內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐伺服液位計(jì)應(yīng)用中存在的問題及對(duì)策

郭建新

〔中國石化山西石油分公司 山西太原 030024〕

隨著儲(chǔ)罐計(jì)量的發(fā)展，伺服液位計(jì)測量技術(shù)在油庫儲(chǔ)罐獲得廣泛應(yīng)用，即采用伺服液位計(jì)+伺服密度計(jì)+在線溫度計(jì)混合法進(jìn)行計(jì)量。但由于伺服液位計(jì)浮子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，儲(chǔ)存易燃液體的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐需安裝開孔的穩(wěn)液管來保護(hù)測量浮子和保證密度測量的精度。本文對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐穩(wěn)液管使用中存在的問題進(jìn)行分析，提出了解決方案。

1 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐伺服液位計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)通過自動(dòng)測量設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)罐內(nèi)油品物理參數(shù)的自動(dòng)采集，克服手工密度測量的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)油品計(jì)量參數(shù)自動(dòng)測量、數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸、數(shù)據(jù)信息綜合處理的自動(dòng)操作和信息管理，多數(shù)油庫采用伺服液位計(jì)對(duì)原計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行改造，即采用伺服液位計(jì)+伺服密度計(jì)+在線溫度計(jì)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)直接測量罐內(nèi)油品液位、任一點(diǎn)溫度、任一點(diǎn)密度。根據(jù)液位、溫度、密度測量值計(jì)算體積和整體質(zhì)量。

1.1 伺服液位計(jì)穩(wěn)液管的安裝

為了計(jì)量準(zhǔn)確，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐需要安裝對(duì)穿孔的穩(wěn)液管。穩(wěn)液管是由一根直徑DN200 mm的金屬無縫管從立式儲(chǔ)罐頂部垂直穿過浮盤到達(dá)罐底部,用以提高測量精度和保護(hù)測量儀器。穩(wěn)液管的安裝見圖1。為了液位計(jì)計(jì)量測量準(zhǔn)確,一是穩(wěn)液管上下垂直偏差不超過3 mm。二是穩(wěn)液管內(nèi)壁必須光滑，應(yīng)處理掉開孔產(chǎn)生的所有毛刺和焊疤。三是穩(wěn)液管上需要每隔200 mm 開1對(duì)直徑不小于￠25 mm的對(duì)穿孔。四是穩(wěn)液管與浮盤之間應(yīng)滑動(dòng)自如。

圖1 穩(wěn)液管安裝示意圖

1.2 穩(wěn)液管的作用

安裝穩(wěn)液管一是開對(duì)穿孔用以保證油品液體一定的流動(dòng)性，保證液體密度測量的準(zhǔn)確性；二是保護(hù)測量浮子順利進(jìn)出被測液體。三是維持液面穩(wěn)定，防止液面波動(dòng)影響液位測量，提供一個(gè)固定的計(jì)量基準(zhǔn)。

2 內(nèi)浮頂汽油儲(chǔ)罐安裝對(duì)穿孔穩(wěn)液管存在問題

2.1 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐安全問題分析

內(nèi)浮頂油罐本身的結(jié)構(gòu)，在罐壁(或罐頂)四周設(shè)置通氣窗，儲(chǔ)罐罐頂設(shè)置中央通氣孔。內(nèi)浮盤上部穩(wěn)液管開孔與儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤上部的氣相空間直接相通，內(nèi)浮盤下部穩(wěn)液管開孔與儲(chǔ)罐液體汽油相通。伺服液位計(jì)安裝穩(wěn)液管后，穩(wěn)液管液面通過對(duì)穿圓孔與罐內(nèi)氣體空間連通。罐內(nèi)氣體空間通過罐壁通氣窗和中央通氣孔與大氣相通。在

大氣流通下，汽油蒸氣不斷從穩(wěn)液管液面蒸發(fā)，從對(duì)穿圓孔中開放到儲(chǔ)罐浮盤上部空間，然后通過通氣窗和中央通氣孔排放到罐外。

(1)穩(wěn)液管與內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)要求不符。伺服液位計(jì)安裝了穩(wěn)液管，內(nèi)浮盤上油罐內(nèi)的氣體空間由于穩(wěn)液管開孔，油氣從開孔處進(jìn)入儲(chǔ)罐浮盤的氣體空間，破壞了浮盤密封結(jié)構(gòu)。對(duì)穿孔穩(wěn)液管的安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與易燃液體儲(chǔ)罐采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的要求相違背，同時(shí)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐增加的對(duì)穿孔穩(wěn)液管也與《GB50341—2014 立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》和《SH/T3194—2018 石油化工儲(chǔ)罐用裝配式內(nèi)浮頂工程技術(shù)規(guī)范》內(nèi)浮頂浮盤的密封要求不相符。

