大型油罐主動安全防護系統(tǒng)設(shè)計

徐 明

（國家能源集團神華工程技術(shù)有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

針對當(dāng)前使用的大體積儲油設(shè)備來說，都是采用整體的密封結(jié)構(gòu)，而對于密封罐來說，其可以分為一次密封和二次密封。由于密封氣體的存在會導(dǎo)致罐內(nèi)具有大量的可燃?xì)怏w，這些氣體中主要包括甲烷、乙烷、丙烷等低分子鏈可燃?xì)怏w等，而在當(dāng)前的使用過程中，如果長時間將可燃?xì)怏w在密封罐中進行保存，將會導(dǎo)致氣體的濃度逐漸增加，最后超過有關(guān)的爆炸和燃燒臨界點。如果在遇到外界的靜電火花或者雷擊等問題，極易發(fā)生大規(guī)模爆炸，所以結(jié)合相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點對其進行安全改良，能夠降低發(fā)生爆炸等問題，最大程度地提升建設(shè)質(zhì)量，確保大體積儲油設(shè)備的安全防護等級不斷提升。

1 安全保護系統(tǒng)設(shè)計存在的意義

石油是一個國家的經(jīng)濟命脈，并且其屬于非可再生資源，所以石油被看作為戰(zhàn)略資源，因此大多數(shù)發(fā)達國家與發(fā)展中國家都開始建立使用儲備庫，完成對使用的整體儲備工作。當(dāng)前我國在建設(shè)和擬定建設(shè)的石油儲備庫已經(jīng)超過了100萬立方米的數(shù)量級別以上，并且有的石油儲備庫的容量級別可能更大，因此對于石油儲備庫來說，其由于使用的多為密封罐體，所以會封閉較多的易燃易爆氣體，這些都會帶來較為嚴(yán)重的安全問題。石油本身的特點即為燃燒，而如果再發(fā)生較為嚴(yán)重的爆炸問題將會導(dǎo)致極為嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，同時也會導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡問題出現(xiàn)，所以針對石油儲存罐體進行綜合保護，能夠確保儲備情況的安全。

石油產(chǎn)品通常都具有較強的揮發(fā)性和擴散性，遇到靜電火花或者雷擊等情況極易發(fā)生爆炸等問題，因此由于相關(guān)特點的存在需要對儲備問題等進行合理的管理，全面提升綜合有效的建設(shè)效果。而針對當(dāng)前存在的氣體問題，使用惰性氣體完成中和設(shè)計也是較為重要的方法之一，通過相關(guān)的防護設(shè)計能夠最大程度地降低有關(guān)危險發(fā)生的概率，進行全面綜合的保護，同時減少危險發(fā)生概率能夠保證企業(yè)的整體經(jīng)濟性，對于社會整體發(fā)展也有著較為重要的作用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

大體積儲油設(shè)備的防護主要從三個角度入手，第一就是整體的系統(tǒng)建設(shè)，當(dāng)前的有關(guān)保護系統(tǒng)可以分為控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、供氮系統(tǒng)和有關(guān)的管網(wǎng)系統(tǒng)，同時也包括其他的配套設(shè)施構(gòu)成。對于目前的主動保護系統(tǒng)來說，其主要優(yōu)勢在于能夠?qū)⒁酝南劝l(fā)生事故后搶救的情況進行改變，讓其成為先救護或者先處理的方式，主動防護的優(yōu)勢在于對未發(fā)生的事故進行預(yù)防和保護，防止安全事故的發(fā)生。發(fā)生爆炸的主要原因為罐內(nèi)氣體密度較大，所以針對此問題可以對其進行中和，降低氣體發(fā)生爆炸的可能性，同時在實際安排工作中降低工作人員的強度，保證大體積儲油設(shè)備的運行安全。

