国外油库防火堤设计标准先进性探讨

林纯省 佟 倡 王 鑫 马金鹏 马伟平

（1. 中国航空油料有限责任公司温州分公司，浙江 温州 325000； 2. 辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；3. 中国石油天然气管道局天津设计院，天津 300457；4. 中国石油管道大庆输油气分公司，黑龙江 大庆 163458；5. 中国石油管道研究中心，河北 廊坊 065000）

国外油库防火堤设计标准先进性探讨

林纯省1 佟 倡2 王 鑫3 马金鹏4 马伟平5

（1. 中国航空油料有限责任公司温州分公司，浙江 温州 325000； 2. 辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；3. 中国石油天然气管道局天津设计院，天津 300457；4. 中国石油管道大庆输油气分公司，黑龙江 大庆 163458；5. 中国石油管道研究中心，河北 廊坊 065000）

防火堤是保障储罐安全的重要设施，国内储罐防火堤容积、高度和强度等方面存在设计缺陷，提出了借鉴国外先进标准改进国内标准的理念，深入研究了美国和俄罗斯储罐防火堤建设标准的先进性，主要表现在：采用土质防火堤，重视管道穿越防火堤密封处理以及防火堤防渗设计；基于油品泄漏冲击载荷确定防火堤强度；防火堤有效容积、高度以及防火堤与储罐安全距离要求均高于国内标准；防火堤内雨水和生产污水独立排放；设置排流通道、中间防火堤（隔堤）和次级防火堤实施单个储罐防护等。最后针对借鉴美国和俄罗斯储罐防火堤建设标准先进经验，提出了建议。

防火堤 标准 安全 容积 隔堤 强度

0 引言

防火堤是保障大型油库安全性和可靠性的重要设施，可有效防止油品泄漏、火灾扩大和环境污染等问题。随着我国石油战略储备实施和储罐大型化发展趋势，防火堤也应进一步提高建设标准和安全等级。近年来我国发生的多次储罐油品泄漏、火灾爆炸事故表明，我国大部分已建油库防火堤设计标准存在安全隐患，主要表现的防火堤容积不足、结构强度差等方面[1,2]。

近年来随着我国中亚、中哈和中俄跨国管道建设运营，国内已开展美国、俄罗斯、加拿大等国外油气管道技术标准研究，侧重于管道干线运行管理标准。通过借鉴美国API 650《焊接钢制石油储罐》、日本JIS B8501《焊接钢制石油储罐》等标准关于单双盘浮顶选用、罐壁厚度、抗风圈设计和抗震设计等先进理念。我国已掌握了15×104m3大型储罐设计、建设技术。本文以油库防火堤设计建设为例，重点研究了美国、俄罗斯的油库防火堤标准与我国标准的重要技术性差异，对于提高我国防火堤标准技术水平，以及保障油库本质安全具有重要意义。

1 国内外防火堤相关标准

美国防火堤标准主要有美国石油协会标准API Std2610-2005《终端油库和储罐设计、施工、运行、维护和检验》、API RP 12R1-1997《采油储罐施工、维护、检测、运行和维修推荐作法》，以及美国国家消防协会标准NFPA 30-2012《易燃和可燃液体规范》等。俄罗斯防火堤标准主要有СТ ГУ153-39-167-2006《干线原油管道工艺设计规范》、РД 13.100.00-КТН-196-2006《干线石油管道运营安全规程》和РД 153-39.4-078-2001《干线石油管道和油库运行技术规程》、Правила-2004《储罐技术运营规程》等。

我国防火堤有GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》、GB 50351-2005《储罐区防火堤设计规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》和GB 50160-2008《石油化工企业设计防火规范》等。

2 防火堤结构完整性

影响防火堤结构完整性的因素主要是油库工艺管网穿越防火堤，国内外标准均规定了穿越密封工艺条件，例如API 2610管道穿越防火堤应使用耐高温或材料密封。国内标准GB 50183和GB 50351规定储罐防火堤应密实、密合，并保证其坚固、不渗漏；在穿越防火堤处，管道、线缆应采用非燃烧材料封实；严禁在防火堤上开孔留洞。

