輕質油內浮頂罐增設氮封的工藝及設備改造

馬炯飚

摘 ?要：內浮頂油罐使用時間越長，浮盤密封性能就越差，輕質油品的揮發(fā)也就越嚴重，這對環(huán)保、安全都帶來巨大挑戰(zhàn)。如何確保輕質油內浮頂罐的環(huán)保、安全是一個值得探討的問題。本文主要介紹內浮頂油罐增設氮封以隔絕空氣和油氣來保證儲罐安全的工藝設計。通過水力計算分析確定緩沖罐、氮氣管道規(guī)格，并對儲罐需要進行的設備改造做了簡要介紹，同時對兩種典型的氮封流程展開對比研究。

關鍵詞：氮封;安全;內浮頂;水力計算

1.引言

鎮(zhèn)海煉化重整原料罐G912～914為常壓內浮頂罐，建造于2003年，罐容均為5000立方米，罐體不保溫，儲罐在罐壁設置了8只通氣孔，罐頂通氣孔1只，通氣孔與大氣直通，浮盤密封裝置采用囊式密封。在使用過程中發(fā)現(xiàn)油罐輕組分揮發(fā)嚴重，罐區(qū)內即便在不操作時也有很重的油氣味，在夏季及物料進罐時就更為明顯。大量輕組分的揮發(fā)降低了原料的品質，增加了損耗，且由于罐頂呼吸閥排出氣中夾帶的油氣遇外界冷空氣降溫而形成細小油珠，會使罐頂局部污染[1-3]。同時油氣揮發(fā)到儲罐和大氣中，除了造成大氣污染之外，還將極大的增加儲罐和罐區(qū)火災危險性[4-5]。

2.氮封設施

2.1氮封設施必要性研究

通過hysys軟件對物料進行模擬（40℃，101.3kpa）可得到如下主要物性（表1），其中蒸汽密度及爆炸范圍取值于《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》。

從上表可以看出，重整料飽和蒸汽壓較高而爆炸下限很低，在常壓儲存條件下?lián)]發(fā)組份在罐浮盤氣相空間內極易到達爆炸范圍。媒體多次報道大型外浮頂原油罐及輕質油內浮頂罐在雷暴天氣下爆炸著火的消息也印證了這一點。且從組份中可知油品中硫含量較高，儲罐硫腐蝕不可避免，硫化亞鐵自燃的危險性也時刻存在。為防止儲罐爆炸著火，確保儲罐安全，需在罐內氣相空間充入氮氣，降低氧含量，避免爆炸空間的形成以及硫化亞鐵在有氧環(huán)境下的氧化、自燃。同時，儲罐氣相空間保持微弱正壓也可在一定程度上減少油品的蒸發(fā)損耗。

2.2氮封設施流程描述

氮氣自現(xiàn)有高壓氮氣管網(wǎng)接出，設置兩套并聯(lián)的減壓閥組減壓后接至氮氣緩沖罐。經(jīng)氮氣緩沖罐緩沖后流至罐頂?shù)忾y，當設置于罐頂?shù)娜嚎诟袘絻迚毫Φ陀陂y門設定壓力時，氮封閥開啟，氮氣流入儲罐，隨著罐內壓力的升高并達到氮封閥的設定壓力時，氮封閥關閉，完成補氮過程。

當3臺儲罐中既有儲罐收油，又有儲罐發(fā)油時，氮氣連通線便發(fā)揮作用，收油油罐中氮氣經(jīng)連通線流至壓力較低的發(fā)油油罐中，使3臺油罐的氣相壓力保持平衡，可有效減少氮氣的損耗，據(jù)相關資料，增設氮氣平衡線后氮氣損耗量為未加氮氣平衡線時的一半。

2.3氮氣量的確定

氮封氣的需用量由兩部分組成：一部分為泵抽出液體需補充的氮氣量，這個氣量在數(shù)值上等于泵的最大輸出流量，對于同一原料類型的儲罐，由于工藝上不可能出現(xiàn)各儲罐同時作業(yè)情況，該部分氣量按最大儲罐作業(yè)情況下而定。另一部分是由氣溫變化引起罐內氣體冷凝所需補充的氣量。

