大型浮頂罐沉盤事故原因及預(yù)防措施

馬文婷

（中國石油大學(xué)（北京）)

0 引言

油罐不僅是油庫的核心設(shè)備，同時也是煉油廠儲運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分。實(shí)現(xiàn)煉油廠大型化是我國煉油工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)之一[1]。我國的土地資源非常寶貴，建設(shè)用地費(fèi)用連年攀升，大型儲罐的建設(shè)不僅節(jié)省材料，而且可降低后期的管理費(fèi)用，因此儲罐的大型化甚至超大型化是必然的發(fā)展趨勢。

浮頂罐是立式圓筒形金屬罐的一種。浮頂是一種由鋼材制成的覆蓋在儲液面上并隨儲液面升降的盤狀結(jié)構(gòu)物，又稱浮盤。根據(jù)浮頂上方有無固定頂，浮頂罐又分為外浮頂罐和內(nèi)浮頂罐兩種。外浮頂罐是一種全敞口容器，盤狀浮頂隨油面升降；內(nèi)浮頂罐是裝有浮盤的拱頂罐。由于浮頂與油面間幾乎不存在氣體空間，因此浮頂罐在減少油品損耗、降低火災(zāi)風(fēng)險和滿足環(huán)保要求等方面較其他形式儲罐有較大優(yōu)勢，更可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因而被廣泛應(yīng)用于石油石化行業(yè)，用于儲存原油、汽油及其他易揮發(fā)油品。

浮盤沉沒是浮頂罐運(yùn)行中較常見的事故，近年在煉廠、石油儲備庫時有發(fā)生。沉盤事故的發(fā)生，不僅會損耗油品、影響油罐正常運(yùn)行，還需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財力進(jìn)行修復(fù)。因此，減少沉盤事故、預(yù)防沉盤事故的發(fā)生對煉廠及罐區(qū)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。

沉盤事故發(fā)生的主要原因不外乎設(shè)備原因和人員操作原因兩種。

1 浮頂罐結(jié)構(gòu)引起的沉盤事故

1.1 浮盤腐蝕穿孔引起沉盤

浮盤在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，常年暴露在潮濕的空氣中，并接觸大量腐蝕性液體或氣體，時間一久會在浮艙底部或單盤部位產(chǎn)生腐蝕穿孔，如圖1所示。浮盤一旦腐蝕，若未及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，油品便會沒入整體浮艙或多個浮艙，或倒灌到浮頂表面，使浮盤傾覆。這種情況多發(fā)生在單層浮盤結(jié)構(gòu)或鋁合金內(nèi)浮盤結(jié)構(gòu)的浮頂罐內(nèi)。

圖1 浮盤腐蝕

1.2 浮盤與罐壁變形較大引起沉盤

外浮頂儲罐多為大型儲罐，直徑與壁厚的比值非常大，其罐壁是由鋼板拼接焊制而成的，在加工過程中很難保證罐壁的垂直度和圓度，因此，大型儲罐的罐壁通常都呈橢圓形或局部有較大變形。在儲罐的常年運(yùn)行過程中，環(huán)境溫度的變化、儲罐的基礎(chǔ)沉降甚至地震波的影響，都會引起罐壁和罐底的嚴(yán)重變形，如圖2所示。

當(dāng)罐壁局部地區(qū)變形較大時，在收發(fā)油過程中，浮盤及浮盤密封結(jié)構(gòu)有可能與罐壁卡死，造成浮盤傾斜，油品從密封圈泄漏到浮頂上方，引起沉盤。

浮頂在常年運(yùn)行中，由于腐蝕減薄，再加上受到油品溫度變化、罐壁變形、浮盤附件損壞等因素的影響，會產(chǎn)生變形。變形的浮盤在運(yùn)行過程中，由于各處所受浮力不同，會出現(xiàn)一邊吃油深、一邊吃油淺的情況，導(dǎo)致浮盤傾斜、浮盤導(dǎo)向管滑輪卡住，這樣浮盤運(yùn)行時傾斜度將逐漸增大。當(dāng)浮盤所受浮力不能克服其上升阻力時，油品將從密封圈及自動通氣閥跑漏到浮盤上而導(dǎo)致沉盤[2]。

圖2 罐壁 “菱形”屈曲

1.3 浮盤焊縫疲勞導(dǎo)致沉盤

浮盤浮艙與單盤之間的焊接角焊縫是浮盤上容易發(fā)生疲勞損壞的焊縫。當(dāng)罐內(nèi)收油較快時，在收油初始瞬間，浮艙由于慣性作用還沒有浮動，而自身重量較輕的單盤卻已經(jīng)受到浮力作用向上浮動。如果收油速度繼續(xù)發(fā)生變化，則單盤與浮艙之間的相對位置還會發(fā)生變化。長此下去，單盤與浮艙之間的焊縫會由于疲勞應(yīng)力發(fā)生斷裂，嚴(yán)重時會引起沉盤[3]。付油的情況與上面所述正好相反。

1.4 浮盤附件損壞造成沉盤

在低液位作業(yè)時，由于浮盤所受浮力太小無法支撐浮盤本身的重量，因而常在浮盤下部設(shè)置多條浮盤支撐柱。如果發(fā)生支撐柱安裝不當(dāng)或柱銷脫落等情況，就會造成支撐柱掉落。當(dāng)浮盤運(yùn)行至起浮高度以下時，如果失去部分支撐，導(dǎo)致浮盤受力不均，浮盤就會發(fā)生變形塌覆，最終沉盤。