(2)內(nèi)浮盤以上空間形成爆炸危險(xiǎn)區(qū)域0區(qū)。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域根據(jù)爆炸性混合物形成的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間劃分為不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)域。連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境為0區(qū)；在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境為1區(qū)；在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)間存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境為2區(qū)。

按照《GB50074—2014 石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，儲(chǔ)存易燃液體儲(chǔ)罐的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤以上的空間為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域1區(qū)，見圖2。而安裝對(duì)穿孔穩(wěn)液管的易燃液體內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，由于液體的揮發(fā)，液體蒸氣通過對(duì)穿孔不斷進(jìn)入浮盤以上空間，穩(wěn)液管周圍罐內(nèi)空間將被易燃液體蒸氣充滿。另外受穩(wěn)液管高度、罐外風(fēng)速影響等極易形成煙囪效應(yīng)，加快油品的揮發(fā)速度。按照爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分原則，罐內(nèi)浮盤以上空間及穩(wěn)液管中心線R=1.5m范圍內(nèi)劃分為0區(qū)，見圖3。不符合《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分，極大地增加了儲(chǔ)罐的爆炸危險(xiǎn)性，如遇雷電、儲(chǔ)罐內(nèi)靜電放電等極易形成儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故。

圖2 儲(chǔ)存易燃液體的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

圖3 儲(chǔ)存易燃液體內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐安裝對(duì)穿孔

(3)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)后，消防泡沫滅火系統(tǒng)很難撲滅火災(zāi)，增大滅火難度。儲(chǔ)罐的泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過泡沫全部覆蓋著火液面來達(dá)到滅火效果的。如果安裝了開孔穩(wěn)液管的儲(chǔ)罐發(fā)生著火事故，儲(chǔ)罐啟動(dòng)消防泡沫滅火系統(tǒng)，泡沫產(chǎn)生器噴出的泡沫在流動(dòng)覆蓋過程中，泡沫需要積累超過200 mm后從2-￠25 mm圓孔進(jìn)入穩(wěn)液管。由于穩(wěn)液管的阻隔，根據(jù)泡沫的形成和流動(dòng)性，泡沫很難進(jìn)入穩(wěn)液管，覆蓋著火液面。另外，由于穩(wěn)液管內(nèi)的火焰效應(yīng)，阻止和破壞了泡沫。因此，內(nèi)浮頂穩(wěn)液管內(nèi)火焰在短時(shí)間內(nèi)很難被撲滅，給儲(chǔ)罐的消防滅火帶來很大的困難。

2.2 增加VOCs 的無組織排放，造成環(huán)境污染

揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是指常壓下沸點(diǎn)50～260 ℃的各種有機(jī)化合物的總稱，具有揮發(fā)性的特點(diǎn)。一方面為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，另一方面對(duì)大氣環(huán)境造成了污染。

安裝了對(duì)穿孔穩(wěn)液管的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐在實(shí)際運(yùn)行過程中，液體蒸氣揮發(fā)通過穩(wěn)液管的開孔擴(kuò)散到儲(chǔ)罐內(nèi)，再通過內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐罐壁或罐頂通氣孔排放到大氣中，存在極為嚴(yán)重的VOCs 無組織排放，與《GB37822—2019 揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》和《GB20950—2007 儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求不符合。

2.3 增加油品損耗。

沒有安裝開孔穩(wěn)液管的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，正常運(yùn)行中的油品損耗主要包括：油品收發(fā)過程中的大呼吸損耗和受晝夜溫差變化引起的小呼吸損耗，密封好的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐是不存在自然通風(fēng)損耗的，可以減少90 %的損耗。

以安裝開孔穩(wěn)液管的5 000 m3內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐為例分析油罐損耗。罐底直徑23 850 mm，罐壁高度12 480 mm，浮盤安裝高度1 800 mm，儲(chǔ)油高度11 480 mm，安裝￠219×6 mm穩(wěn)液管，穩(wěn)液管開2-￠25 mm對(duì)穿孔，孔間距200 mm。通過計(jì)算，則穩(wěn)液管截面積為0.033 m2，落盤后浮盤上穩(wěn)液管開孔總面積為0.052 m2，浮盤上升到最大高度(儲(chǔ)油高度)后穩(wěn)液管開孔總面積為0.005 m2。