2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是大體積儲油設(shè)備進行主動安全保護的核心，控制系統(tǒng)的核心在于對所有集成電路的運轉(zhuǎn)進行全面的管理，主要由計算機、自動集成控制器、手動集成控制器和聯(lián)動控制器等設(shè)備組成，控制系統(tǒng)主要采用雙控制方式完成控制操作。在控制系統(tǒng)的開關(guān)上可以實現(xiàn)手動操作和遠程手動操作，同時為了提升運行質(zhì)量也可以完成無人自動操作。雙控系統(tǒng)能夠滿足其實際的操作要求，第一在進行手動操作時自動操作會自動進入到微調(diào)狀態(tài)，而整個控制系統(tǒng)會與其他構(gòu)件進行緊密的聯(lián)系，常規(guī)狀態(tài)下控制系統(tǒng)多是有自動控制，不需要進行有關(guān)的人員操作，整個控制系統(tǒng)的運行過程中需要對有關(guān)的閥值都進行了解和掌握，然后實現(xiàn)自動連鎖控制。當(dāng)預(yù)設(shè)值發(fā)生變化，系統(tǒng)將會自動完成安全保護，而自動系統(tǒng)一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將會直接對操作中心進行數(shù)據(jù)回饋，提示工作人員完成手動處理。

2.2 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)對于油罐保護來說有著重要的意義，其是整個系統(tǒng)的觀察功能所在，檢測系統(tǒng)的存在能夠起到較好的保護效果，檢測系統(tǒng)主要是對各個關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)進行檢測，了解到其實際的數(shù)據(jù)，檢測系統(tǒng)的主要構(gòu)件都在集裝房當(dāng)中。通過對油氣的采集和取樣，然后進行有關(guān)的數(shù)據(jù)分析，同時將相關(guān)的信息都傳到數(shù)據(jù)中心，然后完成分區(qū)控制。一套檢測設(shè)備能夠檢測多個罐體，每個罐體的數(shù)據(jù)不同，所以會形成自己的獨立子系統(tǒng)。在罐區(qū)的中心管理區(qū)域有相關(guān)的樣本分析中心，這些分析中心的主要工作就是對罐內(nèi)的氣體進行分析，如果接近臨界值就對其進行處理，通過中和反應(yīng)的方式將安全問題扼殺在搖籃之中。

2.3 供氮系統(tǒng)

大體積儲油設(shè)備的保護方式多為供氮方式，其可以將事故發(fā)生風(fēng)險降到最低。供氮系統(tǒng)主要包括儲氮系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)和相關(guān)供氮管網(wǎng)組成，通過儲氮系統(tǒng)將制氮設(shè)備生產(chǎn)的氮氣進行儲存，同時預(yù)留一小部分為后續(xù)保障做準(zhǔn)備。制氮系統(tǒng)對整個生產(chǎn)氮氣的過程中都要保證具有經(jīng)濟、安全、環(huán)保、可靠的原則，將空氣作為主要的生產(chǎn)原材料，使用物理制造方法，通過分子篩的方式完成氮氣的制造。再通過吸附和解的方式對氮氣進行生產(chǎn)，制造成符合條件的高純度氮氣。供氮網(wǎng)絡(luò)管道要與每個油罐進行連接，然后保證相互之間能夠保證疏通，并且在各個關(guān)鍵閥上形成有關(guān)的控制作用。整個自動保護系統(tǒng)首先會通過檢測系統(tǒng)獲取樣本進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)的樣本不符合實際要求，自動控制裝置會針對其進行防護處理，供氮系統(tǒng)會進行有關(guān)的氮氣排放，完成對罐內(nèi)的氣體綜合。

