储罐的安全防护隔离措施设计探讨

储罐的安全防护隔离措施设计探讨

张玮，应钊

（中石化宁波工程有限公司，浙江宁波 315103）

摘要  在储罐设计过程中，应充分了解储罐的类型和存储介质的物性，结合装置布置合理合规设置安全防护隔离措施，对储罐（组）的安全生产至关重要。本文列举了几种常见的防护隔离手段，结合标准规范的相关要求，提出在设计过程中设置安全防护隔离措施时的注意事项及建议。

关键词  储罐 防护隔离  防火分区  防火堤

在石油化工行业中，钢制储罐因其具有防火性能好、造价低、施工快、防渗防漏性好、检修容易等特点而得到广泛的应用。尽管钢制储罐本身已经具备较好的防护性能，但考虑到使用年限、施工质量、地质灾害以及生产操作问题等因素，储罐仍需要进一步采取其他安全防护隔离措施来预防或者减少因储罐破裂扩散而造成次生灾害的影响。

1 储罐（组）安全防护隔离措施的种类

几种常见的安全防护隔离措施类型见表1

表1 几种常见的防护隔离措施

表1中的各种隔离措施在功能上有相通之处，但侧重点不同。围堰重在围，相当于储存设施，类似于事故存液池，设计时主要考虑封闭性和稳定性。防火堤不仅要做到围堰的功能，更主要的是控制、限制火灾的影响范围，作用和要求明显高于围堰，设计时除了要考虑其密封性和稳定性以外，还要考虑其有效容积、高度、间距、耐火等级等因素。隔堤是防火堤内比防火堤高度略低的隔离设施，主要是为了控制分隔单元的大小或分隔不同品种的罐组，将一个罐组的防火堤分割成多个水平防火分区，以防止罐组内单个储罐少量泄漏而影响其他储罐。

而防护墙和隔墙是GB 50351-2014对全压力式、半冷冻式储罐发生泄漏事故时，防止下沉气体外溢的构筑物的定义，与GB 50160-2008中对液化烃全压力式、半冷冻式储罐的防火堤的规定一致。因此防护墙和隔墙可视作对全压力式、半冷冻式储罐防火堤和隔堤的分类定义。两者本质的目的和功能都是一致的。

结合以上内容分析，着重对防火堤与储罐间距、有效容积、高度、等方面进行详细的探讨，可以对上述各类安全防护隔离措施不同及相通之处有比较全面的了解。

2  防火堤的设计

2.1 防火堤与储罐间距

防火堤内堤脚线至罐壁的间距规范有最小要求，设计时需根据占地面积和最大储罐容积计算得到。防火堤与储罐罐壁的间距见表2。

表2 防火堤与储罐罐壁的间距

注：H为储罐罐壁高度。

当可燃液体储罐破裂或穿孔时，罐内流体最大喷散水平距离等于罐壁高度的一半，因此将立式储罐至防火堤内堤角线的距离取值不小于罐壁高度的一半。

2.2 防火堤有效容积

2.2.1 国内外相关标准规范对防火堤内有效容积的规定见表3。

表3 防火堤内有效容积

2.2.2 由表2和表3初步确认防火堤有效容积（V）最小值和立式储罐至防火堤内堤角线的距离最小值后，即可用下列公式计算出设计液面高度Hj值，进而推算出防火堤的高度； 防火堤有效容积计算公式如下，各参数示意见图1：

V=AHj-（V1+V2+V3+V

4）        （2.2.2） 

式中：V ——防火堤有效容积（m³）；

A ——由防火堤中心线围成的水平投影面积（㎡）；

Hj——设计液面高度（m）；

V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大储罐的基础露出地面的体积（m³）；

V2——防火堤内除一个最大储罐以外的其他储罐在防火堤设计液面高度内的体积和储罐基础露出地面的体积之和（m³）；

V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和（m³）；

V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和（m³）。

图1 防火堤有效容积计算示意图

综合分析表3及图1，有效容积公式（2.2.2）可用来核算罐组内最大储罐单罐泄漏时堤内能达到的最高液位值Hj，即设计液面高度。当计算出的防火堤高度过高时，可扩大防火堤间距；当占地受限时，可考虑将堤内地坪下沉来加深堤内高度，并在罐区外设置事故存液池；两者均能起到增加防火堤有效容积的效果。

2.3 防火堤高度

根据2.2.2条防火堤内有效容积计算公式计算得出的液面高度Hj是最大储罐单罐容积泄漏的最高液位临界面，故而防火堤高度应在计算液面高度基础上再加0.2m，规范对防火堤的最低和最高高度有明确规定，见表4。

