大型油库的本质安全设计

2013-10-29杨晓静邢科伟轩志勇杨潞锋

石油工程建设 2013年5期

杨晓静，邢科伟，轩志勇，杨潞锋

（总装备部工程设计研究总院，北京 100028）

0 引言

由于国家经济建设发展和战略储备的需要，原油罐区的建设越来越大型化和集群化，但随之而来的安全危险也在不断累加，近几年屡屡发生的大型罐区的安全事故对此类工程项目管理也提出了更高的要求。设计是项目的龙头，如果在设计阶段考虑到本质安全的问题，无疑会对以后的生产运行起到至关重要的作用。

1 本质安全

1.1 本质安全的概念

本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故。

诸多管理人员提出 “本质安全是油库的生命线”，从安全依靠人→依靠规章制度→依靠本质安全，管理者的安全意识不断加强，也对设计者如何在设计阶段达到本质安全提出了更高层面的要求。

1.2 本质安全设计实现途径

要在建设项目设计阶段实现本质安全设计，应采取以下步骤：根据建设单位提出的使用要求，结合项目所在地的建设条件及基础设计参数（地形、地貌、地质、气象、水文、地震烈度等）并考虑到投产后的运行，从物、人、环境三个方面，辨识和分析建设项目潜在的危险、有害因素，预测发生事故的可能性及其严重程度，要具体到设计中的工艺、设备、电气、仪表、结构、消防等各个专业中去，采用PDCA的模式，循环运行计划、实施、检查、修正的方法，检查原设计方案与安全生产法律、法规、规章、标准、规范的符合性，最终提出科学、合理、可行的设计方案。

在设计中，形成PDCA循环，并贯穿整个设计过程，其主要工作程序见图1。

图1 PDCA循环设计程序

2 设计计划

依据油库的特殊性，油库项目的本质安全设计按区域划分主要包括选址及总平面布置、油罐区设置、收发油作业区设置（码头、火车、汽车等）、供配电及通信、消防系统、公用工程等。

2.1 危险有害因素辨识与分析

2.1.1 物质危险性分析

针对油库运营的油品物性，对其固有危险进行分析，主要包括易燃、易爆、易积聚、易产生静电、易沸溢、喷溅、易中毒等物性。对每一危险特性，应分析其成因及其可能造成的后果。

2.1.2 工艺设备危险因素辨识

对油品储存、装卸、收发、使用过程中，因材质选用不当，操作参数控制不当，安全阀、压力表损坏失效，设备本体、管道、附件发生腐蚀，超温超压保护装置失效，以及设备破损、操作疏忽等诸多原因可能引起的泄漏、火灾爆炸成因进行分析，主要从火灾爆炸、物理爆炸、中毒窒息、灼烫、冻伤、机械伤害、高处坠落、触电、淹溺、雷击危害、车辆伤害、噪声危害、物体打击、腐蚀等14个方面进行逐一辨识。

2.1.3 周围环境影响因素

充分考虑库区周边与油库发生安全间距要求的相关企业、居民、交通、自然环境等诸多因素对安全的影响。

2.2 划分设计单元

根据工艺流程划分为相对独立的设计单元。一般油库的设计单元可划分为：厂址、总平面布置与消防单元，油罐区单元，收发油作业区单元同，供配电及通信单元，公用辅助设施单元等。

3 设计实施

设计实施过程以工艺为主线，设备、消防、仪表、配电、土建等专业配合完成各单元的设计。

3.1 过程安全措施

总平面布置、消防系统、公用工程设计时除了要考虑上述危险有害因素外，同时还要兼顾考虑油库二期的预留问题，必要时可适当提高系统的消防以及公用工程能力。总图设计中应注意的一点是需要预测油库发生最严重事故时污油污水的数量，以便就近设置相应规模的事故应急池。

（1）油罐区主要的安全措施包括：罐体二次密封、高低液位报警、可燃气体浓度报警、电视监控系统、自动联锁切油装置、储罐地基处理、进出油管道双阀并柔性连接、涂层与阴保联合防腐、防火堤容油量及抗渗性、罐区外水封井设切断阀、罐体防雷防静电接地、消防器材配备等。

（2）收发油作业区主要的安全措施包括：自动灌装系统、管道穿防火堤时加套管密封、管道热补偿及卸压装置、防水击限设计流速、防静电装置、电视监视系统、合理通风等。

（3）供配电及通信单元的安全措施：二级负荷采用双回线路供电、配电间电缆阻燃、电缆穿越封堵、移动用电设备有漏电保护器、各类建构筑物防雷接地、危险场所防静电、设置行政电话、计算机网络、储运监控管理系统、防爆无线通信系统等。

（4）公用工程及其他安全措施：蒸汽管道保温、化验室机械排风、有油气泄漏可能的建构筑物通风、氮气压缩站缺氧报警装置、操作人员防护措施等。

3.2 加强储罐的完整性设计

完整性是指在特定的操作条件下，使影响员工、环境、设备安全的风险值达到一个可接受的水平[1]。储罐储存大量的危险液体，一旦失效，很可能带来严重后果，因此需要很好地管理和维护储罐的完整性。

