油罐鋼制淺浮盤沉盤原因分析及預(yù)防

萬焱明，黃偉良

(中國石化長嶺分公司，湖南岳陽 414012)

儲罐內(nèi)浮盤是一種通過浮力使之隨儲罐液面升降而升降的覆蓋在液面上的節(jié)能環(huán)保設(shè)備。由于浮盤與油品液面之間幾乎沒有油氣空間，基本消除了油罐大呼吸損耗，同時降低了大氣與儲存油品的熱傳導(dǎo)，有效減少了油品的蒸發(fā)損失。

國外從20世紀50年代開始建造內(nèi)浮頂油罐。國內(nèi)直到1978年才開始試制淺盤式內(nèi)浮頂油罐。據(jù)報道，淺盤式內(nèi)浮頂油罐出現(xiàn)了一系列問題，其中最主要的是沉盤問題。近年來，儲運系統(tǒng)汽油、輕污油罐的淺浮盤均出現(xiàn)過沉盤現(xiàn)象。本文分析134#罐沉盤原因，并提出預(yù)防措施。

1 沉盤事故簡介

1.1 基本情況

汽油罐區(qū)134#罐于2015年8月在收油過程中出現(xiàn)浮盤沉盤。134#罐建設(shè)投用于1985年，罐壁為對接方式，直徑17 m，罐壁高16.8 m，浮盤為鋼制淺浮盤，密封裝置為囊式密封，后改為充液密封。原設(shè)計儲存介質(zhì)為汽油，后改儲汽油組分非芳烴。

1.2 沉盤經(jīng)過

2015年8月18日14∶20，134#罐雷達液位計出現(xiàn)故障，18日至28日液位計故障原因一直未排查出來，遂實行人工檢尺計量。28日15∶20，儀表人員和車間技術(shù)人員到134#罐罐頂維修雷達液位計時，發(fā)現(xiàn)罐頂安裝雷達液位計的導(dǎo)向管處(檢尺口對側(cè))發(fā)生變形，導(dǎo)向管上端傾斜約30°，罐頂局部凹陷，打開透光孔檢查，發(fā)現(xiàn)浮盤沉沒。通過檢尺核對，此時油品的實際液位是7.2 m，測量到浮盤上方約有5 m的液位。

1.3 設(shè)備設(shè)施損壞情況

清罐后，進罐檢查、測量，損壞情況如下：浮盤下沉至罐底部，處于傾斜狀態(tài)，部分支腿被浮盤壓彎；罐內(nèi)壁與浮盤邊緣板有明顯的摩擦痕跡；導(dǎo)向管與浮盤導(dǎo)向輪有明顯的摩擦痕跡，并且有一個導(dǎo)向輪脫落，見圖1；經(jīng)測量，其中一根φ159 mm×6 mm的導(dǎo)向管在9.37 m高度處彎折變形最嚴重，見圖2；浮盤密封橡膠皮局部外翻。

2 沉盤原因分析

2.1 浮盤浮力核算

圖1 導(dǎo)向輪損壞

2.1.1浮盤的結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

淺浮盤主要由浮盤面板、邊緣板及加強角鋼、泡沫擋板、加強筋板、浮盤支腿、人孔、呼吸閥、導(dǎo)電繩等部分組成。134#罐淺浮盤的結(jié)構(gòu)示意見圖3，基本參數(shù)見表1。

表1 134#罐浮盤基本參數(shù)

2.1.2浮力核算

2.1.2.1原始設(shè)計的浮力

原設(shè)計儲存介質(zhì)為汽油，汽油密度ρ汽油=735 kg/m3。

根據(jù)浮力計算公式：

F=ρ×g×V

Gg+f=ρ×g×S×h

式中：F——浮盤產(chǎn)生的浮力，N；

ρ——介質(zhì)密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

V——浮盤排液體積，m3；

G——浮盤及密封的總重量，N；

f——浮盤密封與罐壁的摩擦力，N；

S——浮盤截面積，m2；

h——浮盤邊緣板浸入液體中的深度，m。

該罐原設(shè)計的浮盤密封為囊式密封，囊式密封重量：155 kg。

囊式密封的填充物為海綿，浮盤運行時囊式密封與罐壁的擠壓力較小，密封與罐壁的摩擦力按浮盤及密封重量的1%計算。

計算得，設(shè)計浮盤吃水深度h≈72 mm。邊緣板仍有208 mm高的余量。

2.1.2.2儲存介質(zhì)及密封變更后的浮力

2010年油罐大修時更換為充液密封。充液密封丁腈橡膠重量：370 kg；工業(yè)鹽：50 kg；充液軟管尺寸：φ280 mm，介質(zhì)為水(充水量為70%)，計算得軟管內(nèi)充水重量為：2 262 kg。

