郭志民，白瑛華，李國紅，李 軍

(中國石化河南油田分公司南陽石蠟精細(xì)化工廠，河南南陽 473132)

0 概述

金屬拱頂罐廣泛應(yīng)用于石油化工企業(yè)中，主要儲(chǔ)存重質(zhì)類油品，一般為常壓儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)壓力值為－490～2 000 Pa之間。運(yùn)行過程中，由于誤操作、呼吸閥故障或外部環(huán)境溫度發(fā)生激烈變化，可能會(huì)出現(xiàn)油罐吸癟現(xiàn)象，導(dǎo)致罐壁板特別是罐頂板的變形。某煉油化工企業(yè)曾經(jīng)發(fā)生夏季雷雨天氣，掃線罐溫度驟降，儲(chǔ)油罐罐頂板及壁板局部凹陷事故。本文針對(duì)該案例對(duì)油罐吸癟現(xiàn)象進(jìn)行分析，并討論修復(fù)方法、措施及注意問題。

2011年7月26日下午16時(shí)35分，該企業(yè)減壓餾分油罐區(qū)事發(fā)罐正在蒸汽掃線。此時(shí)突降大雨，17時(shí)整，正在崗位值班的操作工聽到一聲巨響，外出檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)掃線罐罐體癟陷。后仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)該罐罐體東南側(cè)壁板凹陷變形嚴(yán)重，東南部罐底板翹起0.7 m，整個(gè)罐體向一側(cè)癟陷。

1 原因分析

出事罐為1 500 m3常壓立式拱頂圓筒儲(chǔ)罐，直徑13.5 m，高度13 m，頂部有通氣孔(DN100)與大氣相通。下暴雨時(shí)，該罐罐內(nèi)液面高度1.1 m，正在進(jìn)行掃線，罐頂無保溫。在雨水劇烈沖刷之下，25 min后罐內(nèi)蒸汽急劇降溫凝結(jié)，造成油罐負(fù)壓，由于通氣孔(DN100)有效通氣面積小，來不及平衡罐內(nèi)外壓力，在外界大氣壓作用下將罐壓癟，是造成這次事故的直接原因。

1.1 罐內(nèi)蒸汽體積在雷雨前后的變化

雷雨前，罐內(nèi)液面高度1.1 m，罐內(nèi)蒸汽溫度175℃，據(jù)此計(jì)算出當(dāng)時(shí)蒸汽體積為1 703 m3。遭受大雨后，由于罐頂沒有保溫層，雖然掃線蒸汽仍以45 kg/h的速度進(jìn)入罐內(nèi)，但雨水帶走的熱量太大，罐內(nèi)急速降溫，溫度降低到75℃。經(jīng)計(jì)算，大雨后罐內(nèi)氣相體積收縮至1 133 m3，需要向罐內(nèi)補(bǔ)充氣體570 m3。由于油罐只有一個(gè)DN100通氣孔與大氣相連，為了補(bǔ)充所需的空氣量，需要通氣管內(nèi)流速達(dá)到48.36 m/s或者正常流速下反應(yīng)時(shí)間較長，導(dǎo)致罐內(nèi)出現(xiàn)真空。

1.2 罐內(nèi)壓力在雷雨前后的變化

掃線時(shí)罐內(nèi)壓力0.10 MPa，大雨后由于蒸汽急劇冷凝，罐內(nèi)真空度最高達(dá)－0.055 MPa。該罐設(shè)計(jì)壓力范圍在－490～2 000 Pa之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出罐設(shè)計(jì)的承受負(fù)壓能力，在風(fēng)壓部位形成癟罐。

1.3 操作原因

常壓與低壓儲(chǔ)罐通風(fēng)的推薦作法(SY/T6673－2006)中5.2.5.14 條要求:水蒸氣冷凝，如果低溫儲(chǔ)罐未絕熱部分充滿水蒸氣，環(huán)境冷卻導(dǎo)致的水蒸氣冷凝速度可能會(huì)大于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通風(fēng)量。為防止儲(chǔ)罐內(nèi)真空度過高有必要采取其他措施，包括采用大口徑通風(fēng)口(打開透光孔)和減緩儲(chǔ)罐冷卻速度。但該罐吹掃期間，車間未按照要求打開其余通風(fēng)口，導(dǎo)致通風(fēng)量不夠，儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)生真空，儲(chǔ)罐失效。

