輕質油儲罐安全運行分析

宣飛釵

( 中國石化上海石油化工股份有限公司儲運部，200540)

自從國內各家煉廠煉制高硫原油以來，儲運系統油罐管理面臨前所未有的挑戰。各家煉廠輕質油儲罐在管理與運行過程中都發生過不少事故，其中浮盤腐蝕損壞引起沉盤的情況時有發生，硫化亞鐵氧化自燃事故也比較多。由于輕質油品極易揮發，一般都采用內浮頂罐儲存，罐內安裝浮盤，罐頂安裝透氣孔連通大氣，保持罐內外壓力平衡。浮盤的作用是減少油氣揮發空間，浮盤覆蓋在油品表面，隨著油品液位的升降而同步升降。浮盤沉盤以后，油品浸沒了浮盤，大量油品會通過罐頂透氣孔蒸發到大氣環境中，造成油品蒸發損耗和環境污染，遇到雷電極易引發火災。同時由于硫的腐蝕，罐內頂板及透氣孔周圍容易積聚硫化亞鐵，油罐發料時空氣被吸入罐內，引起硫化亞鐵氧化自燃，導致罐內混合性可燃氣體爆燃著火。另外，油品在收發過程中會產生靜電，如果油罐浮盤靜電接地系統不完好或被腐蝕，很容易產生靜電積聚，靜電放電將會引起燃燒或爆炸。

在油罐的發料過程中經常發現油罐管線積露、機泵抽空、機泵過濾網堵塞等現象，而在收料時發現透氣孔油氣揮發嚴重。2009 年，上海一座石腦油儲罐在收料過程中發生硫化亞鐵自燃事故，中國石油化工集團公司(以下簡稱中國石化)要求集團公司內所有煉化企業對輕質油儲罐展開專項檢查。因此某企業對汽油儲罐、石腦油儲罐、甲基叔丁基醚(MTBE)儲罐、污油儲罐、不合格柴油儲罐等19 座油罐進行專項檢查，發現1 座輕污油儲罐和1 座重石腦油儲罐的鋼浮盤沉沒;2 座石腦油儲罐和1 座不合格柴油儲罐的鋁浮盤散架沉沒;1 座不合格柴油儲罐和3 座石腦油儲罐部分浮筒腐蝕穿孔，浮筒內進入不合格柴油和石腦油，在收發料過程中因油氣溫度變化形成真空使浮筒吸癟脫落，失去浮力支撐而引發沉盤;1 座汽油儲罐的鋁浮盤沉沒;2 座石腦油儲罐的浮盤銅質靜電接地線斷裂;其余汽油儲罐的浮盤情況較好，但密封帶有損壞現象。

1 輕質油儲罐浮盤沉盤原因分析

石腦油儲罐、不合格油品儲罐、污油儲罐、含硫污水儲罐等罐內物料逸散廢氣中硫化物較多，對某一未進料時的污油儲罐的罐頂氣相進行了采樣分析，結果表明其中主要污染物為苯系物、總烴、硫化氫、二甲基二硫等，而在有吹掃氣進入罐內時，還帶有大量的水蒸氣，上述污染物濃度會更高。不合格油品罐在切水時，罐附近環境的廢氣中含硫化氫13.5 mg/m3，二甲基二硫16.5 mg/m3，已經對人體健康造成危害。在另一石腦油罐內透氣孔處測得硫化氫28.1 mg/m3，二甲基二硫10.5 mg/m3，在油罐內會對儲罐和浮盤造成嚴重腐蝕。而在進料時，這些廢氣會排放到周圍環境中，造成環境污染。

輕質油儲罐鋁質浮盤沉沒、浮筒吸憋的主要原因為:(1)浮筒被介質中硫腐蝕穿孔，在收發料過程中受物料反復沖擊，油料進入浮筒，因油氣溫度變化形成真空使浮筒吸癟，失去浮力支撐引發沉盤;(2)浮筒與鋁皮浮盤連接部位用鉚釘固定，使用久后鉚釘被腐蝕脫落，一旦鉚釘腐蝕脫落到一定程度，浮盤會因失去浮力而沉盤。

鋼質浮盤沉盤的主要原因為:鋼質浮盤主要沿著兩根導向管上下浮動，要求導向管安裝垂直度不能大于導向管高度的0.1%，且不應大于10 mm。因罐內儲存介質帶有腐蝕性，固定導向管支架發生腐蝕偏移，久而久之導向管發生扭曲變形，浮盤不能順利上下移動，從而發生沉盤現象。另外儲存的介質中輕組分質量分數高，若浮盤密封效果較差，在收料過程中，大量油氣從透氣孔中揮發出來，污染環境;而在發料過程中，外界空氣被吸入到罐內，隨著這部分輕組分分壓降低，造成油罐管線外部積露;罐內氧化鐵、硫化亞鐵及油品中所帶雜質堵塞機泵過濾網;另外，多數儲罐、浮盤存在高負荷、超負荷運行及帶病運行或超期服役等現象。

