大型外浮頂原油儲(chǔ)罐含氣油品接收影響因素分析

劉天巍

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道甘肅輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730030）

1 前言

長(zhǎng)輸管道動(dòng)火作業(yè)結(jié)束復(fù)產(chǎn)投用過(guò)程中，管道油品中少量氣體可通過(guò)站場(chǎng)放空口排氣或直接進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)通過(guò)邊緣呼吸閥排出,當(dāng)管道油品中存在大量氣體時(shí)，待啟輸后小口徑排氣口已無(wú)法滿足排氣速度要求，現(xiàn)場(chǎng)只能通過(guò)儲(chǔ)罐接收含氣油品并進(jìn)行排氣，由于原油收油儲(chǔ)罐均為外浮頂儲(chǔ)罐，結(jié)構(gòu)不同于拱頂罐，沒(méi)有氣相空間，在含氣油品接收時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)大量氮?dú)鉄o(wú)法及時(shí)通過(guò)呼吸閥向外排出，在一二次密封處會(huì)發(fā)生大量含油氣體噴射，噴出氣體攜帶油滴落至浮盤表面，需要大量人力物力進(jìn)行浮盤清理，并且嚴(yán)重影響了儲(chǔ)罐的安全平穩(wěn)運(yùn)行。本文主要對(duì)長(zhǎng)輸管道含氣油品接受工藝優(yōu)化、設(shè)備管理等方面進(jìn)行了分析，希望對(duì)于國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道復(fù)產(chǎn)含氣油品平穩(wěn)接收有一定的指導(dǎo)和幫助作用。

2 儲(chǔ)罐噴油原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)近5年來(lái)儲(chǔ)罐噴油現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，外浮頂原油儲(chǔ)罐在長(zhǎng)輸管道復(fù)產(chǎn)收油進(jìn)罐時(shí)不同程度的出現(xiàn)油氣噴射的情況，噴油點(diǎn)位置主要集中在儲(chǔ)罐進(jìn)油管線罐壁兩側(cè)90°扇形區(qū)域內(nèi)的一二次密封處，分布情況見(jiàn)圖1所示，目前運(yùn)行的外浮頂儲(chǔ)罐其浮盤外邊緣板與罐壁板之間的環(huán)形空間距離設(shè)計(jì)為250±100mm的間隙，其間隙內(nèi)填充密封材料，選用為一次彈性填料密封（聚氨基甲酸酯）的一次密封結(jié)構(gòu)+二次密封（橡膠密封）結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)由下向上的防止油氣揮發(fā)的雙重密封。此密封裝置既要緊貼罐壁以減少油品蒸發(fā)損耗，又要能夠保證浮盤在收油和發(fā)油過(guò)程中能夠自由靈活上下移動(dòng)，最終達(dá)到儲(chǔ)罐安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的。但近年在干線管道動(dòng)火作業(yè)結(jié)束后復(fù)產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在儲(chǔ)罐收油時(shí)頻繁有油品從二次密封噴射外流的現(xiàn)象，由此開(kāi)展分析如下。

圖1 外浮頂儲(chǔ)罐噴油點(diǎn)位置分布圖

（1）通過(guò)對(duì)罐壁及一二次密封結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。發(fā)現(xiàn)含油氣體氣噴射較多的原因主要由以下幾個(gè)方面：①由于儲(chǔ)罐建設(shè)期施工原因或地面下沉等造成的罐壁垂直度、橢圓度出現(xiàn)偏差。②儲(chǔ)罐壁板在建設(shè)期施工不規(guī)范導(dǎo)致壁板存在焊疤、凹坑等缺陷導(dǎo)致內(nèi)壁光滑度不夠。③一二次密封緊固件松動(dòng)及一二次密封填充物彈性不足。④浮盤運(yùn)行中發(fā)生偏移等其他原因。以上因素的影響導(dǎo)致一二次密封油氣濃度出現(xiàn)超標(biāo)，甚至出現(xiàn)一次密封處填料密封件與罐壁脫開(kāi)情況。

