萬(wàn)焱明，黃偉良

(中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南岳陽(yáng) 414012)

儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤(pán)是一種通過(guò)浮力使之隨儲(chǔ)罐液面升降而升降的覆蓋在液面上的節(jié)能環(huán)保設(shè)備。由于浮盤(pán)與油品液面之間幾乎沒(méi)有油氣空間，基本消除了油罐大呼吸損耗，同時(shí)降低了大氣與儲(chǔ)存油品的熱傳導(dǎo)，有效減少了油品的蒸發(fā)損失。

國(guó)外從20世紀(jì)50年代開(kāi)始建造內(nèi)浮頂油罐。國(guó)內(nèi)直到1978年才開(kāi)始試制淺盤(pán)式內(nèi)浮頂油罐。據(jù)報(bào)道，淺盤(pán)式內(nèi)浮頂油罐出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，其中最主要的是沉盤(pán)問(wèn)題。近年來(lái)，儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)汽油、輕污油罐的淺浮盤(pán)均出現(xiàn)過(guò)沉盤(pán)現(xiàn)象。本文分析134#罐沉盤(pán)原因，并提出預(yù)防措施。

1 沉盤(pán)事故簡(jiǎn)介

1.1 基本情況

汽油罐區(qū)134#罐于2015年8月在收油過(guò)程中出現(xiàn)浮盤(pán)沉盤(pán)。134#罐建設(shè)投用于1985年，罐壁為對(duì)接方式，直徑17 m，罐壁高16.8 m，浮盤(pán)為鋼制淺浮盤(pán)，密封裝置為囊式密封，后改為充液密封。原設(shè)計(jì)儲(chǔ)存介質(zhì)為汽油，后改儲(chǔ)汽油組分非芳烴。

1.2 沉盤(pán)經(jīng)過(guò)

2015年8月18日14∶20，134#罐雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn)故障，18日至28日液位計(jì)故障原因一直未排查出來(lái)，遂實(shí)行人工檢尺計(jì)量。28日15∶20，儀表人員和車(chē)間技術(shù)人員到134#罐罐頂維修雷達(dá)液位計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)罐頂安裝雷達(dá)液位計(jì)的導(dǎo)向管處(檢尺口對(duì)側(cè))發(fā)生變形，導(dǎo)向管上端傾斜約30°，罐頂局部凹陷，打開(kāi)透光孔檢查，發(fā)現(xiàn)浮盤(pán)沉沒(méi)。通過(guò)檢尺核對(duì)，此時(shí)油品的實(shí)際液位是7.2 m，測(cè)量到浮盤(pán)上方約有5 m的液位。

1.3 設(shè)備設(shè)施損壞情況

清罐后，進(jìn)罐檢查、測(cè)量，損壞情況如下：浮盤(pán)下沉至罐底部，處于傾斜狀態(tài)，部分支腿被浮盤(pán)壓彎；罐內(nèi)壁與浮盤(pán)邊緣板有明顯的摩擦痕跡；導(dǎo)向管與浮盤(pán)導(dǎo)向輪有明顯的摩擦痕跡，并且有一個(gè)導(dǎo)向輪脫落，見(jiàn)圖1；經(jīng)測(cè)量，其中一根φ159 mm×6 mm的導(dǎo)向管在9.37 m高度處彎折變形最嚴(yán)重，見(jiàn)圖2；浮盤(pán)密封橡膠皮局部外翻。

2 沉盤(pán)原因分析

2.1 浮盤(pán)浮力核算

圖1 導(dǎo)向輪損壞

2.1.1浮盤(pán)的結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

淺浮盤(pán)主要由浮盤(pán)面板、邊緣板及加強(qiáng)角鋼、泡沫擋板、加強(qiáng)筋板、浮盤(pán)支腿、人孔、呼吸閥、導(dǎo)電繩等部分組成。134#罐淺浮盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖3，基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 134#罐浮盤(pán)基本參數(shù)

