糠醛原料罐區(qū)T500/3失效研究及修復(fù)

武金生,黃安福,豆秀華（中石化河南油田分公司南陽能源化工有限公司,河南　南陽　473132）

糠醛原料罐區(qū)T500/3失效研究及修復(fù)

武金生,黃安福,豆秀華
（中石化河南油田分公司南陽能源化工有限公司,河南南陽473132）

通過對儲罐變形失效原因進(jìn)行分析，針對存在的問題進(jìn)行快速修復(fù)，提出解決方法和預(yù)防措施。

儲罐癟陷；失效分析；充水復(fù)原；局部修補(bǔ)

1　前言

立式圓柱拱頂儲罐是石油化工行業(yè)應(yīng)用十分廣泛的常壓儲罐，其設(shè)計(jì)壓力較低，罐壁、罐頂板均較薄，使用過程中很容易因罐內(nèi)負(fù)壓超過設(shè)計(jì)要求而大面積癟陷。本文以某公司糠醛原料罐區(qū)的T-500/3為例，從理論上分析了儲罐癟陷的原因，探討了儲罐癟陷后的修復(fù)問題。

T-500/3儲罐2010年12月份建成投用，工作容積為1500立方，儲存介質(zhì)為減四線油，工作壓力為常壓。2011年7月25日，T-500/3罐在掃線過程中，突降大雨，當(dāng)班人員聽到有異常聲響，檢查時發(fā)現(xiàn)T-500/3罐體癟陷。

2　目的及意義

原儲罐在掃線過程中突遇大雨，發(fā)生了嚴(yán)重的負(fù)壓失效變形。很有必要從儲罐變形機(jī)理進(jìn)行深入的研究分析，并制定針對性的預(yù)防措施，以杜絕此類事故再次發(fā)生。

原儲罐變形嚴(yán)重，直接威脅著該廠罐區(qū)的安全生產(chǎn)，將直接影響全公司減四線油品的正常儲存,很有必要對該儲罐進(jìn)行快速修復(fù),將安全風(fēng)險(xiǎn)降低、損失降低至最小程度。

3　儲罐失效原理研究及修復(fù)方案選擇

3.1糠醛原料罐區(qū)T-500/3產(chǎn)生真空的原因分析

T-500/3罐為常壓立式拱頂圓筒儲罐，規(guī)格為￠13500mm×13000mm,材質(zhì)為Q235B,容積為1500方，設(shè)計(jì)壓力為常壓，設(shè)計(jì)溫度為150℃,公稱直徑為12.65米，帶拱頂高度15.1米。2011年7月26日下午四點(diǎn)半左右該罐處于掃線狀態(tài)。頂部有通氣孔（DN100）與大氣相通。使用爬頂線（DN50）為蒸汽線。

下午16:35開始下暴雨，T-500/3罐正在掃線，罐頂無保溫，在雨水沖刷之下，罐內(nèi)蒸汽急劇降溫凝結(jié)，造成油罐負(fù)壓，由于通風(fēng)孔有效通風(fēng)面積小，來不及平衡罐內(nèi)外壓力，在外界大氣壓作用下將罐壓癟，是造成該次事故的直接原因。具體分析如下：

（1）吹掃情況：液面高度1.1米。據(jù)此計(jì)算出當(dāng)時蒸汽體積為1363m3，吹掃蒸汽溫度在裝置內(nèi)為280℃左右，罐內(nèi)按照175℃考慮，壓力為0.65MPa（考慮部分損失）。

（2）遭受大雨后，罐頂急速降溫，罐內(nèi)蒸汽溫度降低（按照整體25℃）。為保證罐內(nèi)外壓力平衡，氣體體積開始收縮。

計(jì)算過程及依據(jù)為：依據(jù)理想氣體方程式，蓋呂薩克定律，

V1/T1=V2/T2，

得到：1363/448=V2/298.15。

得出：V2=917m3。

需要向罐內(nèi)補(bǔ)充氣體為：ΔV=1363-917=446m3；

ΔV/Δt=446/15=29.73m3/m in，即1784m3/h。需要DN100通氣孔在正常大氣壓下的流速達(dá)到63.12m/s或者正常流速下反應(yīng)時間較長。當(dāng)時僅直徑DN 100通氣孔與大氣相連，短時間內(nèi)無法滿足進(jìn)氣要求；

（3）假設(shè)罐前后溫度變化，體積不變。由查理定律可以計(jì)算出，

P1/T1=P2/T2,

得到：0.65/448=P2/298.15，

得出：P2=0.433MPa。

罐內(nèi)實(shí)際負(fù)壓值最大為P2-P1=-0.217MPa=-217000Pa。該罐設(shè)計(jì)壓力值為-490Pa～2000Pa之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出罐設(shè)計(jì)的承受負(fù)壓能力。在負(fù)壓部位形成癟罐。