2 操作維護(hù)不當(dāng)引起的沉盤事故

2.1 收發(fā)油、調(diào)合作業(yè)不當(dāng)引起沉盤

當(dāng)浮盤的高度低于起浮高度時，浮盤中部的呼吸閥是處于全部開啟狀態(tài)的。這時進(jìn)行倒油和調(diào)合作業(yè)，油品經(jīng)罐內(nèi)噴嘴高速向罐四周噴射，油品易沖破液面從呼吸閥孔噴射到浮盤上部空間，在浮盤上部形成 “油雨”。這會使浮盤上部存積的油過多，浮盤超重而沉盤。

例如，某煉油廠罐區(qū)某罐倒汽油過程中，經(jīng)過調(diào)和噴嘴的油品流速約為10 m/s，而浮盤與液面之間僅相距0.3 m空間，浮盤的呼吸閥全部打開，油品從閥孔噴射到浮盤上，造成浮盤從0.6 m處升至2 m處時沉盤。

2.2 進(jìn)罐油品的狀態(tài)引起沉盤

在煉廠中，當(dāng)具有一定溫度的揮發(fā)性較強(qiáng)的油品在未經(jīng)處理的情況下直接進(jìn)入到浮頂罐中時，油氣大量揮發(fā)，打破了罐內(nèi)原本的油氣平衡狀態(tài)。特別是當(dāng)罐內(nèi)液面本身較低時，油氣化解空間較小，在油氣泡向上化解時，勢必會引起液面波動，使浮盤受力不均勻，處于搖晃狀態(tài)，這樣很容易使浮盤產(chǎn)生傾斜，并損傷浮盤及其附件。油罐如此周而復(fù)始地運(yùn)行，會嚴(yán)重地?fù)p傷浮盤，最后必然導(dǎo)致沉盤。

2.3 運(yùn)行管理不善引起沉盤

不按操作規(guī)程操作，如浮頂罐內(nèi)掃線或油氣分離不凈，大量氣體從密封圈逸出，攜帶著大量儲液并落到浮頂上，會使浮盤發(fā)生傾斜波動而導(dǎo)致沉盤。罐壁的凝油未在運(yùn)行前刮干凈，運(yùn)行時凝油掉落在浮盤上使浮盤超重，也會造成沉盤。雨季來臨時排水閥未及時打開，導(dǎo)致浮盤積水超過設(shè)計要求，也會造成沉盤。

3 浮頂罐沉盤事故預(yù)防措施

根據(jù)以上沉盤事故的原因，可以采取一些措施來預(yù)防沉盤事故的發(fā)生。

（1）嚴(yán)格把關(guān)儲罐設(shè)計、建造施工、質(zhì)量驗收過程，保證儲罐設(shè)施完好投用。

（2）在儲罐運(yùn)行過程中，注意按照操作規(guī)程操作，注意有關(guān)作業(yè)要求，避免違規(guī)操作。具體體現(xiàn)在以下幾方面：浮頂油罐新罐投入運(yùn)行或清罐后，第一次進(jìn)油前應(yīng)先用水將浮盤浮起，然后才能進(jìn)油。進(jìn)油量在超過起浮高度容量后，方可緩慢將水脫盡。油罐付油時，不允許抽空。浮頂油罐付油時，在正常情況下液位不得低于油罐的起浮高度。調(diào)節(jié)浮頂或內(nèi)浮頂支撐高度時，必須將浮頂上的自動通氣閥閥桿連同所有浮頂支柱一起調(diào)節(jié)，不得有遺漏。嚴(yán)禁采用壓縮氣體或蒸汽向油罐掃線，需用蒸汽吹掃時，必須倒空油罐。

（3）定期檢查并做好記錄。操作人員平時操作時應(yīng)隨時注意浮頂或內(nèi)浮頂有無異常現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時向有關(guān)部門報告并進(jìn)行處理。

（4）加強(qiáng)日常的檢查和維護(hù)。浮盤頂滑梯上下端輪軸要定期加潤滑油；中央排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)施完好，排水暢通；浮盤導(dǎo)向柱、浮盤自動呼吸閥、浮盤表面、浮盤安全附件、浮艙內(nèi)部、浮盤密封、油罐內(nèi)表面防腐層等，都要按要求定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。定期檢查浮盤及浮盤附件的完好情況，一旦發(fā)現(xiàn)浮盤上積水、積油、積蠟、積污應(yīng)及時清除。定期測定罐基礎(chǔ)的沉降情況，沉降量超過設(shè)計要求時，應(yīng)對罐基礎(chǔ)進(jìn)行返修。

[1] 李宏斌．大型化是儲罐發(fā)展的必然趨勢[J]．煉油設(shè)計，2000，6(6)： 26-29.

[2] 田士良．煉油廠油品儲運(yùn)技術(shù)與管理[M]．北京:中國石化出版社,1995．

[3] 鄭仕超．浮頂罐沉盤事故的原因分析及預(yù)防對策[J]．石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2007，23(6)：24-26．