外浮頂油罐密封系統(tǒng)隱患治理

沈 洪 任建紅

1.中國(guó)石油冀東油田公司， 河北 唐山 063200;2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083

?

外浮頂油罐密封系統(tǒng)隱患治理

沈 洪1任建紅2

1.中國(guó)石油冀東油田公司， 河北 唐山 063200;2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083

外浮頂油罐密封系統(tǒng)普遍采用一次密封(常用彈性密封)加二次密封的結(jié)構(gòu)形式，在一、二次密封之間存在可燃?xì)怏w，雷擊時(shí)極有可能發(fā)生火災(zāi)爆炸。為了防治外浮頂油罐在雷擊或雷電感應(yīng)情況下罐頂起火事故的發(fā)生，通過(guò)改造現(xiàn)有密封結(jié)構(gòu)形式，取消導(dǎo)靜電片并增加等電位連接線(xiàn)、利用惰性氣體囊填充密封間氣體空間或替換一次密封來(lái)達(dá)到目的。優(yōu)化外浮頂油罐密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式對(duì)外浮頂油罐密封系統(tǒng)隱患治理意義重大。

外浮頂罐；彈性密封；惰性氣體囊

0 前言

外浮頂油罐密封系統(tǒng)常見(jiàn)的一次密封主要有機(jī)械式密封、彈性密封和管式密封三種[1]。目前普遍使用的是一次密封(常用彈性密封)加二次密封的結(jié)構(gòu)形式。單獨(dú)使用一次密封在國(guó)內(nèi)外已很少，現(xiàn)國(guó)內(nèi)正將老罐上原有的擋雨板改為二次密封[2]。由于近年，外浮頂油罐在雷擊或雷電感應(yīng)情況下罐頂起火事故頻有發(fā)生，通過(guò)改造現(xiàn)有密封形式預(yù)防事故隱患十分必要。

1 一、二次密封的結(jié)構(gòu)形式

1.1 一次密封的結(jié)構(gòu)形式

一次密封以目前常用的彈性密封為例，主要以彈性聚氨脂泡沫塊、夾尼龍布的橡膠帶、壓板、定位板、緊固件等構(gòu)成[3]，見(jiàn)圖1。一次密封是固定在浮盤(pán)邊緣上端，依靠橡膠帶包裹的彈性泡沫塊的回彈力，來(lái)補(bǔ)償罐壁與浮盤(pán)的微量變化(±100 mm)，保證儲(chǔ)罐有效密封，投資經(jīng)濟(jì)、使用簡(jiǎn)便。

圖1 一、二次密封結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 二次密封的結(jié)構(gòu)形式

二次密封是取代浮盤(pán)傳統(tǒng)的擋雨板，與一次密封構(gòu)成雙重密封減少油氣損失。它與一次密封共用浮盤(pán)邊緣板上的固定螺孔，采用公用螺栓安裝固定。

二次密封主要由彈性承壓板、Z型連接板、L形壓板、防蒸發(fā)隔膜以及橡膠刮板組成。二次密封是沿罐壁用螺栓固定在浮盤(pán)邊緣板上的彈性壓板通過(guò)連接螺栓和Z型連接板將密封刮板緊貼在罐壁上，能有效防止油氣泄漏，阻擋雨水、風(fēng)沙向罐內(nèi)滲入，又能隨浮盤(pán)升降運(yùn)行自如；防蒸發(fā)隔膜具有良好的防油氣蒸發(fā)滲透的特點(diǎn)，整條環(huán)繞在浮盤(pán)與罐壁的環(huán)形空間上，外部受彈性壓板保護(hù)，能有效地將一次密封泄漏的可燃?xì)怏w與大氣隔離。

2 外浮頂油罐安全隱患和原因分析

2.1 安全隱患

1995年，中國(guó)石化集團(tuán)茂名石油化工公司北山儲(chǔ)油罐區(qū)的一外浮頂油罐遭受雷擊罐頂著火，起火點(diǎn)為罐壁與浮盤(pán)之間的一、二次密封處?？梢?jiàn)在一、二次密封之間存在可燃?xì)怏w，具有一定的火災(zāi)隱患。

2006年，江蘇省揚(yáng)州市儀征等地突降雷暴雨，中國(guó)石化儲(chǔ)運(yùn)公司南京輸油處儀征輸油站1座15×104m3原油儲(chǔ)罐罐頂起火[4]，起火點(diǎn)多達(dá)5處。由于5處起火點(diǎn)是間斷的，通過(guò)分析可知，雷擊瞬間罐頂產(chǎn)生放電的點(diǎn)位不止一處，說(shuō)明罐頂防雷、防靜電設(shè)計(jì)存在不足。