3 技術(shù)原理

保護即是對高濃度的可燃物處理，對于燃燒和爆炸來說，其如果發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故，同時在非明火狀態(tài)下的主要情況即是受到電擊或者是靜電火花的易燃，兩種易爆方式的主要特點就是需要罐內(nèi)的氣體濃度達到臨界點，所以遇到外界火花就會發(fā)生爆炸問題，而在此過程中通過自動防護裝置的設(shè)計能夠較好地解決問題。自動防護裝置的主要工作原理為保護系統(tǒng)中的檢測系統(tǒng)會對罐內(nèi)的壓縮氣體進行實施的檢測，讓數(shù)據(jù)中心可以實施的檢測到相關(guān)的罐內(nèi)氣體濃度情況，同時對有關(guān)的火災(zāi)信號進行識別，通過相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對每個節(jié)點每個罐體當(dāng)中的氣體密度和可以引起災(zāi)害發(fā)生的因素進行實時的監(jiān)控，操作人員的主要工作是對控制系統(tǒng)進行有關(guān)的臨界值設(shè)定，當(dāng)相關(guān)數(shù)值達到臨界值之后就會對其進行氮氣的輸送，幫助易爆炸的氣體降低整體臨界值，全面降低安全事故發(fā)生的相關(guān)概率。

保護系統(tǒng)分為兩種操作模式，第一就是自動操作模式，自動模式的過程中會添加警報提示系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要作用為對管理人員進行提升，自動系統(tǒng)的準(zhǔn)確性無法得到整體保證，所以在實際的操作過程中需要對系統(tǒng)進行有效的保護和預(yù)警，當(dāng)自動操作無法完成有關(guān)控制時需要對系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，讓其能夠完成手動操作，整個系統(tǒng)的提示過程中可以由信號燈完成提示工作，綠色燈代表運行正常、黃色等警示，紅色燈鏈接聲控裝置，紅燈亮起同時發(fā)送警報。工作人員根據(jù)燈的指示了解實際運行情況，然后完成具體操作，確保整個系統(tǒng)的安全性和靈活性。

4 相關(guān)防護方案的實施

4.1 系統(tǒng)方案的提出

在保護過程中可以使用相關(guān)的外浮頂油罐，頂蓋漂浮在油面上，隨著油面進行上下浮動。針對目前的防火設(shè)計來說，浮頂油罐具有較高的防火性，其整體的防火性能較好。浮頂油罐在危險區(qū)范圍較小，同時儲存油品的損耗較小，當(dāng)前國外多使用此種油罐進行相關(guān)的防護設(shè)計，而在整體的主動性保護過程中需要考慮浮頂蓋與油品蒸發(fā)空間中的氣體濃度情況，所以在保護系統(tǒng)的建設(shè)過程中第一完成檢測系統(tǒng)建設(shè)，需要建設(shè)一個由上自下的監(jiān)控機位，保證合理的檢測，第二建設(shè)一個主動的供氮防護網(wǎng)。主動防護網(wǎng)在油罐的外側(cè)，同時兩系統(tǒng)會與控制系統(tǒng)完成整體連接，控制站主要包括電氣控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、水箱、氣罐和相關(guān)的供氮設(shè)備，在整體運行過程中主要依靠檢測設(shè)備對氣體濃度進行檢測，如發(fā)現(xiàn)氣體濃度出現(xiàn)變化，就要對其進行適當(dāng)?shù)墓┑幚?，全面保證整體防護質(zhì)量。讓其長期處于安全運行狀態(tài)。

主動防護的設(shè)計方案為主動惰性保護系統(tǒng)安裝在外側(cè)，惰性氣體完成整體的設(shè)計之后可以使用外部線路進行整體連接，控制線和相關(guān)氣體檢測線都是通過外部環(huán)節(jié)進行連接，而對于系統(tǒng)的檢測分析裝置需要布置在油罐的內(nèi)部，內(nèi)部同時會設(shè)計相關(guān)的氮氣專用噴頭，而密封罐的一級封閉與二級封閉都需完成氮氣噴射點的設(shè)計，整體噴射口需要進行有效的安排，保證各地區(qū)能夠分布的較為均勻，如果出現(xiàn)質(zhì)量問問題，檢測孔會完成前期的檢查工作，然后對指揮中心進行報警，系統(tǒng)控制中心和下達指令，氮氣的噴射孔會對罐內(nèi)進行氮氣加入，以此來綜合相關(guān)的活性氣體。同時在氮氣的使用上會存在水與氣態(tài)氮氣，當(dāng)罐內(nèi)的氣體密度符合實際要求時能夠確保相關(guān)的管道關(guān)閉，不會向內(nèi)部進行水體的噴射，而如果發(fā)生濃度超標(biāo)的情況，其可以直接完成相關(guān)的災(zāi)情處理快速對罐區(qū)的火災(zāi)進行救護。