非芳烴密度ρ非芳烴=672.7 kg/m3。

充液密封的填充物為食鹽水，浮盤運行時食鹽水對罐壁產(chǎn)生較大的擠壓，密封與罐壁的摩擦力按浮盤及密封重量的10%計算。

計算得，更換為充液密封后，儲存非芳烴，浮盤的吃水深度h≈104 mm。

改變儲存介質(zhì)和浮盤密封后，浮盤吃水深度為104 mm，浮盤仍有176 mm余量，正常運行不會導(dǎo)致沉盤。

2.2 浮盤腐蝕穿孔分析

根據(jù)開罐檢查情況，浮盤面板及邊緣板無腐蝕穿孔現(xiàn)象，可排除浮盤因腐蝕穿孔、油品浸入浮盤頂而導(dǎo)致的沉盤。

2.3 工藝分析

2.3.1浮盤低位運行情況

通過查閱134#罐的操作記錄，近3個月來該罐無低于浮盤工作檔位運行的情況，排除低位運行導(dǎo)致浮盤損壞的可能。

2.3.2工藝操作情況

14日12∶10該罐開始收乙烯料和非芳烴。8月18日14∶00停止收油。8月18日～28日付油調(diào)合，28日下午發(fā)現(xiàn)沉盤。134#罐收付油動態(tài)見表2。

表2 134#罐收付油作業(yè)

根據(jù)表1和DCS系統(tǒng)中雷達液位計記錄，134#罐于18日14∶01停止收非芳烴、乙烯裂解料，液位計趨勢圖正常，顯示液位為10.17 m。14∶20左右134#罐在靜止狀態(tài)下突然出現(xiàn)液位異常，并且液位計顯示值快速下降，此現(xiàn)象與油罐導(dǎo)向管在9.37 m高度處明顯彎曲基本吻合。說明此時浮盤失穩(wěn)，在自重作用下，傾斜、快速下墜，導(dǎo)向管在外力作用下彎曲變形，雷達液位計的導(dǎo)波繩與導(dǎo)向管接觸，導(dǎo)波傳輸異常，液位計出現(xiàn)故障。

16日14∶01至18日14∶01，134#罐在繼續(xù)單獨收乙烯裂解料時，液位從8.341 m上升至10.17 m過程中，由于組分中攜帶大量氣相，氣相在罐內(nèi)氣化嚴重，氣體攜帶液相，形成泛液。由于淺浮盤邊緣板余量只有176 mm，泛液容易噴濺到淺盤上，隨著泛液的積累，導(dǎo)致浮盤失穩(wěn)、下墜。

2.3.3浮盤液泛的形成

據(jù)文獻報道[1，2]，液泛是引起鋼制淺浮盤沉盤的主要原因。

所謂液泛，是指油品從煉油裝置輸送到常壓罐中壓力降低，使得原來的相平衡破壞，在油罐內(nèi)達到新的平衡，產(chǎn)生大量油氣，特別是當油品中攜帶氣相或極易揮發(fā)的液化烴類時，氣體積聚在密封裝置與罐壁的空間中，聚集的氣體壓力達到一定值時，氣體夾帶油品，通過密封與罐壁之間的縫隙，噴濺到浮盤頂上而形成的積液。

油品組分越輕，特別是含有C5以下的組分時，越易形成液泛，并引起浮盤的上下顛簸。當浮盤上的積液達到一定的重量時，浮盤浮力不夠，浮盤失穩(wěn)，導(dǎo)致下落而沉盤。液泛的形成見圖4。

圖4 內(nèi)浮頂液泛形成示意

3 防范措施

3.1 淺盤式內(nèi)浮頂油罐的升級改造

鋼制淺浮盤由于自身沒有浮力元件，僅依靠浮盤面板及邊緣板組成的空間浸沒在液體中產(chǎn)生浮力，且浮頂上容易因液泛而積液，其抗沉性和抗液泛性差，因此該類浮盤容易出現(xiàn)卡盤、沉盤等現(xiàn)象。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》，儲存甲B、乙A類的液體應(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。油罐選用淺浮盤已不符合規(guī)范要求。目前儲運系統(tǒng)仍然有15臺鋼制淺盤式內(nèi)浮頂罐在使用(其中三苯罐區(qū)6臺正在改造)，應(yīng)逐步更換成金屬浮艙式內(nèi)浮頂罐。五垅輕污油罐、134#罐的浮盤陸續(xù)改為浮艙式浮盤后，運行平穩(wěn)。