2007年，浙江寧波鎮(zhèn)海國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)47號(hào)10×104m3儲(chǔ)油罐罐頂部遭到雷擊[4]，導(dǎo)致儲(chǔ)油罐一、二次密封與罐壁之間產(chǎn)生放電，引爆了一、二次密封空間內(nèi)的油氣，導(dǎo)致密封系統(tǒng)破壞引燃了原油；同年該原油儲(chǔ)罐再次遭受雷擊并起火，這兩次事故反映出油罐設(shè)施在一、二次密封及防雷防靜電的設(shè)計(jì)上存在重大雷擊危險(xiǎn)隱患。

2.2 原因分析

通過(guò)一、二次密封的結(jié)構(gòu)可以看出在一、二次密封之間存在一個(gè)氣體空間，見(jiàn)圖1。由于二次密封的作用，會(huì)使由于油罐液位動(dòng)作導(dǎo)致通過(guò)一次密封正常揮發(fā)或破損變形而揮發(fā)出來(lái)的可燃?xì)怏w在一、二次密封之間聚集，導(dǎo)致氣體濃度達(dá)到爆炸極限或可燃[5]。表1為某站部分儲(chǔ)油罐利用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀分四個(gè)方向?qū)σ?、二次密封之間的可燃?xì)怏w檢測(cè)結(jié)果。

表1 某站部分儲(chǔ)油罐一、二次密封之間的可燃?xì)怏w檢測(cè)結(jié)果

拆除表1中各罐二次密封，對(duì)一次密封進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，由于個(gè)別儲(chǔ)罐罐壁局部產(chǎn)生了一定的變形，導(dǎo)致一次密封在隨浮頂上下移動(dòng)的過(guò)程中，與罐壁一側(cè)產(chǎn)生擠壓，另一側(cè)則與罐壁分離。一次密封彈性泡沫塊受擠壓后局部產(chǎn)生自身形變，不會(huì)向左右兩側(cè)傳遞壓力，另一端在一次密封完全膨脹的情況下，與罐壁分離間隙高達(dá)50 mm，可清晰地看見(jiàn)油面。這種情況增加了油氣揮發(fā)量，對(duì)儲(chǔ)罐運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患。

目前，油田各大型浮頂儲(chǔ)油罐的防雷措施：在浮頂與罐體間用2 根25 mm2的軟銅復(fù)絞線(xiàn)連接，屬于可靠的電氣連接[6]；在浮頂四周的二次密封上方與罐壁間每隔3 m 安裝導(dǎo)電片，利用自身彈性或橡膠壓力實(shí)現(xiàn)浮頂和罐壁的導(dǎo)通，不屬于可靠的電氣連接。導(dǎo)靜電片如果發(fā)生損壞或者接觸不良，在遭受雷擊時(shí)，一旦一次密封與二次密封之間發(fā)生放電火花，即可引爆或引燃罐頂密封空間內(nèi)可燃?xì)怏w而導(dǎo)致事故[7]。

3 外浮頂油罐隱患治理

3.1 防雷措施改造

目前大型浮頂儲(chǔ)油罐的防雷措施是在浮頂與罐體間用2 根25 mm2的軟銅復(fù)絞線(xiàn)連接，在浮頂四周的二次密封上方每隔3 m安裝導(dǎo)電片，導(dǎo)靜電片連接二次密封與罐壁的方式又為滑動(dòng)壓靠形式，很難保證導(dǎo)通性，容易與罐壁產(chǎn)生放電。一旦雷擊或雷電感應(yīng)，罐頂浮盤(pán)與罐壁等電位裝置接觸不良，極有可能發(fā)生放電導(dǎo)致火災(zāi)。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的防雷措施進(jìn)行改造。

防雷改造措施主要是增加等電位連接線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)在于等電位連接線(xiàn)屬于可靠的電氣連接，即使大電流流過(guò)也不會(huì)發(fā)生火花放電[8]。

按10/350 μs 雷電波形下測(cè)到的單根30 m 的50 mm2軟銅復(fù)絞線(xiàn)的阻抗Zjx=3.63 Ω，單根20 m長(zhǎng)可伸縮式等電位連接裝置(RGF)的阻抗ZRGF=2.28 Ω。n個(gè)可伸縮式等電位連接裝置(RGF)和2 根復(fù)絞線(xiàn)并聯(lián)后，總阻抗ZT10/350為：

(1)

浮盤(pán)與罐壁之間的電位差UL：

UL=ZT10/350×Imax

(2)

