濒海大型石油储罐脆弱性分析及其安全保障体系构建

严琰 郭健 罗欣玥 刘春雨

[摘要]我国战略石油储备基地主要布局在沿海地区，大型石油储罐是其主要储油设施，但是由于这种薄壳空腔结构的先天脆弱性，在海洋的极端气象条件下，很容易被强风、强降水以及盐雾等破坏，本文对大型油罐的安全脆弱性进行了分析，并确定其安全脆弱性影响因素体系和安全保障体系，对于确保此种类型储罐的安全稳定运行有着十分积极的意义。

[关键词]大型石油储罐;脆弱性;安全保障

[中图分类号] TE972

[文献标识码]A

随着我国经济的发展，对石油的需求日益增长，但是由于我国石油储量少，自然禀赋较差，产能远远不能满足国内的需求，为了保障能源安全，国家于2003年正式启动了石油战略储备计划，分三个阶段开展石油储备基地建设，目前我国已经建成了舟山、大连、镇海、燕山等大型石油储备基地，这些石油储备基地绝大部分建设在滨海地区，石油储运设施除了个别采用岩穴等储油方式外，储油設施的主体是10万立方米的大型石油储罐，相对于小型石油储罐，大型石油储罐具有投资少、占地面积小、石油损耗小等优点，经济效益十分显著。

但是由于大型石油储罐是金属焊接而成的薄壁结构（大型石油储罐的径厚比可以达到2500以上）且我国滨海地区处于季风区、极端气象现象频发。尤其是台风气候时，大型石油储罐很容易受到强风破坏，所以对滨海地区的10万立方米储罐的脆弱性进行分析，确定其关键影响因素并提出有针对性的应对措施，这对我国滨海地区油储基地的建设顺利发展十分必要。

1 大型石油储罐安全脆弱性分析

1.1 大型石油储罐结构组成

大型石油储罐采用的是立式圆筒形钢制薄壳结构，储罐本体由罐底板、简体壁、顶盖及其附件（如角钢、加强件、板梯、平台、防雷、静电接地装置等）组成，油罐顶部采用双盘浮顶浮顶结构，其中双盘浮顶有上下两个盖板。两块板之间有边缘环板，径向和周向隔板将浮顶划分为许多无渗漏隔室。单盘浮顶的周长为环形浮船，环形浮船被分隔成几个不漏水的隔间，石油储罐内介质的重量直接作用于地基。在负荷下处于三维应力状态。大型石油储罐如图1。

1.2 大型石油储罐风致脆弱性分析

沿海地区极端气候频发，尤其是台风、强降雨以及地质灾害对大型油罐的破坏尤其显著，以强风为例，由于大型油罐是巨大的空腔结构，当风以一定的速度向前移动遇到障碍物时，它会对障碍物施加压力，即风压。风压与障碍物等受力面积呈现正相关关系，本研究采用有限元分析软件ANYSY分析了强风对大型有关的破坏作用，大型石油储罐模型如下图2所示。

在加载风载之后，石油储罐在受风面上会发生内凹陷，同时左右风压较小的位置向外凸出形式的变形，其中变形总位移最大的位置是受风的正面罐体的顶部，给罐体造成了巨大的破坏。大型石油储罐风致屈曲如图3所示，实际的破坏案例如图4所示。

由此可见，在沿海极端气象条件下，大型石油储罐的安全脆弱性十分明显，产生脆弱性的原因固然与罐体本体的特性有关，更是包涵技术、管理等方面多因素。

2 大型石油储罐风险因素体系构建

影响大型石油储罐的安全脆弱性的因素除了外来的强风、腐蚀、强降水、地质结构外，维护管理等因素和设备本身的维护使用情况也会影响油罐的脆弱性，会给储罐的安全稳定带来巨大的负面影响。本文参照国家和行业标准，以及国内外事故数据，构建了大型石油储罐安全影响因素体系。主要依据人、机、环、管等四个方面来确定影响因素体系。