3.2 生產(chǎn)運行管理

a)監(jiān)控油品理化指標。主要檢測油品蒸汽壓、溫度，防止油品在罐內(nèi)產(chǎn)生液泛。裝置輕質(zhì)油應(yīng)監(jiān)控蒸汽壓(C4含量)，40℃的蒸汽壓不應(yīng)超過88 kPa；多組分物料進罐時，應(yīng)根據(jù)各組分蒸汽壓情況，合理安排好進罐工藝介質(zhì)的數(shù)量和方式，應(yīng)盡量減少C5組分進罐，杜絕C4組分進罐，同時輕質(zhì)油出裝置溫度不應(yīng)大于40℃，嚴防儲罐超壓運行。儲罐的介質(zhì)不應(yīng)隨意變更，因密度的變化，帶來浮盤浮力的變化。氮氣等介質(zhì)掃線，禁止從底部進罐。

b)控制油品進出罐流速。通過控制油品進罐流速，一方面使得浮盤平穩(wěn)升降，降低浮盤卡盤的風(fēng)險；另一方面避免油品在罐內(nèi)攪動，減少油品揮發(fā)。浮盤起浮前收油管道流速不應(yīng)大于1 m/s，起浮后收付油管道流速不應(yīng)大于4.5 m/s。

c)控制浮盤運行高度。內(nèi)浮頂儲罐正常操作時，最低液面應(yīng)高于浮頂?shù)闹胃叨?，最高液位?yīng)低于油罐的安全高度。油罐應(yīng)增設(shè)高、低液位報警設(shè)施。

3.3 設(shè)施改造

a)浮盤密封的改造。由于充液密封的效果優(yōu)于囊式密封，近幾年得到了快速推廣。但是充液密封將增加淺浮盤重量的20%左右，因此不建議將囊式密封更換為充液密封，以減少沉盤的風(fēng)險。

b)罐內(nèi)增設(shè)擴散管。在罐內(nèi)收油線上增設(shè)擴散管(見圖5)，擴散管盡可能往罐底中延伸，擴散管的直管段的兩側(cè)和上下開一定數(shù)量的小孔。油品流經(jīng)擴散管，可均勻排出油品中夾帶的氣體，同時可降低進罐流速，減輕對浮盤的沖擊。

圖5 罐內(nèi)收油線擴散管示意

c)定期檢驗。鋼制浮盤應(yīng)定期檢查、檢驗，及時修復(fù)缺陷，防止因滲漏、浮力不夠而沉盤。

3.4 日常檢查

a)投用前的檢查。油罐、浮盤檢修后，應(yīng)加強對浮盤附件的檢查，特別是浮盤支腿應(yīng)調(diào)整到位，上下運行靈活，插銷安裝牢固，可避免由于支腿問題導(dǎo)致浮盤傾斜、沉盤。曾經(jīng)發(fā)生過因浮盤支腿調(diào)整不到位，而出現(xiàn)浮盤卡盤、沉盤現(xiàn)象。

b)投用中的檢查。生產(chǎn)崗位應(yīng)每季度對浮盤運行及密封裝置進行一次檢查(最好安排在浮盤高位時檢查)，發(fā)現(xiàn)浮盤上有積液、密封破損等情況，應(yīng)清罐檢查，避免沉盤而造成的損失增大。

4 結(jié)語

浮盤的平穩(wěn)運行，關(guān)系到油品降耗，以及安全生產(chǎn)、環(huán)境保護、員工健康。淺浮盤由于結(jié)構(gòu)缺陷，易發(fā)生沉盤事故，應(yīng)逐步更換為浮艙式浮盤等性能優(yōu)良的產(chǎn)品，同時加強生產(chǎn)運行管理和日常檢查，完善高、低液位報警裝置，以實現(xiàn)浮盤的長周期安全運行。

5 參考文獻

[1] 洪錫彬.推薦兩種鋼制內(nèi)浮頂油罐新結(jié)構(gòu)[J].石油商技，1988(3):25-28.

[2] 李子軍.穩(wěn)定汽油罐宜選用環(huán)艙式鋼制內(nèi)浮盤[J].油氣儲運，1998，17(1):19-21.