嚴(yán)琰 郭健 羅欣玥 劉春雨

[摘要]我國戰(zhàn)略石油儲備基地主要布局在沿海地區(qū)，大型石油儲罐是其主要儲油設(shè)施，但是由于這種薄殼空腔結(jié)構(gòu)的先天脆弱性，在海洋的極端氣象條件下，很容易被強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)降水以及鹽霧等破壞，本文對大型油罐的安全脆弱性進(jìn)行了分析，并確定其安全脆弱性影響因素體系和安全保障體系，對于確保此種類型儲罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分積極的意義。

[關(guān)鍵詞]大型石油儲罐;脆弱性;安全保障

[中圖分類號] TE972

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對石油的需求日益增長，但是由于我國石油儲量少，自然稟賦較差，產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)的需求，為了保障能源安全，國家于2003年正式啟動了石油戰(zhàn)略儲備計劃，分三個階段開展石油儲備基地建設(shè)，目前我國已經(jīng)建成了舟山、大連、鎮(zhèn)海、燕山等大型石油儲備基地，這些石油儲備基地絕大部分建設(shè)在濱海地區(qū)，石油儲運(yùn)設(shè)施除了個別采用巖穴等儲油方式外，儲油設(shè)施的主體是10萬立方米的大型石油儲罐，相對于小型石油儲罐，大型石油儲罐具有投資少、占地面積小、石油損耗小等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

但是由于大型石油儲罐是金屬焊接而成的薄壁結(jié)構(gòu)（大型石油儲罐的徑厚比可以達(dá)到2500以上）且我國濱海地區(qū)處于季風(fēng)區(qū)、極端氣象現(xiàn)象頻發(fā)。尤其是臺風(fēng)氣候時，大型石油儲罐很容易受到強(qiáng)風(fēng)破壞，所以對濱海地區(qū)的10萬立方米儲罐的脆弱性進(jìn)行分析，確定其關(guān)鍵影響因素并提出有針對性的應(yīng)對措施，這對我國濱海地區(qū)油儲基地的建設(shè)順利發(fā)展十分必要。

1 大型石油儲罐安全脆弱性分析

1.1 大型石油儲罐結(jié)構(gòu)組成

大型石油儲罐采用的是立式圓筒形鋼制薄殼結(jié)構(gòu)，儲罐本體由罐底板、簡體壁、頂蓋及其附件（如角鋼、加強(qiáng)件、板梯、平臺、防雷、靜電接地裝置等）組成，油罐頂部采用雙盤浮頂浮頂結(jié)構(gòu)，其中雙盤浮頂有上下兩個蓋板。兩塊板之間有邊緣環(huán)板，徑向和周向隔板將浮頂劃分為許多無滲漏隔室。單盤浮頂?shù)闹荛L為環(huán)形浮船，環(huán)形浮船被分隔成幾個不漏水的隔間，石油儲罐內(nèi)介質(zhì)的重量直接作用于地基。在負(fù)荷下處于三維應(yīng)力狀態(tài)。大型石油儲罐如圖1。

1.2 大型石油儲罐風(fēng)致脆弱性分析

沿海地區(qū)極端氣候頻發(fā)，尤其是臺風(fēng)、強(qiáng)降雨以及地質(zhì)災(zāi)害對大型油罐的破壞尤其顯著，以強(qiáng)風(fēng)為例，由于大型油罐是巨大的空腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前移動遇到障礙物時，它會對障礙物施加壓力，即風(fēng)壓。風(fēng)壓與障礙物等受力面積呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，本研究采用有限元分析軟件ANYSY分析了強(qiáng)風(fēng)對大型有關(guān)的破壞作用，大型石油儲罐模型如下圖2所示。

在加載風(fēng)載之后，石油儲罐在受風(fēng)面上會發(fā)生內(nèi)凹陷，同時左右風(fēng)壓較小的位置向外凸出形式的變形，其中變形總位移最大的位置是受風(fēng)的正面罐體的頂部，給罐體造成了巨大的破壞。大型石油儲罐風(fēng)致屈曲如圖3所示，實(shí)際的破壞案例如圖4所示。

由此可見，在沿海極端氣象條件下，大型石油儲罐的安全脆弱性十分明顯，產(chǎn)生脆弱性的原因固然與罐體本體的特性有關(guān)，更是包涵技術(shù)、管理等方面多因素。

2 大型石油儲罐風(fēng)險因素體系構(gòu)建

影響大型石油儲罐的安全脆弱性的因素除了外來的強(qiáng)風(fēng)、腐蝕、強(qiáng)降水、地質(zhì)結(jié)構(gòu)外，維護(hù)管理等因素和設(shè)備本身的維護(hù)使用情況也會影響油罐的脆弱性，會給儲罐的安全穩(wěn)定帶來巨大的負(fù)面影響。本文參照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及國內(nèi)外事故數(shù)據(jù)，構(gòu)建了大型石油儲罐安全影響因素體系。主要依據(jù)人、機(jī)、環(huán)、管等四個方面來確定影響因素體系。

