內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的消防安全措施

■ 鐘振芳 忻國(guó)良

近年來(lái)，港口建設(shè)飛速發(fā)展，石油、化工品的儲(chǔ)運(yùn)在其中占了越來(lái)越大的比重，危險(xiǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)安全已成為日益關(guān)注的重點(diǎn)。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐因其在降低物料損耗、減少火災(zāi)危險(xiǎn)性以及滿足環(huán)保要求等方面較其它形式儲(chǔ)罐更具優(yōu)勢(shì)，在石油、化工企業(yè)被廣泛使用。但內(nèi)浮頂罐因其自身結(jié)構(gòu)的特性在儲(chǔ)存、作業(yè)過(guò)程中存在著諸多隱患，儲(chǔ)罐因浮盤故障導(dǎo)致險(xiǎn)情也時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)消防安全帶來(lái)了不穩(wěn)定因素。本文希望通過(guò)對(duì)內(nèi)浮頂罐結(jié)構(gòu)、使用等方面的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探索更為合理的管理模式，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

一、概述

儲(chǔ)罐按不同的結(jié)構(gòu)形式可分為固定頂儲(chǔ)罐、無(wú)力矩頂儲(chǔ)罐、浮頂儲(chǔ)罐和套頂儲(chǔ)罐。浮頂儲(chǔ)罐又分為內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐。目前國(guó)內(nèi)內(nèi)浮頂罐主要有敞口隔艙式、單盤式、雙盤式、浮筒式幾種。

圖1 內(nèi)浮頂罐結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)浮頂罐是立式圓筒形金屬儲(chǔ)罐的一種，是在固定頂罐內(nèi)部再加上一個(gè)浮動(dòng)頂蓋，主要由固定頂罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、通氣孔、高低液位報(bào)警器等元件組成（見(jiàn)圖1）。這種罐的浮動(dòng)頂漂浮在儲(chǔ)液面上，浮頂與罐壁之間有一環(huán)形空間，環(huán)形空間中有密封元件。浮頂與密封元件一起構(gòu)成了儲(chǔ)液面上的覆蓋層，隨著儲(chǔ)液上下浮動(dòng)，使得罐內(nèi)的儲(chǔ)液與大氣完全隔開(kāi)，不受風(fēng)雨等外界因素的影響，減少了儲(chǔ)液儲(chǔ)存過(guò)程中的蒸發(fā)損耗，減少了大氣污染，易于保證儲(chǔ)液的質(zhì)量和安全。

當(dāng)然，內(nèi)浮頂罐與拱頂罐相比耗鋼量多，施工要求更高，與外浮頂罐相比，其密封結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了檢查維修的不便。

目前國(guó)內(nèi)涉及內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的規(guī)范主要有《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50341—2014）、《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50128—2014）、《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH 3046—1992）、《常壓立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐維護(hù)檢修規(guī)程》（SHS 01012—2004）等。上述國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)材料、安裝、運(yùn)輸、布局、作業(yè)、檢修等方面的要求，尤其在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收方面較為詳盡，但在檢修方法、周期等方面未作硬性要求。

二、存在問(wèn)題

一直以來(lái)，各倉(cāng)儲(chǔ)單位對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的消防安全管理工作都比較重視，但還是出現(xiàn)過(guò)內(nèi)浮頂罐內(nèi)浮盤不同程度破損、靜電引導(dǎo)線脫開(kāi)等事故。經(jīng)分析，內(nèi)浮頂罐在長(zhǎng)期的使用、管理過(guò)程中，主要存在如下問(wèn)題：

1．內(nèi)浮頂罐長(zhǎng)期處于作業(yè)狀態(tài)，進(jìn)出物料過(guò)程中內(nèi)浮盤上下浮動(dòng)幅度大，長(zhǎng)此以往，容易對(duì)內(nèi)浮盤的密封圈造成一定程度的磨損。密封圈的磨損會(huì)導(dǎo)致內(nèi)浮盤密封性的下降，增加儲(chǔ)液揮發(fā)量，導(dǎo)致可燃?xì)怏w濃度的上升。一旦遇到足夠的點(diǎn)火能量，很容易發(fā)生火災(zāi)事故。

