国内外储罐液位报警联动相关标准对比研究

张妮 谭笑 王岳 徐葱葱

1中油管道科技研究中心

2中国石油管道公司

近年来，随着国民经济的发展，罐区/油库的规模日趋大型化，一旦发生安全事故，后果不堪设想。随着国家安全生产管理的逐步升级，对石油石化企业危险化学品的安全管理提出了新的要求。为了减少罐区/油库安全运行中存在的问题，尽量避免或减少事故的发生，降低危害，进行罐区/油库隐患点识别，并及时治理显得尤为必要。

根据对现场油库隐患点识别及分析，液位报警的联动是储罐安全的主要隐患之一。例如：2005年的邦斯菲尔德油库爆炸事故，其直接原因是储罐监控系统失效，储罐液位超高报警系统和计量系统相连，由于计量系统故障，报警系统未能正常启动，导致储罐溢油，损失惨重；2009年美国加勒比石油公司油库发生爆炸，大火持续燃烧约60 h，该起事故发生的重要原因也是缺乏如高液位报警器及自动防溢流系统之类的其他安全措施[1]。

我国目前通常将液位灾害分为两大类：储罐高液位灾害与储罐低液位灾害[2]。高高液位联锁关进口阀可防止油罐进油时溢油，是必要的安全保护措施；低低液位开关的设置是为了避免浮顶支腿降落到罐底。储罐高高液位报警不能联锁关闭储罐进口管道控制阀，容易导致储罐高液位灾害的发生[3]；储罐低低液位报警不能联动停泵，容易导致储罐低液位灾害的发生。本文针对液位报警联动隐患开展了中国和北美标准的最佳实践做法调研，对比分析了国内外标准和做法的差异，并结合生产实际，提出了相关建议。根据生产实际，主要针对立式圆筒形常压金属储罐进行分析，包括外浮顶储罐和内浮顶储罐。

1 国内储罐液位联动报警相关标准

国内涉及储罐液位联动报警的相关标准主要有GB 50074—2014、GB 50737—2011、GB 17681—1999、SH/T 3007—2014、SY 6306—2014、SY/T 6517—2010（已废止）和AQ 3036—2010，详见表1。

表1 国内液位联动报警相关标准Tab.1 Relevant standards of domestic liquid level linkage alarm

1.1 GB 50074—2014《石油库设计规范》

GB 50074—2014[4]中规定了对于容量大于100 m3的储罐应设置储罐低液位报警和高液位报警，同时也指出应根据相应的储罐情况进行液位报警及联锁的设置。总的来说，液位报警的严格程度和储罐容量大小有关，对于容量超过50 000 m3的外浮顶储罐和内浮顶储罐，需要同时设置高液位报警、低液位报警、高高液位报警及联锁、低低液位报警及联锁。不同储罐的具体设置要求见表2。

1.2 GB 50737—2011《石油储备库设计规范》

GB 50737—2011[5]中规定了每座油罐应设置液位连续测量仪表和高高液位开关、低低液位开关。连续液位计应具备高液位报警、低液位报警和高高液位联锁关油罐进口电动阀的功能，低液位报警设定高度(距罐底板)不宜小于2 m；高高液位开关应具备高高液位连锁关闭油罐进口阀门的功能；低低液位开关应具备低低液位联锁停输油泵并关闭泵出口管道控制阀的功能，低低液位开关设定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

1.3 GB 17681—1999《易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求》

GB 17681—1999[6]发布的日期较早，相对于GB 50074，规定的要求相对简单，主要规定：“储存易燃易爆介质的储罐，应配备高、低液位报警回路，必要时还应配有液位与相关工艺参数之间的联锁系统。”

1.4 SH/T 3007—2014《石油化工储运系统罐区设计规范》

SH/T 3007—2014[7]中规定：“储存容量大于或等于3 000 m3的甲B和乙A类可燃液体储罐、容量大于或等于10 000 m3的其他液体储罐应设高高液位报警及联锁，高高液位报警应联锁关闭储罐进口管道控制阀。”对于低液位报警则规定：“装置储罐宜设低低液位报警，低低液位报警宜联锁停泵。”

1.5 SY/T6306—2014《钢制原油储罐运行安全规范》

SY/T 6306—2014[8]中没有具体规定储罐液位报警及联锁的要求，但是针对储罐的液位，具体规定了储罐的安全高度与极限高度要求。对于固定顶储罐规定：“极限液位为泡沫发生器口下沿30 cm，安全液位上限应低于极限液位100 cm，安全液位下限应高于储罐出口管线上沿100 cm。”对于浮顶储罐规定：“极限液位为浮船挡雨板的最高点低于罐壁上沿30 cm，安全液位上限应低于极限液位100 cm，安全液位下限为浮船支柱距离罐底50 cm。”

