级和储罐直径确定。NFPA 30规定，运行压力小于17.2 kPa(表压)的A级稳定液体储罐与道路的最小距离为储罐直径的1/2和重要建筑物管径的1/6。此外，还规定了运行压力超过17.2 kPa(表压)的A类稳定液储罐、有沸溢特性的储罐和不稳定液储罐与居民区、工矿企业、通讯线路之间的安全距离(A类液体为闪点低于22.8℃、沸点低于37.8℃的液体)。根据GB 50074，1 ~ 5级油库与公路的最小距离为15 ~ 20 m，与居民区、公共建筑的最小距离为50 ~ 100 m。

对于坦克之间的安全距离，国外标准比中国标准更加严格细致。根据NFPA 30，当储存A类稳定液体的罐体直径不大于45 m时，罐体的安全距离为相邻罐体直径之和的1/6；当罐径大于45 m并设置应急储罐时，浮顶罐的安全距离为相邻罐径之和的1/4，固定顶罐的安全距离为相邻罐径之和的1/3。根据GB 50074，固定顶罐的安全距离为0.6D，浮顶罐的安全距离为0.4D(D为相邻罐中较大罐的直径)。如果距离大于20 m，相邻罐冷却水之和不小于45 L/s，则安全距离可取20 m，以15104 m3浮顶罐安全距离为例，中国标准为32 m(特殊情况下为20 m)，美国标准为40 m，两者差距较大。

从储罐的安全距离来看，国外标准的这一参数远大于我国标准，但储罐的规划设计涉及车站选址、征地、社会环境、经济规划等因素。建议参考国外标准，基于可接受的风险水平分析罐区的安全性，合理确定储罐之间的距离。

5.2防火堤有效容积

对于防火堤的有效容量，GB 50183规定，固定顶储罐的防火堤有效容量不应小于油罐群中最大油罐的容量；对于浮顶罐或内浮顶罐，防火堤的有效容积不应小于油罐群中最大油罐容量的一半。API Std2610规定，防火堤的容量可以容纳最大储罐可能释放的最大液体量，并考虑了水库中消防液体的容量和降雨量；根据API RP 12R1，防火堤的容积至少为最大储罐封闭容积加上雨水容限(通常为储罐容积的10%)。换句话说，我国标准规定防火堤有效容积为固定顶罐区最大罐容的100%，浮顶罐区最大罐容的50%。美国标准规定，消防堤的有效容积为最大罐容积的100% ~ 110%。建议在条件允许的情况下，防火堤的有效容积应满足一个最大储罐的有效容积，并考虑雨水和消防水的储存。

关于储罐区(组)的布置方式，GB 50074规定，同一防火堤内最多可布置6个10104 m3油罐，不超过两排。存在的问题是，当中间的两个坦克起火时，会威胁到相邻坦克的安全。NFPA 30规定，防火堤内大型浮顶油罐的数量应限制在4个，这样可以减少火灾时油罐热辐射对相邻油罐的影响，具有参考意义。

建议参照国外标准适当增加防火堤有效容积，可考虑加高罐基础、适当增加防火堤顶部宽度、减少舱壁内罐数等多种措施，提高防火堤设计水平。

5.3储罐泄漏检测

对于新建储罐项目的检漏，我国的标准比较完善。如SY/T 4080规定罐底板应采用气密性、煤油、真空罐法检漏。缺点是只能在清罐空和通风处理后进行。储罐运行过程中的泄漏检测主要依靠手动直尺和测量、罐周油气浓度检测等。近年来，国外储罐泄漏检测技术发展迅速。例如，API Std2610中列出的新检漏技术包括声发射、示踪法、体积(包括明显的质量变化)监测和蒸汽传感等。其他新的检漏方法包括感官/视觉检漏法、油膜检漏法、储罐基础层检漏法、基础/储罐基础钻孔检漏法、电阻检漏法、探地雷达检漏法、储罐基础埋地检测元件检漏法、光纤监测法、漏油感应电缆监测法等。

GB 50074规定，储罐防火堤应设置防渗措施。由于该条款是非强制性要求，国内很少进行罐区的防渗设计。一旦油箱泄漏，可能会导致环境和水污染。按照俄罗斯标准，在地面以下至少1 m的基础处进行防渗处理，在合成防渗膜上铺设一层厚度至少150 mm的碎石，或者采用厚度100 mm的混凝土材料。建议研究俄罗斯防渗设计方法在新建储罐防火堤中应用的可行性。

6结论

综上所述，美国和俄罗斯坦克的先进设计和操作标准主要表现在以下几个方面，建议借鉴中国的标准。

(1)国外标准对储罐的技术指标和参数要求更严格，如储罐钢材的设计温度、储罐的安全距离、防火堤的有效容积等。，值得借鉴。

(2)储罐液位计的冗余设计、储罐控制阀的位置、储罐着火时相邻储罐的冷却等。，国外标准的设计理念比较先进，我国相关法规的设计理念有待完善。

(3)国外标准对内浮顶储罐浮板状态监测、消防系统供电方式、储罐防渗设计等有相关规定或推荐做法。，而中国标准尚不明确，因此应进一步分析研究以确定其适用性。

(4)近年来，储罐消防安全技术方兴未艾，如储罐边缘泡沫灭火系统、液体下泡沫灭火技术、储罐基础钻孔检漏技术等。，所以建议采用标准。