同時(shí)，內(nèi)浮盤各部分構(gòu)件長(zhǎng)期處于帶一定腐蝕性的物料中，容易發(fā)生一定程度的損壞。如浮筒長(zhǎng)期處于液面以下，浸沒(méi)在物料中受腐蝕作用，容易導(dǎo)致鋁制浮筒出現(xiàn)穿孔、膨脹。

2．管線掃線時(shí)對(duì)罐內(nèi)各部件構(gòu)成破壞。因生產(chǎn)需要，不少倉(cāng)儲(chǔ)單位一直采用單管多品種輸送模式，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。這就需要在作業(yè)后對(duì)管道進(jìn)行掃線，清理雜質(zhì)及殘料。這個(gè)過(guò)程也是目前引起內(nèi)浮盤故障的主要原因。掃線帶來(lái)破壞的原因：（1）由于罐內(nèi)浮盤等構(gòu)件大多采用鋁合金材質(zhì)，相對(duì)硬度有所欠缺；（2）大管徑掃線過(guò)程勢(shì)必產(chǎn)生強(qiáng)氣流，強(qiáng)氣流的沖擊力極有可能損壞內(nèi)浮盤。掃線容易導(dǎo)致浮筒脫落、浮盤支柱損壞、浮盤局部塌陷或吹翻，造成浮盤的損壞，甚至報(bào)廢（見(jiàn)圖2）。物料進(jìn)出貨物流速過(guò)快也會(huì)對(duì)內(nèi)浮盤各部件造成類似沖擊。

圖2 損壞的內(nèi)浮盤

3．儲(chǔ)罐清貨過(guò)多，物料液面低于內(nèi)浮盤最低高度。這就會(huì)在這個(gè)高度差中形成了可燃性氣體積聚的空間，同時(shí)也容易對(duì)浮盤的支柱造成破壞，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)浮盤塌陷。

4．作業(yè)過(guò)程中的靜電積聚。從船舶到儲(chǔ)罐輸送過(guò)程中，液體物料與管道摩擦產(chǎn)生電荷，并有部分靜電荷隨著液體被帶入到罐內(nèi)。在罐內(nèi)，液體內(nèi)部電荷由于液體上下運(yùn)動(dòng)，一部分靜電荷與罐壁接觸，通過(guò)罐體接地導(dǎo)出；另一部分靜電荷向鋁制浮盤積聚，通過(guò)浮盤與罐體的連接導(dǎo)線導(dǎo)出。如果浮盤靜電導(dǎo)出線脫落或接觸不良，罐內(nèi)初始流速控制不當(dāng)，很容易造成靜電荷積聚放電，引發(fā)事故。