2.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要是地質(zhì)構(gòu)造，風(fēng)速、溫度、濕度等，其中地質(zhì)構(gòu)造主要指的是大型油罐本身的地質(zhì)狀況和地質(zhì)構(gòu)造的堅固程度，這些因素對油罐的穩(wěn)定性，以及強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降雨條件下儲罐的災(zāi)害抵抗能力有著很大的影響，在實(shí)際的事故中，也發(fā)生過由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固導(dǎo)致的空罐被強(qiáng)風(fēng)吹翻傾覆的嚴(yán)重事故。對于大型石油儲罐來是說強(qiáng)風(fēng)、降雨也是主要的致害因素，本文已經(jīng)強(qiáng)風(fēng)的制害能力進(jìn)行了深入的分析，此處不再做過多闡述，在降雨這一方面，如果瞬時降雨過大，或者降雨不能及時排出造成嚴(yán)重的內(nèi)澇，會造成罐體被浮起，而對罐體本體及地基也會產(chǎn)生巨大的破壞。另外氣溫的高低也影響著大型石油儲罐的安全脆弱性，夏季的高溫和冬季的低溫都會對罐體和附屬設(shè)備造成破壞。

2.2 設(shè)備方面的因素

主要是設(shè)備設(shè)計，設(shè)備維護(hù)情況、設(shè)備檢測情況，設(shè)備使用時長等因素，其中設(shè)備設(shè)計，主要是罐體設(shè)計是否符合國內(nèi)外的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，是否能夠適應(yīng)工作區(qū)域的強(qiáng)度需要。設(shè)備維護(hù)情況，包含日常的除銹防腐作業(yè)和檢查維修情況，由于濱海地區(qū)設(shè)備腐蝕情況非常嚴(yán)重，如果罐體的防腐作業(yè)不及時或者除銹作業(yè)不及時，罐體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會迅速降低，從而降低承受強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降雨的能力。設(shè)備監(jiān)測，通過自動化的監(jiān)測設(shè)備可以及時了解設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)危險情況可以及時的報警，并啟動相應(yīng)等級的應(yīng)急預(yù)案。設(shè)備使用時長，是設(shè)備實(shí)際使用的時間跨度，由于金屬疲勞和設(shè)備本身固有的使用年限，因此使用年限越久，設(shè)備出現(xiàn)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、安全應(yīng)急預(yù)案、安全檢查、安全管理人員匹配、安全管理人員合格情況。其中安全管理制度主要是與儲罐安全運(yùn)行相關(guān)的安全崗位責(zé)任制，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)制度等相關(guān)的管理制度，這些制度是指導(dǎo)罐區(qū)安全維護(hù)的重要制度基礎(chǔ)。安全應(yīng)急預(yù)案是安全管理“一案三制”的核心，是處理緊急突發(fā)事件和災(zāi)害的重要的方案和實(shí)施路徑，相關(guān)的預(yù)案設(shè)計合理、行之有效，且經(jīng)過充分訓(xùn)練，有助于化解罐體在強(qiáng)風(fēng)情況的風(fēng)險程度，降低事故災(zāi)害。安全檢查包括：年度安全檢查、季度檢查、月度檢查和日常檢查，通過這些檢查可以及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提高應(yīng)對效率，降低風(fēng)險度。安全管理人員匹配情況：主要是指安全管理與實(shí)際安全需要的匹配情況，能不能滿足實(shí)際工作的需要，以及工作人員的專業(yè)水平是否符合實(shí)際的需要。安全管理人員合格情況主要是安全管理人員的上崗培訓(xùn)及其相關(guān)證書的考核情況，由于大型石油儲罐本身的工藝與技術(shù)的特殊性，所以其維護(hù)有著特殊的要求，要求管理人員必須經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)并考試合格。

2.4 人員安全影響因素

人員安全影響因素主要包括了：年齡因素、崗位技能匹配度等。首先是年齡因素，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，由于罐體維護(hù)作業(yè)需要耗費(fèi)大量的體力和智力，研究統(tǒng)計表明：年齡層次在30歲到45歲之間的工作人員由于身體條件較好，技術(shù)技能較為豐富，所以在工作中能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。技術(shù)培訓(xùn)年限主要是指安全作業(yè)人員培訓(xùn)的總時限，這是反映安全作業(yè)人員能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)?！叭`率”是指違章作業(yè)、違章指揮、違章操作情況， “三違率”是反映人員作業(yè)整體合格率的重要指標(biāo)，集中反映了作業(yè)人員是不是能夠按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來操作，是不是能夠嚴(yán)格的遵守勞動紀(jì)律。崗位技能匹配度是指作業(yè)人員自身的技能與實(shí)際工作需要的契合度。考核成績，是對作業(yè)人員進(jìn)行的技能與安全考核，通過考核可以清楚的了解作業(yè)人員的技能掌握情況和技能水平。員工出勤是反映員工到崗情況的重要因素，通過出勤情況可以掌握員工巡檢情況，員工工作的積極性。大型石油儲罐安全風(fēng)險因素體系如圖5所示。

