內浮頂儲罐伺服液位計應用中存在的問題及對策

郭建新

〔中國石化山西石油分公司 山西太原 030024〕

隨著儲罐計量的發展，伺服液位計測量技術在油庫儲罐獲得廣泛應用，即采用伺服液位計+伺服密度計+在線溫度計混合法進行計量。但由于伺服液位計浮子的結構特點，儲存易燃液體的內浮頂儲罐需安裝開孔的穩液管來保護測量浮子和保證密度測量的精度。本文對內浮頂儲罐穩液管使用中存在的問題進行分析，提出了解決方案。

1 內浮頂儲罐伺服液位計

為了實現通過自動測量設備進行儲罐內油品物理參數的自動采集，克服手工密度測量的不穩定性，實現儲罐內油品計量參數自動測量、數據自動傳輸、數據信息綜合處理的自動操作和信息管理，多數油庫采用伺服液位計對原計量系統進行改造，即采用伺服液位計+伺服密度計+在線溫度計進行改造，實現直接測量罐內油品液位、任一點溫度、任一點密度。根據液位、溫度、密度測量值計算體積和整體質量。

1.1 伺服液位計穩液管的安裝

為了計量準確，內浮頂儲罐需要安裝對穿孔的穩液管。穩液管是由一根直徑DN200 mm的金屬無縫管從立式儲罐頂部垂直穿過浮盤到達罐底部,用以提高測量精度和保護測量儀器。穩液管的安裝見圖1。為了液位計計量測量準確,一是穩液管上下垂直偏差不超過3 mm。二是穩液管內壁必須光滑，應處理掉開孔產生的所有毛刺和焊疤。三是穩液管上需要每隔200 mm 開1對直徑不小于￠25 mm的對穿孔。四是穩液管與浮盤之間應滑動自如。

圖1 穩液管安裝示意圖

1.2 穩液管的作用

安裝穩液管一是開對穿孔用以保證油品液體一定的流動性，保證液體密度測量的準確性；二是保護測量浮子順利進出被測液體。三是維持液面穩定，防止液面波動影響液位測量，提供一個固定的計量基準。

2 內浮頂汽油儲罐安裝對穿孔穩液管存在問題

2.1 內浮頂儲罐安全問題分析

內浮頂油罐本身的結構，在罐壁(或罐頂)四周設置通氣窗，儲罐罐頂設置中央通氣孔。內浮盤上部穩液管開孔與儲罐內浮盤上部的氣相空間直接相通，內浮盤下部穩液管開孔與儲罐液體汽油相通。伺服液位計安裝穩液管后，穩液管液面通過對穿圓孔與罐內氣體空間連通。罐內氣體空間通過罐壁通氣窗和中央通氣孔與大氣相通。在

大氣流通下，汽油蒸氣不斷從穩液管液面蒸發，從對穿圓孔中開放到儲罐浮盤上部空間，然后通過通氣窗和中央通氣孔排放到罐外。

(1)穩液管與內浮頂儲罐結構要求不符。伺服液位計安裝了穩液管，內浮盤上油罐內的氣體空間由于穩液管開孔，油氣從開孔處進入儲罐浮盤的氣體空間，破壞了浮盤密封結構。對穿孔穩液管的安裝設計結構與易燃液體儲罐采用內浮頂儲罐的要求相違背，同時內浮頂儲罐增加的對穿孔穩液管也與《GB50341—2014 立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》和《SH/T3194—2018 石油化工儲罐用裝配式內浮頂工程技術規范》內浮頂浮盤的密封要求不相符。

(2)內浮盤以上空間形成爆炸危險區域0區。爆炸危險區域根據爆炸性混合物形成的頻繁程度和持續時間劃分為不同級別的危險區域。連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境為0區；在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境為1區；在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混合物的環境，或即使出現也僅是短時間存在的爆炸性氣體混合物的環境為2區。

按照《GB50074—2014 石油庫設計規范》要求，儲存易燃液體儲罐的內浮頂儲罐浮盤以上的空間為爆炸危險區域1區，見圖2。而安裝對穿孔穩液管的易燃液體內浮頂儲罐，由于液體的揮發，液體蒸氣通過對穿孔不斷進入浮盤以上空間，穩液管周圍罐內空間將被易燃液體蒸氣充滿。另外受穩液管高度、罐外風速影響等極易形成煙囪效應，加快油品的揮發速度。按照爆炸危險區域劃分原則，罐內浮盤以上空間及穩液管中心線R=1.5m范圍內劃分為0區，見圖3。不符合《石油庫設計規范》內浮頂儲罐爆炸危險區域劃分，極大地增加了儲罐的爆炸危險性，如遇雷電、儲罐內靜電放電等極易形成儲罐火災爆炸事故。

圖2 儲存易燃液體的內浮頂儲罐爆炸危險區域劃分

圖3 儲存易燃液體內浮頂儲罐安裝對穿孔

(3)儲罐發生火災后，消防泡沫滅火系統很難撲滅火災，增大滅火難度。儲罐的泡沫滅火系統設計是通過泡沫全部覆蓋著火液面來達到滅火效果的。如果安裝了開孔穩液管的儲罐發生著火事故，儲罐啟動消防泡沫滅火系統，泡沫產生器噴出的泡沫在流動覆蓋過程中，泡沫需要積累超過200 mm后從2-￠25 mm圓孔進入穩液管。由于穩液管的阻隔，根據泡沫的形成和流動性，泡沫很難進入穩液管，覆蓋著火液面。另外，由于穩液管內的火焰效應，阻止和破壞了泡沫。因此，內浮頂穩液管內火焰在短時間內很難被撲滅，給儲罐的消防滅火帶來很大的困難。