圖2 一二次密封結(jié)構(gòu)圖

（2）從工藝運(yùn)行方面進(jìn)行分析。儲(chǔ)罐在常規(guī)流程收油時(shí)，進(jìn)罐管線油品內(nèi)含氣體量較少，此時(shí)進(jìn)罐油品中少量的氣體通過(guò)泡沫堰板內(nèi)8臺(tái)邊緣呼吸閥正常排出罐外。當(dāng)長(zhǎng)輸管道動(dòng)火結(jié)束復(fù)產(chǎn)時(shí)油品中氮?dú)夂枯^多，含氣油品在進(jìn)罐收油時(shí)大量氣體隨油品進(jìn)罐后受到罐內(nèi)油品阻力和氣壓影響，在進(jìn)罐后沿著進(jìn)罐管線左右兩側(cè)罐壁迅速上升，聚集在進(jìn)罐管線側(cè)一二次密封處，部分少量氣體通過(guò)聚集點(diǎn)附近邊緣呼吸閥排至罐外，剩余大量無(wú)法及時(shí)外排的氣體從罐壁位置（靠近罐根閥相對(duì)密封薄弱的位置）快速排出，氣泡竄出一二次密封后迅速破裂，從而產(chǎn)生在一二次密封處強(qiáng)力拍打罐壁的現(xiàn)象，甚至有時(shí)出現(xiàn)罐壁明顯的搖動(dòng)的情況；當(dāng)進(jìn)罐油品排量進(jìn)一步增大時(shí)，進(jìn)入罐內(nèi)的氣體量也進(jìn)一步增加，大量氣泡從罐底部急速上升，增加了一二次密封拍打罐壁的沖擊力，導(dǎo)致一二次密封與罐壁發(fā)生間斷離合現(xiàn)象，造成越來(lái)越多的含油氣體直接噴出二次密封位置，從泡沫堰板環(huán)形區(qū)域內(nèi)流淌至浮盤頂部。

（3）從儲(chǔ)罐呼吸閥功能完好性進(jìn)行分析。呼吸閥有功能失效的情況發(fā)生，主要原因包括邊緣呼吸閥艙室側(cè)面開(kāi)孔（圖3所示C點(diǎn)）尺寸誤差，儲(chǔ)罐大修改造等造成的浮盤質(zhì)量增加，改變了浮盤的在油面的浸沒(méi)深度，減小了呼吸閥通氣量。

如圖3所示，儲(chǔ)罐內(nèi)液位正常運(yùn)行位置應(yīng)為圖中A點(diǎn)處，當(dāng)罐內(nèi)有氣體存在時(shí)需要通過(guò)C點(diǎn)后從呼吸閥排出，但現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)由于施工原因?qū)е翪點(diǎn)開(kāi)孔大小不一致，且部分孔太小或靠浮艙底板下邊，使得整個(gè)C點(diǎn)排氣孔浸沒(méi)在油品中，堵塞了氣體排出通道，當(dāng)大量氣體需要迅速排放時(shí)被迫出現(xiàn)呼吸閥冒油現(xiàn)象發(fā)生。其次，儲(chǔ)罐大修過(guò)程中忽略了浮盤浮力問(wèn)題，在浮盤泡沫堰板加高等改造施工結(jié)束后無(wú)形當(dāng)中加大了浮盤的重量，儲(chǔ)罐收發(fā)油運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致浮盤整體在油品中下沉，儲(chǔ)罐內(nèi)油品液位有原來(lái)的A點(diǎn)浸沒(méi)到B點(diǎn)處，使得C點(diǎn)通氣孔被完全埋沒(méi)在罐內(nèi)油品中，最終導(dǎo)致呼吸閥失效，大量氣體排出時(shí)就會(huì)有呼吸閥冒油現(xiàn)象發(fā)生。

圖3 呼吸閥底艙結(jié)構(gòu)

3 工藝優(yōu)化及處理措施

通過(guò)從長(zhǎng)輸管道工藝運(yùn)行操作、儲(chǔ)罐本體及一二次密封附件等多個(gè)方面綜合分析，減少儲(chǔ)罐收油時(shí)噴油現(xiàn)象應(yīng)采取以下優(yōu)化措施。

