罐區液壓安全閥隱患排查及優化措施

白建雄，胡靖平，杜晶磊，王鐵，柴興軍

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安　710000；2.中國石油長慶油田分公司第九安全環保監督站，陜西西安　710000）

罐區液壓安全閥隱患排查及優化措施

白建雄1，胡靖平2，杜晶磊1，王鐵1，柴興軍1

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安710000；2.中國石油長慶油田分公司第九安全環保監督站，陜西西安710000）

液壓安全閥是提高儲罐安全生產的重要設備，在機械呼吸閥失效時，它起到對罐體安全密封和防止罐體損壞的作用。在控制經費的情況下，對液壓安全閥進行多次優化測試，建議在極端低溫情況下采用25#環烷基變壓器油；簡化現有液封油高度公式，計算最佳加入量，節能降耗；對液壓安全閥進行改造，減輕作業人員工作強度，保證罐頂清潔；增強員工對液壓安全閥事故泄壓設備的認知，建議在罐頂設置壓力遠傳，風險意識前置，實時監控罐內壓力。

液壓安全閥；環烷基變壓器油；液封油高度簡化公式；技術改造

《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SHT3007-2014）第五條常壓和低壓罐區規定：采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的儲罐應設置事故泄壓設備［1］。蘇里格第三天然氣處理廠在罐體設置液壓安全閥作為事故泄壓設備。當機械呼吸閥因閥盤銹蝕或卡住而發生故障，或罐體收付作業異常等出現罐內超壓時，液壓安全閥起到罐體安全密封和防止罐體損壞的作用，所以必須保證液壓安全閥的安全運行。

1　液壓安全閥安全隱患排查中出現的問題

1.1液封油選擇不符合實際要求

按照中華人民共和國石油天然氣標準（SY-T 0511.2-2010）石油儲罐附件液壓安全閥液封油要求：液封油應為高沸點、低黏度、低凝固點的油品，宜采用變壓器油［2］。蘇里格第三天然氣處理廠測試殼牌LA40潤滑油（凝點高）、卡特彼勒10#液壓油（禁止排入環境，有污染隱患），防凍液（夏季乙二醇水溶液水分揮發嚴重）等作為液封油，均不符合生產實際要求，所以下面均以變壓器油做液封油分析。變壓器油一般分為環烷基變壓器油和石蠟基變壓器油，不同品牌凝固點不同，同品牌不同型號，凝固點也不同，比如昆侖變壓器油KI25XH和KI25XL，品牌型號選擇錯誤可能會造成變壓器油凝固。

1.2液封油沒有定量化

添加液封油時，員工按照經驗用紅漆在量油尺上的1/3～2/3處標出下限和上限。因為沒有量化液封油，液封油加的過少，儲罐內壓力達到液壓安全閥工作壓力時，液封油會被吹出，造成噴油，粘在罐頂的液封油在冬季很難清理，污染環境，加的過多，儲罐內壓力達到液壓安全閥工作壓力時仍然不工作，加液量過多也不符合節能降耗的生產要求。

1.3液封油觀察、灌裝、更換困難

變壓器油一般為無色，抽取量油尺觀察不方便且造成密封不嚴。排放變質的液封油不方便，液壓安全閥底部有排污絲堵，排污流速不可控。液壓安全閥與罐頂接近，接油容器很難放到絲堵口下部，所以換油時通常是兩人將分隔筒抬下，再將液封油用容器舀至桶內，分隔筒底部無法舀出的油用棉紗沾出，然后加入新液封油，再將變質的液封油從罐頂帶下油罐，最后恢復分隔筒［3］。

1.4對液壓安全閥思維定勢的隱患

對液壓安全閥隱患排查中發現：人為因素是一個很大的隱患。罐區氮封改造后，基層員工對液壓安全閥功能重要性的認知下降。蘇里格第三天然氣處理廠氮封裝置只有供氮裝置（ZZYVP-16B自力式指揮器調節閥），缺少泄氮裝置（ZZVP-16K自力式微壓調節閥）。第二，罐區缺少壓力遠傳，控制室無法實時監控氮封情況。第三，機械呼吸閥不具備防凍功能，嚴寒的冬季，罐內油氣混合物中所含有的水蒸氣在機械呼吸閥的彈簧鋼絲上冷凝凍結，使彈簧工作失靈。有時水蒸氣停滯于閥盤導桿與導套的間隙中并凍結，從而導致呼吸閥不能呼吸［4］。由上述可知，作為事故泄壓設備的液壓安全閥必須保證完好。但是由于員工潛意識認為罐內氮封微正壓，罐外有機械呼吸閥，呼吸氣平衡，罐體安全，缺乏氮封閥、機械呼吸閥失靈，液壓安全閥作為事故泄壓閥的重要性的認識（事故泄壓可以理解為緊急呼出氣體）。

