浮頂油罐雷電事故防護方案研究

王琦 高思想 趙建 董峻峰

摘要：近年隨著國內石油化工行業的不斷發展，國內原油和成品油的儲存運輸能力也日益增大，石油庫或石油儲備庫是儲存和轉運易燃、易爆油品的固定場所，是協調原油加工和成品油銷售供應的重要樞紐。如果石油庫或石油儲備庫發生火災爆炸事故，事故后果嚴重性將不可估計。通過多年油庫火災爆炸事故分析結果，雷電是引發事故的最主要原因，因此，如何做好石油庫和石油儲備庫的雷電防護工作，避免和減少火災爆炸等危險事故的發生概率，是保障國家、企業和員工生命財產安全的重要工作。

關鍵詞：一次密封；二次密封；雙盤式浮頂儲罐；雷電防護；火災

2011年國內某港口油品碼頭公司罐區2座原油儲罐密封圈處遭雷電起火，造成直接經濟損失261.67萬元。事故發生后，為降低儲罐再次發生雷電火災事故的風險可能性，該港口集團立即制定了浮頂油罐雷電防護改造計劃，對雷電破壞的儲罐進行修復性大修、進一步對其余多座油罐進行雷電防護改造。

1 事故原因分析

1.1 一次密封選型有誤

進過對發生事故的罐區的調查，發現該罐區的一次密封大部分采用的機械密封形式。機械密封是一種金屬絞架的剛性結構，金屬絞架會隨著儲罐內油品的增加和減少時浮盤的升降而發生轉動，另外金屬刮板與罐壁產生摩擦，都可能引起火花。同時由于儲罐液面上方與油氣隔膜形成的環形空間內因油氣的揮發而充斥著油氣，一旦環形空間內金屬絞架的剛性結構由于摩擦產生火花很容易引起油氣燃爆的可能性。由于機械密封的安全性存在問題，在中石化754號文中明確指出在雷雨多發區域，一次密封宜采用軟密封。

1.2 二次密封空間內存在油氣

雙盤式浮頂儲罐機械密封由一次密封空腔和二次密封空腔兩個密封腔組成。由于儲罐的一次密封空腔與儲罐油品的液面直接接觸，一次密封空腔內部積攢高濃度的可燃氣體，同時由于儲罐上方裝設阻火器的呼吸閥直接與大氣相通，不斷形成混合氣體，隨著混合氣體濃度的不斷增加，可能達到爆炸極限范圍。

由于目前大型儲罐的直徑都比較大，一次密封金屬密封板與罐壁之間的設計上允許存在空隙，因此油氣就會通過間隙進入二次密封空間，進而使二次空腔內逐漸充斥著油氣，油氣聚集多的區域可能會達到爆炸極限。通過對事故罐區內未發生事故的儲罐二次密封空間的爆發性可燃氣體檢測數據分析，發生事故的2座油罐浮頂與罐壁的密封圈之間有4處著火點，因此通過檢測數據可以推斷出該2座油罐二次密封空間存在可燃氣體且一些部位的濃度已達到爆炸極限范圍

1.3 儲罐周轉周期短

現場調查發現事故罐區儲罐存儲介質周轉頻率高浮船升降頻繁，浮船在完全升起前受到沖擊較大導致浮船產生不規則變形。這些由于變形導致的縫隙會加劇燃氣體濃度的升高。

1.4 儲罐罐體與浮盤之間沒有實現低阻抗連接

由于浮船的升降，儲罐罐壁與浮盤邊緣板短暫時間內的過電壓，增加可燃氣體被點燃的概率。

2 改造方案

2.1 更換彈性泡沫密封裝置

將儲罐的一次機械密封裝置全部更換為彈性泡沫密封裝置。機械一次密封的油氣空間較大，其中積聚的油氣濃度較高，所以拆除前必須現將防蒸發隔膜逐段開口排放油氣，確保施工安全。由于儲罐浮頂邊緣板不便焊接密封托板，所以彈性泡沫密封的安裝應由密封廠家以合理結構方式替代，以保證彈性泡沫密封的安裝與正常運行，安裝時應利用原有浮頂外側板螺栓孔尺寸及位置。所有的一次機械密封的拆除、彈性泡沫密封的安裝應在儲罐較高安全液位下進行，并且都要保證所有部件在不動火條件下拆卸、安裝。

2.2 更換新型二次密封

拆除儲罐現有的二次密封裝置，更換新的二次密封裝置。二次密封的安裝應利用浮頂外側板原有的安裝位置。其中二次密封導靜電片安裝間距不大于3m，導電片與罐壁接觸點距二次密封膠板上邊緣距離不小于50mm，并在二次密封裝置間作等電位連接。一次密封通過與二次密封的共用螺栓形成等電位。

2.3 更改運行規程

在操作規程上增加浮船未完全升起前的流速不應高于1m/s。

2.4 增加防雷接地裝置

目前外浮頂儲油罐主要采用伸縮式防雷接地裝置，進而實現儲罐罐體與浮盤的低阻抗連接，抑制儲罐罐壁和浮盤邊緣板的短暫時間內的過電壓，成數量級的減少可燃氣體被點燃的概率。伸縮式防雷接地裝置不但可以快速疏導雷擊在浮盤和儲存介質上的雷電流和束縛電荷，同時伸縮式防雷接地裝置通過提供低阻抗通道接地并縮短放電時間常數，把可燃氣體中產生火花的可能性降低到下限。其與儲罐罐體和浮頂連接的部位應采用無動火、可靠和有效的連接方式，保證可靠的電氣通路。每臺儲罐設置9套裝置，以保證連接點沿罐壁周長的間距不大于30m。

3 改造后效果確認

儲罐密封換型及防雷設施改造完成后，負責改造的設計單位對現場再次進行調研，結果如下：

3.1 更換一、二次密封

目前軟密封主要為浸入液下式安裝結構，由橡膠帶包裹著彈性囊體底部浸入油品液面以下，不能產生油氣空間，消除了油品的氣化和蒸發，并且沒有燃爆的空間。更換一、二次密封后，極大的降低了油氣空間被引燃的幾率。

3.2 重新制定運營規程、建立雷電災害天氣預案

發生事故的港務集團重新制定了更加科學嚴格的儲罐運營規程，并建了雷電等災害天氣的應急預案。提高了運營團隊的技能和應急處變能力。

3.3 增加伸縮式防雷接地裝置

每臺儲罐新增9個伸縮式防雷接地裝置，完成儲罐罐體與罐內浮盤的低阻抗連接，抑制儲罐罐壁與浮盤邊緣板短暫時間內的過電壓，成數量級的減少可燃氣體被點燃的概率。

4 結論

通過本次改造，經過試驗和實際運行的驗證，合理的解決了浮頂油罐雷電防護改造問題，該技術方案為以后的相關工程設計提供了一個穩定性高，運行可靠，可實施性強的參照標準。同時，為今后解決同類問題的解決提供了思路。

參考文獻：

[1]《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》（GB503412014）.

[2]《油氣儲庫工程設計》.中國石油大學出版社，290294.

[3]《石油儲罐附件》（SY/T0511.42010）.