表2 不同储罐的液位报警设置要求Tab.2 Requirements for level alarm settings of different tanks

1.6 SY/T 6517—2010《石油设施储罐过量充装的防护》

SY/T 6517—2010[9]使用重新起草法修改采用API RP 2350—2005《石油设施储罐过量充装的防护》。主要针对不同类型的储罐规定了防止过量充装的技术要求，具体见表3。2012年，API更新发布了API STD 2350—2012《石油设施储罐过量充装的防护》，但本标准未持续更新；2014年本标准经复审后废止，被SY 6306—2014替代。

1.7 AQ 3036—2010《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》

AQ 3036—2010[10]规定了危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备的设置要求和管理。规定了储罐液位监控设备的要求，规定：“储罐应设置液位监测器，应具备高低液位报警功能。”本标准中未规定具体的高低液位报警要求，只是要求：“液位报警高低位至少各设置一级，报警阈值分别为高位极限和低位限。”

1.8 国内标准现状

通过以上分析，可以得出目前国内标准中要求储罐应该建立完整、可靠的储罐液位报警系统。具体要求表现在以下三个方面：

（1）对于储罐液位报警联动的设置，可按照GB 50074—2014和AQ SH/T 3007—2014的要求执行。储罐通常应设置高低液位报警；对于高高液位报警联锁和低低液位报警联锁的要求，多数与储罐容量有关。对于50 000 m3及以上的储罐液位报警要求最严格，需要设置高液位报警、低液位报警、高高液位报警联锁和低低液位报警联锁。

（2）对于报警液位值设置的要求，多针对低液位和低低液位报警高度提出要求。例如GB 50074—2014要求储罐低液位报警的设定高度应满足泵不发生汽蚀的要求；低低液位报警设定高度（距罐底板）不应低于浮顶落底高度。GB 50737—2011要求低液位报警设定高度(距罐底板)不宜小于2 m；低低液位开关设定高度(距罐底板)可不小于1.85 m。

（3）针对过量充装防护措施，在生产实践中采取设置自动截油排水器、自动关断、转移储罐的接收，以及在内浮顶油罐安装长型溢流孔等措施。

2 国外相关标准与实践做法

由于储罐高液位灾害造成的后果通常较严重，容易涉及人身安全和环境污染问题，如邦斯菲尔德油库事故和加勒比油库事故，均是由于储罐液位过高导致溢出而造成的燃烧爆炸事故，故国外尤其重视对储罐高液位灾害的研究和防治。针对液位过高的风险，美国联邦法律和行业协会标准中都做出了相关规定。但是，针对储罐液位过低可能造成的空罐或者对泵等设备的损伤，则被认为属于设备的损坏，通常由设备厂家和维护部门负责，且目前美国管道企业对储罐低液位、低低液位的处理，主要限于液位计读数在中控室的报警，并不在控制系统中做联锁保护。因此该部分主要从法律法规、标准和实践做法三个方面讨论北美针对防止储罐过量充装的要求。针对储罐液位过高和储罐液位过低引起的安全问题，国外与国内的认识略有差异。

表3 储罐过量充装防护一览表Tab.3 List of tank overfilling protection

2.1 技术法规

在防止储罐过量充装的问题上，美国各州普遍采用了美国国家火灾保护协会（NFPA）对易燃液体储罐的规范作为技术法规要求。针对石油储罐的过量充装保护要求主要引用NFPA 30中的要求。NFPA 30中规定：储罐配备一个单独的高液位检测装置或配备一个能自动切断或流转的独立的高液位检测装置，如果采用代替装置，则需要获得管辖部门的认可。

美国环境保护署（EPA）也在EPA-40 CFR中对防止过量充装和溢出后的补救措施有硬性要求。

2.2 国外标准

针对高液位的防护目前国外主要依据的标准是API STD 2350，目前API STD 2350已更新至第4版，发布于2012年[11]。相比于之前的版本，这一版本中充分吸取了邦斯菲尔德的事故经验教训，因此API STD 2350目前已成为国外企业防止储罐溢出一致认可和遵循的技术准则。由于在API STD 2350的设施过程中涉及安全分析的要求，通常又参照IEC 61511—2016《功能安全-加工工业部门用安全测量仪系统》执行。API STD 2350中对过量充装的要求和NFPA 30的要求是一致的，API STD中对采用不同运营方式的储罐都给出了比较详细的建议。

API STD 2350中提出了“防止储罐溢出程序（OPP，Overfill Prevention Process）”，OPP包括以下5个基本模块：管理系统、风险分析模块、确定运行参数、制定完整的工作程序和设备系统。示意图如图1所示。

