淺談鋼制氮封儲罐泄漏防治措施

呂 朋，丁少軍

(中國石化北海煉化有限責任公司，廣西北海 536000)

在石油石化行業(yè)，油品泄漏普遍存在于生產(chǎn)、加工、儲運乃至銷售各個環(huán)節(jié)。作為煉油廠儲存油品的儲罐，特別是介質(zhì)易揮發(fā)的輕質(zhì)油罐，由于其存儲量大，具有易燃易爆、有毒有害的特性，一旦發(fā)生泄漏著火，后果往往十分嚴重，必須加強安全管理。中國石化北海煉化有限責任公司(以下簡稱“北海煉化”)通過及時處理儲罐運行中產(chǎn)生的泄漏點，并通過強化儲罐日常管理的辦法來預防泄漏，取得較好效果。

1 氮封儲罐概況

北海煉化現(xiàn)有氮封儲罐20座。其中低壓拱頂罐4座，2座3 000 m3，2座2 000 m3;內(nèi)浮頂儲罐16 座，7 座 5 000 m3，2 座 3 000 m3，3 座 2 000 m3，4 座 1 000 m3。

2 油罐泄漏點的處理

眾所周知，氮封內(nèi)浮頂儲罐相對于拱頂罐、無氮封內(nèi)浮頂罐來說，泄漏是最小的，但還是存在由于設計、施工、管理不當及儲罐“大、小呼吸”等造成的泄漏。2012年初北海煉化投用以來，在儲罐運行過程中，發(fā)現(xiàn)不少泄漏點，現(xiàn)將處理情況介紹如下。

2.1 氮封儲罐罐壁與消防泡沫管連接法蘭處的泄漏處理

在氮封儲罐投用初期，儲罐罐壁與消防泡沫管連接法蘭密封面產(chǎn)生泄漏，罐壁涂層被泄漏氣體噴成黑色(圖1)，分析原因，罐壁為弧形，泡沫管法蘭密封面為平面，配合面差異造成泄漏。根據(jù)儲罐不能清罐以及清罐不經(jīng)濟等原因，不能采用動火補焊處理，采用某公司雙組分環(huán)氧基高分子復合材料進行粘接補漏，有效封堵漏點，材料具有強度、塑性好、抗壓、耐腐蝕、耐紫外線、耐高溫、固化時間短(約2 h即可投入使用)等特點，封堵后效果良好，4～5年未出現(xiàn)泄漏。對于到期清罐的儲罐，北海煉化認為消防泡沫管與儲罐連接無需拆卸，于是利用清罐時機，將消防泡沫管連接法蘭與儲罐罐壁密封面進行密封連續(xù)焊接處理，徹底消除漏點。

2.2 呼吸閥泄漏處理

根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)的儲罐呼吸閥、緊急泄放人孔都不符合要求，都存在通氣量不足，正負壓閥盤密封面有嚴重漏氣現(xiàn)象，更有嚴重者設備本體密封面存在泄漏以及本體存在鑄造缺陷有砂眼等。呼吸閥、緊急泄放人孔到使用單位后，一般不進行檢驗(檢查呼吸閥正負壓閥盤及各密封部位密封性，驗證正負壓閥盤開啟壓力是否符合設計要求)就投入使用。北海煉化在儲罐投用時，發(fā)現(xiàn)部分呼吸閥不能正常工作，檢查后發(fā)現(xiàn)呼吸閥入口防塵蓋未拆直接安裝在儲罐上，導致入口堵塞不能呼吸(圖2)。

圖1 泡沫管與罐壁連接泄漏

圖2 呼吸閥防塵蓋未拆

拆除防塵蓋后，發(fā)現(xiàn)呼吸閥在開啟壓力范圍內(nèi)都存在漏氣，于是將呼吸閥、緊急泄放人孔送到檢驗單位檢驗，發(fā)現(xiàn)呼吸閥、緊急泄放人孔在開啟壓力范圍內(nèi)任意壓力下都存在泄漏，無法保壓。通過通氣量試驗，通氣量偏小，無法保證儲罐通氣量。仔細檢查閥體(鑄鋁)外觀，發(fā)現(xiàn)部分呼吸閥有砂眼。于是北海煉化對所有呼吸閥、緊急泄放人孔進行全部更換，呼吸閥、泄放人孔到貨后，嚴格驗貨，檢驗合格方可安裝使用。更換后，全部消除因呼吸閥、泄放人孔造成的泄漏。