2.1 环境因素

环境因素主要是地质构造，风速、温度、湿度等，其中地质构造主要指的是大型油罐本身的地质状况和地质构造的坚固程度，这些因素对油罐的稳定性，以及强风和强降雨条件下储罐的灾害抵抗能力有着很大的影响，在实际的事故中，也发生过由于地质结构不稳固导致的空罐被强风吹翻倾覆的严重事故。对于大型石油储罐来是说强风、降雨也是主要的致害因素，本文已经强风的制害能力进行了深入的分析，此处不再做过多阐述，在降雨这一方面，如果瞬时降雨过大，或者降雨不能及时排出造成严重的内涝，会造成罐体被浮起，而对罐体本体及地基也会产生巨大的破坏。另外气温的高低也影响着大型石油储罐的安全脆弱性，夏季的高温和冬季的低温都会对罐体和附属设备造成破坏。

2.2 设备方面的因素

主要是设备设计，设备维护情况、设备检测情况，设备使用时长等因素，其中设备设计，主要是罐体设计是否符合国内外的设计标准，是否能够适应工作区域的强度需要。设备维护情况，包含日常的除锈防腐作业和检查维修情况，由于滨海地区设备腐蚀情况非常严重，如果罐体的防腐作业不及时或者除锈作业不及时，罐体的结构强度会迅速降低，从而降低承受强风和强降雨的能力。设备监测，通过自动化的监测设备可以及时了解设备的运行情况，一旦发现危险情况可以及时的报警，并启动相应等级的应急预案。设备使用时长，是设备实际使用的时间跨度，由于金属疲劳和设备本身固有的使用年限，因此使用年限越久，设备出现故障和失能的可能性也越大。

2.3 管理因素

主要包括：安全管理制度、安全应急预案、安全检查、安全管理人员匹配、安全管理人员合格情况。其中安全管理制度主要是与储罐安全运行相关的安全岗位责任制，设备运行维护制度等相关的管理制度，这些制度是指导罐区安全维护的重要制度基础。安全应急预案是安全管理“一案三制”的核心，是处理紧急突发事件和灾害的重要的方案和实施路径，相关的预案设计合理、行之有效，且经过充分训练，有助于化解罐体在强风情况的风险程度，降低事故灾害。安全检查包括：年度安全检查、季度检查、月度检查和日常检查，通过这些检查可以及时发现问题、解决问题，从而提高应对效率，降低风险度。安全管理人员匹配情况：主要是指安全管理与实际安全需要的匹配情况，能不能满足实际工作的需要，以及工作人员的专业水平是否符合实际的需要。安全管理人员合格情况主要是安全管理人员的上岗培训及其相关证书的考核情况，由于大型石油储罐本身的工艺与技术的特殊性，所以其维护有着特殊的要求，要求管理人员必须经过专业的培训并考试合格。

2.4 人员安全影响因素

人员安全影响因素主要包括了：年龄因素、岗位技能匹配度等。首先是年龄因素，因为在通常情况下，由于罐体维护作业需要耗费大量的体力和智力，研究统计表明：年龄层次在30岁到45岁之间的工作人员由于身体条件较好，技术技能较为丰富，所以在工作中能够及时发现问题、解决问题。技术培训年限主要是指安全作业人员培训的总时限，这是反映安全作业人员能力的一个重要标准。“三违率”是指违章作业、违章指挥、违章操作情况， “三违率”是反映人员作业整体合格率的重要指标，集中反映了作业人员是不是能够按照作业标准来操作，是不是能够严格的遵守劳动纪律。岗位技能匹配度是指作业人员自身的技能与实际工作需要的契合度。考核成绩，是对作业人员进行的技能与安全考核，通过考核可以清楚的了解作业人员的技能掌握情况和技能水平。员工出勤是反映員工到岗情况的重要因素，通过出勤情况可以掌握员工巡检情况，员工工作的积极性。大型石油储罐安全风险因素体系如图5所示。

