大型浮顶油罐（精选7篇）
大型浮顶油罐 篇1
1 浮顶油罐火灾事故分析
大型浮顶油罐指容量10×104 m3及10×104 m3以上的油罐,基本用于储存原油,罐体设计一般采用敞口浮顶储罐,以下简称浮顶油罐。自1985年我国开始引进日本10×104 m3浮顶油罐至今,我国大型浮顶油罐的建设有了飞速发展,目前国内已经建成的大型石油中转及储备基地多由10×104m3浮顶油罐及15×104 m3大型浮顶油罐成组布置组。
世界各大石油公司通过对已发生的油罐安全事故进行的科学系统分析发现,浮顶油罐火灾事故主要是由密封圈处着火、冒顶及防火堤内各种泄漏,这三个原因造成的。到目前为止,浮顶油罐基本采用钢制双盘式或浮船式浮顶结构。实践表明,符合《易燃与可燃液体规范》(NFPA30)要求的钢制双盘式或浮船式浮顶油罐,其国际公认最常见的火灾形式还是密封部位的火灾。统计结果表明,浮顶罐发生火灾的相对比例较小,约为9.1%,这主要是由于其浮顶和液面之间不存在空间, 罐内不易积聚油气的内部结构决定的。因而一般火灾只发生在罐顶边缘密封处, 其燃烧面积小,火势较弱,油罐被破坏情况很少。浮顶油罐火灾事故发生频率如表1所示。
近几年随着国内大型油库的相继建成投产,浮顶油罐已发生的火灾均为密封面火灾,且多为雷击引起的火灾,能在短时间内成功扑灭。实践证明,固定的消防冷却及灭火系统对于早期火灾的扑救至关重要,因此利用固定的消防冷却及灭火系统成功扑灭火情的案例应加以分析总结借鉴。
就国内10×104 m3及15×104 m3大浮顶油罐消防冷却及灭火系统的设计现状,结合NFPA11和GB50151对大型浮顶油罐泡沫灭火系统的泡沫喷射口设置方式进行量化分析,并通过对泡沫比例混合装置等系统组件的分项研究,为大型浮顶油罐消防系统技术优化及发展思路提供参考。
2 常用密封结构的种类
NFPA11和GB50151中有关浮顶油罐部分的低倍数泡沫灭火系统的条文均为针对密封区域设防的火灾。其典型的泡沫灭火工艺流程为通过固定式泡沫灭火系统,将泡沫混合液输送到泡沫产生器,再通过泡沫喷射口将泡沫直接施加到密封区灭火,因此有必要对浮顶油罐的密封结构加以研究。
国内10×104 m3油罐的密封结构以一级密封加二级密封为主,其中早期建成的秦皇岛某输油站和舟山某油库是从日本引进的10×104 m3油罐,采用一级密封加金属挡雨板的结构。一级密封多数为国产软密封(即管式密封),密封材料多为耐油橡胶包弹性聚氨酯。二级密封无论进口产品,还是国产产品,密封效果均不错,均优于一次密封加金属挡雨板的结构。
国外浮顶油罐的密封结构种类较多,NFPA标准中共列举了四种形式:机械密封、管式密封加金属挡雨板、管式密封加全部或部分采用可燃材料的二级密封、管式密封加金属二级密封。
3 泡沫喷射口设置方式类型
泡沫喷射口设置方式分为两种形式,其一为传统的罐壁顶部设置方式,其二为喷射口设置在浮顶上。70年代末以来,国外出现了泡沫喷射口浮顶设置方式。90年代末,国内开始引进这种设置方式,其中主要配件—耐压软管主要依靠进口。国内10×104 m3油罐一般采用钢制双盘式或浮船式浮顶结构(即单、双盘式浮顶),其中大部分泡沫喷射口为传统的罐壁顶部设置方式;少部分泡沫喷射口设置在浮顶的密封或挡雨板上方。国内常见的泡沫喷射口设置方式见图1(A、B)。
NFPA11标准中列举的泡沫喷射口设置方式见图2(A、B、C、D)及图3(A、B、C、D)。
4 泡沫喷射口设置方式分析与对比
4.1 泡沫喷射口为传统的罐壁顶部设置方式
国内目前常规的设置方式,堰板与罐壁间距为1.2 m。10×104m3油罐设置PC-8泡沫产生器12个;15×104m3油罐设置PC-8泡沫产生器14个。
4.2 喷射口浮顶上设置方式
国内目前采用这种设置方式的典型流程为:泡沫通过固定于油罐底部的入口管和可盘起来的耐压软管,穿过油层将泡沫混合液输送到分配器,再通过钢管将其输送到设置于周边的若干泡沫产生器,最后通过泡沫喷射口将泡沫直接施加到密封区上方灭火。
设置二根DN150耐压软管,二组分配器,堰板与罐壁间距为0.9 m,泡沫产生器进口压力0.5 MPa。10×104m3油罐PC-8泡沫产生器12个,15×104m3油罐PC-8泡沫产生器14个。
4.3 综合分析