（4）故障原因分析。1）操作過程存在問題。依據(jù)GB50341-2003(立式圓筒形鋼制油罐設(shè)計(jì)規(guī)范):該罐設(shè)計(jì)壓力、抗風(fēng)壓能力、以及通氣裝置等符合通常條件下設(shè)計(jì)規(guī)范要求；但該規(guī)范未考慮極端天氣下通風(fēng)要求。依據(jù)SY/T6673-2006（常壓與低壓儲罐通風(fēng)的推薦作法）中5.2.5.14條要求：“水蒸氣冷凝，如果低溫儲罐未絕熱部分充滿水蒸氣，環(huán)境冷卻導(dǎo)致的水蒸氣冷凝速度可能會大于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通風(fēng)量。為防止儲罐內(nèi)真空度過高有必要采取其他措施，包括采用大口徑通風(fēng)口(打開透光孔)和減緩儲罐冷卻速度”該罐吹掃期間，車間未按照本要求執(zhí)行，未打開其余通風(fēng)口，儲罐內(nèi)產(chǎn)生真空。2）管理原因。在2011年7月22日，該公司剛發(fā)生一起T-506罐因掃線罐內(nèi)蒸汽突沸，造成罐頂局部撕裂變形事故，根據(jù)公司安排，雖然車間對所有罐的通氣孔進(jìn)行了檢查，但沒有完全吸取T-506罐變形事故的教訓(xùn)，對天突降大雨，吹掃罐時因外部環(huán)境變化產(chǎn)生的極限溫差的破壞性認(rèn)識不足，也沒有一套應(yīng)對惡劣天氣變化的有效防范措施。該公司在管理上存在不到位，是造成該起設(shè)備事故的管理原因。

3.2修復(fù)方案選擇

儲罐罐壁修復(fù)方案一般有3種：（1）機(jī)械法。在罐內(nèi)搭設(shè)腳手架，用機(jī)械方法校正或更換部分鋼板來修復(fù)，國內(nèi)有些單位曾用此方法成功修復(fù)過儲罐。（2）充氣法。將儲罐其余管口封閉，通過充氣管口加壓來修復(fù)。（3）注水加壓法。在常壓狀態(tài)下向儲罐充水，待液位到達(dá)一定高度后利用水壓來修復(fù)。

對于該儲罐，如采用機(jī)械法修復(fù)，需拆除保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，并要搭設(shè)腳手架，必然造成施工費(fèi)用高、勞動強(qiáng)度大、施工周期長。如采用充氣法，罐底板可能因承受上舉力而上翹，而且對修復(fù)后的儲罐有無裂紋漏損或其它導(dǎo)致焊縫開裂的情況下不便觀測和及時發(fā)現(xiàn)。綜合分析，采用注水加壓法可避免機(jī)械法和充氣加壓法的不足，但采用充水加壓法時要注意，當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到一定數(shù)值時，要防止因罐頂包邊角鋼承壓環(huán)的應(yīng)力將達(dá)到屈服強(qiáng)度而發(fā)生的塑性失穩(wěn)。

進(jìn)行方案可行性論證、核算，在確保該儲罐修復(fù)后可正常使用的前提下，采取簡單、經(jīng)濟(jì)、安全可行的修復(fù)方案：先對儲罐進(jìn)行充水復(fù)原,使該儲罐癟陷部位盡可能的回位，再對局部撕裂部位進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，對變形嚴(yán)重的部位做骨架進(jìn)行貼補(bǔ)處理，對其它變形部位進(jìn)行修復(fù)，試壓無異常后對儲罐進(jìn)行保溫，核算新的安全高度，投用后效果良好,該儲罐運(yùn)行平穩(wěn),無泄漏。

4　主要修復(fù)內(nèi)容

（1）對該儲罐進(jìn)行充水加壓，使其在充水狀態(tài)下底部自然復(fù)位、儲罐癟陷部位盡可能的回位；（2）儲罐四周搭設(shè)滿堂腳手架，拆除罐壁保溫；（3）充水試漏，對儲罐撕裂部位進(jìn)行補(bǔ)焊；（4）對變形嚴(yán)重部位進(jìn)行挖補(bǔ)，做骨架使其和原儲罐形成一個整體，用鋼板進(jìn)行貼補(bǔ)；（5）修復(fù)處理儲罐其它變形部位；（6）灌水試壓合格后，重新核算新的安全高度為8±0.5米后允許開始投用。

5　應(yīng)用時間及效果

2011年9月T500/3儲罐修復(fù)投用后，效果明顯：對T500/3儲罐癟陷進(jìn)行了快速修復(fù)，及時消除了重大的安全隱患，保障了糠醛原料罐區(qū)其它設(shè)備的安全；并對失效機(jī)理進(jìn)行了研究分析，并提出預(yù)防措施，避免了同類事故的再次發(fā)生；該儲罐修復(fù)施工方案經(jīng)濟(jì)、高效，施工周期短，不影響罐區(qū)的正常物料儲存，解決了困擾糠醛原料罐區(qū)物料平衡難題；修復(fù)后完全滿足了儲罐的使用條件，達(dá)到了快速修復(fù)儲罐的目的。

6　結(jié)束語

由于本次采用沖水復(fù)原、局部加固法對T500/3大面積癟陷部位進(jìn)行的修復(fù)，對儲罐當(dāng)時存在的最大安全隱患進(jìn)行了快速、適應(yīng)性整改，保障了糠醛原料罐區(qū)正常的物料儲存。修復(fù)投用三年多來，該儲罐運(yùn)行良好。