淺談大型原油儲罐密封圈火災的防范

■ 張 良

一、大型油罐雷擊事故案例

據(jù)統(tǒng)計，從1950年到2003年，世界范圍內共發(fā)生480余起石油儲罐火災事故，其中密封圈火災占統(tǒng)計事故的88.7 % 。

近年國內油庫火災事故出現(xiàn)高發(fā)趨勢，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時還造成了大面積的環(huán)境污染，教訓極為深刻。

1．2006年8月7日12時45分，南京儀征輸油站G—16號15萬m3儲油罐遭遇雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火。

2．2007年5月24日16時16分，寧波鎮(zhèn)海國家儲備油庫G—47號10萬m3儲油罐遭雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火。

3．2007年6月24日16時03分，寧波鎮(zhèn)海國家儲備油庫G—47號10萬m3儲油罐第2次遭雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火。

4．2007年7月7日15時20分，南京白沙灣輸油站G—3號10萬m3儲油罐一、二次密封間被雷擊爆炸著火，共有7處著火點，幾乎連成大半圈，一、二次密封和局部泡沫堰板爆開，二次密封板破壞。4個呼吸閥被爆開斷裂，密封膠皮完全燃盡，罐區(qū)火情監(jiān)控系統(tǒng)同時遭雷擊損壞。

5．2011年11月22日18時35分，大連新港T—31號10萬m3油罐遭受直擊雷，T—32號10萬m3油罐遭受感應雷后，油罐浮頂?shù)囊淮蚊芊怃摪迮c罐壁之間、二次密封導電靴與罐壁之間的放電火花引起兩個油罐的一次、二次密封空間內的爆炸性混合氣體爆炸并起火。

二、大型油罐雷擊事故原因分析

眾所周知，燃燒三要素是可燃物、氧氣、著火點，從三要素對大型油罐雷擊事故原因進行分析：

1．可燃物：國內外大型浮頂原油儲罐普遍采用的是美國HMT公司的機械密封技術，這種密封方式形成的一次、二次密封空間在正常情況下均會產(chǎn)生爆炸性混合氣體，即形成燃燒所需的可燃物。

2．氧氣：浮頂需漂浮在油罐液面上隨油品上下升降，且任何一種油罐密封技術均無法實現(xiàn)完全密封，即形成了燃燒所需的氧氣。

3．著火點：即燃點，閃電的溫度從17 000 ℃ ～ 28 000 ℃不等，也就是等于太陽表面溫度的3～5倍，即形成了燃燒所需的著火點。

目前，國內外對如何有效防、避雷還沒有可靠的技術和措施，在浮頂產(chǎn)生電荷時，等電位連接線無法完全將電荷釋放，必然會產(chǎn)生放電火花。由此可見，要杜絕油罐因雷擊爆炸燃燒，最有效的辦法是從可燃物著手，盡可能降低油罐密封圈附近的油氣濃度，使其無法達到爆炸下限。

三、大型油罐密封裝置的選擇

以大連港油品碼頭公司為例，目前共建有39座10萬m3和4座15萬m3內浮頂原油儲罐，由于建設時間較早，多數(shù)采用機械式一、二次密封裝置。內浮頂，是漂浮在油罐液面上隨油品上下升降的浮動頂蓋。采用這種內浮頂蓋覆蓋在液體表面是目前公認的最理想的降低油品蒸發(fā)損耗的最經(jīng)濟、簡單的方法。內浮頂和罐壁之間的空間必須使用周邊密封。當一個內浮頂使用2個類似的密封裝置，其中一個位于另一個的上方，下面的叫做一次密封，上面的叫做二次密封。

1．一次密封的選擇。

浮頂原油儲罐一次密封形式主要有機械密封、管式密封、彈性材料密封。機械密封與其他密封相比蒸發(fā)損耗較大，對于環(huán)形間隙變化的適應性較差，密封板不易處處始終與罐壁壓緊，影響密封性能。機械零件需要定期進罐內維修，才能保證正常使用；管式密封對環(huán)向間隙變化的適應性好，可在運行中檢修。由于東北地區(qū)冬季天氣寒冷，不宜用水做密封液，檢修時需要專門配備密封液，因此密封造價高；軟密封利用泡沫材料產(chǎn)生的彈力和密封帶，其彈性能夠達到最有效的軟密封，對罐壁的密封力均勻，對環(huán)形間隙適應性好、安全可靠、使用壽命長，可在運行中檢修及更換密封，安裝維修工作量小、造價低。

2．二次密封的選擇。

二次密封可以降低蒸氣滲透性，具有擋雨板和密封雙重功能，又能確保當浮頂高出罐壁高度時，把被損壞的風險減小到最低程度。多年的使用經(jīng)驗證明，浮頂原油儲罐在長期生產(chǎn)運行中，罐壁、浮頂變形和一次密封的局部磨損以及建罐地區(qū)較高的平均風速，均會加劇油氣損耗。用更換一次密封解決這個問題會增加維修費用，安裝一套高質量二次密封能夠有效解決這個問題，達到減少油品蒸發(fā)損耗，延長一次密封使用壽命，減少維修費用的目的。采用彈性材料作為二次密封，需要配套其它如擋雨板、刮蠟機構等設備，另外該密封還存在耐磨性差、泡沫塑料長期處于壓縮狀態(tài)易發(fā)生塑性變形，尤其是當儲罐變形較大，有局部受力時容易損壞。