（1）含氣油品進(jìn)罐時(shí)啟動(dòng)旋噴系統(tǒng)方式，由正常干線來(lái)油進(jìn)罐流程切至進(jìn)旋噴攪拌器流程。旋噴旋噴攪拌器安裝于原油油罐底部接近中央位置，主要由主接座、渦輪葉片、旋轉(zhuǎn)軸、齒輪組件、噴嘴及密封件等部件組成，儲(chǔ)罐設(shè)置旋噴攪拌器的目的是為了利用進(jìn)罐管線油品壓力，驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最終油品從噴嘴向四周噴出，將油罐底部油泥等沉積減量并均質(zhì)化。旋噴攪拌器工藝管線從進(jìn)罐前DN600經(jīng)罐內(nèi)三次縮徑后變至DN200，提高了進(jìn)罐油品壓力，同時(shí)含氣油品經(jīng)旋噴器剪切后，氣泡變小，噴出油品攪動(dòng)罐底油泥等沉積物后，根據(jù)油品壓力，氣泡分布從罐底中央向罐壁圓周360度擴(kuò)散。通過(guò)罐前工藝流程切換，使含氣油品經(jīng)過(guò)儲(chǔ)罐罐底中央位置安裝的旋噴攪拌器后，油品中氣泡經(jīng)剪切變小且利用管線內(nèi)油品壓力帶動(dòng)旋噴器自轉(zhuǎn)，將氣體從罐底中央向四周擴(kuò)散并均勻并分布在浮盤底板處，并逐漸通過(guò)罐壁四周8個(gè)呼吸閥排氣，擴(kuò)大了罐內(nèi)氣體分布面，提高了儲(chǔ)罐排氣能力，從而避免常規(guī)進(jìn)油時(shí)進(jìn)罐管線兩側(cè)罐壁一二次密封發(fā)生噴油的現(xiàn)象。

（2）選擇較遠(yuǎn)的液位較低的儲(chǔ)罐進(jìn)行收油。首先選擇低液位的儲(chǔ)罐收油，可以有效防止含氣油品噴出罐外，以免造成油品流淌至罐壁外側(cè)污染罐區(qū)地面，造成更大的環(huán)境污染，流淌油品增加著火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。其次盡可能選擇較遠(yuǎn)的儲(chǔ)罐接受油品，讓更多的氣體在油品中均勻混合，減少單位管線內(nèi)油品中的含氣量，防止氣體聚集后形成體積較大的氣泡，破裂的氣泡造成一二次密封噴油，并且排氣時(shí)大的氣泡破裂后對(duì)罐壁造成嚴(yán)重的沖擊力，強(qiáng)力擊打損壞儲(chǔ)罐本體及附屬設(shè)備。

（3）收油前提前拆除儲(chǔ)罐上所有呼吸閥閥瓣配重，增大儲(chǔ)罐排氣量。儲(chǔ)罐泡沫堰板內(nèi)設(shè)計(jì)有8個(gè)DN100的邊緣呼吸閥，其作用是為了減少儲(chǔ)罐正常運(yùn)行時(shí)的排氣量，進(jìn)而減少罐內(nèi)油氣損耗，其設(shè)計(jì)開(kāi)啟壓力為+355pa，-295pa。但在干線接受含氣油品進(jìn)罐過(guò)程中，少量氮?dú)馀懦鰰r(shí)出現(xiàn)呼吸閥閥瓣頻繁動(dòng)作現(xiàn)象，隨著大量氣體涌出時(shí)，呼吸閥已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足排氣需要，大量含氣原油就會(huì)噴出罐外，因此在干線接受含氣油品時(shí)我們將儲(chǔ)罐的呼吸閥閥瓣拆除減少呼吸閥阻力，盡可能的助于大量氣體盡快排出。