储罐完整性的每一个环节都需要技术标准的支持， EEMUA 159、 API 653、 API 575、 SY/T 5921、SH 3046等国内外有关标准[2-7]，对于储罐完整性方法做出了具体的规定和建议。API和EEMUA以退化速率作为计算下一次检测时间间隔和剩余寿命的依据，对于罐底板、罐壁板和罐顶板给出了两个最小厚度。但目前这种方法的应用有限，因为两次检测之间的时间间隔很长，难以得到可靠和准确的数据（尤其是平底罐底板），以便与以前的结果比较而得出一个趋势。另外还有不可预测的均匀腐蚀损失。SY/T 5921-2011《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规程》规定：油罐的修理周期一般为5至7年，新建油罐第一次修理周期不宜超过10年。与国外标准相比，我国标准中无外部检测的规定，而内部检测的周期比国外标准的规定短得多，而且未与腐蚀速率挂钩。

在操作中，将上述标准进行比对，结合油库的实际情况，对储罐的沉降、倾斜、罐壁、罐底、罐顶、检测、水压试验等指标进行逐一分析，形成本项目的完整性管理标准列表，同时设计时充分考虑储罐的完整性检测和维修。

3.3 设计检查

3.3.1 选择安全分析方法

根据油品的物性及工艺流程特点，油库安全评价方法主要有：预先危险性分析法；安全检查表法；道化学（DOW）火灾、爆炸危险指数评价法；危险度评价法；事故树分析法；重大危险源辨识方法；事故后果定量计算等7种方法。对于大型油库，鉴于项目储存物料量大且易燃易爆，发生事故后危险性大、影响面广，除选择上述7种方法之一外，建议还进行火灾计算和液氮储罐破裂事故后果模拟计算以便给出量的概念。

3.3.2 进行安全分析

对每一设计单元进行安全分析时所选用的分析方法可能不同。如对于厂址、总平面布置与消防单元，主要涉及地质条件危险有害因素分析，气象、水文等自然条件的危险有害因素分析，防火间距不足可能带来的危险，厂区道路、铁路设置不当的危险，消防系统缺陷危险，建、构筑物方面危险有害因素分析，公用工程设施危险有害因素分析等。而对于油罐区单元，主要有工艺、设备危险有害因素分析，自然灾害危险有害因素分析，事故易发部位和危险点分析，DOW火灾、爆炸危险指数评价，事故后果定量计算等。

3.3.3 编制指向性安全检查表

依据GB 50074-2002《石油库设计规范》、GB 50160-2008《石油化工企业设计防火规范》等安全法规、标准和储罐完整性标准列表、可行性研究报告等资料编制指向性安全检查表，分别对每个设计单元进行安全检查。

3.3.4 形成设计检查报告

按照危险度评价取值和危险程度分级表，得出本单元的危险度计算值和危险度等级，形成危险度评价；依据指向性安全检查表，提出整改项。并特别注意以下要求：

（1）总图布置、地基处理、设备、管道及建构筑物设计要安全可靠，具有合理的防御自然灾害风险的能力，符合规范规定的要求。

（2）工业及民用建筑设计应满足防火和防腐等规范的要求。

（3）按照物料的性质和操作状况，压力容器及管道设计应满足《压力容器设计》规范、《压力管道安全管理与监察规定》的要求。

（4）根据生产危险场所的特性与要求，对总图、设备、管道、电气、仪表的设计与选型，应满足防火、防爆、防雷、防静电等设计规范的要求。

（5）在全厂、装置或建筑设计中，应充分考虑有效的消防措施或设施，满足有关规范的要求。

（6）对生产中有毒、有害或强腐蚀性物料的排放或泄漏，以及其他危及人身安全的场所，应采取符合工业安全、卫生设计规范和规定要求的防患和控制措施。

（7）环保设计应贯彻 “以防为主、防治结合、综合治理”的方针，工业 “三废”等有害物的浓度和排放量应达到政府规定的排放 “标准”。

3.4 设计修正

根据设计检查报告，对原设计方案进行讨论、整改。

3.5 循环

对于重大项目，特别是含重大危险源的国家一级油库，对本文中3.2～3.4节所述步骤要循环操作，持续改进。PDCA循环过程在项目前期主要集中在可研阶段。可研设计方案完成后，在基础设计阶段和详细设计阶段，设计修正是对原可研设计中采用的安全设施设计的补充、完善、细化，把各种措施具体落实在设计的说明书及图纸上。设计评审后的阶段，因进行循环过程而突显的各种问题，还可能在施工阶段的设计变更以及设计联络单上体现出来。工程竣工后，项目所在地政府部门参与的消防、安全设施竣工验收，形成的评价整改意见，同样要划分在本质安全设计程序内。