油氣抑制技術(shù)在成品油儲(chǔ)罐清洗中的應(yīng)用

景仲林 張映天 石愛豪 謝心洲

〔甘肅華興石油工程有限責(zé)任公司 甘肅蘭州 730030〕

依照成品油庫(kù)、加油站管理的相關(guān)要求，為了保證油品質(zhì)量以及儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行,在儲(chǔ)罐使用一定時(shí)間后需要進(jìn)行清洗和檢維修工作。在清洗過程中，油罐內(nèi)殘存的油品揮發(fā)出的可燃爆炸氣體就成為作業(yè)中很高的風(fēng)險(xiǎn)因素，也是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中的重大隱患。

為了消除這一隱患，傳統(tǒng)的做法多是采取注水法、注入惰性氣體法、強(qiáng)制通風(fēng)法和自然通風(fēng)法等，使可燃爆炸氣體濃度降到一定比例后應(yīng)用機(jī)械清洗或者清理人員入罐清理儲(chǔ)罐內(nèi)淤泥和污廢物，由此產(chǎn)生的固體廢物很多，且清理過程風(fēng)險(xiǎn)大，時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高。而采取油氣抑制技術(shù)可以解決傳統(tǒng)清罐時(shí)遇到的油氣濃度問題，阻斷燃燒爆炸的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，大大降低了燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約時(shí)間，降低成本，減少因清罐而產(chǎn)生的固體廢物。

1 油氣抑制技術(shù)

1.1 抑制劑抑制油氣的機(jī)理

該技術(shù)是將液體抑制劑經(jīng)過高壓氣流霧化設(shè)備將其霧化為納米級(jí)分子，通過設(shè)備與油罐的密閉管道隨高壓氣流吹入油罐，使抑制劑迅速擴(kuò)散到儲(chǔ)罐內(nèi)對(duì)油氣進(jìn)行抑制；同時(shí)抑制劑對(duì)殘留在罐體表面的油品也形成一層較好的穩(wěn)定的抑制層，并且阻止油品的繼續(xù)揮發(fā)。通過這種方式可大大降低儲(chǔ)罐內(nèi)氣體中可燃?xì)怏w的濃度，達(dá)到控制燃爆的目的。

1.2 油氣抑制工藝

(1)專用抑制劑。專用的油氣抑制劑經(jīng)過霧化形成的納米微粒，如圖1所示。

圖1 專用油氣抵制劑的霧化

①納米級(jí)抑制劑分子是由親水頭和親油尾(疏水尾)組成的兩性表面活性劑。②納米級(jí)抑制劑分子的親油尾部分溶解于油氣分子中，親水頭朝向空氣；在油品表面定向排列，與油品形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而阻止油氣繼續(xù)揮發(fā)。③大量抑制劑分子在油氣或殘油表面形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使其不再繼續(xù)揮發(fā)。

(2)霧化設(shè)備。使用空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源產(chǎn)生的高壓空氣對(duì)抑制劑進(jìn)行霧化，達(dá)到納米級(jí)顆粒，并通過管道送入儲(chǔ)罐，使納米級(jí)抑制劑分子迅速擴(kuò)散。

(3)動(dòng)力源。使用傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生氣源。一般控制流量在4.6 m3/min以上，壓力在0.6～0.7 Mpa。

(4)導(dǎo)靜電處理。霧化設(shè)備及整個(gè)工藝設(shè)備都要進(jìn)行可靠的靜電接地，包括進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)軟管。

(5)相關(guān)輔助件。包括定制的儲(chǔ)罐法蘭、罐內(nèi)氣體排氣管、活性炭吸附裝置、氣體檢測(cè)儀、長(zhǎng)管呼吸器(人員入罐)、吸油隔膜泵等。

(6)工藝過程示意見圖2。

圖2 油氣抑制工藝過程

1.3 關(guān)于油氣抑制技術(shù)的相關(guān)認(rèn)證

(1)NV公司油氣抑制劑通過相關(guān)第三方依據(jù)美國(guó)、歐盟等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)試，該抑制劑為非危險(xiǎn)化學(xué)品，在使用中對(duì)于環(huán)境和人員無傷害。

(2)NV公司油氣抑制技術(shù)通過第三方依據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署相關(guān)法規(guī)采用化學(xué)歸趨準(zhǔn)則搖瓶法測(cè)試，該抑制劑28 d可生物降解率為89.2 % 。

