储罐设计标准关键技术问题探讨

马伟平 ，杨喜良 ，李旭海 ，王大勇

1.中国石油管道研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中国石油西南管道南宁输油气分公司 （广西 南宁 530022）

3.中国石油管道秦皇岛输油气分公司 （河北 秦皇岛 066000)

近年来国内外储罐事故时有发生，为了避免此类事故，深入开展国内外标准差异分析，借鉴国外标准中的先进理念，应用于改进国内储罐设计标准，从而实现储罐管理本质安全[1]。重点针对储罐设备安全和消防安全领域，筛选了国内外储罐设计标准，在一定程度上能够反映目前的储罐设计水平和未来的发展趋势[2]。

国内储罐设计标准包括:GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》、GB 50341-2003《立式圆筒型钢制焊接油罐设计规范》、GB 50074-2011《石油库设计规范》、GB 50351-2005《储罐区防火堤设计规范》、SY/T 4080-1995《管道、储罐渗漏检测方法》、SY/T 6673-2006《常压和低压储罐通风的推荐做法》和SY/T 6069-2005《油气管道仪表及自动化系统运行技术规范》等。

国外储罐设计标准包括:美国标准API Std 650-2007《钢制焊接石油储罐》、API Std 2610-2005《转运油库和储罐设施的设计、施工、操作、维护和检验》、API RP 2016-2001《进入与清理储油罐指南与程序》、API Std 653-2009《油罐检验、修理、改造和翻建》、NFPA 30-2007《易燃和可燃液体规范》、API RP 2021-2001（R2006）《常压储罐的灭火处理》、API RP 12R1-1997(R2008)《采油用储罐的安装、维护、检验、操作和维修的推荐作法》；加拿大标准CSA Z 662-2007《油气管道系统》；俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001《干线石油管道储罐和石油供应站技术运营准则》、Правила-2004 《储罐技术运营规则》等。

1 储罐附件设计

1.1 储罐钢材材质

针对储罐钢材材质，国外标准更为严格，例如API Std 650-2007规定不允许使用沸腾钢、半镇静钢和镀镉钢，并规定各种类型钢材的使用范围和限制条件；GB 50341-2003规定建罐地区最低日平均温度低于-20℃时，主要承重构件不得采用沸腾钢；API Std 650-2007规定最低设计温度比储罐安装地最低单日平均环境温度高8℃；GB 50341-2003规定最低设计温度取建罐地区最低日平均温度加13℃。

1.2 储罐液位联锁保护

GB 50183-2004规定储罐液位计和高液位报警装置可设定自动联锁，紧急情况下切断供油。国内储罐一般设有低、高和高-高液位开关，仅具有报警功能。建议新建储罐强制设定储罐液位联锁保护，在役储罐结合自控系统升级改造进行整改，设置储油罐液位开关联锁应考虑全线水力系统状况，防止造成管线超压和水击。

液位计开关故障导致储罐液位过高或过低较为普遍，目前针对液位开关尚无有效校验手段，国内标准针对液位计是否设置冗余配置无相关规定，例如SY/T 6069-2005规定液位计检测周期为1年，俄罗斯标准Правила规定储罐应至少采用2个最高液位报警器，确保发送切断接受油品或者停止泵运行信号；浮顶罐安装至少3个信号报警器同时工作，如不能满足，应设置溢流设备、备用容器或者排泄管道等。针对液位计冗余设计，俄罗斯标准更为严格。

1.3 储罐控制阀设置位置

国内标准无明确规定，较多位于防火堤内，且为手动阀门；国外储罐控制阀一般在防火堤之外，且为电动阀门。建议国内标准应予以明确，储罐控制阀安装在防火堤外部，或者紧急切断阀安装在储罐内部，同时具备在防火堤外部操作的功能，例如将阀门的电气控制箱设置在防火堤之外，并选用耐火耐高温铠装电缆等。

1.4 浮顶储罐浮盘状态监视

针对内浮顶储罐浮盘状态监视以及浮船上方可燃气体浓度监测，国内标准无规定，主要通过目视监视浮船状态。俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001规定利用罐顶通光孔检查内浮盘状况，为避免沉船事故，储罐收发油过程中浮船上升或下降速度不超过3.5m/h；俄罗斯标准Правила规定浮顶罐浮船上应设置有害气体远控报警器和浮船高位报警器，利用通光孔查看浮船状况每月至少1次，经通光孔引管提取混合油气样品，测试是否低于允许饱和浓度。