5．因結(jié)構(gòu)特性帶來(lái)的檢查不便。目前各單位對(duì)于儲(chǔ)罐內(nèi)部尤其是內(nèi)浮盤的檢修保養(yǎng)主要由2種方式：（1）日常檢查，主要方式為每月1次由檢修人員通過(guò)罐頂上方的量油孔，用防爆手電筒肉眼觀測(cè)罐內(nèi)內(nèi)浮盤等主要設(shè)施的完好程度， 根據(jù)檢查情況決定下一步的維修計(jì)劃。（2）定期進(jìn)行清罐，對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)部進(jìn)行全面檢修。清罐周期視貨種而定，各單位因貨種、生產(chǎn)計(jì)劃等原因也有差異。對(duì)于內(nèi)浮頂罐的管理，各單位主要通過(guò)公司內(nèi)部出臺(tái)企業(yè)管理規(guī)定來(lái)明確儲(chǔ)罐維修、作業(yè)的具體事項(xiàng)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2017年，全球天然氣消費(fèi)量為3.67萬(wàn)億立方米，比上年增長(zhǎng)3%，高于前10年平均2.3%的增速。北美地區(qū)天然氣消費(fèi)量首次出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，但仍占全球天然氣消費(fèi)量的25.7%；中國(guó)消費(fèi)大幅增長(zhǎng)，拉動(dòng)亞太地區(qū)消費(fèi)量強(qiáng)勁增長(zhǎng)，達(dá)到全球天然氣消費(fèi)量的21%；歐洲、中東、非洲、中亞-俄羅斯地區(qū)天然氣消費(fèi)量穩(wěn)定增長(zhǎng)；中南美洲地區(qū)天然氣消費(fèi)量持續(xù)下降。主要天然氣消費(fèi)國(guó)呈“一大、三中、六小”特點(diǎn)：“一大”為美國(guó)，天然氣消費(fèi)量超過(guò)7000億立方米；“三中”為俄羅斯、中國(guó)、伊朗，各國(guó)天然氣消費(fèi)量超過(guò)2000億立方米；“六小”為日本、加拿大、沙特阿拉伯等6國(guó)，每個(gè)國(guó)家的天然氣消費(fèi)量超過(guò)700億立方米。

在現(xiàn)階段除了清罐大修以外，內(nèi)浮頂罐的結(jié)構(gòu)決定了對(duì)于罐內(nèi)的的設(shè)施無(wú)法清楚準(zhǔn)確地進(jìn)行檢查。類似于浮筒、密封圈等部件很難用肉眼觀測(cè)。等到清罐大修時(shí)，很多部件早已損壞。

三、建議和措施

（一）制度方面

要明確內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐日常管理的歸口部門，在建設(shè)、施工、驗(yàn)收等過(guò)程中切實(shí)貫徹執(zhí)行國(guó)家相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)程。結(jié)合自身實(shí)際制定內(nèi)浮頂專項(xiàng)管理規(guī)定，明確各級(jí)部門的職責(zé)。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐操作人員上崗前，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，考核合格后，方可上崗操作。應(yīng)建立健全內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐技術(shù)檔案和臺(tái)賬，建立倒查機(jī)制，從制度上樹(shù)起安全防范的高壓線。

（二）結(jié)構(gòu)方面

適時(shí)組織研究院、設(shè)計(jì)院、使用單位等相關(guān)人員對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐工藝設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)作業(yè)存在的薄弱環(huán)節(jié)、潛在隱患風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行調(diào)研分析，提出合理化建議，進(jìn)行儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)改造。

1．增設(shè)氮封裝置。將內(nèi)浮頂罐罐頂?shù)耐腹饪走M(jìn)行封閉，改為設(shè)置氮?dú)忾y對(duì)罐內(nèi)氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。這一設(shè)計(jì)的內(nèi)浮頂罐，采用了內(nèi)浮盤加氮?dú)夥獾碾p保險(xiǎn)措施，一旦浮盤損壞不起作用時(shí)，仍有氮封進(jìn)行保護(hù)，功能上類似于變成普通拱頂罐。

2．減少掃線對(duì)浮盤的破壞。針對(duì)掃線對(duì)內(nèi)浮盤的沖擊作用，可對(duì)進(jìn)料管線進(jìn)行減壓改造：加長(zhǎng)擴(kuò)散管到罐中心位置，在擴(kuò)散管兩側(cè)開(kāi)小孔分流，小孔及擴(kuò)散管口須避開(kāi)立柱，無(wú)法避開(kāi)的地方在立柱前加擋板保護(hù)。但最佳的方式還是通過(guò)設(shè)置緩沖罐。有多罐同品種物料時(shí)，選擇其中一個(gè)罐作為吹掃專用罐。這一措施應(yīng)在罐區(qū)建設(shè)前納入整體布局規(guī)劃中。