2.2 增加VOCs 的無組織排放，造成環境污染

揮發性有機化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是指常壓下沸點50～260 ℃的各種有機化合物的總稱，具有揮發性的特點。一方面為企業帶來經濟損失，另一方面對大氣環境造成了污染。

安裝了對穿孔穩液管的內浮頂儲罐在實際運行過程中，液體蒸氣揮發通過穩液管的開孔擴散到儲罐內，再通過內浮頂儲罐罐壁或罐頂通氣孔排放到大氣中，存在極為嚴重的VOCs 無組織排放，與《GB37822—2019 揮發性有機物無組織排放控制標準》和《GB20950—2007 儲油庫大氣污染物排放標準》要求不符合。

2.3 增加油品損耗。

沒有安裝開孔穩液管的內浮頂儲罐，正常運行中的油品損耗主要包括：油品收發過程中的大呼吸損耗和受晝夜溫差變化引起的小呼吸損耗，密封好的內浮頂儲罐是不存在自然通風損耗的，可以減少90 %的損耗。

以安裝開孔穩液管的5 000 m3內浮頂儲罐為例分析油罐損耗。罐底直徑23 850 mm，罐壁高度12 480 mm，浮盤安裝高度1 800 mm，儲油高度11 480 mm，安裝￠219×6 mm穩液管，穩液管開2-￠25 mm對穿孔，孔間距200 mm。通過計算，則穩液管截面積為0.033 m2，落盤后浮盤上穩液管開孔總面積為0.052 m2，浮盤上升到最大高度(儲油高度)后穩液管開孔總面積為0.005 m2。

通過以上分析，油罐在收發油品或靜態儲油工況時，一是相當在浮盤上開了DN 200 mm的孔，通過0.033 m2的液面揮發油蒸氣，通過0.005～0.052 m2空洞向外揮發油品蒸氣。也就是說相當于存在0.033 m2的油品液面產生蒸發損耗。二是在0.033 m2的油品液面存在前提下，由于穩液管對穿孔高差使內浮頂儲罐氣體空間形成極大的濃度差值，即形成自然通風損耗，加劇了穩液管內油品揮發。另外，外界風速對儲罐損耗也有影響，風速越大，儲罐油品損耗越大。

3 對策措施探討

在內浮頂儲罐安裝對穿孔的穩液管增加柔性伸縮套管，將開孔的穩液管包裹起來，防止油蒸氣從穩液管開孔處溢出。安裝伸縮套管后防止內浮頂儲罐大量的油蒸氣蒸發，降低爆炸危險區域等級，通過減少油品損耗，同時減少VOCs排放，滿足環保要求。柔性伸縮套管安裝示意圖見圖4。

圖4 柔性伸縮套管安裝示意圖

3.1 套管選擇

伸縮套管選擇主要是考慮套管具有一定的耐腐蝕性和耐油性，同時具有一定的支撐能力。基于油罐高度，即穩液管浮盤以上到罐頂高度來選擇確定伸縮套管長度。覆蓋材料由強聚酯薄片制成，材料厚度 0.4～1 mm ，強聚酯薄片可由304號或316號不銹鋼線圈支撐。

3.2 套管安裝

柔性伸縮套管安裝主要有兩種方式：一是在安裝穩液管同時安裝柔性伸縮套管。將預制好的柔性伸縮套管套入穩液管，上端套管可與罐頂焊接的法蘭連接，也可采用管箍方式固定在穩液管最上端開孔處上不小于500 mm處，以保證浮盤上浮最高點穩液管也處于密封狀態，套管下端采用法蘭方式安裝與浮盤固定，或通過管箍安裝在穩液管上。二是已經安裝了對穿孔穩液管的儲罐安裝套管進行改造。清罐后將光孔和人孔打開，從人孔處將套管材料送入，現場可采用架設腳手架，采用掛鉤，拉鏈以及粘鉤帶進行套管現場安裝，套管上下兩端連接方式與第一種方式相同。柔性伸縮套管導靜電連接線與穩液管或浮盤螺栓連接。如果強聚酯薄片的部件損壞了，可以通過熱熔或膠去修復。

3.3 運行分析與應用

由于儲罐空間與伸縮套內空間屬于連貫空間，具有空間連續性，因此不會出現液面高度不一致的問題。由于浮盤升降速度極為緩慢，伸縮套內部不會產生液位差。伸縮套內屬于密閉空間，根據介質揮發特性，當介質由液相轉變為氣相其飽和度會形成一個動態平衡即介質停止揮發，而由于伸縮套的空間連貫性，從而使伸縮套外與套內氣壓相同，所以在伸縮套內部不會產生負壓。目前柔性伸縮套管已在部分煉油化工企業實際應用，且取得良好效果。

4 結語

安全源于設計，源于管理。伺服液位計計量系統滿足了在線密度、溫度實時檢測要求，但安裝對穿孔的穩液管會帶來安全、消防、環保和損耗問題。一種工藝的實施，既要考慮作業的要求，但也必須滿足安全、環保要求。工藝過程的本質安全是確保油庫儲罐作業安全、環保的核心。所以新的作業工藝必須進行危險因素辨識，才能發現隱患、提出解決問題的方案。本文旨在通過對銷售企業內浮頂儲罐安裝對穿孔穩液管所帶來的安全環保危險辨識，引入穩液管上安裝柔性伸縮套管的方案來解決和改變目前現狀所存在的問題。