2 安全運行措施

2.1 改進儲罐的浮盤和密封結構，做好油罐防腐與靜電接地檢查

根據各家煉廠使用浮盤情況分析，中國石化在編制輕質油儲罐安全運行管理中明確規定了鋁制浮筒的大小、使用的材料、固定連接件材料和密封帶材料等。要求鋁制內浮頂的上升浮力(設計介質密度700 kg/m3)不應小于內浮頂總重的兩倍和浮頂上升時產生的摩擦力之和，且浮筒的浸液深度不宜小于100 mm;鋁制內浮頂浮筒宜選用卷焊式浮筒，直徑不宜小于200 mm，支柱材質應為5A02H1120，厚度不小于3 mm;所有連接件材質應為5052H24，厚度不小于3 mm;所有連接部位應采用奧氏體不銹鋼螺栓進行連接;鋁浮頂在整體安裝前螺栓應固定在主梁上，并采用過盈配合連接。蓋板之間不宜采用非金屬的橡膠密封件，壓條宜采用6063T6 槽鋁，以保證蓋板之間的密封效果;浮頂邊緣構件及穿過鋪板開孔處的部件應具有液封功能，浸入液體深度不宜小于100 mm;密封宜選用彈性密封;硫化氫質量濃度高的輕質油儲罐的橡膠包帶宜選用氟橡膠。

靜電接地線宜采用直徑不小于1.8 mm 的不銹鋼鋼絲繩。石腦油儲罐、焦化汽油儲罐、催化汽油儲罐和輕污油儲罐等罐內防腐底漆宜采用無機富鋅或環氧導靜電類涂料，面漆宜采用環氧或聚氨脂類耐熱、耐油性導靜電涂料，底板及底板上一圈壁板涂層干膜厚度不宜小于350 μm，其余部位涂層厚度不宜小于250 μm。

2.2 人工脫水改為自動脫水

輕質油品中的半成品(如不合格柴油、污油、石腦油等)會攜帶少量水分，當生產裝置運行不穩定時，帶水概率更高，但出廠或輸送到下游裝置時，油品禁止帶水輸送。所以每座油罐底部都設有切水閥，一方面確保油品出廠不帶水，另一方面及時切水保護罐底板不被腐蝕。對不合格柴油、污油、石腦油等儲油罐進行油氣空間和切出的污水進行采樣分析，具體見表1。

表1 儲罐油氣空間監測數據與罐內切出污水分析數據

從表1 可以看出:這些輕質油儲罐散發出來的油氣使周圍環境形成惡臭，對站在切水池周圍切水的操作人員的健康非常不利，因此要求將人工切水改為自動切水。

輕油儲罐內輕質油和水之間幾乎沒有乳化層，界面清晰，因此采用DTQ 型輕油儲罐自動放水控制系統。利用SZL -3 型油水界面高度檢測儀、YTH-OWHS-Ⅰ型水中含油分析儀、穩定可靠的系統控制器為油罐自動放水提供了可靠的技術保證。該系統已在中國石化揚子石油化工有限公司安裝了好幾臺，使用效果較好。

(1)系統組成

DTQ 型輕油儲罐自動放水控制系統分為油水界面高度檢測儀、水中含油分析儀、人機操作單元、控制單元和執行單元5 部分。油水界面高度檢測儀用于檢測罐內污水的油水界面高度;水中含油分析具有污水中含油率檢測功能;控制單元主要實現對檢測到的油水界面高度、污水含油率等數據進行分析計算，根據實際的油水界面高度的位置及排放污水中檢測到的含油率控制執行單元中閥門的開關度，實現自動放水不跑油的目的;執行單元將從控制單元傳輸的信號轉換為閥門的開關信號，控制污水排放量的大小，主要由氣動(電動)控制閥及回訊器組成;人機操作單元主要實現由系統控制器將各種參數上傳到上位機，方便操作員操作。人機操作單元工藝流程見圖1。

圖1 自動切水人機操作流程

(2)儀表安裝

在每座脫水罐下部安裝1 套油水界面高度檢測儀，通過連通器與罐體連接。污水排放口安裝1 套YTH-OWHS -Ⅰ型水中含油分析儀，在線監測污水排放過程中的含油量，如含油量超出設定值，關閥并報警提示，具體安裝見圖2。

圖2 自動切水儀表安裝

(3)操作

SZL-3 型油水界面高度檢測儀檢測罐內污水的界面高度。當界面高度達到設定值時，打開主閥放水，延時幾秒后，進行原油含水檢測，含油率到設定值時關主閥停止放水;當界面高度低于設定值時，直接關主閥停止放水，實現自動放水不跑油的目的。遠程監控終端主界面實時顯示含水率、油水界面高度和電控閥門的開關狀態。

