油庫大型油罐安全分析及改進措施

王天高(中國航空油料有限責任公司西藏分公司，西藏 山南 850705)

0 引言

伴隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，很多儲油場所都使用大型油罐儲油，但是基于油料本身的易燃易爆特點，為儲油工作帶來了一定的隱患。因此，在管理油料時，相關(guān)管理人員要能對其重要的影響因素有足夠的分析，并能在對其展開一定的分析的基礎(chǔ)上采取合適的措施，以此來保證大型油罐的安全管理。

1 大型原油儲罐工程的危險性分析

原油具有一定的易爆炸性和易燃性，并且易沸溢，要在實際的救火過程中對此有足夠的重視[1]。大型原油儲罐安全管理中最危險和最主要的因素就是基于原油的易燃易爆性，在實際的著火事故中，要對可燃物、著火源與空氣有足夠清晰的認識，一般是通過強化管理來解決著火源的問題的。而在實際的儲罐設(shè)計時，則需要對泄漏可燃物的問題進行足夠的控制和預(yù)防。由于原油在泄漏的過程中是完全暴露在空氣中的，在與空氣接觸時容易構(gòu)成可燃物。在對原油進行儲運時，有脫水跑油、冒罐跑油、管線、設(shè)備閥件的損壞導(dǎo)致的跑油，或者由于密封的不良導(dǎo)致的油氣的揮發(fā)。另外，在實際的原油泄漏事故中，還存在浮盤沉底、罐底開焊破裂導(dǎo)致的泄漏。

在眾多的原油泄漏因素中，腐蝕是最為重要的因素。國內(nèi)外的油罐底部的腐蝕造成有關(guān)泄漏事故發(fā)生過多起。調(diào)查儲罐內(nèi)的實際腐蝕情況后，相關(guān)結(jié)果表明，大多罐底腐蝕為潰瘍狀的腐蝕狀態(tài)，且罐底腐蝕最為嚴重，一般表現(xiàn)為變形以及凹陷，發(fā)生在焊接熱影響區(qū)。罐頂?shù)母g多為不均勻的伴有孔蝕的全面腐蝕狀態(tài)。罐壁的腐蝕程度較輕，一般發(fā)生在油水界面，其腐蝕的形態(tài)表現(xiàn)為均勻點蝕狀，油水界面的原油接觸到空氣。因此，相較于罐頂和罐壁，罐底的腐蝕更為嚴重，其腐蝕主要在與環(huán)梁基礎(chǔ)接觸以及邊緣板一面。在浮頂油罐進行生產(chǎn)作業(yè)時，浮盤沉底事故是整個過程環(huán)節(jié)最為忌諱的惡性設(shè)備事故。這種事故一旦發(fā)生，將造成原油的大量泄漏，對環(huán)境造成一定的污染，同時嚴重影響生產(chǎn)，也反映出了管理、施工、設(shè)計等相關(guān)方面的缺陷。

2 油罐罐頂失穩(wěn)分析

2.1 浮頂載荷分析

浮力作用：浮頂在液面上漂浮，其下端浸沒深度一般與密封機構(gòu)對罐壁摩擦的大小力度和方向、浮頂附件質(zhì)量等有重要的關(guān)系[2]。

風(fēng)力作用：狂風(fēng)能讓浮頂產(chǎn)生附加彎矩，使其漂移向最大風(fēng)向。在風(fēng)吹罐頂上方時，風(fēng)向發(fā)生改變，在消防擋板處受到最大的阻力，在狂風(fēng)開始的最初階段進入地帶，即進入俯沖力的尾端。因此，根據(jù)動力學(xué)的相關(guān)原理推斷，在這個過程中，有很大的可能產(chǎn)生真空度，最終讓風(fēng)向產(chǎn)生變化。

暴雨沖擊：在無風(fēng)的暴雨時，對浮頂產(chǎn)生均勻向下的沖擊力，只能對浮頂?shù)慕]深度產(chǎn)生影響，但是在伴有狂風(fēng)的暴雨時，會讓雨線產(chǎn)生偏斜，進而分解對浮頂?shù)臎_擊力。加上風(fēng)力的作用，浮頂在雨線的作用下成為一個入射角，在浮頂左方的一部分產(chǎn)生一定的浮頂偏載，其由于不能承受風(fēng)力作用下的雨線的作用，在整個過程中，在狂風(fēng)中對浮頂中心形成一定的傾覆力矩，相疊加前一力矩[3]。