通过OPP的组成可以看出，国外标准中并没有将液位报警联锁作为防止储罐发生液位过高危害的核心因素。贯穿API STD 2350的整个思想是：OPP是一个完整的工作和技术体系。因为任何风险所造成的灾难都是经过多个环节形成的，因此对风险的防范需要确定从风险的形成开始分析，考虑灾难所经历的每个环节，从而系统地进行防范。而不是指望某一项措施或者技术能够一劳永逸地消除风险，这个认识是美国政府和企业对安全生产制定技术法规和标准的共同基础。

2.3 国外企业关于API STD 2350的实践

API STD 2350中对于储罐防止溢出的要求很全面，分别对于各种类型储罐从技术上和管理上都提出了响应的准则。而对于具体的管道公司，由于其工艺和生产现状不同，在开展防止油品溢出的措施时，业主通常会根据企业自身储罐情况，结合企业自身的风险分析在API STD 2350的准则要求下制定具体的措施，因此并不是所有企业都会设定固定的液位报警值。

图1 OPP的组成结构示意图Fig.1 Schematic diagram of composition and structure of OPP

2.3.1 北美企业实施API STD 2350的通用流程

由于API STD 2350只是规定了业界准则要求，企业在具体实施API STD 2350的过程中，通常会参考相应的实施指南，图2是北美企业实施API STD 2350的通用流程，主要包括建立运行参数和储罐数据库、现有储罐系统配置、风险评估、API STD 2350适用性设置、缺陷评估、风险过程管理、完善缺陷、储罐系统改造8个步骤。

图2 API STD 2350的实施流程Fig.2 Implementation flow of API STD 2350

2.3.2 储罐关键液位报警的要求

API STD 2350提出了3个储罐关键液位（Levels of Concern，简称LOCs），分别为：储罐最大工作液位（Maximum Working Level）、储罐高高液位（High High Tank）和临界高液位（Critical High）。但是，API STD 2350中仅规定了高高液位应设置报警。这是因为随着高可靠性传感器的实现，API STD 2350认为仅设置一个报警就可以完全满足液位报警的需求。但是由于历史原因，自动化系统通常采用冗余设置来增强系统的可靠性，因此目前多数北美管道企业保留了同时设置高液位报警和高高液位报警。

2.3.3 储罐关键液位报警值的设置

API STD 2350中并未规定具体的高高液位数值，而是规定了高高液位的最小响应时间（表4）。企业根据最小高高液位的响应时间计算不同储罐的关键液位。

表4 最小高高液位响应时间Tab.4 Minimum high high level response time

3 国内外标准差异分析

通过以上阐述，可以看出国内外储罐液位报警联动相关标准或做法存在的主要差异，详见表5。

4 结束语

通过对国内外储罐液位报警联动相关标准和实践的对比分析研究，可以看出国内外是存在一定差异的，提出以下建议。

（1）从理念上来说，国内外存在很大差异。国外为储罐防止油品溢出建立了一个完整的体系，企业则根据自身的工况进行风险分析后依据API STD 2350的准则而制定符合企业自身需求的防治措施，并不是每个企业都采用统一的防护措施。而国内目前对储罐液位风险的治理更多地注重操作程序，基本是基于液位报警值的设置和联锁设定。建议进一步深入开展API STD 2350研究，结合国内油罐安全生产现状，逐步建立我国的OPP体系。

（2）从变更管理上来说，国内外存在一些差异。例如美国管道公司对联锁的设定值在每一次工艺变更（比如流速变化等）、罐容修正等可能对风险分析造成影响的变更发生之后，需要重新计算；同时变更的历史记录也要作为安全管理的一部分写入规定文档存档；而国内管道公司在运行时通常沿用给定的联锁设定值，当与联锁相关的充装速度、阀门关闭速度、工艺变化的影响等发生变化时，缺乏及时的跟踪计算。建议借鉴国外变更管理的理念制定罐区/油库变更管理相关标准。

表5 国内外储罐液位报警相关标准主要差异Tab.5 Major differences of relevant standards for tank liquid level alarm at home and abroad

（3）关于联锁的设置，国外标准认为联锁保护涉及的执行机构（阀门等）也属于自动保护系统的一部分。对于参与联锁的阀门，要求设计中要计算阀门关闭速度，既要保证阀门在达到下一个警戒线之前关闭，也要避免关闭过快而导致水击；一旦联锁动作触发，阀门将不能远控；操作人员在现场复位之后才能恢复远程控制；阀门需要满足Fail Safe的设计，一旦失电，阀门自动关闭。建议在我国储罐相关标准中增加此方面的要求。