2 修復(fù)方法

儲(chǔ)罐罐頂吸癟修復(fù)方法主要有自然溫差加注水壓縮氣體法和機(jī)械修復(fù)法。

2.1 自然溫差加注水壓縮氣體法

通過封斷油罐所有與外部聯(lián)系的通道，利用環(huán)境溫度上升達(dá)到罐內(nèi)氣體壓力升高，而讓罐頂凹陷部位恢復(fù)。如果環(huán)境溫度溫差產(chǎn)生的升壓，不能使凹陷部位復(fù)原，則再進(jìn)一步向罐內(nèi)注水，壓縮罐內(nèi)的氣體，使其壓力同步提高，最終達(dá)到修復(fù)目的。此方案的優(yōu)點(diǎn)是方案簡單，投入少，能以最短時(shí)間完成修復(fù)工作。缺點(diǎn)是需要控制好進(jìn)內(nèi)壓力的升高值，并防止油罐產(chǎn)生“抬升”現(xiàn)象或?qū)ζ渌课话l(fā)生負(fù)面影響。

2.2 機(jī)械修復(fù)法

該辦法通過利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行提升或頂升，同時(shí)可以伴隨火烤鋼板使凹陷部進(jìn)行修復(fù)。此方法優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)對(duì)油罐整體產(chǎn)生影響，可控性高。缺點(diǎn)是:投入大，時(shí)間長，如采用內(nèi)頂升時(shí)，還需要在罐內(nèi)搭設(shè)腳手架，存在高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過對(duì)修復(fù)方案的討論比較，根據(jù)現(xiàn)場情況，從修復(fù)的時(shí)間、投入及修復(fù)后外觀的情況等因素進(jìn)行綜合考慮，決定采用自然溫差加注水壓縮氣體法來恢復(fù)罐頂凹陷部位。為保證油罐罐頂凹陷部位恢復(fù)，先計(jì)算確定升壓的壓力，并在升壓壓力下校核底部不被抬起，以及避免對(duì)罐壁板、包邊角鋼產(chǎn)生應(yīng)力影響，確認(rèn)安全后實(shí)施恢復(fù)工作。

2.3 修復(fù)步驟

排空罐內(nèi)存油，清罐，通風(fēng)排凈罐內(nèi)油氣。油罐進(jìn)出管道加盲板，安裝注水加壓的管道，儀表及設(shè)備。本次修復(fù)采用的是中水，利用開關(guān)閥門控制水量，根據(jù)壓力表觀測壓力，利用油罐的排污口管道完成注水和放水，注水流程見圖1。

先打開罐頂量油孔，使罐內(nèi)外壓力平衡，再封閉罐頂及罐體所有孔口，使罐內(nèi)壓力大于罐外大氣壓，罐內(nèi)壓力作用于罐體鋼板，向罐內(nèi)緩慢注水至罐內(nèi)液位4.5 m時(shí)，部分凹陷開始復(fù)原，注水至罐內(nèi)液位9 m時(shí)，油罐凹陷部位基本恢復(fù)。

圖1 油罐注水加壓簡圖

3 防范措施

對(duì)油罐熱損途徑進(jìn)行計(jì)算分析，認(rèn)識(shí)重油罐頂保溫的重要性，在部分高溫油罐罐頂有條件的情況下，進(jìn)行保溫處理。專門確定掃線罐，按照極端條件下的通風(fēng)要求，在透光孔蓋板上加裝DN300 mm的通氣孔，增大透氣通徑，使之能達(dá)到掃線罐的使用要求。罐內(nèi)壓力隨著外界氣溫變化而變化，在每日凌晨4:00～9:00之間罐內(nèi)氣壓達(dá)到最低點(diǎn)，因此在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能避開此時(shí)間段進(jìn)行收付油品及掃線操作。雷雨季節(jié)運(yùn)行油罐的日常管理建立預(yù)警機(jī)制，完善防雷電應(yīng)急救援預(yù)案并加強(qiáng)演練。加強(qiáng)對(duì)操作人員培訓(xùn)，使其熟知油罐呼吸系統(tǒng)的重要性，提高職工雷電災(zāi)害應(yīng)急處置分析、判斷、應(yīng)變能力。雷雨天氣加強(qiáng)油罐的運(yùn)行監(jiān)護(hù)，采取相應(yīng)措施(打開透光孔等)以平衡壓力，避免低液位時(shí)遇極冷條件出現(xiàn)真空等情況。