2.2 預(yù)防措施

由于量油管和導(dǎo)向管的安裝方位的原因，其不能與最大風(fēng)向同步，產(chǎn)生極大的不良影響，對浮頂傾覆力矩構(gòu)成影響。讓導(dǎo)向管設(shè)置在最大風(fēng)向浮頂兩端，在一定程度上會阻礙了浮頂傾覆，進而讓導(dǎo)向管的傾覆彎矩有所減小。對于大直徑的儲罐，可以對其增加多個導(dǎo)向管，避免發(fā)生不良后果[4]。

當儲罐容量不大時，可以結(jié)合現(xiàn)有的浮頂結(jié)構(gòu)設(shè)置兩根導(dǎo)向管，但要將量油管設(shè)置在最大的風(fēng)尾處，從而大幅增加導(dǎo)向管對浮頂反力矩的力臂。

量油管和導(dǎo)向管的失穩(wěn)變形，其主要原因是剛度較為有限。針對這一問題，可以增加量油管和導(dǎo)向管的直徑和壁厚[5]。當前的結(jié)構(gòu)為下端固結(jié)、上端自由，可以將其改為下端可軸向滑動和上端固結(jié)的結(jié)構(gòu)。罐壁的工作條件和導(dǎo)向管相差無幾，原油罐與大氣之間的溫差加大，但是罐壁的保溫功能加上罐壁薄弱的結(jié)構(gòu)，量油管濕度變化在相同的溫度條件下會產(chǎn)生較小的變化，導(dǎo)向管兩端的支架可以吸收這種差異引起的變化，讓支架有足夠合理的設(shè)計，可以有效避免造成惡性附加應(yīng)力。

若干限位塊分布在浮頂油罐在浮頂下部，其在接觸罐壁時，浮頂中心會在罐壁對其反力的作用下產(chǎn)生一定的力矩，進而傾覆浮頂，產(chǎn)生一定的傾覆力矩，前述傾覆力矩與其產(chǎn)生疊加，讓浮頂?shù)膬A覆進一步加劇。將其變得更加有柔性，將其改在浮頂?shù)纳戏?，可以產(chǎn)生與上述讓力矩相反的力矩，進而讓浮頂傾覆得到進一步減緩。另外，其柔性能快速吸收其與罐壁的沖擊能和定位塊，減緩其在狂風(fēng)中產(chǎn)生的沖擊力，讓動載荷系數(shù)得以降低，從而有效避免產(chǎn)生浮頂?shù)恼w失穩(wěn)破壞[6]。

3 油罐的防腐措施

3.1 防護油罐金屬底板

在對地上的鋼質(zhì)油罐進行使用時，由于受不同的環(huán)境介質(zhì)的進一步腐蝕，會有較多的穿孔事故發(fā)生在罐底板。基于此，要實施足夠防腐蝕措施，對儲罐底板進行重點防護，從而避免發(fā)生泄漏事故，讓大修周期有進一步延長[7]。讓金屬與介質(zhì)被有效隔開，用防腐涂料保護金屬。但覆蓋層容易龜裂老化，且容易出現(xiàn)微孔，加上不合格的施工，其表面產(chǎn)生一定的針孔，在一定程度上對漆膜造成破壞。因此，不能采用單獨的涂料。將陰極保護與涂料保護相聯(lián)合，保護裸露的金屬，并形成電流保護，進而對覆蓋層的缺陷進行有效彌補，這是較為經(jīng)濟有效的辦法，能有效保護儲罐罐底板。儲罐的邊緣板產(chǎn)生的作用同樣不容忽視，其在罐結(jié)構(gòu)中起到十分重要的作用，但是因為滲水的原因，容易引發(fā)腐蝕。如前階段的在役儲罐的防腐措施工作做得不夠到位，就要能對罐底板的腐蝕進行全面控制，要做好基本的罐底板主體防護措施，同時也要對邊緣板外的裸露部分采取相應(yīng)的防腐措施。

3.2 防治罐底板腐蝕的措施

(1)在設(shè)計油罐金屬底板結(jié)構(gòu)的過程當中，要想讓罐底板呈現(xiàn)平鋪的狀態(tài)，使其傾斜，接近脫水口，從而脫凈原油罐底的水。

