大型外浮頂原油儲罐含氣油品接收影響因素分析

劉天巍

（國家管網集團西部管道甘肅輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730030）

1 前言

長輸管道動火作業結束復產投用過程中，管道油品中少量氣體可通過站場放空口排氣或直接進入儲罐內通過邊緣呼吸閥排出,當管道油品中存在大量氣體時，待啟輸后小口徑排氣口已無法滿足排氣速度要求，現場只能通過儲罐接收含氣油品并進行排氣，由于原油收油儲罐均為外浮頂儲罐，結構不同于拱頂罐，沒有氣相空間，在含氣油品接收時儲罐內大量氮氣無法及時通過呼吸閥向外排出，在一二次密封處會發生大量含油氣體噴射，噴出氣體攜帶油滴落至浮盤表面，需要大量人力物力進行浮盤清理，并且嚴重影響了儲罐的安全平穩運行。本文主要對長輸管道含氣油品接受工藝優化、設備管理等方面進行了分析，希望對于國內長輸管道復產含氣油品平穩接收有一定的指導和幫助作用。

2 儲罐噴油原因分析

經過對近5年來儲罐噴油現象進行分析發現，外浮頂原油儲罐在長輸管道復產收油進罐時不同程度的出現油氣噴射的情況，噴油點位置主要集中在儲罐進油管線罐壁兩側90°扇形區域內的一二次密封處，分布情況見圖1所示，目前運行的外浮頂儲罐其浮盤外邊緣板與罐壁板之間的環形空間距離設計為250±100mm的間隙，其間隙內填充密封材料，選用為一次彈性填料密封（聚氨基甲酸酯）的一次密封結構+二次密封（橡膠密封）結構，從而實現由下向上的防止油氣揮發的雙重密封。此密封裝置既要緊貼罐壁以減少油品蒸發損耗，又要能夠保證浮盤在收油和發油過程中能夠自由靈活上下移動，最終達到儲罐安全平穩運行的目的。但近年在干線管道動火作業結束后復產過程中發現，在儲罐收油時頻繁有油品從二次密封噴射外流的現象，由此開展分析如下。

圖1 外浮頂儲罐噴油點位置分布圖

（1）通過對罐壁及一二次密封結構原理進行分析，結構見圖2所示。發現含油氣體氣噴射較多的原因主要由以下幾個方面：①由于儲罐建設期施工原因或地面下沉等造成的罐壁垂直度、橢圓度出現偏差。②儲罐壁板在建設期施工不規范導致壁板存在焊疤、凹坑等缺陷導致內壁光滑度不夠。③一二次密封緊固件松動及一二次密封填充物彈性不足。④浮盤運行中發生偏移等其他原因。以上因素的影響導致一二次密封油氣濃度出現超標，甚至出現一次密封處填料密封件與罐壁脫開情況。

圖2 一二次密封結構圖

（2）從工藝運行方面進行分析。儲罐在常規流程收油時，進罐管線油品內含氣體量較少，此時進罐油品中少量的氣體通過泡沫堰板內8臺邊緣呼吸閥正常排出罐外。當長輸管道動火結束復產時油品中氮氣含量較多，含氣油品在進罐收油時大量氣體隨油品進罐后受到罐內油品阻力和氣壓影響，在進罐后沿著進罐管線左右兩側罐壁迅速上升，聚集在進罐管線側一二次密封處，部分少量氣體通過聚集點附近邊緣呼吸閥排至罐外，剩余大量無法及時外排的氣體從罐壁位置（靠近罐根閥相對密封薄弱的位置）快速排出，氣泡竄出一二次密封后迅速破裂，從而產生在一二次密封處強力拍打罐壁的現象，甚至有時出現罐壁明顯的搖動的情況；當進罐油品排量進一步增大時，進入罐內的氣體量也進一步增加，大量氣泡從罐底部急速上升，增加了一二次密封拍打罐壁的沖擊力，導致一二次密封與罐壁發生間斷離合現象，造成越來越多的含油氣體直接噴出二次密封位置，從泡沫堰板環形區域內流淌至浮盤頂部。

（3）從儲罐呼吸閥功能完好性進行分析。呼吸閥有功能失效的情況發生，主要原因包括邊緣呼吸閥艙室側面開孔（圖3所示C點）尺寸誤差，儲罐大修改造等造成的浮盤質量增加，改變了浮盤的在油面的浸沒深度，減小了呼吸閥通氣量。

如圖3所示，儲罐內液位正常運行位置應為圖中A點處，當罐內有氣體存在時需要通過C點后從呼吸閥排出，但現場檢查發現由于施工原因導致C點開孔大小不一致，且部分孔太小或靠浮艙底板下邊，使得整個C點排氣孔浸沒在油品中，堵塞了氣體排出通道，當大量氣體需要迅速排放時被迫出現呼吸閥冒油現象發生。其次，儲罐大修過程中忽略了浮盤浮力問題，在浮盤泡沫堰板加高等改造施工結束后無形當中加大了浮盤的重量，儲罐收發油運行時導致浮盤整體在油品中下沉，儲罐內油品液位有原來的A點浸沒到B點處，使得C點通氣孔被完全埋沒在罐內油品中，最終導致呼吸閥失效，大量氣體排出時就會有呼吸閥冒油現象發生。