3 大型石油储罐安全保障措施

依据大型石油储罐安全风险因素体系，大型石油储罐的安全保障措施需要作出有针对性的系统应对，才能适应大型石油储罐安全管理的需要。

3.1 技术保障

技术保障措施主要包括如下几个方面：选址技术，由于大型石油储罐本身薄壳结构的固有脆弱性，容易受到极端气象条件的影响和破坏，所以对于其选址必须要满足地质结构稳固度的需要，还需要了解常年风向，并对可能的破坏进行模拟，确定安全选址地点。安全容量技术：通过火灾事故模拟，确定大型油罐区的安全容量，确定储罐间距和最大安全距离。罐体加强技术：通过模拟计算确定加强圈数量经过模拟计算9道抗风圈比较有效的防护台风，提高壁厚以及设置线缆绑扎等技术提高罐体本身抗拒极端气候的能力。气象灾害预警技术：基于国家气象数据，建设区域极端气象灾害预警信息平台，进行早期精确气象灾害预警。安全监测预警技术：广泛采用人工智能、5G和工业互联网、无人机等技术，及时监测罐体形变和泄漏的监测预警技术，实时监控罐体的危险性变化，提高早期预警能力。事故灾害应急管理技术：针对突发条件，建设智能化应急决策系统，提高快速应急响应能力，在事故发生第一时间进行应急救援，提高救援的效率和效能。

3.2 管理保障

管理保障是从管理机制层面为大型石油储罐的安全运行提供管理的制度依据，主要包括以下几个方面：

管理制度：首先是必须完善相应的设备维护制度、安全岗位责任制等制度体系。应急预案体系是指：建立和完善针对强风、强降雨以及山体滑坡等突发事件的应急预案体系，并对各种应急预案进行完善的培训和实际训练。巡检制度：针对罐体的薄弱环节进行设置巡检点，定时定点进行安全巡检，合理科学规划巡检路线。管理人员培训：针对罐区的安全、技术以及应急特性进行集中的管理人员培训。人员匹配：根据罐区安全的需要配备合适的安全管理人员，提高管理人员的匹配度。

3.3 设备保障

准入制度：建设完善的设备设施准入机制，按照实际安全需要设定设备准入门槛。设备保养：按照设备运行要求，设定设备保养周期，设备保养程序。设备年限：根据设备的腐蚀情况、使用强度需要设定设备的实际工作年限。

3.4 人员保障

人员选择：根据设备需要选择合适的人员，包括人员的年龄结构、学历结构和知识结构等考量因素。技能培训：对作业人员进行技能培训，并通过考试，演练确定作业人员实际作业水平。安全培训：对作业人员进行安全培训，并通过考试，确定作业人员实际安全技能水平。

4 结语

大型油气储罐是我国石油储运基地建设的核心设备，目前我国的石油储备基地大部分都建设在沿海地区，由于沿海地区自然条件复杂，极端气象现象频发，加之大型石油储罐的空腔结构，安全脆弱性明显，被强风等自然灾害破坏的可能性极大，本文对大型石油储罐的脆弱性进行了分析，确定了其主要风险因素，并依据风险因素提出了有针对性的保障措施，可以为大型石油储罐的安全运行提供一定的借鉴和参考。

[参考文献]

[1]张超，马俊，张哲，论我国石油战略储备[J].军事经济研究，2005 （12）.

[2]何冠明，何国正，我国石油资源和能源可持续发展战略问题探析[J].能源研究与利用.2006 （06）.

[3]田磊，王闫潇潇，李云，等.2019年我国石油市场分析与2020年展望[J].中国能源，2020 （03）.

[4]杨浩.大型石油化工企业储罐区消防安全对策研究[J]石化技术，2019 （10）.

[5]党小戈，大型石油储罐浮顶强度及稳定性分析探讨[J].四川水泥，2019 （05）.

[6]林寅，大型钢储罐结构的风荷载和风致屈曲[D].浙江大学，2014.

[7]张郑超.大型钢储罐的风荷载和抗风稳定承载力[D].浙江大学，2017.

[8]孙建成.大型原油储罐建设过程中的设备改进措施[J].石化技术.2018 （02）.

[9]石磊，帅健，王晓霖，等.大型石油储罐地基沉降研究现状[J].石油工程建设，2018 （01）.

[10]王宝轩，沈功田，闫河，等，大型石油储罐健康管理方法应用研究[J].机械工程学报，2017 （16）.