2　優化措施

2.1變壓器油型號的選擇

蘇里格第三天然氣處理廠極端氣溫統計表（見表1）可知：1月和12月的氣溫有低于-25℃的天氣，2013 年1月3日氣溫為-30℃，所以保證液壓安全閥安全運行，選擇的變壓器油凝固點必須低于-30℃。

表1　蘇里格第三天然氣處理廠極端氣溫統計表

長慶油田油罐通常使用25#變壓器油作為液封液［5］。選擇國內兩大變壓器油品牌昆侖和長城的25#變壓器油做對比（見表2）。

表2　25#變壓器油典型數據對比

根據變壓器油GB2536-2001規定，25#變壓器油新標示為1℃～10℃變壓器油（通用）GB2536。環烷基變壓器油KI25XH比石蠟基變壓器油KI25XL和長城1℃～10℃（通用）GB2356的傾點低，這是由于石蠟基變壓器油含有較多正構烷烴，易形成立體網狀結構，將油包容起來，從而使油品失去流動性。傾點一般比凝點高2℃～3℃，KI25XH凝點-37℃～-38℃，KI25XL和長城1℃～10℃（通用）GB2356凝點為-26℃～-27℃，為了保證冬季液壓安全閥的安全運行，建議使用25#環烷基變壓器油或者40#石蠟基變壓器油。

2.2確定液封油最佳高度的現有公式

首先確定液封油的品種，對照油品質量檢驗表查出密度，利用密度換算出油品的容重，按照設計要求，查出液壓安全閥的呼氣壓力和吸氣壓力。國內目前多采用喬楨遴《儲罐液壓安全閥液封高度計算》［6］的公式計算液封油的高度。

根據流體力學計算密封液的液柱高度：

式中：hy-密封液的液柱高度；hz-密封液的真空度；Py-液壓安全閥控制的呼氣壓力；Pz-液壓安全閥控制的吸氣壓力；γ-密封液的容重。

這個地方需要特別強調的是：hm-隔板浸入密封液內的深度。

2.2.1對現有公式的簡化在實際的應用中，可以將上述公式進一步簡化：

式中：γ-容重；ρ-密度；g-加速度。

hm=P正啟×P負啟/γ/（P正啟+P負啟），hm為隔板浸入密封液內的深度，將液壓安全閥的正壓開啟壓力和負壓開啟壓力直接代入，計算更加簡便。

2.2.2舉例說明以蘇里格第三天然氣處理廠某液壓安全閥GYA-150（負壓開啟壓力-0.3 kPa，正壓開啟壓力1.5 kPa）為例，因為采購因素，選擇的是45#昆侖KI45X變壓器油，密度為878.9 kg/m3。

KI45X變壓器油浸過隔板28mm為最佳注入量。如果選擇昆侖KI25XH變壓器油，密度為883 kg/m3。

KI25XH變壓器油浸過隔板28mm為最佳注入量。KI25XH比KI45X變壓器油（170千克/桶）便宜50～100元，所以建議使用KI25XH變壓器油。

2.3液壓安全閥的技術改造

2.3.1液壓安全閥改造思路針對液壓安全閥液封油觀察、灌裝、更換困難的問題，可以在液壓安全閥上分別增加液位計，補油管，排液管及快開球閥（見圖1）。

圖1　液壓安全閥改造效果圖

2.3.2液壓安全閥增加液位計采用有機玻璃液位計，液位的高低通過玻璃管顯示出來，液位計上用紅色標出最適液位。有機玻璃液位計具有高度透明度，便于觀察；機械強度高，堅固、防裂、防震、防漏；耐候性強，使用壽命長等優點。在液壓安全閥的一側開2個直徑10mm的圓孔，安裝液位計。安裝液位計目的：觀察液封油液位，測算油氣揮發凝結水積液高度。

2.3.3液壓安全閥增加補油管和排液管及快開球閥在液壓安全閥的另一側開一直徑20mm的圓孔，安裝補油管，補油管上方加防塵絲堵，防止灰塵落入并起密封作用；在液壓安全閥底部開直徑20mm的圓孔加裝不銹鋼管和快開球閥來完成排液［3］。排液管排液也可以排察是否有油氣揮發凝結水結冰現象，確保液壓安全閥排氣通道暢通。

2.3.4液壓安全閥改造效果液壓安全閥改造后：觀察液封油液封高度方便，補加液封油輕松，排泄液封油流速可控，防止環境污染，減少操作員工數量，增強操作安全性，提高工作效率，符合HSE工作要求標準。

2.4思維定式隱患的解決

2.4.1液壓安全閥思維定式隱患形成的原因安全研究發現：事故成因可以分成兩類，一為不可抗拒因素，二為人為環節的因素，人為因素已經占到事故原因的80％。蘇里格第三天然氣處理廠2009年氮封改造至今，罐區沒有發生事故，員工對罐區的風險意識下降，認為罐頂氮氣保持微正壓，罐體氧含量在2％～3％，數值遠達不到儲罐所含低碳烷烴爆炸所需的氧含量，炸罐的概率下降，繼而對氮封閥、液壓安全閥失靈的風險考慮不周，1989年揚子石化歧化進料罐罐體炸裂，原因就是機械呼吸閥卡死，氮封閥失靈，液壓安全閥沒有設置。

