雙盤式外浮頂儲油罐中央排水系統的選用與失效管控

焦斌，楊新林

（國家管網集團西部管道有限責任公司新疆輸油氣分公司，新疆 烏魯木齊 830011）

1 基本情況

外浮頂儲油罐是石油企業中廣泛使用的油品儲存容器，由于油罐上部是敞開的，雨雪直接降落到其外表面，為防止雨雪從浮船密封處滲入油罐內或對浮船造成威脅，均設置了專門的排水機構，通稱浮頂中央排水系統或中央排水管。由于排水系統位于油罐內部，平時無法檢測，且在生產運行過程中難于監控，一旦出現油品滲漏情況，無法單獨維修，此時油品會流入雨排系統，污染環境，并且產生嚴重的安全隱患。如果排水系統出現泄露，就要進行清罐維修，這樣不但浪費了大量的資金，而且影響到生產計劃，降低了罐區的儲存能力。因此，作為浮頂罐的關鍵設備，對于中央排水管的選用就顯得尤為重要。國內傳統的大型外浮頂油罐一般采用的中央排水系統有分規式與全軟管式兩種[1]。目前鄯善原油罐區所采用的就是以上兩種中央排水系統。文章將通過對兩種排水系統進行分析比較，來分別討論不同類型的排水管在原油儲罐區內的適用性與失效管控措施。

鄯善儲備庫罐區共有28具儲罐，所有儲罐在建成初期均采用分規式中央排水系統。儲備庫目前采用常溫輸送方式運行，為了實現常溫輸送的目的，需將上游輸來的塔里木油、北疆油、吐哈油和哈國油按不同比例進行摻混，以降低其中物性較差油品的凝點，達到能常溫輸送的目標。因此儲罐間的收發油操作非常頻繁，油品摻混用罐年升降次數在41次左右。多次的升降，加上轉油或自循環時罐內旋噴攪拌器的沖刷作用，造成多個儲罐的分規式中央排水管連接位置處金屬軟管發生疲勞撕裂，其中8具因分規式中央排水管破裂更換了全金屬軟管式中央排水管，其余均還采用分規式。例如：2015年9月運行人員在巡檢中發現G1 001罐東側中央排水管漏油，當年隨即對G1 001罐進行了清罐大修，修復了中央排水管。2 019年4月中旬，G1 001罐在并未到達大修周期的情況下，運行人員在例行巡檢過程中，又發現G1 001西側中央排水管滲油。失效原因為中央排水管底部托架未滿焊，長期收發油以及儲罐自循環時分規式中央排水管下落錯位，將未滿焊的支座壓偏，使其偏離原有的軌道，對排水管本體進行拉伸從而導致中央排水管軟管破裂，出現漏油事件，在此次大修時G1 001罐更換為全金屬軟管式中中排水管。鄯善罐區計劃外清罐臺賬如表1所示。

表1 鄯善罐區計劃外清罐臺賬

2 浮頂儲罐中央排水系統的選用

2.1 分規式中央排水管特點

分規式中央排水系統，其特征在于有上折管和下折管結構，上折管通過上鉸鏈座活動連接在浮船上，下折管通過下鉸鏈座連接在罐底，上折管和下折管通過齒輪箱連接，上折管和下折管的側壁分別通過多根復合金屬軟管從旁路連接而成。其優點為：工作運行平穩，具有恒定的運行軌跡[3]。易損處為復合金屬軟管，當復合金屬軟管失效或破損時，可以進行局部更換，而不用整體更換。相比全柔性金屬管而言對流體的滯留影響小[1]，根據專業流體力學分析軟件Fluent仿真計算，同規格的分規式排水管比全柔性管效率高出18%。其缺點為：（1）結構復雜，靜密封點多，任何一個連接點出現泄露，都會帶來失效風險。（2）安裝不規范容易應力集中、各緊固點易造成疲勞損傷。（3）質量過大，力臂較長，局部受力過載。（4）轉動部件易損，對轉動部件的機械性能要求較高[3]。（5）啟旋噴時流體沖刷過程中易橫向偏移造成法蘭撕裂引發泄露。（6）易腐蝕穿孔，縮短使用壽命。