四、大型油罐密封裝置的更換

“11·22”雷擊火災事故后，大連市政府事故調查組要求大連的石化企業(yè)對軟密封方式拿出計劃，進行徹底整改。大連港油品碼頭公司計劃對一、二次機械密封進行更換，采取的方案為：一次機械密封更換為由橡膠帶填充軟泡沫塑料塊組成的彈性泡沫囊式密封，從而有效地減少貯液蒸發(fā)損耗；二次密封采用由橡膠與塑料材料制成的異形密封刮板，既可以取代傳統(tǒng)的擋雨板，又具有較好的密封效果，較彈性泡沫具有更好的抗天候老化性和耐油性。

對密封裝置進行更換存在一個問題，對大型庫區(qū)來說，難以完全停產(chǎn)進行施工，在對企業(yè)經(jīng)營影響不大并有利于安全的前提下，只能是一個或者兩個油罐同時施工。按照倒油、落盤、清罐、安裝的步驟進行整改，但整改施工本身就會帶來長時間的事故隱患，甚至需要3～4年的漫長施工期，而且整改還將耗費巨額資金，實施難度較大。中石油黃島油庫、揚子石化、濟南煉油廠等企業(yè)圓滿完成帶油安裝一、二次密封裝置作業(yè)，為此次整改提供了較好的借鑒作用。

帶油拆裝密封裝置，首要的問題是保障安全，包括人身安全和設備安全。油罐區(qū)是國家一級防火單位，油品是易燃易爆品，任何由碰撞、摩擦、靜電及雷電等所產(chǎn)生的火花，都可能導致重大安全事故的發(fā)生。但也不能斷定拆裝密封裝置是不可行的，通過現(xiàn)場分析和借鑒以往的施工經(jīng)驗，滿足下列條件時，拆裝密封裝置是可行的：

（1）儲罐儲存的介質為原油，浮船高度處于靜止狀態(tài)時，油氣具有相對較低的揮發(fā)性；

（2）施工時浮船應處于較高的安全液位，以保證浮船上的空氣的流通，減少施工時揮發(fā)油氣的濃度，確保人身和設備的安全；

（3）具備油罐密封設計、制造行業(yè)、安裝經(jīng)驗和化工專業(yè)知識人員；

（4）具有實際帶油作業(yè)操作、管理經(jīng)驗的施工隊伍；

（5）制定相應的技術和安全保障措施；

（6）建設提供必要的安全設施并進行現(xiàn)場安全監(jiān)督；

（7）在建設單位提供允許的安全作業(yè)區(qū)內，在確保安全的情況下對金屬部件進行切割、打磨作業(yè)，保證施工現(xiàn)場不動火作業(yè)；

（8）采用防爆工具進行施工，現(xiàn)場作業(yè)不致產(chǎn)生火花；

（9）密切關注施工期間天氣變化情況，雷雨及高溫時嚴禁施工，施工人員必須及時撤離現(xiàn)場；

（10）安全防范措施到位，消防部門、建設、施工單位等各方共同配合確保萬無一失。

儲罐機械密封的帶油更換，是目前大型儲備油庫安全運行管理的新課題，浮頂原油儲罐相對集中，給施工的安全管理帶來了考驗，消防部門、建設、施工單位應嚴格落實各項崗位職責和規(guī)章制度，確保施工安全、平穩(wěn)進行。

五、大型油罐主動防護系統(tǒng)

機械式密封和軟密封的一次密封處均存在油氣泄漏間隙。同時，受罐壁懸掛浮油揮發(fā)物影響，油氣會聚集在一、二次密封之間。

另外，二次密封上部的靜電導除板在油罐運行時如果接觸不良，會存在放電間隙。因此，無論是機械式密封還是軟密封的儲罐，均存在火災爆炸的危險。如果能夠研制一種預知潛在的爆炸危險并采取相應手段進行主動保護的安全防護系統(tǒng)，將極大提升大型石油儲罐自身的防爆抑爆能力。

“大型石油儲罐主動安全防護系統(tǒng)”項目為國家石油儲備中心委托國內一家消防公司開展的專項研究項目。該系統(tǒng)主動防護的理念比較先進，油氣探頭探測到油氣濃度大于設定值時，通過密封圈內的微霧噴頭向一、二次密封之間噴射由氮氣霧化的超細水霧，提前降低油氣濃度，控制燃爆三要素，實現(xiàn)火災主動防御。主動防御優(yōu)于現(xiàn)有的發(fā)生火情后再探測、然后滅火的固定消防系統(tǒng)設計理念。發(fā)生火情后，通過探測器進行初期火災的判斷，確認后火災定位器將對著火點進行定位，隨即啟動智能消防炮對著火點進行滅火，優(yōu)于現(xiàn)有的固定消防系統(tǒng)，一處著火全罐噴泡沫，縮短泡沫到達著火點的時間，提高泡沫供給時間。但是，該系統(tǒng)從設計理念，到設備定型、安裝，再到廣泛應用，仍然有很長的路要走。