国内部分混凝土基的防火堤存在老化裂缝、管道穿越防火堤未密封加固处理等问题。国外也有防火堤裂缝造成重大事故的经验教训，例如2005年英国Buncefeld油库火灾爆炸事故中，由于防火堤存在裂缝，大量油品和消防泡沫液从裂缝溢流至Ver河，造成严重环境污染问题[1]。建议新建储罐施工过程中应重视管道穿越防火堤和伸缩缝的密封处理。

3 防火堤机械强度

目前国内外标准针对防火堤机械强度设计依据主要考虑防火堤应能承受所容纳油品产生的静水压力，较少涉及油品泄漏条件下的侧向冲击强度对防火堤的影响。国内外油库事故证明，大型储罐如发生罐体破裂性油品泄漏，油品倾泻产生的动能会对防火堤产生很大冲击力，例如文献[5]介绍了10000m3储罐破裂的相关数据，罐内油品高度为12m，在罐壁1.5m处产生3m裂缝，泄漏发生8.5s后，倾斜而下溢油在防火堤内侧流速达14.33m/s，防火堤内油品深度为1.4m，计算得到由于流动产生的冲击力为流体静水压力的7.5倍。

建议新建防火堤强度设计时，除考虑承受油品的静压力之外，还应考虑储罐瞬间破裂时防火堤承受罐内液体的冲击压力，此外俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001规定建储罐应适当减少防火堤坡度或在防火堤两侧堆土，以增加防火堤承受冲击的能力，具有借鉴意义。

4 防火堤耐高温燃烧性能

国内外标准NFPA 30、GB 50183和GB 50351均规定防火堤建筑材质首选土堤，其次是钢筋混凝土，不推荐使用砖石（浆砌石）结构。实际应用情况中，美国和俄罗斯油库普遍采用梯形结构的土质防火堤，抗燃烧性能好，缺点是占地多、投资大，例如2m高土堤，防火堤基底宽度约6～7m。国内受制于土地规划和投资成本等因素，储罐防火堤普遍采用钢筋混凝土结构或砖石砌筑，内侧喷涂防火涂料，防火堤宽度在2～3m。文献[6]研究表明混凝土在300℃火焰条件下时强度开始下降，500℃火焰条件下强度降低50%，800℃火焰条件下强度几乎全部丧失。原油或成品油火灾可能形成高于1000℃～1500℃的火焰，因此如果发生储罐油品泄漏火灾，及时规模较小，也可能在局部位置造成防火堤碎裂或坍塌失效问题。

建议新建储罐在满足投资成本情况下尽可能选择土质防火堤，储存存在沸溢可能性原油、低闪点成品油等危险液体储罐尽可能选择土质防火堤；对于已建储罐采用混凝土结构的防火堤，进行防火涂料功能性试验，应选用非膨胀型防火涂料，性能参数应满足安全行业标准GA 98-2005《混凝土结构防火涂料》的规定，耐火极限应大于2h，与混凝土粘接强度大于0.05MPa。

5 防火堤有效容积

防火堤有效容积是影响防火堤安全性和可靠性的关键技术参数，也是影响油库投资成本的决定因素。考虑浮顶罐油气空间较小，发生储罐全面积敞口火灾的可能性小，安全性高，国内标准GB 50183和GB 50351规定固定顶储罐防火堤有效容积不应小于油罐组内一个最大油罐的容积；对于浮顶罐或内浮顶罐，防火堤有效容积不应小于油罐组内一个最大油罐容积的一半。国外标准防火堤容积不区分固定顶储罐和浮顶罐，均按照最大储罐容积设计防火堤容积，并附加安全余量，储罐区安全设计标准更高，例如美国标准API 2610规定防火堤容积应为防火堤内最大储罐容积，并考虑消防水和降雨余量；API RP 12R1规定防火堤容积至少为最大储罐容积加上雨水余量（取值罐体积10%）。

建议新建储罐在满足投资成本的条件下，将固定顶和浮顶罐的防火堤容积统一规定为“有效容积不小于罐组内最大储罐的公称容积，并能储存进入系统的雨水及消防水量”；对于已建储罐存在防火堤容积不足的情形，考虑设置事故应急池，制定储罐泄漏应急处置预案等；