表4 防火堤高度要求

其中，最低高度取1.0m是为了掩护消防人员避免热辐射的伤害，防止消防水或泡沫飞溅，最低高度取值的相对地坪为防火堤内地坪；最高高度的取2.2m是为了满足消防人员在堤外的操作视野，最高高度取值的相对地坪为防火堤外3m范围内地坪。最高限高取3.2m是为了进一步节约用地的考虑。

液化烃全冷冻式单防罐防火堤的高度根据储罐最高液位及防火堤与储罐间距计算得到，规范对液化烃全冷冻式单防罐的防火堤高度没有限制，但是，考虑消防要求，在占地面积允许的前提下，应尽量控制防火堤高度不超过2.2m。

规范中对单防罐至防火堤内顶角线的距离X有明确的要求，其不应小于最高液位与防火堤顶的高度差Y加上最高液位上方气相当量压头之和。见图2

图2 单防罐至防火堤内顶角线的距离

工程案例1：

某项目10000m3的全冷冻乙烯乙烯单防罐规格、防火堤规格等设计参数见表5。

表5 10000m3的全冷冻乙烯乙烯单防罐设计参数表

注：全冷冻乙烯单防罐储存系数取0.9。

图3 10000m3的全冷冻乙烯乙烯单防罐立面图

防火堤高度取2200mm，则Y=20000*0.9+2000-2200=17800mm，根据储罐参数，罐内最高液位上方气相当量压头H=P/(ρg)=0.023x106/(568*10)=4.05m=4050mm，根据规范要求X≥Y+H，X≥17800+4050=21850mm，X取22000mm。防火堤大小为：76000×76000 mm。

核算防火堤内有效容积：计算时高度值取2.2m，则有效容积V=防火堤总高高度内总容积-防火堤总高度内浸没基础体积=76x76x2.2-πx15²x2=11293m³，大于乙烯储罐最大容积10000m³，满足规范要求。

3 防护提的设计

3.1 毒性和腐蚀性液体储罐组应设防护堤，防护堤有效容积、立式储罐至防护堤内堤角线距离要求参照可燃液体储罐的相关规定。存储酸、碱等腐蚀性介质的储罐组内的防护堤内侧、地坪、储罐基础、管廊基础等应做防腐处理。

工程实例2

某项目储罐区布置了4个浓硫酸储罐，储罐规格、防护堤规格等设计参数见附表7。

表6 硫酸储罐设计参数

图4 硫酸罐组平面图

图5 硫酸罐组立面图

防护堤内单个储罐最大容积为1200m³，罐组占地面积可达到43.8x43.8m，则防护堤内堤脚线至罐壁的间距为7.5m＞0.9+（13/2）=7.4m，满足规范要求；防护堤内单台储罐泄漏最大容积V1=43.8x43.8xHj-4xπx5.5²x Hj -8x4x0.2xHj=1200 m³，得出防护堤内单罐泄漏最高液位即计算液面高度Hj=0.78m；防护堤高度取值H=0.78+0.2=0.98m，考虑裕量后取整数至1.1m。最终防护堤内有效容积V=43.8x43.8x1.1-（4xπx5.5²x1.1 + 8x4x0.2x0.9）=1686 m³,满足规范要求。

3.2 装置内的毒性液体和腐蚀性液体储罐，应设置围堤，围堤内的有效容积不应小于一个最大罐的容积，围堤厚度至少150mm，最小高度不小于450mm，围堤的地面应用耐腐蚀材料铺砌。

4  结论及建议

1）罐壁至防火堤的间距要求不仅是罐体高度的一半，还应考虑储罐的基础高度。

2）在南方雨水较多的地区，计算防火堤有效容积时，除了遵循标准规范中的要求（不应小于罐组内1个最大储罐的容积）外，还应考虑全年平均雨水余量及消防用水量。应用防火堤有效容积公式时总容积的高度取内堤总高。

3）当选用钢筋混凝土堤时，防火堤内堤侧应培土并涂刷耐火涂料以加强耐燃烧性，全冷冻式储罐防火堤还应采取防冷冻措施；储存酸、碱等腐蚀性储罐时防护堤内堤应做防腐蚀设计。

4）当大型储罐组因为占地导致防火堤计算高度大于2.2m时，防火堤内部地坪可考虑采用下沉式，将堤外的消防扑救区域地坪适当抬高，尽量控制防火堤高度相对堤外地坪高度在2.2m内。

参考文献：

【1】王进忠，杨宣堂，李荣椿.大型油罐防火堤事故荷载分析计算.天津大学学报，1994.

【2】陈平.可燃液体罐区防火堤设计建议.工业、生产，2016(6)

【3】《建筑设计防火规范》GB 50016-2014

【4】《石油化工企业设计防火标准》GB 50160-2008

【5】《储罐区防火堤设计规范》GB 50351-2014

【6】《石油化工工厂布置设计规范》GB 50984-2014

【7】《石油库设计规范》GB 50074-2014

【8】《化工装置设备布置设计规定》HGT 20546-2009