原油儲(chǔ)罐二次密封剝離處理技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉月東，額爾頓，張?jiān)匠?/p>

（中油國(guó)際管道中緬油氣管道項(xiàng)目馬德島皎漂管理處，北京 100020）

0 引言

隨著世界能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油消費(fèi)量增長(zhǎng)迅速，國(guó)內(nèi)外大型外浮頂油罐的建造和應(yīng)用得到了極大的發(fā)展，馬德島庫(kù)區(qū)共建設(shè)安裝有12 座10 萬立方米外浮頂原油儲(chǔ)罐，單罐直徑80 m，高22.5 m，浮頂采用雙浮盤結(jié)構(gòu)形式，儲(chǔ)罐罐頂邊緣密封采用一次密封和二次密封相結(jié)合的方式。一次密封安裝在罐頂浮船與罐壁之間的環(huán)形空間內(nèi)，密封的下部通常浸入油品之中。為進(jìn)一步降低油品損耗，防止雨水等侵蝕一次密封和進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)，在原有一次密封上部再增加一套密封裝置，即為二次密封。二次密封主要由油氣隔膜、承壓板、橡膠板、導(dǎo)電片及緊固連接件等組成，能覆蓋整個(gè)邊緣汽相空間。

1 存在的問題

二次密封剝離是國(guó)內(nèi)外同類型的儲(chǔ)罐較普遍和高頻次出現(xiàn)的安全隱患及故障，儲(chǔ)罐二次密封剝離不僅一定程度上會(huì)引起儲(chǔ)罐油品蒸發(fā)損耗加劇，也會(huì)導(dǎo)致外部空氣流入形成油氣混合空間，當(dāng)油氣混合在爆炸極限內(nèi)時(shí)，在雷擊或運(yùn)行中卡阻火花等因素易造成儲(chǔ)罐爆炸著火。因此，研究?jī)?chǔ)罐二次密封的有效性非常必要且具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。

2 原因分析

依據(jù)馬德島庫(kù)區(qū)12 座原油儲(chǔ)罐長(zhǎng)期運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)罐二次密封剝離主要風(fēng)險(xiǎn)隱患是隨著儲(chǔ)罐長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行，由于各種原因而引起一次密封與二次密封之間的環(huán)形空間增大、油氣濃度超標(biāo)。當(dāng)油罐運(yùn)行產(chǎn)生靜電、火花或外部遭雷擊時(shí)，極易引起該空間內(nèi)發(fā)生油氣爆炸火災(zāi)，嚴(yán)重威脅油罐乃至整個(gè)罐區(qū)的安全生產(chǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，二次密封剝離是多種原因共同作用的結(jié)果，其中主要的原因有以下3 個(gè)。

2.1 儲(chǔ)罐罐體變形

隨著儲(chǔ)罐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，尤其是在高溫、高濕度的環(huán)境下運(yùn)行，特別是新建儲(chǔ)罐，由于儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降、儲(chǔ)罐應(yīng)力變化等，再加上可能存在的浮盤漂移和浮盤整體上鼓的現(xiàn)象，導(dǎo)致浮盤外邊緣板與罐壁的距離加大（環(huán)形空間距離加大），超過了二次密封橡膠的伸縮變形能力，最終導(dǎo)致二次密封的剝離。

2.2 承壓板變形導(dǎo)致環(huán)形空間增大

儲(chǔ)罐罐壁在建設(shè)時(shí)，焊縫余高的影響，在收發(fā)油作業(yè)過程中，密封裝置承壓板發(fā)生變形，環(huán)形空間增大，承壓板的變形一定程度上影響了二次密封的伸縮，當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，二次密封就無法正常與罐壁接觸。

2.3 橡膠板塑性變形

在收發(fā)油作業(yè)過程中，密封裝置隨著浮頂浮盤升降，與罐壁產(chǎn)生摩擦。隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，密封橡膠板彈性下降，外加緬甸處于熱帶地區(qū)，常年氣溫在30 ℃以上，橡膠板塑性變形無法完成自動(dòng)恢復(fù)，形成罐內(nèi)低液位時(shí)橡膠板與罐壁間隙小，高液位時(shí)間隙大。

2.4 原因總結(jié)

從直觀表現(xiàn)來看，是環(huán)形空間的增大導(dǎo)致橡膠板與罐壁間隙增加，空氣與可燃?xì)怏w的充分接觸，必然引起可燃?xì)怏w易處于爆炸極限范圍，造成了儲(chǔ)罐安全運(yùn)行隱患。

3 處理措施分析

1970 年以前，我國(guó)大多數(shù)油庫(kù)設(shè)計(jì)采用一次彈性密封和擋雨板組合結(jié)構(gòu)，之后用二次密封代替擋雨板，2000 年以后二次密封廠家已達(dá)10 家以上。目前外浮頂罐浮盤密封普遍采用一次密封和二次密封結(jié)合的方式。隨著儲(chǔ)罐的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，由于橡膠老化、儲(chǔ)罐變形、承壓板應(yīng)力變化等原因，國(guó)內(nèi)外大部分庫(kù)區(qū)原油儲(chǔ)罐均有二次密封剝離的情況。針對(duì)二次密封剝離問題，查詢相關(guān)文獻(xiàn)，溝通聯(lián)系國(guó)內(nèi)外廠家，總結(jié)國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐二次密封剝離后主要通過以下方式進(jìn)行處理。