4.2 設(shè)計中的關(guān)鍵問題和解決方案

（1）現(xiàn)場信號采集要完整可靠

就目前的信號傳輸問題來說，需要保證整體質(zhì)量，確保信號傳輸不會出現(xiàn)質(zhì)量問題，針對相關(guān)的線路通訊需要做到多次檢查，防止質(zhì)量問題出現(xiàn)，同時建設(shè)前完成信息模擬工作，全面地保證可靠與有效傳輸。

（2）控制器的設(shè)計

控制器對于設(shè)備工作有著重要的意義，所以在實際的操作過程中需要安排好相關(guān)的設(shè)計工作，提升建設(shè)整體質(zhì)量，同時對各種設(shè)備進行合理的處理，防止設(shè)備出現(xiàn)失靈的問題。

（3）可燃性氣體濃度算法分析

為保證其整體運行質(zhì)量的提高，需要對可燃?xì)怏w的濃度進行合理的分析，所以在目前的建設(shè)過程中，應(yīng)完成可燃?xì)怏w計算公式，對可燃?xì)怏w的實際情況進行有效的計算，并且建設(shè)濃度的多種安全曲線，合理采用科學(xué)方法進行模擬和分析，確保計算方法的正確性和穩(wěn)定性。各設(shè)備需要依靠有關(guān)的數(shù)據(jù)濃度曲線來完成各種計算工作，提升整體的工作效率。

（4）各類通信接口設(shè)計

設(shè)計上使用的信息接口都需要保證安全和質(zhì)量特性，防止出現(xiàn)接觸不良的情況，同時各種信號連接口需要具有一定的擴充能力，整體的建設(shè)過程中為日后的發(fā)展提供相關(guān)的思考研究，確定各種有關(guān)質(zhì)量能夠符合實際使用需求，并且具有升級的可能性。

（5）系統(tǒng)上位機設(shè)計

設(shè)計安裝有關(guān)的上位機，保證能夠具有系統(tǒng)化處理方式，全面并且綜合地制定各種處理計劃，完成人機交換式處理，同時就目前的相關(guān)建設(shè)需要制定整體的管理計劃，保證各管理質(zhì)量的全面提升，全面保證其整體建設(shè)效果。

5 結(jié)語

綜上所述，大體積儲油設(shè)備的安全始終是石油生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要謹(jǐn)防的大事。如果大體積儲油設(shè)備發(fā)生較為嚴(yán)重的災(zāi)害將會直接導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，所以結(jié)合當(dāng)前的使用需求和安全需求，對大體積儲油設(shè)備進行合理的保護是較為重要的方法之一，傳統(tǒng)的有關(guān)保護方法為被動方式，主要的方法就是對產(chǎn)生的問題進行處理，但是其造成的后果仍然較為嚴(yán)重，所以在當(dāng)前的整體設(shè)計過程中，需要完成主動性防御設(shè)計。針對油罐中的氣體濃度進行合理的檢測，然后完成對氣體濃度的整體預(yù)測，整個主動防御系統(tǒng)存在較多優(yōu)勢，其能夠降低發(fā)生事故的概率，同時對于相關(guān)的事故問題來說，可以全面綜合地解決多種問題，防止安全施工的發(fā)生，并且在實際的管理過程中，可以結(jié)合實際要求完成建設(shè)，最大程度地滿足具體的安全建設(shè)要求，全面保證建設(shè)施工的綜合質(zhì)量提升。