通過(guò)式(1)～(2)，可以計(jì)算出RGF個(gè)數(shù)和浮盤(pán)與罐壁間電位的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

為避免在導(dǎo)電片處發(fā)生火花放電，增加的等電位連接裝置一般建議每隔30m安裝1個(gè)，雷電多發(fā)地區(qū)可適當(dāng)加密[9]。

3.2 密封形式改造

密封形式改造主要采用惰性氣體囊填充一、二次密封之間空隙及浮盤(pán)內(nèi)空間。其優(yōu)點(diǎn)一是可以減少可燃?xì)怏w的存留空間；二是在罐頂起火時(shí)惰性氣體囊火燒破裂噴出具有一定壓力的惰性氣體，在一、二次密封空間里起到滅火的作用[10]。

表2 RGF數(shù)量和浮盤(pán)與罐壁間電位數(shù)據(jù)

3.2.1 惰性氣體囊的材質(zhì)

因惰性氣體囊要填放到罐頂密封空間內(nèi)，因此惰性氣體囊的材質(zhì)應(yīng)有耐油氣性；由于儲(chǔ)油罐進(jìn)油時(shí)溫度升高，系統(tǒng)產(chǎn)生的最高溫度在70 ℃左右，因此惰性氣體囊材質(zhì)應(yīng)具有耐高溫氧化性能。故可選取氟橡膠[11]。

3.2.2 惰性氣體囊的形式

一、二次密封之間的惰性氣體囊采用兩種形式：

1)輪胎式，即像一次密封包裹彈性海綿一樣，制作成一個(gè)整體大環(huán)，環(huán)內(nèi)留邊沿并留孔固定于二次密封板下，與二次密封共用固定螺栓。此種形式同樣可以用來(lái)直接替換一次密封，優(yōu)點(diǎn)是由于采用橡膠加充惰性氣體，膨脹性好，與罐壁的接觸充分，確保更好的密封性。此外在遇到罐壁局部變形時(shí)，惰性氣體囊一側(cè)受壓后氣體會(huì)沿惰性氣體囊擠壓到另外一側(cè)，使其膨脹，保證一次密封與罐壁接觸良好。

2)枕包式，放置于一、二次密封之間，同樣在邊緣沿上留安裝孔，固定于二次密封板螺栓上。2014年通過(guò)對(duì)聯(lián)合站8#儲(chǔ)油罐浮盤(pán)的檢查，發(fā)現(xiàn)存在腐蝕穿孔，局部存在油污情況，因此，可以對(duì)浮盤(pán)進(jìn)行填充，填充浮盤(pán)時(shí)可以直接在浮盤(pán)內(nèi)進(jìn)行擺放。儲(chǔ)油罐罐頂發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以減少因原油受熱揮發(fā)出的大量可燃?xì)怏w通過(guò)人孔進(jìn)入浮盤(pán)內(nèi)空間，與空間內(nèi)空氣混合導(dǎo)致爆炸[12]。

3.2.3 輔助管線(xiàn)的配置

由于惰性氣體囊長(zhǎng)時(shí)間的使用會(huì)有漏氣的可能，根據(jù)具體情況確定檢查周期為半年或1年，如惰性氣體囊內(nèi)氣體缺失較大，需要進(jìn)行補(bǔ)充，可以從罐底沿罐外壁鋪設(shè)充氣鋼管至罐頂，再?gòu)墓揄敼芫€(xiàn)連接充氣軟管至浮頂上，充氣軟管盤(pán)于浮頂上，可以隨浮頂?shù)纳刀被虮P(pán)放。在罐下的充氣氣源可以采用氣瓶或者從制氮機(jī)的氮?dú)夤芫€(xiàn)系統(tǒng)中進(jìn)行連接。

4 結(jié)論

基于上述分析，外浮頂罐密封系統(tǒng)隱患治理主要從兩方面控制：一方面是對(duì)外界因素的控制，防雷設(shè)施要完好、健全，能防范各種形式的雷擊及雷電感應(yīng)；另一方面是加強(qiáng)完善罐體，盡量減少密封系統(tǒng)間可燃?xì)怏w空間，改造原有密封形式為惰性氣體囊的形式，減少金屬放電極，加大浮盤(pán)與罐壁間的安全距離。

[1] 何麗娟.外浮頂油罐邊緣密封型式的選用與油氣損耗[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2002,23(3):39-41.HeLijuan.RimSealTypeSelectionofFloatingRoofTankAndItsHydrocarbonLoss[J].Petro-ChemicalEquipmentTechnology, 2002, 23 (3): 39-41.