3．設(shè)置浮盤支撐架。針對(duì)支柱受掃線沖擊及自身材質(zhì)特性容易損壞的問(wèn)題，可以考慮在浮盤起始高度的罐壁處設(shè)置環(huán)形托架，既能起到限高的作用，相對(duì)于支柱，其安全性又大大提高。

4．罐頂安裝可燃?xì)怏w濃度報(bào)警探頭。由于內(nèi)浮盤在儲(chǔ)罐內(nèi)部不易直接檢查，可在儲(chǔ)罐上部選擇兩個(gè)對(duì)稱的通氣孔，安裝可燃?xì)怏w濃度報(bào)警探頭。通過(guò)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度的變化，判斷內(nèi)浮盤是否完整好用。

5．選擇相對(duì)穩(wěn)固的浮盤形式。浮盤結(jié)構(gòu)宜選擇蛛網(wǎng)狀六邊形、三角形網(wǎng)狀等相對(duì)強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好的類型，增加浮盤的抗沖擊能力。對(duì)于浮子的選擇，浮箱式也較浮筒式更為穩(wěn)固，降低了發(fā)生故障的概率。

（三）檢修方面

1．要細(xì)化內(nèi)浮頂罐檢查內(nèi)容，明確檢查周期?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，參照《常壓立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐維護(hù)檢修規(guī)程》（SHS 01012—2004）中關(guān)于內(nèi)浮頂罐檢修保養(yǎng)的主要內(nèi)容開(kāi)展檢修工作。

2．要加強(qiáng)對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的檢查力度和頻度。嚴(yán)格執(zhí)行日常巡查制度，認(rèn)真填寫檢查、維修、更換等相關(guān)記錄。每月至少開(kāi)展1次對(duì)浮盤的專項(xiàng)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)清罐，進(jìn)罐開(kāi)展進(jìn)一步的深入排查。罐體大修或清罐時(shí)（一般1年左右），必須對(duì)內(nèi)浮盤相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，及時(shí)更換密封圈、支柱等易損部件，確保儲(chǔ)罐各部件正常運(yùn)作。要合理安排生產(chǎn)作業(yè)，設(shè)定清罐時(shí)間表，確保儲(chǔ)罐能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

（四）使用方面

1．嚴(yán)格控制作業(yè)流速。作業(yè)流速過(guò)高容易導(dǎo)致靜電荷大量積聚，增加火災(zāi)危險(xiǎn)性；另一方面，在低液位收料時(shí)，流速過(guò)高使浮盤失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，還會(huì)導(dǎo)致浮頂支柱因物料產(chǎn)生渦流發(fā)生傾斜。在現(xiàn)階段技術(shù)設(shè)備條件下，要進(jìn)一步完善船岸作業(yè)溝通機(jī)制，加強(qiáng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，全程檢測(cè)作業(yè)流速、壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)。適當(dāng)延長(zhǎng)初始裝卸時(shí)間，確保浮盤被液面托起前初始流速不超過(guò)1 m/s。油品及油品性質(zhì)相近的化工品在正常作業(yè)狀態(tài)時(shí)最高流速不應(yīng)超過(guò)4.5 m/s，液化烴在正常作業(yè)狀態(tài)下最高流速不應(yīng)超過(guò)3 m/s。

2．禁止直接向內(nèi)浮頂罐掃線。盡量減少吹掃作業(yè)，非要吹掃作業(yè)的要控制流量，要防止壓力氣體直接進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)部。掃線作業(yè)一般使用氮?dú)?，壓力?yīng)小于0.6 MPa，管道速度應(yīng)控制在8?～?15 m/s。物料液位低于2?m以下時(shí)，禁止掃線作業(yè)。

3．應(yīng)避免物料液位低于內(nèi)浮盤起始位置。內(nèi)浮頂罐正常進(jìn)出物料時(shí)，要全程監(jiān)控液位高度。正常進(jìn)料時(shí)最低液位應(yīng)控制在其實(shí)高度液位以上0.2 m；最高液位應(yīng)控制在最大設(shè)計(jì)液位高度以下0.3 m。