大型石油储罐主动安全防护系统的应用

大型石油储罐主动安全防护系统的应用
作者：唐宜勇
来源：《科学家》2015年第10期
摘要大型石油储罐主动安全防护系统可以广泛应用于石油储备、石油炼化生产企业及其它危化品储运安全领域，具有广阔的应用前景。

对于保障能源安全、生态环境安全和国民经济可持续发展具有重要的战略意义。

关键词大型石油储罐主动安全防护系统；石油储备；石油炼化；危化品储运；安全；环境；经济
中图分类号 TE8
文献标识码 A
文章编号2095-6363（2015）10-0082-02
据统计，1950年到2003年全球共发生480余起石油储罐火灾事故，其中，1990年到1999年共发生161起，2000年到2003年共发生62起。

近年国内油库火灾事故也出现高发趋势，不仅造成了重大人员伤亡和财产损失，而且造成了严重的环境污染。

目前，大型石油储罐的消防手段主要采用泡沫、水进行火灾事故抢险，少数发达国家在大型油罐上安装了气体灭火系统，但这些手段都局限于事后的应急处理，实际效果很难评估。

1 大型石油储罐主动安全防护系统
国家石油储备中心于2010年9月委托威特龙消防安全集团股份公司完成针对储罐安全防护的专项研究项目“大型石油储罐主动安全防护系统”（以下简称“主动防护系统”），2013年7月30日该项目通过了国家能源局组织的国家级能源科技成果鉴定。

主动防护系统加强了罐壁与浮顶的等电位连接，改善了雷电导出通道，从而提高了储罐抗雷击的能力；其应用符合国家安监总局发布并实施的《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》（AQ3035-2010）及《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》（AQ3036-2010）中对罐区监控的要求。

经四川省科学技术信息研究所进行查新（查新编号：201351009014304）所知：国内外未见研制一种大型石油储罐主动安全防护系统。

主动防护系统遵循预防为主、防消结合的消防工作方针，实时监测与主动保护相结合，远程可视化控制与现场控制相结合，智能控制与人工辅助相结合，新增消防系统与原有消防系统共存互补，全面提升大型浮顶石油储罐防护能力。

主动防护系统对外浮顶储罐一、二次密封圈环形区域内可燃混合气体进行全天候实时监测，随时掌握可燃混合气体浓度，及时进行火灾爆炸危险性识别。

采用智能管理系统，借助上位软件、以太网通讯、终端电控装置、分区控制阀和传感器的协同工作，对每个保护区域的安全状态、每台设备的运行状态以及流量、压力等方面进行控制、计量、统计、查询和分析。

根据混合气体浓度分析数据，进行安全、预警、危险判定，当保护区域内可燃混合气体浓度达到危险判定临界点时，自动向环形区域内注入惰性介质或抽走可燃混合气体，使可燃混合气体浓度达到安全判定临界点以下，防止储运过程中可能发生的因雷击、静电、着火引起爆炸事故。

主动防护系统将传统的事后灭火抢险转换为事前主动预防，通过在线监测油罐密封圈内的油气浓度和氧浓度，当油气浓度超标或遇高温雷电等极端天气时，系统对其进行惰化保护，也可在收发油和浮盘落地时进行主动防护，从而实现了大型石油储罐的本质安全。

1.1 系统新开发及优化的技术
1）气体浓度分析自动巡检技术。

传统的气体浓度分析采用一对一连续取样法方式进行，考虑到目标空间较大，气体浓度分布差异较大，主动防护系统采用了一台气体浓度分析仪器对多个分区进行自动巡回检测技术，提高了检测数据的真实性和时效性。

2）两相微雾惰化技术。

单纯采用氮气作为惰化介质只有稀释氧气作用，为弥补其灭火控火能力的不足采用了氮气伴送超细水雾作为惰化介质，具有降低环境温度、减缓油料蒸发速度、抑制和扑灭储罐密封区初期火灾的作用。

3）多元混合可燃气体快速检测技术。

现有的红外可燃气体探测器或分析仪只能检测单一可燃性气体的爆炸下限或体积浓度，无法适用于检测原油油气。

主动防护系统根据原油挥发的油气组分特性研制了一种能动态预测多元可燃气体爆炸下限的红外气体在线分析仪，巧妙地利用多组分气室参比方法与理查德定律相结合，可连续分析混多元混合气体的爆炸下限浓度。

1.2 系统的创新点
1）首次提出了大型石油储罐密封圈主动防护火灾爆炸理念，创建了油气爆炸临界数学模型，确定了防火防爆临界参数，为保障储罐本质安全运行奠定了理论基础。