操作中只要在操作界面上設置污水含油率百分比、水位高度和延時時間。當污水中含油率到設定值時自動關閉放水閥;而當污水中油水界面高度達到上位設定值時自動打開放水閥，低于下位設定值時自動關閉放水閥，當打開放水閥后，延時一定時間后進行污水中含油率檢測。

(4)油罐脫水后污水返入酸性汽提裝置

通過自動切水儀切出來的含油污水匯入一個臥式槽，槽內設置隔油系統，通過短時間沉降分離，含油污水表面的油層通過擋板2 流入槽的右側部分，由泵返回到原先污油罐，頂部揮發的油氣進入油氣吸附系統，水通過擋板1 流入槽的左側部分，由機泵打入硫回收裝置。含油污水密閉輸送流程見圖3。

圖3 含油污水密閉輸送流程

2.3 罐頂增設氮封和油氣回收設施

2.3.1 儲罐上設置氮封系統

氮封的作用主要是防止硫化亞鐵自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體，同時防止儲存介質氧化聚合等。高含硫原油的直餾石腦油組分活性硫和揮發性組分含量高，而焦化汽油硫含量高且易被氧化，因此對這兩種類型的儲罐設置氮封是必要的。

操作時將氮封罐內氣相空間壓力維持在1.2 kPa 左右。當氣相空間壓力高于1.4 kPa時，氮封閥關閉，停止氮氣供應;當氣相空間壓力低于0.8 kPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣，保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性氣體。儲罐氮封系統使用的氮氣純度不宜低于99.96%，氮氣壓力宜為0.5 ～0.6 MPa。

在儲罐罐頂增加氮氣接入口和引壓口，為確保壓力取值的準確性，兩開口之間的距離不宜小于1 m。在相同油品儲罐之間設置氣相聯通管道，每臺儲罐出口均應設置阻火器，以防止事故擴大。

2.3.2 增設油氣回收系統

石腦油罐油氣回收可采用“低溫粗柴油吸收”工藝，目前該工藝已在中國石油化工股份有限公司金陵分公司得到應用，油氣回收率達98%以上，直接效益雖然不是很高，但其社會效益和環境效益顯著。

(1)工藝介紹

來自石腦油罐的油氣在油氣回收裝置中液環壓縮機的引氣作用下，首先進入緩沖罐進行氣液分離，然后進入液環壓縮機，經過壓縮后，油氣壓力提高到0.25 MPa，進入低溫吸收塔與5 ～10 ℃的粗柴油逆流吸收，將油氣中95%以上的油氣吸收到粗柴油中，并可將油氣中的有機硫化物全部吸收凈化，最終凈化氣達標后排放。

吸收塔貧吸收柴油來自于2#催化柴油餾出口，溫度低于60 ℃，吸收柴油流量由流量控制閥控制在30 m3/h，經過貧油預冷器、貧油/富油換熱器換熱后，進入制冷機組冷卻到5 ～10 ℃，然后進入吸收塔進行吸收，吸收過程為正壓吸收，可增加吸收效率。吸收后的柴油由富吸收油泵輸送，與貧油/富油換熱器換熱后送至界區半成品中間罐。

(2)反應機理

廢氣中烴類物質與柴油吸收機理為“相似相溶”原理。“相似”是指溶質和溶劑在結構上相似，“相溶”是指溶質與溶劑彼此互溶。由于極性分子間的電性作用，使得極性分子組成的溶質易溶于極性分子組成的溶劑，非極性分子組成的溶質易溶于非極性分子組成的溶劑。汽油、石腦油裝船油氣回收采用“低溫粗柴油吸收”工藝，就是利用易吸收油氣的有機溶劑(汽油、柴油)與廢氣接觸，將其中的油氣溶解從而達到脫除的目的。另外，在低溫下進行吸收，也使部分高沸點有機物直接冷凝為液體。

3 結論

各家煉廠煉制高硫原油2 ～3 a 后，使用的輕質油儲罐均產生不同的事故隱患。如硫化亞鐵自燃、雷擊或靜電引起火災時常有報道，浮盤沉盤這種事故隱患屢見不鮮。針對國內外輕質油儲罐在使用中存在較多隱患和對輕質油儲罐檢查和環境數據檢測情況，建議采取一些改進措施:因罐內含H2S 較高，采用人工切水，對人體健康相當不利，罐內切出污水含氨氮、硫化物、化學耗氧量等指標較高，一般的污水處理廠很難處理這些指標，應采用自動切水儀切水，并把切出來的污水返入酸性水裝置重新處理。為了防止硫化亞鐵自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體，同時防止儲存介質氧化聚合等，應采用氮封。目前罐內安裝的鋁浮盤密封性能欠佳，收料時透氣孔排放出來的油氣對環境污染很大，應增設油氣回收裝置以達到保護環境的目的。