比較新、舊呼吸閥，新呼吸閥通過在本體兩側(cè)開通氣口，加大總出口截面積，保證通氣量;原不合格呼吸閥閥座密封面是在閥體上車削加工，與閥體成一體，由于鑄鋁材質(zhì)偏軟，且鑄造時存在氣孔、夾渣等缺陷，不能將密封面車削得很窄(圖3)，密封面平整度、光滑度也很難保證，所以閥盤密封面與閥座密封面貼合不好而泄漏。新呼吸閥對閥座密封面進行改進，選用304不銹鋼加工密封座，徹底解決鑄鋁難以加工產(chǎn)生密封不嚴的問題，密封座加工完成后，用專用粘接劑粘接在呼吸閥內(nèi)(圖4)，同時要求閥座密封面要車削得盡量窄而鋒利，這樣與閥盤密封(閥盤密封面也用砂紙做了打毛處理)配合時幾乎形成線接觸，在閥盤重力下，接觸良好，密封嚴格。

圖3 不合格呼吸閥閥座密封面寬而鈍

圖4 新呼吸閥閥座密封面窄而利

2.3 切水器切水帶油泄漏處理

目前石化行業(yè)輕質(zhì)油品儲罐均采用機械式切水器。切水器安裝在油罐下部，由殼體、進出口閥以及自動控制裝置組成。在殼體上部設有進水口，下部設有排水口，內(nèi)部有一浮球通過連接桿與另一端的排水閥相連接。利用阿基米德定律、杠桿原理和充滿液體的容器內(nèi)部壓力均勻的原理，依靠浮球在油水介質(zhì)中的浮力差，使浮球上下運動，通過高靈敏度杠桿系統(tǒng)對獲得的浮力差進行倍率放大，實現(xiàn)控制排水閥開啟和關閉，從而達到自動運行。排水完成后能自動關閉，不需要人工干預，不消耗能源，不存在防爆問題，既保障了生產(chǎn)的安全運行，也減輕了工人的勞動強度和對環(huán)境的污染。

但機械式切水器對密度與水非常相近的油品(如直餾柴油、輕污油等)，就會造成脫水帶油現(xiàn)象，造成油品泄漏。針對這種情況，北海煉化采用智能傳感器式切水器來解決。智能傳感器切水器采用先進的傳感技術，檢測介質(zhì)密度和粘度的微小差異，從而定性地檢測水中的油含量，傳感器檢測到油不切水，反之切水。并且能自動適應溫度的變化，消除溫度對密度和粘度的影響，又有效地防止切水帶油。為加強切水可靠性，北海煉化智能切水器采用雙傳感器、雙閥門控制型結(jié)構(gòu)，設定程序控制，只有兩個傳感器未檢測到油才切水。

無論機械式切水器，還是智能傳感器切水器，對于水包油的油品，均無能為力，均無法避免切水帶油。為有效避免切水帶油，北海煉化采取白天切水，夜間停止切水，生產(chǎn)有特殊需求可安排夜間切水，但無論白天還是夜間切水，均安排專人看守，切水不離人，切水完后停用切水器。

2.4 儲罐邊緣板外部與基礎圈梁之間的預防泄漏處理

儲罐建成后，罐底板邊緣板與混凝土基礎圈梁之間存在縫隙，裂縫的大小會隨著儲罐的運動變化不斷地膨脹與收縮，結(jié)果給外界的一些腐蝕介質(zhì)如雨水、露水等的侵入提供了一條通道，這些腐蝕介質(zhì)日復一日地入侵，由于縫隙很小，水分不易揮發(fā)而長年積存于底板與基礎之間，從而發(fā)生嚴重的電化學腐蝕，最終導致底板的銹蝕穿孔。由于這種腐蝕發(fā)生在罐底與基座之間，不易觀察，容易被人們忽視，也是最危險的。據(jù)有關調(diào)查資料分析，在油罐腐蝕中，底板腐蝕占80%;在底板腐蝕中，底板下腐蝕占60%;在底板下腐蝕中，邊緣板下腐蝕占60%?？梢姡装宓倪吘壈甯g是油罐失效的主要原因之一[1]。事實上，調(diào)查統(tǒng)計數(shù)比實際發(fā)生數(shù)還要低。所以，加強油罐底板邊緣板的防腐，對于提高油罐的使用壽命，減少油罐底板泄漏事故發(fā)生率至關重要[2]。

因此，需要對儲罐底部邊緣板進行防護處理，切斷上述的入侵通道，有效防止環(huán)境因素等從儲罐底部四周入侵，達到保護儲罐底板(特別是邊緣板)，將其與水、大氣等隔離的目的。目前國內(nèi)的油罐底板防水的習慣做法是瀝青灌縫或敷瀝青砂，但投入使用后檢查沒有一例是成功的，也有用橡膠瀝青或環(huán)氧玻璃布進行防水，但前者的耐老化性能差，粘接強度不夠;后者的彈性差，使用后發(fā)生開裂、拉脫等現(xiàn)象，效果也都不理想[2]。針對這種情況，北海煉化采用CTPU罐底專用密封膠進行防腐處理，密封膠自身有良好的彈性、抗老化、耐腐蝕，同時與鋼板和混凝土基礎的粘接強度大，有效防止了罐底變形造成的罐底與基礎的縫隙，防止了因罐底變形造成的罐底腐蝕。