2.1.2浮力核算

2.1.2.1原始設(shè)計(jì)的浮力

原設(shè)計(jì)儲(chǔ)存介質(zhì)為汽油，汽油密度ρ汽油=735 kg/m3。

根據(jù)浮力計(jì)算公式：

F=ρ×g×V

Gg+f=ρ×g×S×h

式中：F——浮盤(pán)產(chǎn)生的浮力，N；

ρ——介質(zhì)密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

V——浮盤(pán)排液體積，m3；

G——浮盤(pán)及密封的總重量，N；

f——浮盤(pán)密封與罐壁的摩擦力，N；

S——浮盤(pán)截面積，m2；

h——浮盤(pán)邊緣板浸入液體中的深度，m。

該罐原設(shè)計(jì)的浮盤(pán)密封為囊式密封，囊式密封重量：155 kg。

囊式密封的填充物為海綿，浮盤(pán)運(yùn)行時(shí)囊式密封與罐壁的擠壓力較小，密封與罐壁的摩擦力按浮盤(pán)及密封重量的1%計(jì)算。

計(jì)算得，設(shè)計(jì)浮盤(pán)吃水深度h≈72 mm。邊緣板仍有208 mm高的余量。

2.1.2.2儲(chǔ)存介質(zhì)及密封變更后的浮力

2010年油罐大修時(shí)更換為充液密封。充液密封丁腈橡膠重量：370 kg；工業(yè)鹽：50 kg；充液軟管尺寸：φ280 mm，介質(zhì)為水(充水量為70%)，計(jì)算得軟管內(nèi)充水重量為：2 262 kg。

非芳烴密度ρ非芳烴=672.7 kg/m3。

充液密封的填充物為食鹽水，浮盤(pán)運(yùn)行時(shí)食鹽水對(duì)罐壁產(chǎn)生較大的擠壓，密封與罐壁的摩擦力按浮盤(pán)及密封重量的10%計(jì)算。

計(jì)算得，更換為充液密封后，儲(chǔ)存非芳烴，浮盤(pán)的吃水深度h≈104 mm。

改變儲(chǔ)存介質(zhì)和浮盤(pán)密封后，浮盤(pán)吃水深度為104 mm，浮盤(pán)仍有176 mm余量，正常運(yùn)行不會(huì)導(dǎo)致沉盤(pán)。

2.2 浮盤(pán)腐蝕穿孔分析

根據(jù)開(kāi)罐檢查情況，浮盤(pán)面板及邊緣板無(wú)腐蝕穿孔現(xiàn)象，可排除浮盤(pán)因腐蝕穿孔、油品浸入浮盤(pán)頂而導(dǎo)致的沉盤(pán)。

2.3 工藝分析

2.3.1浮盤(pán)低位運(yùn)行情況

通過(guò)查閱134#罐的操作記錄，近3個(gè)月來(lái)該罐無(wú)低于浮盤(pán)工作檔位運(yùn)行的情況，排除低位運(yùn)行導(dǎo)致浮盤(pán)損壞的可能。

2.3.2工藝操作情況

14日12∶10該罐開(kāi)始收乙烯料和非芳烴。8月18日14∶00停止收油。8月18日～28日付油調(diào)合，28日下午發(fā)現(xiàn)沉盤(pán)。134#罐收付油動(dòng)態(tài)見(jiàn)表2。

表2 134#罐收付油作業(yè)

根據(jù)表1和DCS系統(tǒng)中雷達(dá)液位計(jì)記錄，134#罐于18日14∶01停止收非芳烴、乙烯裂解料，液位計(jì)趨勢(shì)圖正常，顯示液位為10.17 m。14∶20左右134#罐在靜止?fàn)顟B(tài)下突然出現(xiàn)液位異常，并且液位計(jì)顯示值快速下降，此現(xiàn)象與油罐導(dǎo)向管在9.37 m高度處明顯彎曲基本吻合。說(shuō)明此時(shí)浮盤(pán)失穩(wěn)，在自重作用下，傾斜、快速下墜，導(dǎo)向管在外力作用下彎曲變形，雷達(dá)液位計(jì)的導(dǎo)波繩與導(dǎo)向管接觸，導(dǎo)波傳輸異常，液位計(jì)出現(xiàn)故障。