(2)原油罐的腐蝕最主要的是水腐蝕，在罐底部，其最好的水層厚度大概為800 mm，所以，涂刷相應(yīng)涂料，能有效起到保護性的作用。

3.3 罐底板上表面防腐措施

要對油罐罐底防腐，主要要求是：在遇到存儲產(chǎn)品時保持不變質(zhì)，并且能有很好的抗?jié)B透和耐潮性能，并且能很好地附著在金屬表面，在抗陰極剝離、抗沖擊以及耐老化等方的性能更好。并且耐存儲溫度，同時更容易修補。油品與管壁容易產(chǎn)生摩擦，尤其在實際的輸送中，這種摩擦?xí)屵^濾器和流經(jīng)泵產(chǎn)生靜電，這些靜電不能快速消散，將從管路的末端直接進入油罐。而在這個過程中，油品和油罐的接管內(nèi)壁產(chǎn)生一定的摩擦，這個過程中也會產(chǎn)生一定的靜電，采用絕緣覆蓋層，進而阻斷儲運過程中所產(chǎn)生的高壓和靜電，放電會將油氣層擊穿，引發(fā)事故。為避免以上問題的發(fā)生，要使用108以下的電阻率防靜電的涂料。有犧牲陽極安裝在罐底板，可以通過陽極導(dǎo)出靜電，可以使用特殊涂料，如重型玻璃鱗片涂料，這種涂料的抗沖擊性和抗?jié)B透性都很好，同時有良好的粘結(jié)力和耐磨性，并且溶劑少，耐化學(xué)介質(zhì)浸泡，可做厚涂。如果考慮到清罐的難度，不用犧牲陽極保護，可以按照以下的方法進行防腐：第一，涂料面漆用T521聚氨酯，底漆用無機富鋅T588涂料。以上涂料的選擇方案能有效避免鋅涂料的過早失效。

由于犧牲陽極不能提供更多保護給邊緣板外部的部分，但是由于其所處的環(huán)境較差，在對其進行防腐時，可以用熱噴涂鋁防腐。在噴涂層有較強的耐高溫特性，同時能將腐蝕介質(zhì)的滲透進行有效隔絕，對鋼板的化學(xué)腐蝕進行有效防止，與此同時，鋁覆蓋層能犧牲陽極。噴涂其他電位比EF正的金屬在很大程度上會有安全隱患。要對普通的涂料進行定期的除銹，并對其進行及時的更新。這些方法的一次性投資額度較高，但是產(chǎn)生的效果較好，可以一勞永逸。通過相關(guān)研究，對這兩種防腐層的壽命和其使用的經(jīng)費用展開比較，結(jié)果表明，較為經(jīng)濟的做法是使用高性能的防腐體系。

基于圈梁的攔阻，整個陰極保護的盲區(qū)是邊緣板部位。裝油后，油罐的邊緣板微微上翹，很容易流進雨水。為避免縫隙流進雨水，一般的做法是，先用石棉繩直接填塞進縫隙，將玻璃纖維布和防水膠進行混合密封。用這種方式展開處理，其本身有很大的弊端，不能達到更好防水效果?？梢圆捎闷渌姆绞椒欧?，具體先切削環(huán)梁的外露角，焊一圈圓鋼在邊緣板外下沿，并將其直接密封，快速填平整個焊接處。當前這種結(jié)構(gòu)對水分進行有效控制，避免水分流進邊緣板的縫隙，進而讓積水大幅度減少。這種結(jié)構(gòu)在儲罐中得到了試驗，已經(jīng)取得了較為理想的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，儲油企業(yè)要對油料的儲存和相關(guān)注意事項等有足夠的重視。要對周圍環(huán)境以及油罐自身存在的安全隱患進行有效分析，要確保安全的使用大型油罐，可以從以下兩個方面著手：第一是結(jié)合油品的易燃和易爆的特性，加大安檢力度和日常的運營管理，有效防止油罐發(fā)生泄漏。油品外溢后，遇到明火容易引發(fā)爆炸事故。第二，在油罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有相應(yīng)的設(shè)計，采取合適的預(yù)防措施，消除油罐設(shè)計之初的先天缺陷。