通過以上分析，油罐在收發(fā)油品或靜態(tài)儲(chǔ)油工況時(shí)，一是相當(dāng)在浮盤上開了DN 200 mm的孔，通過0.033 m2的液面揮發(fā)油蒸氣，通過0.005～0.052 m2空洞向外揮發(fā)油品蒸氣。也就是說相當(dāng)于存在0.033 m2的油品液面產(chǎn)生蒸發(fā)損耗。二是在0.033 m2的油品液面存在前提下，由于穩(wěn)液管對(duì)穿孔高差使內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐氣體空間形成極大的濃度差值，即形成自然通風(fēng)損耗，加劇了穩(wěn)液管內(nèi)油品揮發(fā)。另外，外界風(fēng)速對(duì)儲(chǔ)罐損耗也有影響，風(fēng)速越大，儲(chǔ)罐油品損耗越大。

3 對(duì)策措施探討

在內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐安裝對(duì)穿孔的穩(wěn)液管增加柔性伸縮套管，將開孔的穩(wěn)液管包裹起來，防止油蒸氣從穩(wěn)液管開孔處溢出。安裝伸縮套管后防止內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐大量的油蒸氣蒸發(fā)，降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)，通過減少油品損耗，同時(shí)減少VOCs排放，滿足環(huán)保要求。柔性伸縮套管安裝示意圖見圖4。

圖4 柔性伸縮套管安裝示意圖

3.1 套管選擇

伸縮套管選擇主要是考慮套管具有一定的耐腐蝕性和耐油性，同時(shí)具有一定的支撐能力?；谟凸薷叨?，即穩(wěn)液管浮盤以上到罐頂高度來選擇確定伸縮套管長度。覆蓋材料由強(qiáng)聚酯薄片制成，材料厚度 0.4～1 mm ，強(qiáng)聚酯薄片可由304號(hào)或316號(hào)不銹鋼線圈支撐。

3.2 套管安裝

柔性伸縮套管安裝主要有兩種方式：一是在安裝穩(wěn)液管同時(shí)安裝柔性伸縮套管。將預(yù)制好的柔性伸縮套管套入穩(wěn)液管，上端套管可與罐頂焊接的法蘭連接，也可采用管箍方式固定在穩(wěn)液管最上端開孔處上不小于500 mm處，以保證浮盤上浮最高點(diǎn)穩(wěn)液管也處于密封狀態(tài)，套管下端采用法蘭方式安裝與浮盤固定，或通過管箍安裝在穩(wěn)液管上。二是已經(jīng)安裝了對(duì)穿孔穩(wěn)液管的儲(chǔ)罐安裝套管進(jìn)行改造。清罐后將光孔和人孔打開，從人孔處將套管材料送入，現(xiàn)場可采用架設(shè)腳手架，采用掛鉤，拉鏈以及粘鉤帶進(jìn)行套管現(xiàn)場安裝，套管上下兩端連接方式與第一種方式相同。柔性伸縮套管導(dǎo)靜電連接線與穩(wěn)液管或浮盤螺栓連接。如果強(qiáng)聚酯薄片的部件損壞了，可以通過熱熔或膠去修復(fù)。

3.3 運(yùn)行分析與應(yīng)用

由于儲(chǔ)罐空間與伸縮套內(nèi)空間屬于連貫空間，具有空間連續(xù)性，因此不會(huì)出現(xiàn)液面高度不一致的問題。由于浮盤升降速度極為緩慢，伸縮套內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生液位差。伸縮套內(nèi)屬于密閉空間，根據(jù)介質(zhì)揮發(fā)特性，當(dāng)介質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗥滹柡投葧?huì)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡即介質(zhì)停止揮發(fā)，而由于伸縮套的空間連貫性，從而使伸縮套外與套內(nèi)氣壓相同，所以在伸縮套內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。目前柔性伸縮套管已在部分煉油化工企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，且取得良好效果。

4 結(jié)語

安全源于設(shè)計(jì)，源于管理。伺服液位計(jì)計(jì)量系統(tǒng)滿足了在線密度、溫度實(shí)時(shí)檢測要求，但安裝對(duì)穿孔的穩(wěn)液管會(huì)帶來安全、消防、環(huán)保和損耗問題。一種工藝的實(shí)施，既要考慮作業(yè)的要求，但也必須滿足安全、環(huán)保要求。工藝過程的本質(zhì)安全是確保油庫儲(chǔ)罐作業(yè)安全、環(huán)保的核心。所以新的作業(yè)工藝必須進(jìn)行危險(xiǎn)因素辨識(shí)，才能發(fā)現(xiàn)隱患、提出解決問題的方案。本文旨在通過對(duì)銷售企業(yè)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐安裝對(duì)穿孔穩(wěn)液管所帶來的安全環(huán)保危險(xiǎn)辨識(shí)，引入穩(wěn)液管上安裝柔性伸縮套管的方案來解決和改變目前現(xiàn)狀所存在的問題。