圖3 呼吸閥底艙結構

3 工藝優化及處理措施

通過從長輸管道工藝運行操作、儲罐本體及一二次密封附件等多個方面綜合分析，減少儲罐收油時噴油現象應采取以下優化措施。

（1）含氣油品進罐時啟動旋噴系統方式，由正常干線來油進罐流程切至進旋噴攪拌器流程。旋噴旋噴攪拌器安裝于原油油罐底部接近中央位置，主要由主接座、渦輪葉片、旋轉軸、齒輪組件、噴嘴及密封件等部件組成，儲罐設置旋噴攪拌器的目的是為了利用進罐管線油品壓力，驅動葉輪轉動，最終油品從噴嘴向四周噴出，將油罐底部油泥等沉積減量并均質化。旋噴攪拌器工藝管線從進罐前DN600經罐內三次縮徑后變至DN200，提高了進罐油品壓力，同時含氣油品經旋噴器剪切后，氣泡變小，噴出油品攪動罐底油泥等沉積物后，根據油品壓力，氣泡分布從罐底中央向罐壁圓周360度擴散。通過罐前工藝流程切換，使含氣油品經過儲罐罐底中央位置安裝的旋噴攪拌器后，油品中氣泡經剪切變小且利用管線內油品壓力帶動旋噴器自轉，將氣體從罐底中央向四周擴散并均勻并分布在浮盤底板處，并逐漸通過罐壁四周8個呼吸閥排氣，擴大了罐內氣體分布面，提高了儲罐排氣能力，從而避免常規進油時進罐管線兩側罐壁一二次密封發生噴油的現象。

（2）選擇較遠的液位較低的儲罐進行收油。首先選擇低液位的儲罐收油，可以有效防止含氣油品噴出罐外，以免造成油品流淌至罐壁外側污染罐區地面，造成更大的環境污染，流淌油品增加著火爆炸的風險。其次盡可能選擇較遠的儲罐接受油品，讓更多的氣體在油品中均勻混合，減少單位管線內油品中的含氣量，防止氣體聚集后形成體積較大的氣泡，破裂的氣泡造成一二次密封噴油，并且排氣時大的氣泡破裂后對罐壁造成嚴重的沖擊力，強力擊打損壞儲罐本體及附屬設備。

（3）收油前提前拆除儲罐上所有呼吸閥閥瓣配重，增大儲罐排氣量。儲罐泡沫堰板內設計有8個DN100的邊緣呼吸閥，其作用是為了減少儲罐正常運行時的排氣量，進而減少罐內油氣損耗，其設計開啟壓力為+355pa，-295pa。但在干線接受含氣油品進罐過程中，少量氮氣排出時出現呼吸閥閥瓣頻繁動作現象，隨著大量氣體涌出時，呼吸閥已經遠遠不能滿足排氣需要，大量含氣原油就會噴出罐外，因此在干線接受含氣油品時我們將儲罐的呼吸閥閥瓣拆除減少呼吸閥阻力，盡可能的助于大量氣體盡快排出。

（4）根據長輸管道輸送工藝要求，適時倒通兩座儲罐同時收油。當需要提高進油排量時，大量氣體通過一座儲罐無法滿足需要，此時選擇兩座低液位的儲罐同時收油，以利于管道內的氣體通過更多的點位快速排除。

（5）儲罐大修時要檢查更換一二次密封彈性材料，對緊固件進行檢查緊固。浮頂密封裝置有一次密封和二次密封組成，密封裝置有耐油、耐腐蝕、耐老化材料制造。目前儲罐密封裝置為一次彈性泡沫軟密封結構+二次密封機構，其密封材料主要為彈性海綿棒，其形成密封包壓縮量為±100mm，從而實現對浮盤和罐壁之間環形空間間隙的密封，當儲罐在大修時根據彈性材料的形變程度對密封材料進行更換，對連接件進行檢查緊固，保證密封效果,較小噴油現象的發生。

（6）儲罐建設時期要嚴把質量關，做好儲罐罐壁垂直度、凹凸度、橢圓度檢查，對浮盤呼吸閥底艙的焊接開孔關鍵參數要個要求和驗收。在建設期對儲罐焊接工藝的施工質量把關不嚴，造成儲罐功能附件焊接施工的關鍵技術要求沒有達到相應的標準，儲罐投運后造成罐壁垂直度、焊接尺寸等參數超出規定的誤差范圍，最終導致在儲罐收油過程中，排氣沒有通過呼吸閥等功能附件而是通過罐壁與一二次密封間隙誤差造成的空隙噴出罐外，嚴把儲罐施工質量關也是非常關鍵的一個環節。

（7）加強儲罐日常巡檢工作。著重測試一二次密封空腔內可燃氣體濃度，對可燃氣體濃度較大的儲罐，可能是密封不嚴，倘若接受含氣油品極易造成噴油現象發生，因此盡可能不作為復產收油的儲罐使用。

4 結語

大型外浮頂儲罐作為原油的主要儲存設備，擔負著油品收發儲存的巨大任務，原油介質具有易燃、易爆、易揮發等特點，使其在儲存及收發油過程中存在潛在的事故風險，儲罐日常運行中對設備設施及附件的定期巡檢和設備維護保養工作不可忽視，發現問題及時進行解決處理，可有效提升設備可靠性。

近年來長輸管道動火作業在國內管道行業的大型作業中占比呈逐年上升趨勢，其中原油管道通過外浮頂儲罐接收大量含氣油品的特殊工況和復產方式在國內管道行業中目前沒有成熟的經驗。

本文通過對含氣油品接收產生噴濺原因及其危害性進行分析，總結探索出的含氣油品接收影響因素分析要點，提出了的相應安全防范措施，希望能為本行業甚至煉化企業等其它領域提供有效的技術借鑒，對其有所指導幫助，保障安全生產平穩運行。