[2] 王伶俐，陳春梅.外浮頂油罐密封系統(tǒng)分析[J].油氣田地面工程，2004，23(7)：25-26.WangLingli,ChenChunmei.AnalysisoftheSealRingofFloatingRoofTanks[J].Oil-GasfieldSurfaceEngineering, 2004， 23 (7)： 25-26.

[3] 郎需慶，宮 宏，劉全楨，等.浮頂儲(chǔ)油罐密封泄漏機(jī)理與泄漏控制[J].安全健康和環(huán)境，2007,7(10):17-19.LangXuqing,GongHong,LiuQuanzhen,etal.SealingMechanismandLeakControlofFloatingTanks[J].SafetyHealth&Environment, 2007, 7 (10): 17-19.

[4] 王長(zhǎng)旭.儲(chǔ)油罐雷擊火災(zāi)事故預(yù)防措施[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008，27(10)：46-47.WangChangxu.CountermeasuresAgainstLightingStrokeandFiresforOilStorageTank[J].Oil&GasStorageandTransportation, 2008， 27 (10)： 46-47.

[5] 郎需慶，高 鑫，宮 宏，等.降低大型浮頂儲(chǔ)罐密封裝置內(nèi)油氣濃度的研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2008,30(2)：618-619.LangXuqing,GaoXin，GongHong,etal.ResearchonReducingOilandGasConcentrationintheSealingDeviceofLargeFloatingRoofTank[J].JournalofOilandGasTechnology, 2008, 30 (2)： 618-619.

[6] 胡海燕，劉寶全，劉全楨，等.浮頂儲(chǔ)罐等電位連接裝置的雷擊阻抗性能探討[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,29(增刊2)：124-126.HuHaiyan,LiuBaoquan，LiuQuanzhen，etal.ResearchonLightingImpulseImpedancePerformanceofEquipotentialBondingDeviceinFloatingRoofTank[J].TransactionsofBeijingInstituteofTechnology, 2009, 29 (Suppl2)： 124-126.

[7] 郎需慶，劉全楨，宮 宏.大型浮頂儲(chǔ)罐滅火系統(tǒng)的研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009,28(5)：342-345.LangXuqing,LiuQuanzhen，GongHong.ResearchontheFire-fightingSystemofTheLargeFloatingRoofTanks[J].FireScienceandTechnology, 2009, 28 (5)： 342-345.

[8] 宮 宏，劉全楨，宋賢生，等.大型浮頂儲(chǔ)油罐浮盤(pán)密封圈雷擊起火事故分析[J].安全健康和環(huán)境，2010,10(10)：7-8.

[8]GongHong,LiuQuanzhen，SongXiansheng,etal.AnalysisofAccidentbyLightningStrikeontheSealRingofLargeFloatingRoofTanks[J].SafetyHealth&Environment, 2010, 10 (10)： 7-8.

[9] 劉寶全，劉全楨，劉 娟，等.大型浮頂儲(chǔ)油罐雷擊事故分析及防范對(duì)策[J].安全健康和環(huán)境，2012，12(1)：10-13.LiuBaoquan，LiuQuanzhen，LiuJuan，etal.AnalysisandCountermeasureofLightningStrokeAccidentforLarge-scaleOilTanks[J].SafetyHealth&Environment, 2012， 12 (1)： 10-13.

[10] 柏利果，胡玲玲，柏 丹.大型浮頂儲(chǔ)罐雷擊事故分析及防雷技術(shù)研究[J].安全健康和環(huán)境，2014,14(1):47-49.BaiLiguo,HuLingling,BaiDan.AccidentAnalysisandAnti-thunderTechnologicalResearchofLightningStrokeofLargeFloatingRoofStorageTank[J].SafetyHealth&Environment, 2014, 14 (1): 47-49.

[11]馬文婷.大型外浮頂儲(chǔ)罐密封結(jié)構(gòu)對(duì)比和安全性探討[J].化工裝備技術(shù)，2014,35(2)：31-33.MaWenting.SafetyStudyandStructureComparisonofSealsUsedinLargeOutsaidFloatingRoofTanks[J].ChemicalEquipmentTechnology, 2014, 35 (2)： 31-33.

[12]丁 波，竺柏康，文建軍.浮頂油罐密封圈防爆機(jī)理研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014,40(3):36-38.DingBo,ZhuBaikang,WenJianjun.ResearchofFloatingRoofTankSealsExplosionMechanism[J].IndustialSafetyandEnvironmentalProtection, 2014, 40 (3): 36-38.

2015-06-11

沈 洪(1981-)，男，黑龍江省哈爾濱人，工程師，學(xué)士，主要從事油氣田地面工程建設(shè)管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.019