2 儲(chǔ)罐清洗的相關(guān)規(guī)定

Q/SH0519-2013《成品油罐清洗安全技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：人員進(jìn)入油罐前和作業(yè)中應(yīng)進(jìn)行氣體檢測(cè)，氧含量19.5 %～23.5 %為合格；當(dāng)可燃?xì)怏w爆炸下限大于4 %時(shí)，其被測(cè)濃度不大于0.5 %為合格；爆炸下限小于4 %時(shí)，其被測(cè)濃度不大于0.2 %為合格；當(dāng)油氣濃度為該油品爆炸下限的4 %～20 %時(shí)，進(jìn)入油罐的作業(yè)人員應(yīng)佩戴空氣呼吸器或供風(fēng)式防護(hù)面具等隔離式呼吸保護(hù)器具。中國(guó)石油安全〔2014〕86號(hào)關(guān)于印發(fā)《中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司動(dòng)火作業(yè)安全管理辦法》等兩個(gè)制度的通知規(guī)定：氧濃度應(yīng)保持在19.5 %～23.5 %。使用便攜式可燃?xì)怏w報(bào)警儀或其他類似手段進(jìn)行分析時(shí)，被測(cè)可燃?xì)怏w或可燃液體蒸氣濃度應(yīng)小于其與空氣混合爆炸下限的10 %(LEL)，且應(yīng)使用兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。

根據(jù)上述相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在成品油儲(chǔ)罐清洗工作中，要求人員進(jìn)入受限空間清洗儲(chǔ)罐時(shí)，至少佩戴2臺(tái)同型號(hào)便攜式氣體報(bào)警儀，并在佩戴空氣呼吸器或供風(fēng)式防護(hù)面具等隔離式呼吸保護(hù)器具等有效防護(hù)下，以可燃?xì)怏w爆炸下限10 %(LEL)為指標(biāo)，當(dāng)可燃?xì)怏w爆炸下限低于10 %(LEL)時(shí)，方可進(jìn)入儲(chǔ)罐進(jìn)行清洗工作；如高于10 %(LEL),人員撤離受限空間，采用一定方式進(jìn)行空氣置換直到氣體達(dá)到要求，方可進(jìn)入儲(chǔ)罐。

當(dāng)儲(chǔ)罐清洗完成后，人員進(jìn)入儲(chǔ)罐進(jìn)行檢維修工作中，要求至少佩戴2臺(tái)同型號(hào)氣體報(bào)警儀，可燃?xì)怏w爆炸下限小于4 %(LEL)，如進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，要求可燃?xì)怏w爆炸下限為0 %(LEL)。

3 在油庫(kù)清罐中的實(shí)踐

在甘肅A油庫(kù)和B油庫(kù)應(yīng)用油氣抑制技術(shù)對(duì)汽油罐清洗時(shí)進(jìn)行了清罐實(shí)驗(yàn)，兩座油庫(kù)取得的抑制數(shù)據(jù)基本一致，下面以A油庫(kù)為例進(jìn)行說明。

3.1 被清洗油罐的基本情況

A油庫(kù)被清洗油罐基本情況見表1。

表1 A油庫(kù)被清洗油罐基本情況

3.2 油氣抑制劑清罐

(1)清罐作業(yè)分為四部分。①前期準(zhǔn)備。方案審批、作業(yè)許可及現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。②油氣抑制。接通連接好工藝設(shè)備，接通檢查完好正常后，開始啟動(dòng)抑制劑霧化導(dǎo)入抑制。同時(shí)詳細(xì)記錄可燃?xì)怏w濃度變化。③清罐。可燃?xì)怏w濃度達(dá)到人員入罐要求時(shí)，人員著裝入罐進(jìn)行檢測(cè)。④其他工作：清罐后油罐恢復(fù)和廢渣處理。

(2)油氣抑制操作流程及設(shè)備組裝說明。

①將儲(chǔ)罐內(nèi)油品通過油庫(kù)管道導(dǎo)入其他儲(chǔ)罐，將該儲(chǔ)罐內(nèi)油品液面降到最低。

②做好現(xiàn)場(chǎng)工作區(qū)域劃分及防護(hù)隔離，安全設(shè)施及應(yīng)急設(shè)施配備。

③打開人孔1將該儲(chǔ)罐內(nèi)殘留油品和污物通過泵盡可能抽入清罐臨時(shí)容器內(nèi)。在人孔1上安裝定制法蘭，使用導(dǎo)靜電進(jìn)風(fēng)軟管，連接納米霧化器1。

④打開人孔2安裝定制法蘭，使用導(dǎo)靜電進(jìn)風(fēng)軟管，連接活性炭吸附裝置(油罐已經(jīng)安裝三次油氣回收裝置的可以直接將排風(fēng)口接入油氣回收裝置)。