2.2 全柔性中央排水系統特點

全柔性中央排水系統直接采用軟管制成排水管，軟管可分為橡膠等非金屬軟管和金屬軟管兩種。整個排水系統僅有兩個法蘭接口，且不受浮盤漂移的影響，泄露的可能性小，排水系統結構簡單，運行可靠，對浮盤幾乎沒有作用力[1]。其優點為：結構簡單、無應力集中、質量較小、靜密封點少、使用壽命長、不易造成腐蝕穿孔[3]。缺點：（1）原油在進行收發油作業時，儲罐內原油會造成渦流，使其軌跡具有不確定性，需增加配重塊來增加其質量。（2）需防止浮船下落時浮船支柱穿刺在全柔性中央排水管上，需在中央排水管周圍浮船支柱加裝馬鞍形支護，防止浮船支柱直接傷害的全柔性中央排水管。（3）成本較高，相對于分規式同規格的全柔性排水系統成本是分規式的2倍。

2.3 浮頂儲罐中央排水管的選用

無論是分規式還是全柔性軟管式中央排水管，一旦泄漏都無法及時排放雨水，且無法單獨進行修理，只能通過儲罐大修對其進行維修或更換，屆時儲罐也只能退出運行等候大修，降低罐區儲輸能力，給運行帶來不必要的損失。且儲罐的大修周期較長，費用也很高，中央排水管的失效會額外增加大修頻次，因此中央排水系統的可靠性對于儲罐運行至關重要。對于操作頻繁升降次數較多、降水量較大的地區宜采用全柔性軟管式排水管，對于操作少升降次數較少，干旱地區的罐區宜采用分規式排水管。

3 中央排水管的失效與管控措施

3.1 鄯善儲備庫中央排水管失效原因

3.1.1 運行原因

鄯善原油站自采用摻混常溫輸送以來，各儲罐間操作頻繁，浮盤升降次數多，摻混外輸罐如無特殊變化，一般不做變動。例如:G1 001罐、G1 004罐、G1 005罐、G1 006罐等均為油品摻混用罐。根據發油運行情況，全年365天，每月計劃停輸2～3天左右，全年外輸大約335天左右，每天平均發送約48 000 m3，每罐摻混量為80 000 m3，這樣算來平均一年摻混罐浮船起伏大概在201次，按平均5個摻混罐計算每個摻混罐浮船一年起伏大約41次。近年來統計數據發現，凡是出現分規式中央排水管泄露的罐基本都是操作頻繁的摻混罐。由于摻混罐浮船起伏次數較多，中央排水管在罐內隨浮船頻繁升降使其局部發生疲勞，縮短了使用壽命。摻混罐經常需要啟自循環，啟旋噴攪拌器時原油在罐內產生較大渦流，會對中央排水管造成擾動和沖擊，產生的橫向應力增大了發生疲勞損傷的風險。

3.1.2 設備本體原因

首先，分規式中央排水管結構復雜，法蘭連接位置較多，連接處的金屬軟管強度不足，浮船上下起伏時，中央排水管局部應力增大，發生水平方向的扭轉或者剪切，容易發生撕裂。其次，排水管內局部雨水無法排出，長時間浸泡，易腐蝕穿孔是失效的第二大主要因素。

3.2 失效管控措施

（1）儲罐外部排水閥按照操作規程應當保持全開，但是如果中央排水管破損泄露，巡檢人員沒有及時發現，儲罐中大量原油將會從排水閥泄漏，對環境造成污染。鄯善地區干旱少雨，為了防止泄露大量的原油，現將罐區排水閥開度從全開調整至10%的開度，即使中央排水管泄露，也不會造成太大的損失。此方法只適用于干旱少雨地區。（2）修改轉油和自循環操作規程。根據計算，液位大于5 m時，旋噴射流和罐壁環向動壓對排水穩定性的影響較小，旋噴開啟液位高度應控制在5 m以上，因此將旋噴攪拌器從最初的2.5 m以上啟動調整至液位低于7 m不得啟旋噴攪拌器[2]，減少渦流對排水管的沖擊作用。（3）巡檢人員嚴格執行巡檢規程，做到按時按點認真巡檢，加強現場巡檢管理，組織修訂儲罐巡檢卡，使其具有更強的現場指導性等。（4）在罐外排水口位置安裝可燃氣體報警儀，一旦泄露可以及時報警，采取管控措施。

4 結語

中央排水系統是儲罐必備的一個附件，一旦損壞儲罐在運行中無法單獨進行維修，儲罐只能退出運行，等待大修處理，這就相當于額外增加了儲罐的大修次數，同時也會影響到生產運行計劃。通過上述比較，全柔性中央排水管在儲罐運行中的適應性、耐用性和安全性方面都要優于分規式中央排水管，可根據具體運行情況采用合適的中央排水系統。