3 大型石油儲罐安全保障措施

依據(jù)大型石油儲罐安全風(fēng)險因素體系，大型石油儲罐的安全保障措施需要作出有針對性的系統(tǒng)應(yīng)對，才能適應(yīng)大型石油儲罐安全管理的需要。

3.1 技術(shù)保障

技術(shù)保障措施主要包括如下幾個方面：選址技術(shù)，由于大型石油儲罐本身薄殼結(jié)構(gòu)的固有脆弱性，容易受到極端氣象條件的影響和破壞，所以對于其選址必須要滿足地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固度的需要，還需要了解常年風(fēng)向，并對可能的破壞進(jìn)行模擬，確定安全選址地點(diǎn)。安全容量技術(shù)：通過火災(zāi)事故模擬，確定大型油罐區(qū)的安全容量，確定儲罐間距和最大安全距離。罐體加強(qiáng)技術(shù)：通過模擬計算確定加強(qiáng)圈數(shù)量經(jīng)過模擬計算9道抗風(fēng)圈比較有效的防護(hù)臺風(fēng)，提高壁厚以及設(shè)置線纜綁扎等技術(shù)提高罐體本身抗拒極端氣候的能力。氣象災(zāi)害預(yù)警技術(shù)：基于國家氣象數(shù)據(jù)，建設(shè)區(qū)域極端氣象災(zāi)害預(yù)警信息平臺，進(jìn)行早期精確氣象災(zāi)害預(yù)警。安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)：廣泛采用人工智能、5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等技術(shù)，及時監(jiān)測罐體形變和泄漏的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，實(shí)時監(jiān)控罐體的危險性變化，提高早期預(yù)警能力。事故災(zāi)害應(yīng)急管理技術(shù)：針對突發(fā)條件，建設(shè)智能化應(yīng)急決策系統(tǒng)，提高快速應(yīng)急響應(yīng)能力，在事故發(fā)生第一時間進(jìn)行應(yīng)急救援，提高救援的效率和效能。

3.2 管理保障

管理保障是從管理機(jī)制層面為大型石油儲罐的安全運(yùn)行提供管理的制度依據(jù)，主要包括以下幾個方面：

管理制度：首先是必須完善相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)制度、安全崗位責(zé)任制等制度體系。應(yīng)急預(yù)案體系是指：建立和完善針對強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)降雨以及山體滑坡等突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案體系，并對各種應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行完善的培訓(xùn)和實(shí)際訓(xùn)練。巡檢制度：針對罐體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置巡檢點(diǎn)，定時定點(diǎn)進(jìn)行安全巡檢，合理科學(xué)規(guī)劃巡檢路線。管理人員培訓(xùn)：針對罐區(qū)的安全、技術(shù)以及應(yīng)急特性進(jìn)行集中的管理人員培訓(xùn)。人員匹配：根據(jù)罐區(qū)安全的需要配備合適的安全管理人員，提高管理人員的匹配度。

3.3 設(shè)備保障

準(zhǔn)入制度：建設(shè)完善的設(shè)備設(shè)施準(zhǔn)入機(jī)制，按照實(shí)際安全需要設(shè)定設(shè)備準(zhǔn)入門檻。設(shè)備保養(yǎng)：按照設(shè)備運(yùn)行要求，設(shè)定設(shè)備保養(yǎng)周期，設(shè)備保養(yǎng)程序。設(shè)備年限：根據(jù)設(shè)備的腐蝕情況、使用強(qiáng)度需要設(shè)定設(shè)備的實(shí)際工作年限。

3.4 人員保障

人員選擇：根據(jù)設(shè)備需要選擇合適的人員，包括人員的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和知識結(jié)構(gòu)等考量因素。技能培訓(xùn)：對作業(yè)人員進(jìn)行技能培訓(xùn)，并通過考試，演練確定作業(yè)人員實(shí)際作業(yè)水平。安全培訓(xùn)：對作業(yè)人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，并通過考試，確定作業(yè)人員實(shí)際安全技能水平。

4 結(jié)語

大型油氣儲罐是我國石油儲運(yùn)基地建設(shè)的核心設(shè)備，目前我國的石油儲備基地大部分都建設(shè)在沿海地區(qū)，由于沿海地區(qū)自然條件復(fù)雜，極端氣象現(xiàn)象頻發(fā)，加之大型石油儲罐的空腔結(jié)構(gòu)，安全脆弱性明顯，被強(qiáng)風(fēng)等自然災(zāi)害破壞的可能性極大，本文對大型石油儲罐的脆弱性進(jìn)行了分析，確定了其主要風(fēng)險因素，并依據(jù)風(fēng)險因素提出了有針對性的保障措施，可以為大型石油儲罐的安全運(yùn)行提供一定的借鑒和參考。

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