內(nèi)浮頂儲罐浮盤損壞原因分析與預(yù)防措施

祝春強(qiáng)（中國石油廣西石化公司 儲運(yùn)一部，廣西 欽州 535000）

某日沿海某煉廠儲運(yùn)部門，當(dāng)班外操陪同化驗室人員對某汽油罐進(jìn)行上罐采樣操作。上罐后，外操發(fā)現(xiàn)罐頂汽油味較大，于是通過檢尺口向罐內(nèi)查看，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)油面清晰可見，外操立即停止該罐后續(xù)一切操作。聯(lián)系管理人員后打開透光孔看查看后確認(rèn)浮盤已損壞并下沉。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30570-2015）中儲罐排放油氣濃度120mg/m3、及儲罐周邊空間油氣濃度4mg/m3 的標(biāo)準(zhǔn)要求，該部門陸續(xù)對該罐區(qū)的其他7臺汽油罐進(jìn)行浮盤更換過程中發(fā)現(xiàn)浮盤落地后都有不同程度的損壞，因此對內(nèi)浮頂儲罐浮盤損壞原因進(jìn)行研究分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 原因分析

1.1 浮盤失衡是導(dǎo)致浮盤沉船的直接原因

通過現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)液位計護(hù)管自高度10米處往下有明顯的劃痕，東側(cè)罐壁高度2 米以下處有明顯劃痕。該浮盤的113根浮筒僅剩10根連接在坍塌的浮盤上，其余均散落在罐底，其中有75根浮筒在端部撕裂，損壞比例約達(dá)66.4%。經(jīng)綜合分析認(rèn)為：浮盤失衡是導(dǎo)致沉船的直接原因。

1.2 浮盤質(zhì)量、安裝存在問題

支腿大部分安裝在浮筒端部，浮盤落底后支腿受力不均從而使部分浮筒端部撕裂進(jìn)油，導(dǎo)致沉盤。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，浮筒吊帶安裝時緊固件未采取防松措施，在浮盤運(yùn)行過程中，大量螺栓脫落（脫落數(shù)量為317 套），浮筒脫落也導(dǎo)致沉船原因之一。即使設(shè)計不錯的鋁浮盤，由于浮盤安裝質(zhì)量及錯誤也會造成浮盤實用效果不好，多企業(yè)都已發(fā)生許多這樣的案例。

1.3 罐底板沉降不均

罐底東側(cè)及南側(cè)積水較深，達(dá)10cm，而西側(cè)及北側(cè)無積水，罐底不平再浮盤再次落底后支撐不平，并且罐底不平也會導(dǎo)致罐壁垂直度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致浮盤再次升降發(fā)生卡盤的可能性，造成浮盤損壞而沉盤。

1.4 設(shè)備腐蝕原因

檢查過程中發(fā)現(xiàn)，浮盤的部分蒙皮、浮筒吊帶及防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩罐底錨板等腐蝕嚴(yán)重。浮盤升降過程中，汽油從破損的蒙皮處竄至浮盤上部，導(dǎo)致浮盤失衡從而沉盤。排查該罐儲存記錄，發(fā)現(xiàn)該罐運(yùn)行期間曾儲存汽油組分催化汽油，硫含量較高。鋁是兩性金屬，易溶于烯酸，也易溶于強(qiáng)堿。由于該石化公司地處南方沿海地區(qū)，高熱高濕氣候，儲罐付油時潮濕空氣通過通氣孔進(jìn)入儲罐，當(dāng)儲罐收油時，由于內(nèi)浮盤密封圈與罐壁之間有一定間隙，在正壓力作用下，少部分油氣逸出，含硫氣體與空氣中的水和氧相互促進(jìn)加速腐蝕，浮筒與蒙皮之間為氣液交替處，腐蝕尤為嚴(yán)重[1]。

1.5 生產(chǎn)運(yùn)行原因

1.5.1浮盤多次落底

近五年來，該罐多次因油品牌號更換、采樣器維修，辦理了工藝卡片變更，將液位降至0.3 米以下。由于罐底不平導(dǎo)致浮筒支撐受力不均衡而傾斜造成浮盤破損，再次進(jìn)油后浮盤失穩(wěn)導(dǎo)致沉盤。

1.5.2湍流影響

進(jìn)油量大產(chǎn)生的湍流就大，另外啟攪拌器液位不能太低，否則攪拌效果是滿足了但產(chǎn)生的湍流也較大。湍流越大對浮腿及整個浮盤沖擊也就越大。

2 預(yù)防措施

2.1 設(shè)計方面

2.1.1進(jìn)油管設(shè)計要求

進(jìn)油管如果太短靠近管壁，在進(jìn)油的時候會在儲罐進(jìn)油側(cè)形成很大的頂升力，使浮盤首先在該部位向上升起，而在遠(yuǎn)側(cè)由于受到?jīng)_擊力較小從而造成浮盤受力嚴(yán)重不均勻，進(jìn)而使浮盤將以傾斜上升，這種傾斜斜率變化隨著液位上升逐步減小。浮盤發(fā)生傾斜是最容易發(fā)生卡盤現(xiàn)象，嚴(yán)重甚至造成浮盤破損直至沉盤。如下圖所示[2]。

根據(jù)《中國石油天然氣股份有限公司輕質(zhì)油品儲罐技術(shù)導(dǎo)則》第3.4.1規(guī)定：儲罐進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)置擴(kuò)散管。擴(kuò)散管一般深入罐中間，并且擴(kuò)散管開多孔，開孔多少與孔間距根據(jù)需求進(jìn)行計算，由于開孔總面積遠(yuǎn)大于進(jìn)油管截面積，從而流體進(jìn)入擴(kuò)散管后壓力和速度大幅降低，減少進(jìn)油過程中浮盤的傾斜，從而更好保護(hù)浮盤。