2.5 內(nèi)浮頂儲罐裝配式鋁浮盤泄漏處理

目前大多數(shù)鋁浮盤鋪板搭接縫之間靠密封膠條來密封(圖5)，在運行初期，一般2～3年內(nèi)，效果良好，但隨使用時間加長，密封膠條逐漸老化，失去密封效果，造成泄漏。利用清罐檢修，北海煉化對泄漏嚴重的浮盤進行更換，新浮盤采用頂部為半圓形的、預先裝有過盈裝配螺栓的主橫梁與特制壓條配合來緊壓鋪板(圖6)，無需密封膠條即可保證密封，不僅消除以往螺栓(或鉚釘)與主梁間隙配合產(chǎn)生的泄漏，同時大大提高浮盤的使用壽命。同時新浮盤具有可拆卸性，能重復使用，經(jīng)濟性強。

圖5 舊浮盤鋪板的搭接

圖6 新浮盤鋪板的搭接

除此之外還有一種值得推薦的內(nèi)浮盤——全接液蜂巢內(nèi)浮盤，其主要特點是浮盤下表面為全平面，與介質(zhì)全接觸，消除氣相空間(圖7)，不僅安全可靠，而且大大降低揮發(fā)損耗。全接液蜂巢內(nèi)浮盤由多個浮盤模塊單元(蜂窩箱)組成，模塊內(nèi)部放置鋁制蜂窩巢(每平方米超過2 500個蜂窩孔，蜂窩孔相對獨立且不連續(xù))，模塊整體密封，實現(xiàn)了獨立的空間，即使受到穿刺性破壞，液體也只能進入單個蜂窩孔的空間，不會流入其它蜂窩孔內(nèi)，不影響浮盤整體浮力，不會造成卡盤、沉盤。此外浮盤密封采用全接液密封，密封也無氣相空間，同時對液位計管、量油孔管等多處進行密封處理，徹底消除浮盤泄漏。

圖7 全接液蜂巢內(nèi)浮盤與傳統(tǒng)鋁浮盤比較

3 儲罐日常維護管理

a)加強對氮封儲罐氮封閥日常維護保養(yǎng)。氮封儲罐氮封壓力系通過氮封閥調(diào)節(jié)，正常工作時，氮封壓力低于呼吸閥、泄放人孔開啟壓力，使罐內(nèi)大部分是氮氣，保證罐的安全性，同時減少油品揮發(fā)。但氮封閥失效后(一般是向罐內(nèi)補充氮氣不停止)，導致罐內(nèi)壓力超過呼吸閥開啟壓力，造成泄漏(罐內(nèi)是氮氣與油氣混合物)。這種情況一般都是氮封閥閥體夾渣，關閉不嚴所致，要及時解體清理。同時要經(jīng)常清理閥膜引壓罐上的過濾器，保證氮封閥正常工作。

b)切水器定期清理，呼吸閥定期檢查檢驗。為避免切水器失效，切水帶油，北海煉化制定“自動脫水器維護管理規(guī)定”，明確維護內(nèi)容、周期，制度規(guī)定每3個月對用于污油、燃料油等類油品的脫水器進行一次開蓋檢查、排渣、排堵、清除油泥;每年對用于輕質(zhì)油(汽油、柴油、航煤、石腦油等)的脫水器進行2次以上開蓋檢查、排渣、排堵、清除油泥。對長時間未清罐的儲罐的脫水器，適當增加清洗維護頻率。

每月對呼吸閥檢查一次，在有物料動態(tài)作業(yè)(車船裝卸、倒罐等)時，每2 h檢查一次，主要檢查閥體外觀是否完好，正負壓閥盤動作是否靈活，是否密封等。根據(jù)呼吸閥使用情況、入口阻火器清理情況，北海煉化把呼吸閥檢驗安排隨同儲罐清理進行，如運行中存在問題，另行安排處理檢定。

c)儲罐靜LDAR掛牌及檢測。對儲罐閥門、人孔等靜密封點統(tǒng)計、掛牌，形成臺賬，每年安排專人對各密封點用專門儀器進行檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏，及時處理。

d)儲罐罐壁及頂部定期測厚。每年安排專業(yè)測厚單位對儲罐壁及頂部進行一次腐蝕測厚，并將測厚數(shù)據(jù)錄入EM腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，及時分析了解儲罐腐蝕情況，避免產(chǎn)生泄漏。

e)加強有毒、可燃氣體報警儀、液位計維護管理，利用視屏監(jiān)控加強管理。對有毒、可燃氣體報警儀，安排儀表做好日常檢查，每月抽查測試是否好用，每年做好定期檢驗。對于液位計，內(nèi)操加強盯盤，發(fā)現(xiàn)異常，通過檢尺比對，及時處理。利用視屏監(jiān)控，實時觀察儲罐動態(tài)，加強儲罐管理。