⑤打開儲(chǔ)罐排水口，使用導(dǎo)靜電進(jìn)風(fēng)軟管，連接納米霧化器2。

⑥空壓機(jī)送風(fēng)管通過2分接頭分別連接納米霧化器1和納米霧化器2。

⑦空壓機(jī)，納米霧化器1、2，活性炭吸附裝置等設(shè)備分別進(jìn)行可靠靜電接地。

⑧在活性炭吸附裝置進(jìn)風(fēng)口輸入處設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。油氣抑制流程和設(shè)備組成見圖3。

圖3 油氣抑制流程和設(shè)備組成

(3)油氣抑制操作和氣體濃度檢測(cè)。①空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)，并調(diào)整到0.65 MPa壓力，逐步打開出氣閥門。安裝抑制劑啟動(dòng)納米霧化器平穩(wěn)運(yùn)行2～3 h(運(yùn)行時(shí)間主要以油罐容積來確定)。②油氣濃度測(cè)試和數(shù)據(jù)收集；第一小時(shí)每隔15 min檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)LEL讀數(shù)。第一小時(shí)后，每30 min檢測(cè)檢測(cè)點(diǎn)LEL讀數(shù)。在檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)LEL讀數(shù)為0后30～45 min后，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)。③組織專業(yè)人員佩戴防護(hù)裝備進(jìn)入油罐按照13個(gè)區(qū)域(見圖4罐內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)分區(qū)圖)進(jìn)行罐內(nèi)氣體檢測(cè)。④為驗(yàn)證抑制持續(xù)效果，自停止油氣抑制后12 h，測(cè)試人員再次進(jìn)入油罐進(jìn)行氣體檢測(cè)并記錄數(shù)據(jù)。

圖4 罐內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)分區(qū)圖

4 測(cè)試數(shù)據(jù)

首次油氣抑制試驗(yàn)在2019年11月1日(天氣晴，氣溫8°C)在A油庫(kù)TG-06(臨)92號(hào)汽油內(nèi)浮頂5000 m3油罐進(jìn)行。

4.1 抑制油氣期間效果驗(yàn)證

由油氣抑制運(yùn)行期間檢測(cè)點(diǎn)LEL讀數(shù)隨抑制時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在油氣抑制運(yùn)行后，檢測(cè)點(diǎn)LEL讀數(shù)迅速下降；15 min從100 %到52 %，運(yùn)行1 h后，檢測(cè)點(diǎn)LEL讀數(shù)降低到10 %以下。即油氣抑制技術(shù)可迅速降低儲(chǔ)罐內(nèi)可燃?xì)怏w濃度(見圖5)。

圖5 油氣抑制運(yùn)行期間LEL讀數(shù)

4.2 抑制劑對(duì)油品揮發(fā)性持續(xù)抑制的效果驗(yàn)證

停止噴霧抑制劑12 h后，在與油氣抑制劑試驗(yàn)相同條件下，將儲(chǔ)罐分成13個(gè)檢測(cè)區(qū)域，測(cè)試人員進(jìn)入罐內(nèi)對(duì)LEL、氧氣、硫化氫、一氧化碳分別進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果分別見圖6和圖7。

圖6 油氣抑制持續(xù)效果曲線圖

圖7 油氣抑制12 h后儲(chǔ)罐內(nèi)O2、CO、H2S體積濃度

圖6圖7數(shù)據(jù)表明：該抑制劑能夠至少保持12 h持續(xù)抑制效果，并且氧氣、一氧化碳、硫化氫濃度均在安全范圍。H2S和CO體積濃度為0 %，O2體積濃度為20.8 %。

5 結(jié)果和結(jié)論

(1)5000 m3內(nèi)浮頂汽油罐運(yùn)用油氣抑制技術(shù)2～3 h，可將可燃?xì)怏w爆炸下限由最初100 %降低到10 %以下。剔除由于儲(chǔ)油罐底板變形存有大量余油，抑制后的可燃?xì)鉂舛容^為穩(wěn)定，并且抑制效果能夠維持12 h以上。

(2)節(jié)約了清罐時(shí)間。此方法通過實(shí)踐快速簡(jiǎn)便地抑制了可燃?xì)怏w，降低了LEL濃度，把傳統(tǒng)清罐時(shí)間由原先的3～5 d(根據(jù)油罐容積和季節(jié)不同)壓縮到1 d時(shí)間就可完成油罐清洗。

(3)清理的水雜、固體廢物少，利于環(huán)保，節(jié)約費(fèi)用。較原機(jī)械清洗大大減少了清水的使用，降低了污水處理量(5000 m3內(nèi)浮頂油罐可減少固體廢物及廢水近20 t)，節(jié)約了污物處理費(fèi)用。

(4)存在的問題。由于此抑制劑為一定比例的水溶液制劑，所以在冬季或氣溫較低的工況下使用時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)于抑制劑及工藝管路的保溫措施。