2）实现了大型石油储罐密封圈油气浓度的实时在线监测及数据远传，研发了多元混合可燃气体快速检测技术，能及时预知潜在危险源，实现了从人防到技防的转变。

3）研发了注氮抽气惰化、两相微雾惰化等防护技术，研制了相应的设备及装置，制订了产品标准，具有自主知识产权。

4）率先提出了大型石油储罐密封圈主动安全防护的新方法，可在油气浓度超标或高温、雷电等极端环境条件下提供主动安全防护，也可在收发油和浮盘落地等作业时提供主动安全防护，还可提供突发状况下的应急安全防护。

5）首次实现了主动防护系统的带油安装，并对带油安装作业工艺技术进行了系统的研究。

1.3 系统的组成
主动防护系统由中心监控主机、油气安全主动防护装置、注氮/取样管网、注氮/取样接头以及配套的注氮装置组成。

1）主动防护系统采用总线控制技术，中心监控主机是各子系统信息交汇的平台。

通过远程传输和控制技术，监控人员能够统筹监控辖区内各子系统的运行状况、储罐防护情况，能对辖区内装置信息进行统一分析、处理，并指挥各节点协同工作。

中心监控主机的一般采用琴台式设计，便于工作人员对整个系统进行人机对话管理，了解系统的工作状态，可实现对整个系统的自动、手动控制。

包括：工控计算机、自动集成控制器、手动集成控制器、区域控制器、联动控制器、琴台柜、UPS等设备。

2）现场装置是安放于储罐现场的露天设备，可以同时保护4座储罐。

现场装置采用箱形房屋构造，房屋壁板和顶板的内外表面均采用不锈钢板制作，具有整体美观、防护能力强、运输方便、安装简单等优点。

房内安装有主动防护所需的1-4个分区控制模块，分区控制模块与储罐一一对应，每个分区控制模块上设置有气体分析仪、取样泵、可调流量计、精过滤器、粗过滤器、气水分离器、电磁阀、惰气减压阀、连接管路及管接头等。

集装房内还设置有氮气总管、排气总管、排液总管、真空系统、可燃气体探测器、氧气浓度报警器、控制设备和通讯设备，并配备有供电、接线、通风、空调、加热器和照明电路。

3）注氮、取样管网，管网主要包括：连接一级站和现场装置的氮气补给管路、现场装置到注氮接头的注氮管路、现场装置到取样接头的样气采集管路及安装在管路上的过滤器、阀门、压力计、管路附件等组成。

管网布置方式、阀门的设置、数量等根据实际情况进行具体设计。

4）注氮、取样接头分别与保护空间接通，接头数量、结构和安装方式均需根据储罐结构进行具体设计。

2 大型石油储罐主动安全防护系统的应用
大连港“11.22”雷击火灾事故后，大连港股份有限公司根据《大连港股份有限公司油品码头公司“11.22”油罐雷击火灾事故调查报告》，积极的探索和使用降低储罐遭受雷击后起火概率的新技术。

大连市港口与口岸局通过召开专家论证会，取得“大型石油储罐主动安全防护系统可有效防止储罐雷击火灾事故”的意见；原大连市大孤山化工园区管理局通过组织“11.22”事故调查组技术组的全体专家召开专家论证会，取得“大型石油储罐主动安全防护系统的应用可有效防止储罐雷击火灾事故”的意见。

据此，大连港股份有限公司引进了大型石油储罐主动安全防护系统，并在新港7#-8#罐组、桃园罐区、沙坨子罐区、海滨、海滨北罐区以及南海一、二罐组等8个罐（组）区共计39座10×l04m3原油储罐、4座15×l04m3原油储罐上进行增设，总投资3850万元，大大提升了新港区域应急处置能力，将储罐雷击火灾事故的概率降到最低。

3 结论
石油是保障国家经济、政治安全的重要战略物资。

安全、可靠的国家战略石油储备是国民经济持续发展坚实的能源保障，对维护社会的稳定和长治久安，构建和谐社会有着很大的作用。

大型石油储罐主动安全防护系统率先提出了石油储罐密封圈火灾爆炸安全主动防护新理念，保护石油储备区的安全。

从战略角度而言，对石油储油战略防护有着十分重要的意义。

从国防战略角度而言，对国家的国防建设起到保护作用。

从国民经济方面讲，是保障国家能源安全的核心措施，是保障国民经济稳定健康发展和国防安全的重要支撑。

从环境方面讲，主动防护系统能够有效的提高预防火灾事故发生的消防能力，从而避免了油料燃烧及次生泄漏所带来的污染，对环境保护有着重大的意义。