16日14∶01至18日14∶01，134#罐在繼續(xù)單獨(dú)收乙烯裂解料時(shí)，液位從8.341 m上升至10.17 m過(guò)程中，由于組分中攜帶大量氣相，氣相在罐內(nèi)氣化嚴(yán)重，氣體攜帶液相，形成泛液。由于淺浮盤(pán)邊緣板余量只有176 mm，泛液容易噴濺到淺盤(pán)上，隨著泛液的積累，導(dǎo)致浮盤(pán)失穩(wěn)、下墜。

2.3.3浮盤(pán)液泛的形成

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[1，2]，液泛是引起鋼制淺浮盤(pán)沉盤(pán)的主要原因。

所謂液泛，是指油品從煉油裝置輸送到常壓罐中壓力降低，使得原來(lái)的相平衡破壞，在油罐內(nèi)達(dá)到新的平衡，產(chǎn)生大量油氣，特別是當(dāng)油品中攜帶氣相或極易揮發(fā)的液化烴類(lèi)時(shí)，氣體積聚在密封裝置與罐壁的空間中，聚集的氣體壓力達(dá)到一定值時(shí)，氣體夾帶油品，通過(guò)密封與罐壁之間的縫隙，噴濺到浮盤(pán)頂上而形成的積液。

油品組分越輕，特別是含有C5以下的組分時(shí)，越易形成液泛，并引起浮盤(pán)的上下顛簸。當(dāng)浮盤(pán)上的積液達(dá)到一定的重量時(shí)，浮盤(pán)浮力不夠，浮盤(pán)失穩(wěn)，導(dǎo)致下落而沉盤(pán)。液泛的形成見(jiàn)圖4。

圖4 內(nèi)浮頂液泛形成示意

3 防范措施

3.1 淺盤(pán)式內(nèi)浮頂油罐的升級(jí)改造

鋼制淺浮盤(pán)由于自身沒(méi)有浮力元件，僅依靠浮盤(pán)面板及邊緣板組成的空間浸沒(méi)在液體中產(chǎn)生浮力，且浮頂上容易因液泛而積液，其抗沉性和抗液泛性差，因此該類(lèi)浮盤(pán)容易出現(xiàn)卡盤(pán)、沉盤(pán)等現(xiàn)象。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，儲(chǔ)存甲B、乙A類(lèi)的液體應(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。油罐選用淺浮盤(pán)已不符合規(guī)范要求。目前儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)仍然有15臺(tái)鋼制淺盤(pán)式內(nèi)浮頂罐在使用(其中三苯罐區(qū)6臺(tái)正在改造)，應(yīng)逐步更換成金屬浮艙式內(nèi)浮頂罐。五垅輕污油罐、134#罐的浮盤(pán)陸續(xù)改為浮艙式浮盤(pán)后，運(yùn)行平穩(wěn)。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)行管理

a)監(jiān)控油品理化指標(biāo)。主要檢測(cè)油品蒸汽壓、溫度，防止油品在罐內(nèi)產(chǎn)生液泛。裝置輕質(zhì)油應(yīng)監(jiān)控蒸汽壓(C4含量)，40℃的蒸汽壓不應(yīng)超過(guò)88 kPa；多組分物料進(jìn)罐時(shí)，應(yīng)根據(jù)各組分蒸汽壓情況，合理安排好進(jìn)罐工藝介質(zhì)的數(shù)量和方式，應(yīng)盡量減少C5組分進(jìn)罐，杜絕C4組分進(jìn)罐，同時(shí)輕質(zhì)油出裝置溫度不應(yīng)大于40℃，嚴(yán)防儲(chǔ)罐超壓運(yùn)行。儲(chǔ)罐的介質(zhì)不應(yīng)隨意變更，因密度的變化，帶來(lái)浮盤(pán)浮力的變化。氮?dú)獾冉橘|(zhì)掃線(xiàn)，禁止從底部進(jìn)罐。