（4）根據(jù)長(zhǎng)輸管道輸送工藝要求，適時(shí)倒通兩座儲(chǔ)罐同時(shí)收油。當(dāng)需要提高進(jìn)油排量時(shí)，大量氣體通過(guò)一座儲(chǔ)罐無(wú)法滿足需要，此時(shí)選擇兩座低液位的儲(chǔ)罐同時(shí)收油，以利于管道內(nèi)的氣體通過(guò)更多的點(diǎn)位快速排除。

（5）儲(chǔ)罐大修時(shí)要檢查更換一二次密封彈性材料，對(duì)緊固件進(jìn)行檢查緊固。浮頂密封裝置有一次密封和二次密封組成，密封裝置有耐油、耐腐蝕、耐老化材料制造。目前儲(chǔ)罐密封裝置為一次彈性泡沫軟密封結(jié)構(gòu)+二次密封機(jī)構(gòu)，其密封材料主要為彈性海綿棒，其形成密封包壓縮量為±100mm，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)浮盤和罐壁之間環(huán)形空間間隙的密封，當(dāng)儲(chǔ)罐在大修時(shí)根據(jù)彈性材料的形變程度對(duì)密封材料進(jìn)行更換，對(duì)連接件進(jìn)行檢查緊固，保證密封效果,較小噴油現(xiàn)象的發(fā)生。

（6）儲(chǔ)罐建設(shè)時(shí)期要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做好儲(chǔ)罐罐壁垂直度、凹凸度、橢圓度檢查，對(duì)浮盤呼吸閥底艙的焊接開(kāi)孔關(guān)鍵參數(shù)要個(gè)要求和驗(yàn)收。在建設(shè)期對(duì)儲(chǔ)罐焊接工藝的施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，造成儲(chǔ)罐功能附件焊接施工的關(guān)鍵技術(shù)要求沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)罐投運(yùn)后造成罐壁垂直度、焊接尺寸等參數(shù)超出規(guī)定的誤差范圍，最終導(dǎo)致在儲(chǔ)罐收油過(guò)程中，排氣沒(méi)有通過(guò)呼吸閥等功能附件而是通過(guò)罐壁與一二次密封間隙誤差造成的空隙噴出罐外，嚴(yán)把儲(chǔ)罐施工質(zhì)量關(guān)也是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。

（7）加強(qiáng)儲(chǔ)罐日常巡檢工作。著重測(cè)試一二次密封空腔內(nèi)可燃?xì)怏w濃度，對(duì)可燃?xì)怏w濃度較大的儲(chǔ)罐，可能是密封不嚴(yán)，倘若接受含氣油品極易造成噴油現(xiàn)象發(fā)生，因此盡可能不作為復(fù)產(chǎn)收油的儲(chǔ)罐使用。

4 結(jié)語(yǔ)

大型外浮頂儲(chǔ)罐作為原油的主要儲(chǔ)存設(shè)備，擔(dān)負(fù)著油品收發(fā)儲(chǔ)存的巨大任務(wù)，原油介質(zhì)具有易燃、易爆、易揮發(fā)等特點(diǎn)，使其在儲(chǔ)存及收發(fā)油過(guò)程中存在潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)，儲(chǔ)罐日常運(yùn)行中對(duì)設(shè)備設(shè)施及附件的定期巡檢和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作不可忽視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行解決處理，可有效提升設(shè)備可靠性。

近年來(lái)長(zhǎng)輸管道動(dòng)火作業(yè)在國(guó)內(nèi)管道行業(yè)的大型作業(yè)中占比呈逐年上升趨勢(shì)，其中原油管道通過(guò)外浮頂儲(chǔ)罐接收大量含氣油品的特殊工況和復(fù)產(chǎn)方式在國(guó)內(nèi)管道行業(yè)中目前沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)。

本文通過(guò)對(duì)含氣油品接收產(chǎn)生噴濺原因及其危害性進(jìn)行分析，總結(jié)探索出的含氣油品接收影響因素分析要點(diǎn)，提出了的相應(yīng)安全防范措施，希望能為本行業(yè)甚至煉化企業(yè)等其它領(lǐng)域提供有效的技術(shù)借鑒，對(duì)其有所指導(dǎo)幫助，保障安全生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。