3.1 整體更換相應(yīng)位置的一、二次密封

此種方式優(yōu)點(diǎn)是可以在一定程度上徹底解決環(huán)形空間油氣濃度問題，最大程度提高儲(chǔ)罐密封的使用壽命，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；并且該方式屬于整體更換，其密封性能、抗老化能力、適應(yīng)性上大大提高。但缺點(diǎn)是此種方式對(duì)安裝環(huán)境要求較高（一般在油罐清洗后進(jìn)行），整個(gè)安裝及前期測(cè)量、設(shè)計(jì)過程繁雜，安裝過程風(fēng)險(xiǎn)大，安裝人員的技能要求高，因此綜合成本最高。

3.2 單獨(dú)更換二次密封

此種方式優(yōu)點(diǎn)在于可以基本控制環(huán)形空間油氣濃度，使可燃?xì)怏w濃度無法達(dá)到爆炸極限范圍，基本消除了環(huán)形空間燃爆的風(fēng)險(xiǎn)；一定程度上增加了儲(chǔ)罐密封使用壽命和適應(yīng)能力。但缺點(diǎn)是此種方式對(duì)安裝環(huán)境有一定要求（儲(chǔ)罐處于靜態(tài)且需長(zhǎng)期保持安裝環(huán)境通風(fēng)），也需要前期罐體的測(cè)量，安裝過程風(fēng)險(xiǎn)大，安裝人員技能要求同樣比較高，其綜合成本非常高。

3.3 調(diào)整或更換承壓板

此種方式優(yōu)點(diǎn)在于一定程度上保證了二次密封的有效性，進(jìn)而控制了環(huán)形空間油氣濃度，并且此種方式對(duì)儲(chǔ)罐安裝環(huán)境要求較低、風(fēng)險(xiǎn)較小，對(duì)人員技能要求也較低，其綜合成本最低。但缺點(diǎn)在于此種方式屬于固定性的壓緊，無法適用于二次密封剝離量較大的情況（大于20 mm），并且在一定液位會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)壁產(chǎn)生較大的應(yīng)力、損壞內(nèi)壁防腐，其可控性和可操作性不強(qiáng)。

4 二次密封剝離處置方式

針對(duì)橡膠板與罐壁間隙增加，庫(kù)區(qū)管理部門組織開發(fā)了二次密封彈性補(bǔ)償裝置（圖1），具體設(shè)計(jì)如下：

圖1 二次密封彈性補(bǔ)償

（1）固定板。一端固定在二次密封L 形壓板上，其特征式采用剛性材料并呈L 形，并在L 形狀二次密封靠近罐一側(cè)設(shè)置帶螺紋的開孔，另一面設(shè)置可安裝在原二次密封L 形壓板螺栓的開孔。

（2）彈性支撐板。一端固定在固定板下方，另一端支撐在二次密封頂端的球形密封下。其特征是采用具備一定彈性的L 形板，并在L 形狀二次密封靠近罐一側(cè)設(shè)置較圓滑帶向內(nèi)卷弧度的形狀，另一面設(shè)置可安裝現(xiàn)有二次密封螺栓的開孔。

（3）伸縮式調(diào)節(jié)器。通過螺紋連接安裝在固定板上，伸縮端壓在支撐板中部，通過伸縮式調(diào)節(jié)器的彈性力頂著支撐板，使二次密封（安裝約100 cm銅板）總是緊貼在儲(chǔ)罐罐壁上。其特征是調(diào)節(jié)器通過外部螺紋安裝在固定板螺紋開孔處，內(nèi)部安裝彈簧作為彈性元件。

該裝置基本上解決了現(xiàn)有外浮頂儲(chǔ)罐變形導(dǎo)致二次密封與罐壁剝離密封不嚴(yán)的問題，能應(yīng)用于儲(chǔ)罐更大變形下二次密封剝離（不超過10 cm）的情況，可有效降低儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗，同時(shí)降低外浮頂儲(chǔ)罐一、二次密封間環(huán)形空間混入空氣的量，提高罐運(yùn)行的安全可靠性。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

當(dāng)裝置安裝完成后，通過固定板將彈性支撐板固定在二次密封的橡膠L 形壓板上，并通過彈性支撐板的形變將二次密封橡膠板與罐壁緊密貼合，伸縮式彈性調(diào)節(jié)器可以根據(jù)儲(chǔ)罐不同液位狀態(tài)下、不同的罐體形變量，增加或減少?gòu)椥灾伟宓牧Γ诒ＷC橡膠板與罐壁貼合的同時(shí)，減少橡膠板與罐壁的摩擦，降低浮盤因摩擦引發(fā)的漂移，進(jìn)而影響浮盤安全，同時(shí)也對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)壁防腐漆有一定的保護(hù)作用。

另外，該裝置與其他處理方式相比，成本低、適用性廣，具有優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益，并且能適用于大型原油儲(chǔ)罐的整個(gè)生命周期。該項(xiàng)技術(shù)不僅在理念上提供了處理二次密封剝離隱患的新思路，基本上解決了當(dāng)前原油儲(chǔ)罐二次密封剝離的隱患問題，避免環(huán)形空間可燃?xì)怏w濃度進(jìn)入爆炸極限范圍，保障油罐運(yùn)行的安全。

6 應(yīng)用效果

自2019 年10 月，40 個(gè)二次密封彈性補(bǔ)償裝置安裝于多個(gè)儲(chǔ)罐二次密封的16 個(gè)剝離區(qū)，并經(jīng)過多頻次的跟蹤檢測(cè)，效果良好，在儲(chǔ)罐生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行中無再出現(xiàn)剝離，其對(duì)應(yīng)環(huán)形空間內(nèi)油氣濃度未在爆炸極限范圍內(nèi)，二次密封上方無可燃?xì)怏w，二次密封彈性補(bǔ)償裝置達(dá)到預(yù)想的效果。