针对防止外浮顶下沉措施，国内标准无规定，在发现浮盘严重变形影响支柱垂直度时采用防护措施。API RP 2016-2001规定抵制浮顶边缘移动、防止浮顶旋转和浮顶支架是保持浮顶稳定性的3个基本要求；API Std 653-2009规定浮顶和支柱结构完整性评定准则，在任意645.2cm2面积上罐顶板平均厚度小于2.3mm，或浮顶板有穿孔现象，应该进行修补或更换；API RP 2021-2001列举了外浮顶沉降原因，包括浮定或双浮盘的泄漏、故障、机械破裂及由于雪、雨水或消防用水的过多重量，具有借鉴意义。

1.5 储罐呼吸阀通风设计

SY/T 6673-2006规定储罐通风准则根据以下因素确定:储罐最大排出流量和进入流量；气体空间温度降低或者升高；临近储罐发生火灾等，通风能力是大小呼吸所需通风量总和；API Std 653-2009规定了正常和紧急工况下以及操作条件变更时的通风要求，例如罐顶维修、油品介质变化和输油泵流量变化等，具有借鉴意义。

2 储罐消防设计

2.1 罐区消防系统供电方式

GB 50183-2004规定油气站场消防泵应满足一级负荷供电要求，即消防泵应有2个动力源，如采用二级负荷供电时，应设柴油机或其他内燃机直接驱动的备用消防泵。国内油库消防水泵和泡沫泵一般为双路交流供电，特别是边远地区达不到一级负荷供电要求，一旦站场停电，消防泵无法启动。国外使用柴油或丙烷为燃料的发电机快速启动消防泵的技术比较成熟，确保发生火灾和电力中断情况下驱动消防泵。建议国内标准规定消防泵房设置柴油发电机或柴油驱动的消防泵。

国内罐区消防系统仅通过站控触发，没有手动按钮。一旦站控室失电或者电脑感染病毒，无法及时启动消防系统，则存在安全隐患。建议国内标准规定增加手动按钮触发消防系统的功能。

2.2 储罐发生火灾时相邻储罐冷却

GB 50183-2004规定着火的固定顶储罐，以及距离着火油罐罐壁1.5倍直径范围内的相邻地面上油罐，应同时冷却；着火浮顶罐应冷却，其相邻油罐可不冷却。国外储罐一般不设置水喷淋冷却系统，侧重于泡沫系统和消防水系统的应急响应，针对暴露于热辐射中相邻储罐进行水冷却。API RP 2021-2001规定应谨慎使用消防水，如火焰直接冲击暴露的罐体，或者储存易燃和低闪点液体储罐罐壁受热，则应对该罐立即冷却，储罐发生火灾时，如用水冷却所有临近储罐，可能会影响着火储罐灭火，首先考虑烃类物质泄漏污染、热敏感物质的储存及防止未燃烧的区域被引燃等。

2.3 泡沫注入方式

SY/T 6306规定了液下注射、半液下注射以及投影式泡沫灭火3种方式，未提及顶部注入方式，侧重对泡沫注射点进行战略型布置保证泡沫行进距离和覆盖范围；API RP 2021-2001规定了顶部注射使用的泡沫类型和技术要求，以及特殊燃料和喷射速率以及泡沫膨胀比率的确定方法，侧重根据储罐介质和控制泡沫流速保证注入效果。

2.4 储罐孔隙火灾、边缘密封火灾

针对储罐孔隙火灾、边缘密封火灾，国内标准较少涉及[3]；API RP 2021-2001规定了储罐孔隙火灾，包括具有橘黄色火焰和黑色烟雾的孔隙火灾、具有警戒蓝红色的无烟火焰的孔隙火灾，以及内浮顶罐和外浮顶罐的边缘密封火灾的处理方法，具有借鉴意义。

3 储罐安全设计

3.1 储罐安全距离

针对油库与居民区、工矿企业和交通线的安全距离，国外标准更为严格细致，例如GB 50074-2001规定了一、二、三、四、五级油库距离公路15～20m，距离居民区及公共建筑物50～100m。NFPA 30规定A级稳定液体储罐，操作压力不超过17.2kPa（表压），距离公路最小间距为罐径的1/2，距离重要建筑物距离为管径的1/6；以及A级稳定液体储罐，操作压力超过17.2kPa（表压）、储存具有沸溢特性液体储罐、储存不稳定液体储罐、B级稳定液体储罐与居民区、工矿企业和交通线的安全距离，其中A级液体是闪点低于22.8℃、沸点低于37.8℃的液体，B级液体是闪点低于22.8℃、沸点大于等于37.8℃的液体。