2.1.2密封設(shè)計與選擇

浮盤密封主要形式有舌形密封和囊式密封兩種型式，并且要求采用導(dǎo)靜電橡膠，橡膠材質(zhì)有丁晴橡膠和氟橡膠等。涉及芳烴、汽油需使用氟橡膠，避免丁晴橡膠被苯系物溶解。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30570-2015）內(nèi)浮頂罐的浮盤與罐壁之間應(yīng)采用液體鑲嵌式、機(jī)械式鞋型、雙密封等高效方式。目前企業(yè)普遍選用填料式舌形密封（即囊式密封+舌形雙密封型式），內(nèi)充海綿，這種密封形式是面接觸，密封效果好。填料式舌形密封也起到浮盤與罐壁的緩沖作用，避免由于浮盤與罐壁硬接觸。

2.1.3浮盤型式

目前市場上普遍應(yīng)用的有三種類型的內(nèi)浮盤：鐵艙式、夾板式、浮筒式，其中浮筒式市場占有率約99%以上。鋁制浮筒式內(nèi)浮盤具有造價低廉、重量輕、施工簡單等優(yōu)點在輕質(zhì)油品儲罐得到廣泛使用，但是由于其在浮盤下部存在油氣空間、加之浮盤本體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很低極易損壞等原因，致使浮盤運(yùn)行過程中不斷有企業(yè)發(fā)生浮盤卡盤或沉盤事件。隨著國家環(huán)保要求不斷提高，《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30570-2015）中儲罐排放油氣濃度120mg/m3、及儲罐周邊空間油氣濃度4mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求。浮盤結(jié)構(gòu)型式也在不斷開發(fā)并投入使用，全接液蜂巢內(nèi)浮盤作為一種全新的儲罐內(nèi)浮盤技術(shù)，自2014 年初推廣應(yīng)用以來，已經(jīng)在中石油、中石化、中海油下屬多家單位進(jìn)行了成功應(yīng)用。浮盤整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大（強(qiáng)度超過API650(H4.2.1.4)要求7 倍以上），架構(gòu)緊密，具有良好的抗震性，消除了油氣空間等缺陷。

2.2 設(shè)備安裝與維護(hù)方面

2.2.1浮盤安裝

企業(yè)對浮盤安裝質(zhì)量控制應(yīng)該嚴(yán)格，從本質(zhì)上對浮盤安裝質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管。鋁浮盤基本安裝要點[3]：（1）在鋁浮盤安裝之前，應(yīng)將可能損傷密封帶的焊渣、毛刺等清除干凈并打磨平滑，否則會劃破密封導(dǎo)致海綿進(jìn)油從而造成浮盤破損。（2）鋁制內(nèi)浮頂平面度偏差不應(yīng)大于10mm。（3）所有支柱應(yīng)保持垂直，偏差不得大于10mm，尤其是支柱安裝不能隨意性，如有的安裝在浮筒上，有的安裝在工子梁上等等。

2.2.2定期檢測與維護(hù)

按《中國石油天然氣股份有限公司輕質(zhì)油品儲罐技術(shù)導(dǎo)則》8.3.1 條第二款規(guī)定：含硫量高的輕質(zhì)油品儲罐未采用氮封或內(nèi)防腐處理等特殊安全措施時，清罐周期不應(yīng)超過2年；采用氮封等安全措施時，清罐周期可適當(dāng)延長，但不應(yīng)大于4年。其它輕質(zhì)油品儲罐清罐周期為6年。部門需制定了罐頂油氣和罐底水樣定期抽檢制度，以確定浮盤密封和罐底板腐蝕情況。

2.3 生產(chǎn)優(yōu)化管理

2.3.1減少浮盤落地頻次

按《中國石油天然氣股份有限公司輕質(zhì)油品儲罐技術(shù)導(dǎo)則》7.2.3條第7款規(guī)定，嚴(yán)格按儲罐液位控制指標(biāo)進(jìn)行控制，上限不得超過高高液位，下限不得低于低低液位（低低限液位報警設(shè)置高度:浮船支撐高度+200mm），既最低運(yùn)行液位為2 米。該罐浮盤自2014年至今由于生產(chǎn)計劃要求及維修罐下采樣器需要已落底三次。

2.3.2制定浮盤檢查規(guī)定。

（1）浮盤落底操作大部分應(yīng)工藝生產(chǎn)需要進(jìn)行，重點關(guān)注了操作的流速、流量和外漏情況，明確浮盤升降操作后對浮盤的相關(guān)檢查規(guī)定。（2）每月在內(nèi)浮頂罐固定頂上打開透光孔檢查有無滲漏；（3）按規(guī)定定期對內(nèi)浮盤氣相空間進(jìn)行采樣分析并建立臺賬，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)跟蹤分析，必要時開罐檢查。

2.4 其它措施

利用Fluent 計算流體軟件對內(nèi)浮頂儲油罐浮盤湍流沖擊進(jìn)行動態(tài)數(shù)值模擬，通過實驗室試驗數(shù)據(jù)驗證數(shù)值模擬流場的精確性和可靠性，通過對罐內(nèi)湍流的建模來制定儲罐進(jìn)油流量與最低運(yùn)行液位的工藝卡片制定。該課題目前正處于研究申報階段，最終能實現(xiàn)每個內(nèi)浮頂儲罐工藝卡片具有定性定量的依據(jù)，更好保護(hù)浮盤及設(shè)備穩(wěn)定性，減少設(shè)備事故發(fā)生。