f)加強儲罐巡檢管理。除儲罐日常檢查外，要求各班組按印發(fā)的“儲罐月度檢查記錄本”，每月、每年專項檢查儲罐運行情況，專業(yè)管理人員做好抽查、檢查簽名及考核工作。及時解決存在問題，保證儲罐安全長周期運轉(zhuǎn)。

g)規(guī)范崗位操作，加強儲罐泄漏應急演練。嚴禁儲罐超工藝指標參數(shù)運行，嚴禁超溫、超壓;嚴禁浮盤落底操作，消除靜電引發(fā)爆炸泄漏的風險，同時減少油氣組分揮發(fā)泄漏。針對新投用儲罐，采取先用連通相鄰儲罐緩慢壓油至空罐內(nèi)，直到浮盤起浮后才開始改收裝置來油。對于無備用儲罐的油罐，收油時嚴格控制收油速度。定期開展儲罐泄漏應急演練，訓練班組對事故的應急處置能力。

h)做好消防系統(tǒng)維護工作，確保事故狀態(tài)下可用。安排班組每周試運一次消防泡沫泵，每季度試運消防噴淋系統(tǒng)一次，并做好記錄。

i)做好定期清罐檢修、全面檢查工作。定期清罐檢修、全面檢查不僅可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有問題，加以整治，還為同介質(zhì)儲罐及下一次清罐提供依據(jù)，是預防儲罐泄漏、著火、爆炸的必要措施。北海煉化編制了儲罐定期清罐管理規(guī)定，針對不同存儲介質(zhì)的儲罐，安排不同清罐檢修周期，定期清罐，及時發(fā)現(xiàn)存在問題，及時消除問題，確保儲罐完好，很大程度上可以避免因事故或腐蝕造成的泄漏。清罐主要是以檢查儲罐內(nèi)腐蝕情況及鋁浮盤損壞情況等為主要工作，如有損壞做好防腐及浮盤修復更換工作，消除因儲罐腐蝕穿孔及浮盤密封不良造成的泄漏。

4 建議

a)管理好儲罐要做好儲罐設計、制造、安裝、使用、維護、修理、改造、更新直至報廢整個壽命周期的全過程管理。在設計階段把控好設計圖紙審查、設備選型及選材，在施工階段監(jiān)控好儲罐焊接施工、防腐、浮盤安裝等關鍵工序的質(zhì)量，從源頭上消除設備隱患。建議泡沫發(fā)生器消防泡沫管與罐壁連接方式采用連續(xù)焊接方式(圖8)，確保連接處不產(chǎn)生泄漏。建議在資金充足的情況下，輕質(zhì)油罐盡量安裝鋁浮盤，鋁浮盤盡可能采用全接液蜂巢內(nèi)浮盤，以減少揮發(fā)泄漏。儲罐本體內(nèi)外防腐，采取在所有動火作業(yè)完工后，現(xiàn)場噴砂防腐，除銹等級Sa2.5，防腐每道工序，相關單位聯(lián)合檢查確認簽字，合格才進入下道工序，避免采用廠房預防腐;儲罐盤梯附件采用熱鍍鋅整體定制構(gòu)件，不建議現(xiàn)場焊接制作，易產(chǎn)生防腐不到位問題。儲罐呼吸閥、緊急泄放人孔要嚴格驗收，檢驗合格方可投用。

圖8 泡沫管與儲罐采用連續(xù)焊連接

b)要加快儲罐VOCs治理進度，盡快出臺徹底治理方案。目前，雖然北海煉化采取一系列措施防治儲罐泄漏，但是對于氮封儲罐，儲罐的大小呼吸也會導致罐內(nèi)工作壓力超過呼吸閥開啟壓力，向外產(chǎn)生泄漏(氮氣與油氣混合物);對于無呼吸閥的內(nèi)浮頂儲罐，儲罐的大小呼吸造成的油品揮發(fā)泄漏更加嚴重。目前，環(huán)保要求日趨嚴格，已有多省開展VOCs排污收費征收工作。GB 31570－2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定了石油煉制工業(yè)企業(yè)及其生產(chǎn)設施的水污染物和大氣污染物排放限值、監(jiān)測和監(jiān)督管理要求。其中對非甲烷總烴的排放限值做了明確的要求。根據(jù)此要求，現(xiàn)有儲罐多數(shù)達不到排放標準，如果不加以整治，在污染環(huán)境的同時，將會收取大量VOCs排污費，所以VOCs整治勢在必行。但是目前國內(nèi)成熟的VOCs治理方案還沒有，建議加快儲罐VOCs工藝處理的研究步伐，及早整治處理。