针对储罐之间的安全距离，国外标准更为细致，例如GB 50074-2011规定固定顶储罐安全距离为0.6D，浮顶罐安全距离为0.4D，其中D为相邻储罐中较大储罐的直径。NFPA 30规定储存A级稳定液体储罐，罐径不大于45m时，储罐安全距离为相邻储罐直径之和的1/6，罐径大于45m时且设置事故蓄液池，浮顶罐安全距离为相邻储罐直径之和的1/4，固定顶安全距离为相邻储罐直径之和的1/3，此外还包括储存不稳定液体储罐、储存不同类型液体储罐呈三排以上或者不规则布置等特殊情形。

3.2 防火堤设计

针对防火堤高度，GB 50351-2005规定了立式油罐防火堤内侧高度不应小于1.0 m，外侧高度不应大于2.2m；API Std 2610-2005规定了防火堤平均高度限制在外部消防路地坪以上2.2m，国内标准更为严格。

针对防火堤坡度，GB 50351-2005规定防火堤内的地面坡度宜为0.5%；API Std 2610-2001规定从储罐外壁15.24m范围内或者到防火堤基础15.24m范围内应有至少1%的坡度，国外标准更为细化。

针对防火堤容量，国内储罐存在防火堤容量不足的问题，甚至小于储罐的容积的情形[4]，GB 50183-2004规定储罐防火堤有效容积应满足:固定顶储罐，不应小于油罐组内一个最大油罐的容量；浮顶罐或内浮顶罐，不应小于油罐组内一个最大油罐容量的一半；当二者同组布置时，应取上述数值较大者；API Std 2610-2001规定防火堤容量应容纳可能从最大储罐释放出的最大液量，并考虑蓄水池消防液容量及充分降雨余量；API RP 12R1规定防火堤容积至少为最大罐密闭体积加上雨水容限量 （通常为罐体积的10%）；国外标准关于“防火堤容量”设计理念更为先进。

3.3 储罐渗漏检测和防渗设计

国内标准针对新建储罐建设施工过程的渗漏检测比较完善，例如GB 50341-2003规定罐壁板焊接过程中进行渗透或磁粉检测；SY/T 4080-1995规定罐底板使用气压试漏检查、氨气试漏检查和真空试漏检查。近年来国外储罐完整性管理技术发展较快，API Std 2610-2001列举了渗漏检测新技术包括声发射、示踪法、体积(包括质量明显变化)监控以及蒸汽传感，其他渗漏检测方法包括储罐底板下放置钢筋混凝土板、气密性试验和库存盘点等，具体实施步骤可参考API Publ 340-1997《地上储罐设施液体泄漏预防和探测方法》。

国内标准一般规定储罐防火堤内宜设防渗措施，非强制性要求，国内较少进行罐区防渗处理，可能导致污染的水或油品渗入土壤，影响当地供水系统[5]。CSA Z662建议在地表以下至少1m地基处进行防渗处理，在一种合成防渗膜上面加铺一层最少150mm厚的碎石，或者采用厚度为100mm的混凝土材料，具有借鉴意义。

4 储罐设计标准改进建议

1）标准技术指标参数国外标准更加严格，例如钢材材质和设计温度等。

2）国家标准和行业标准有明确规定，但标准的执行力有待进一步提高，例如储罐液位联锁保护等。

3）针对特定技术问题，国内外标准要求基本一致，但设计理念国外标准更为先进，例如储罐呼吸阀通风、储罐发生火灾时相邻储罐冷却、储罐安全距离和防火堤设计等。

4）针对特定技术问题，国内标准尚不明确，国外标准有相关规定，或者有相应的推荐做法，应进一步分析研究确定，例如控制阀门设置位置、浮顶储罐浮盘状态监视、罐区消防系统供电方式、泡沫顶部注入方式、储罐泄漏检测和防渗设计等。

5）针对特定情况国内标准较少涉及，例如孔隙火灾、边缘密封火灾防治等，应借鉴采用。

[1]马伟平，张晓明，刘士超.中俄油气管道运行标准差异分析[J].油气储运，2013，32(4):411-415.

[2]蒋国辉，张晓明，闫春晖.国内外储罐事故案例及储罐标准修改建议[J].油气储运，2013，32(6):633-637.

[3]黄郑华，周阳旭，李建华.油罐火灾的扑救措施[J].油气储运，2010，29(6):465-469.

[4]李钦华，朱焕勤，樊宝德.油库防火堤存在的问题及其改进措施[J].石油工程建设，2007，33(2):5-9.

[5]潘越，郭敬博.国外大型浮顶储罐泄漏性试验技术探讨[J].石油工程建设，2009，35(5):64-65.