b)控制油品進(jìn)出罐流速。通過(guò)控制油品進(jìn)罐流速，一方面使得浮盤(pán)平穩(wěn)升降，降低浮盤(pán)卡盤(pán)的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面避免油品在罐內(nèi)攪動(dòng)，減少油品揮發(fā)。浮盤(pán)起浮前收油管道流速不應(yīng)大于1 m/s，起浮后收付油管道流速不應(yīng)大于4.5 m/s。

c)控制浮盤(pán)運(yùn)行高度。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐正常操作時(shí)，最低液面應(yīng)高于浮頂?shù)闹胃叨?，最高液位?yīng)低于油罐的安全高度。油罐應(yīng)增設(shè)高、低液位報(bào)警設(shè)施。

3.3 設(shè)施改造

a)浮盤(pán)密封的改造。由于充液密封的效果優(yōu)于囊式密封，近幾年得到了快速推廣。但是充液密封將增加淺浮盤(pán)重量的20%左右，因此不建議將囊式密封更換為充液密封，以減少沉盤(pán)的風(fēng)險(xiǎn)。

b)罐內(nèi)增設(shè)擴(kuò)散管。在罐內(nèi)收油線(xiàn)上增設(shè)擴(kuò)散管(見(jiàn)圖5)，擴(kuò)散管盡可能往罐底中延伸，擴(kuò)散管的直管段的兩側(cè)和上下開(kāi)一定數(shù)量的小孔。油品流經(jīng)擴(kuò)散管，可均勻排出油品中夾帶的氣體，同時(shí)可降低進(jìn)罐流速，減輕對(duì)浮盤(pán)的沖擊。

圖5 罐內(nèi)收油線(xiàn)擴(kuò)散管示意

c)定期檢驗(yàn)。鋼制浮盤(pán)應(yīng)定期檢查、檢驗(yàn)，及時(shí)修復(fù)缺陷，防止因滲漏、浮力不夠而沉盤(pán)。

3.4 日常檢查

a)投用前的檢查。油罐、浮盤(pán)檢修后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)浮盤(pán)附件的檢查，特別是浮盤(pán)支腿應(yīng)調(diào)整到位，上下運(yùn)行靈活，插銷(xiāo)安裝牢固，可避免由于支腿問(wèn)題導(dǎo)致浮盤(pán)傾斜、沉盤(pán)。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因浮盤(pán)支腿調(diào)整不到位，而出現(xiàn)浮盤(pán)卡盤(pán)、沉盤(pán)現(xiàn)象。

b)投用中的檢查。生產(chǎn)崗位應(yīng)每季度對(duì)浮盤(pán)運(yùn)行及密封裝置進(jìn)行一次檢查(最好安排在浮盤(pán)高位時(shí)檢查)，發(fā)現(xiàn)浮盤(pán)上有積液、密封破損等情況，應(yīng)清罐檢查，避免沉盤(pán)而造成的損失增大。

4 結(jié)語(yǔ)

浮盤(pán)的平穩(wěn)運(yùn)行，關(guān)系到油品降耗，以及安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、員工健康。淺浮盤(pán)由于結(jié)構(gòu)缺陷，易發(fā)生沉盤(pán)事故，應(yīng)逐步更換為浮艙式浮盤(pán)等性能優(yōu)良的產(chǎn)品，同時(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行管理和日常檢查，完善高、低液位報(bào)警裝置，以實(shí)現(xiàn)浮盤(pán)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 洪錫彬.推薦兩種鋼制內(nèi)浮頂油罐新結(jié)構(gòu)[J].石油商技，1988(3):25-28.

[2] 李子軍.穩(wěn)定汽油罐宜選用環(huán)艙式鋼制內(nèi)浮盤(pán)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1998，17(1):19-21.