2.4.2破除液壓安全閥思維定式隱患先從液壓安全閥的工作原理著手，清楚液壓安全閥作為呼氣閥的重要作用，破除思維定式（見圖2）。

圖2　液壓安全閥工作原理

圖2（a）是罐內常壓狀態，內外環的液封油等高；圖2（b）是罐內成正壓狀態，罐內氣體通過中心管的內環空間，把油擠入外環空間，若壓力繼續升高，內環油面和中間隔板下緣相平時，罐內氣體通過隔板下緣逸入大氣，使罐內氣壓不再上升；圖2（c）是罐內成負壓狀態，外環空間的油封降低被大氣壓入內環空間，外環油面到達中間隔板下緣相平時，空氣進入罐內，使罐內壓力不再下降。液壓安全閥的工作原理可以理解為保持罐內外氣體壓力平衡，呼吸氣平衡。蘇里格第三天然氣處理廠罐體氮封改造后，氮封裝置缺少泄氮部分，氮封閥作為吸氣閥，液壓安全閥作為呼氣閥（吸氣功能暫不考慮，因為分析的是液壓安全閥，假定機械呼吸閥不工作，便于討論），氮封閥和液壓安全閥保證罐體內外壓力動態平衡。氮封的關鍵工藝是通過儲罐呼、吸氣閥隨儲罐氣相壓力的變化，自動開啟和關閉來控制儲罐氣相空間氮封氣壓力，使之穩定在安全設定壓力范圍內，達到隔氧保護儲罐的目的［7］。因此必須重視液壓安全閥作為呼氣閥的功能。

2.4.3確立液壓安全閥思維新模式液壓安全閥是罐體壓力保護系統的最后一環，保證它的完好是必要的，但應將它納入壓力保護系統整體考慮，確保氮封閥、機械呼吸閥、液壓安全閥完好，實現全過程可控，同時建議在罐頂設置壓力遠傳，風險意識前置，實時監控罐內壓力。

3　結論

（1）選擇25#環烷基變壓器油，在氣溫低于-30℃時變壓器油不凝固，確保液壓安全閥的通氣通道暢通。

（2）簡化后的液封油高度公式便于員工對液封油高度的定量，實現標準化作業。定量的液封油既能保證液封效果，又能減少噴油造成的安全隱患。

（3）液壓安全閥技術改造后，降低員工操作強度，方便員工對液封油的觀察、灌裝、更換，同時為油氣揮發凝結水結冰提供一個新的觀察途徑。

（4）重視液壓安全閥的呼氣泄壓功能，從整體考慮罐體壓力保護系統，建議罐頂設置壓力遠傳，做到全過程實時監控。

［1］石油化工儲運系統罐區設計規范.SH/T3007-2014［S］.北京：中國石化出版社，2014.

［2］石油儲罐附件.SY-T 0511.2-2010［S］.北京：中國石化出版社，2011.

［3］劉海濤，劉孟華.石油儲罐液壓安全閥運行中存在的問題及改進措施［J］.儲運安全，2012，12（10）：49-50.

［4］陳建雄.油罐常用安全附件的維護與保養［J］.物聯網技術，2012，（10）：54-56.

［5］常武權.儲罐液壓式安全閥密封液外溢原因分析［J］.安全，2013，（10）：37-38.

［6］喬楨遴.儲罐液壓安全閥液封高度的計算［J］.油氣儲運，2003，22（5）：24-26.

［7］李勇.內浮頂凝析油罐氮封系統工藝改造［J］.石油與天然氣化工，2009，38（5）：406-408.

Safety inspection and optimization measures of hydraulic
safety valve in tank area

BAI Jianxiong1，HU Jingping2，DU Jinglei1，WANG Tie1，CHAI Xingjun1

（1.Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710000，China；2.NO.9 Safety and Environmental Protection Supervision Station of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710000，China）

Hydraulic safety valve is the important equipment which can improves the safety of storage tank，if mechanical breathing valve was failed，it will security seal the tank and prevent it from damaging.Under the control of the funds，take multiple optimization test of hydraulic safety valve and suggest 25 naphthene base transformer oil is used in the extreme low temperature，simplify the existing formula for seal height of liquid oil，calculate the best adding amount，save energy and reduce consumption，carry on the transformation to the hydraulic safety valve，reduce working intensity of personnel and ensure top tank clean，promote awareness the accident of hydraulic safety valve leak on the cognitive pressure equipment to staff，it is recommended to install the remote transmitting pressure at the top of the tank and risk awareness and real-time monitor pressure of the tank.

hydraulic safety valve；naphthene base transformer oil；formula for seal height of liquid oil；multiple optimization

TE972.1

A

1673-5285（2016）08-0138-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.032

2016-07-18