2.4氮氣緩沖罐壓力的確定

因氮封閥前管網(wǎng)壓力與氮氣緩沖罐的壓力基本一致，可根據(jù)氮封閥的工作壓力要求來確定緩沖罐壓力。考慮到氮封閥前管網(wǎng)壓力過大時，氮封閥需要2級減壓才能減至設定壓力，多一級減壓即意味著多一套減壓機構，而壓力設低即意味著更大的緩沖罐罐容，綜合考慮后將氮氣緩沖罐壓力設定為0.6 MPa（G）。

2.5氮氣緩沖罐的罐容確定

氮氣緩沖罐容量并無相關規(guī)范標準做明確要求，本次改造從安全角度出發(fā)，考慮緩沖罐能儲存3套氮封設施1min內最大氮氣需用量。儲罐由于溫降所需的氮氣用量大，而且要求3套氮封設施需同時供氮。故緩沖罐罐容按儲罐最大溫降加上單罐最大流量出油時所需的氮氣量設計。

3.設備改造

重整原料罐在罐壁設置了8只通氣孔，罐頂通氣孔1只，通氣孔與大氣直通，浮盤密封裝置采用囊式密封，雖然囊式密封裝置密封效果較好，但相對更容易破損。由于儲罐為裝置原料罐，儲罐進、出油操作頻繁，密封裝置的密封效果下降再所難免。輕質油氣隨著縫隙進入浮盤上層，導致鋁浮盤上側空間的的易燃氣體濃度相對比較高，而浮盤上側空間與大氣直接連通，也進一步加劇了油氣的揮發(fā)，這就是罐區(qū)內油氣味很重的主要原因之一。

儲罐增加氮封設施后，原來直通大氣的常壓儲罐設計顯然不再適用，需對罐體進行必要的改造，首先將罐壁及罐頂通氣孔封死，將儲罐改成“內浮頂拱頂罐”。同時在罐頂增設幾個必需的管口以滿足氮封設施的要求。包括：氮氣入口、氮封取壓口、氮氣平衡口。

原儲罐設計壓力為常壓，增設氮封后儲罐成為微正壓儲罐，為確保儲罐超壓情況下的安全，根據(jù)《石油化工企業(yè)儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》中的呼吸量的要求并結合介質組份輕，易揮發(fā)的特性，每臺罐選用全天候防火呼吸閥2臺，型號為QZF-250，正壓取壓為980.7Pa，負壓294.2 Pa。為防止呼吸閥高壓失效時對儲罐的破壞，每臺儲罐還需增設液壓安全閥1臺，型號為GYA-250，正壓取壓為呼吸閥取壓的1.1倍，即為1078.8Pa。液壓安全閥是呼吸閥的安全備用設備，它的吸氣和呼氣的動作壓力略高于呼吸閥，在呼吸閥一旦失靈或在冬季凍結時，液壓安全閥的液封即被破壞從而保護油罐免遭破壞。

4.結論

通過本文的研究，取得以下結論：

（1）安全是生產永恒的主題，輕質油內浮頂罐增設氮封能有效保證油罐安全，本文對諸如汽油、石腦油、凝析油等輕質油儲罐的改造具有一定的借鑒意義。

（2）內浮頂油罐增設氮封時，必然需要對儲罐進行相應的設備改造以適應新的儲存工況。

參考文獻

[1] ?謝水海. 石油儲罐防腐蝕技術規(guī)范在鎮(zhèn)海煉化的實施[J]. 石油化工腐蝕與防護，2011（2）：24-26.

[2] ?孫茂成. 大型儲罐設計有關問題探討[J]. 石油化工設備，2005，34（2）：39-41.

[3] ?王振新. 煉化企業(yè)儲罐事故風險分析及防范措施[J]. 煉油與化工，2018（1）：70-72.

[4] ?龐法擁，林樹彥，張波. 淺談大型低溫儲罐的設計[J]. 化學工程與裝備，2011（12）：69-70.

[5] ?董紹平. 常壓儲罐的運行管理[J]. 現(xiàn)代職業(yè)安全，2015（6）：28-30.