6 防火堤高度

针对防火堤高度，美国标准API 2610规定防火堤高度是相对外侧消防道路地面以上2.2m；NFPA规定防火堤最低高度为0.9m，防火堤内侧高度应高于内部地面1.8m。俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001规定储罐容量小于10000m3，防火堤高度不低于1m；储罐容量大于10000m3，防火堤高度不低于1.5m。国内标准GB 50183规定防火堤实际高度以防火堤内侧地坪基准不应低于1m，以防火堤外侧道路路面基准不宜高于2.2m。

针对防火堤外侧高度，国内外标准的差异主要体现在防火堤高度的参照基准，防火堤内侧高度影响防火堤容量，防火堤外部高度影响人员操作和消防设备使用的便捷性。防火堤外侧高度国内外标准基本一致，针对防火堤内侧高度，国内标准要求较低，仅高于内侧地面1m，国外标准要求高于内侧地面1.5～1.8m，由于该设计参数要求较低，可能造成防火堤容积不满足规范要求[7]。

随着油库工艺操作自动化程度提高，以及大型消防设备应用，防火堤外侧高度对储罐操作和消防影响较小，建议新建储罐以防火堤内侧地面依据计算防火堤高度。建议防火堤高度可适当提高，以增大防火堤有效容积。

7 防火堤排水管道系统

针对防火堤内排水管道系统，国内油库设计存在的主要问题是储罐污水管道与防火堤雨水沟渠连接，如果雨水沟渠设计输量有限，国内罐区防火堤大部分为安装防渗膜，有可能导致含油生产污水直接排入地表水导致环境污染问题[8]。

美国标准API 2610规定油库防火堤内应设计污油隔离装置，用于分离污油和雨水，例如设计路缘石或者配管系统，将雨水和含油污水隔离。NFPA 30规定防火堤内的排水管道不能进入自然水体和公共排水管道系统。俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001规定储罐污油不允许进入雨水管道系统，生产污水管道系统的操作阀门应设置防火堤外侧。СТ ГУ153-39-167-2006规定应独立设置生产污水和雨水管道系统，生产污水系统应埋地封闭重力自流敷设方式（防火堤内的地下污油罐）。РД 13.100.00-КТН-196-2006规定应设置专门的储罐污水井和雨水排放阀门。

美国和俄罗斯标准通过污油隔离、配管系统、污油罐和污水井等，可实现雨水和生产污水独立排放。建议已建储罐防火堤内设置污水处理装置，新建储罐防火堤的雨水排放系统和污水排放系统应独立分开并设置切换阀，实现分类排放、分级控制。

8 防火堤防渗膜设计

国内标准GB 50074规定油库防火堤内宜设防渗措施。但该条款属于非强制性要求，因此国内油库设计很少进行防火堤地面防渗设计。一旦发生储罐油品泄漏，可能导致地下水体污染[9]。俄罗斯标准Правила-2004规定应在防火堤地表以下至少1m处进行防渗设计，具体做法是在合成防渗膜上铺一层至少150mm厚的碎石块，或者采用厚度为100mm的混凝土。建议新建储罐参考该做法。

9 隔堤

油库设置隔堤的目的是储罐组发生初期火灾时，对着火储罐进行有效分隔和限制，避免油品泄漏范围扩大，减少事故损失。国内标准GB 50074规定储罐容量超过 2×104m3，1个隔堤内储罐不应多于 2座；储罐容量小于 2×104m3，1个隔堤内可以设置 4座或者 6 座储罐。国内标准存在的问题是隔堤内仍可设置多个储罐，无论采取2×2或者2×3储罐布置方式，如发生储罐泄漏形成流淌火灾，均可能威胁隔堤内其他储罐[10]。

美国标准NFPA 30规定防火堤内如有两个或者两个以上储罐，应设置中间防火堤（隔堤）进行隔离。为防止油品溢流危及相邻储罐，以下情形下也应设置中间防火堤（intermediate dike）:

（1）设置中间防火堤应考虑单个储罐容量，中间防火堤设置在储罐中部，中间防火堤高度应小于0.45m；

（2）防火堤内如果有两个或者两个以上储罐，且单个储罐直径均超过45m（以较小值为准），应在相邻储罐设置中间防火堤，防火堤应至少容纳较小储罐容量的10%；

（3）单个超过380m3的储罐应设计一个次级防火堤区（subdivision）。

美国标准通过设置排流通道、中间防火堤（隔堤）和次级防火堤，可实现对单个储罐安全防护。建议国内标准改进储罐隔堤设置原则，10000m3以上储罐均应设置独立的隔堤，参照国外标准，隔堤容量最低不能小于储罐容量的10%。

10 事故存液池

目前国内外针对油库是否设置事故存液池还存在争议，部分学者认为应重点加强储罐设施、液位监测装置和工艺管道系统的可靠性，作为储罐安全防护的第一级，油库内设置油品汇流管道系统作为储罐安全防护的第二级；事故应急池为第三级。俄罗斯标准РД 153-39.4-078-2001规定距离油库边界200m内如存在居民区、企业、铁路或者河流等，应设置应急储存设施，避免储罐事故时油品溢流到上述区域。针对设置事故应急池不应以偏概全、一概而论，对于环境敏感区或者高后果去可设计事故应急池，或者设计围堰、拦油墙等其他替代。俄罗斯标准规定的安全距离可作为设置事故应急池的参考依据。

11 结论和建议

综上所述，国外油库防火堤设计和运行技术标准的先进性主要表现在以下几个方面，建议国内标准借鉴，以提高我国储罐安全防护水平。

（1）普遍采用土质防火堤，抗高温燃烧性能好，重视管道穿越防火堤密封处理工艺，重视防火堤防渗设计；

（2）防火堤强度设计除承受液体静水压力，还应承受油品泄漏造成的冲击速度载荷；

（3）防火堤有效容积是最大储罐容量的100%～110%，且考虑消防水、雨水的安全量；

（4）以防火堤内侧地面为依据计算防火堤高度，防火堤高度至少应为1.5～1.8m；

（5）设置污油封拦系统、配管系统、污油罐和污水井等多种形式，防火堤内雨水和生产污水独立排放；

（6）设置排流通道、中间防火堤（隔堤）和次级防火堤等，实施单个储罐防护，避免着火储罐对相邻储罐影响；

（7）油库设计事故存液池原则依据。

[1]郎需庆, 刘全桢. 英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故引发的思考[J]. 石油化工安全环保技术，2009，25(6):45-48.

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[3] 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.

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[10]宋兆勇. 油罐区防火堤安全可靠性分析及改进措施[J]. 石油化工安全环保技术，2013，29（1）:46～48.

The Advancement Discussion on Foreign Tank Fire Dike Design Standards

LIN Chun-sheng1TONG Chang2WANG Xin3MA Jin-peng4MA Wei-ping5
(1. China National Aviation Fuel Wenzhou Branch., Wenzhou 325000, China; 2. LIAONING SHIHUA UNIVERSITY, Fushun 113001, China; 3. China Petroleum Pipeline Bureau Tianjin Design Institute, Tianjin 300457, China; 4. PetroChina Pipeline Daqing Oil & Gas Transportation Sub-Company Daqing 163458, China; 5. PetroChina Pipeline R&D Center, Langfang 065000, China )

The fre dike was the important facilities for guarantee the tank safety. Because of design defects lying in domestic tank fre dike volume and hight and strength, the idea of referring the advancement of foreign standard was raised. The advancement of American and Russia tank fre dike construction standard were studied in detail, including adopted soil fre dike, and strictly seal measures for pipeline crossing and anti-leakage engineering, and determination fire dike strength based on oil leakage impact load, and the more strict requirements of fire dike volume and hight and safe distance between tank and fire dike, and independent fire dike rain water and industrial waste water drainage systems, and set discharge channel and intermediate dike and subdivision for individual tank protection. Finally, the suggestion of adopting American and Russia tank fre dike construction standard was made.

fre dike; standard; safety; volume; isolating-dike; strength

TE 88

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.11.03.04

林纯省（1987-），男，浙江温州人，助理工程师，本科，现主要从事石油化工安全管理工作。