对于大型浮顶油罐,在确保整个系统安全性和可靠性的同时,力求泡沫混合液均匀流淌,并以较经济的方式保证泡沫混合液的供给强度及供给时间是研究的目的。从表2、3看出,10×104m3油罐喷射口采用浮顶上部设置方式时,泡沫混合液从防火堤到油罐最不利点泡沫产生器所需的时间,较罐壁顶部设置方式缩短26 s,防火堤处泡沫混合液管道压力增加0.05 MPa,可以说两种设置方式均可;而15×104 m3油罐喷射口采用罐壁顶部设置方式时,最突出的缺点是油罐最有利点泡沫喷出时间与最不利点泡沫喷出时间差约80 s,各泡沫产生器的混合液量分布不均尤为明显,如再考虑低液位时罐壁顶部设置方式的风吹损失等因素,因此,从安全的角度出发,15×104 m3油罐喷射口采用浮顶上部设置方式是较理想的方案。
5 系统组成及可靠性分析
浮顶油罐消防系统是由消防水冷却系统和泡沫灭火系统组成的。泡沫灭火系统一般采用固定式低倍数泡沫灭火系统,其典型的泡沫灭火工艺流程为接到火灾自动探测信号后,通过固定式泡沫灭火系统,将泡沫混合液输送到泡沫产生器,再通过泡沫喷射口将泡沫直接施加到密封区灭火,灭火的同时需要消防冷却水系统持续冷却保护罐壁。然而,大型浮顶油罐冷却及灭火系统是典型的系统工程,属自动灭火系统,其系统可靠性与消防水源、固定的消防水泵、冷却喷淋装置、泡沫比例混合装置、泡沫产生装置、系统控制阀组及管道和火灾探测系统密切相关,且消防控制系统及消防供电的可靠性以及设备维护与日常保养也非常重要。因此,石化工业消防工程设计人员应具有全面的设计思想,结合工艺要求总体规划消防设计方案,并与相关专业密切配合,落实好设计方案是提高系统可靠性的保证。
目前国内消防专业设计规范或行业防火设计规范对消防水源、固定消防水泵、冷却喷淋装置、泡沫比例混合装置、泡沫产生装置、系统控制阀组及管道、火灾探测系统、消防电源的设置要求与设备选型均有条文规定,且中国石化集团公司,通过调查研究已发生的几起雷击火灾事故,及时出台了中国石化安[2008]183文《大型浮顶储罐安全设计施工管理规定》,经过几年的实践经验证明,基本做到了“安全可靠、技术先进、经济合理”。但是,系统控制阀组、泡沫比例混合装置、消防控制系统的可靠性还是值得消防专业人士进一步深入研究的。
5.1 泡沫比例混合流程
目前大型浮顶油罐泡沫灭火系统一般采用平衡压力式泡沫比例混合流程(见图8)。
其优点如下:
(1)泡沫液储罐为常压或低压储罐,较经济且泡沫液可在灭火过程中添加,提高了系统可靠性;
(2)压力平衡阀可保证精确的混合比3%或6%,增加了系统稳定性并提高了灭火效率;
(3)泡沫泵注入泡沫液的供给方式可使泡沫混合液工作压力和流量的适应范围扩大。
此外,为了提高系统的可靠性,泡沫比例混合装置的泡沫液泵采用电动泵,并采用柴油机泵100%备用;其系统组件平衡阀、比例混合器等均为100%备用。同时,设计时,还应考虑设备选型及长周期运行的问题,一般要求泡沫液泵可空载运行不低于10分钟,密封或填充材料耐泡沫液腐蚀且不影响泡沫液的性能。
近年来,国内已引进世界上最先进的FOAMPRO自动泡沫比例注入系统,流量范围更宽泛,这种更精准的泡沫液注入系统,可提高系统的可靠性,而AutoCAFS自动压缩空气泡沫灭火系统,引入的“水+A类泡沫+气泡”的灭火概念是全新的,应引起业内人士的高度关注。
5.2 系统控制阀组
系统控制阀一般采用雨淋阀组、电动阀或气动阀。设计时,雨淋阀组选型应执行《自动喷水灭火系统 第5部分 雨淋阀组》(GB5135.5-2003)的相关技术要求,值得提醒的是,对于泡沫灭火系统罐前控制阀选用雨淋阀组应特别注意,必须采取措施解决膜片上空腔问题。而电动阀或气动阀阀体技术要求可参照《自动喷水灭火系统第6部分 通用阀门》(GB5135.6-2003)的相关要求,驱动部分一般根据设计人员的经验确定,也可参照国外相关规范的要求,因而系统可靠性会打折扣,应引起相关部门的注意,而对于寒冷地区采用的加长杆控制阀门,其驱动装置选型应特别注意扭矩计算。
5.3 消防控制系统
当大型浮顶油罐发生火情时,火灾自动报警系统接警后,发出信号,工业电视监控系统作为重要的确认手段确认后,按程序自动启动消防系统控制阀等,可早期扑灭火灾。
目前,石化企业消防控制系统一般采用三种控制模式,其优缺点对比见表4。
目前,我国消防产品的市场准入实行强制性产品认证制度(CCC认证制度)、形式认可制度、强制检验制度。消防联动控制系统设备属于实行强制性认证制度的消防产品。采用三种模式系统均应考虑冗余设计,提高系统可靠性,且关键消防设施,比如消防泵和重要控制阀还应在消防控制室设置应急操作盘,防止计算机黑屏带来的隐患。此外,作为控制系统,DCS系统的可靠性无容置疑,但由于DCS作为工艺控制手段,强调的是工艺过程控制,取得CCC认证有困难,因此建议消防分区控制系统通过强制检验制度获得市场准入。应强调的是无论哪种消防控制模式其系统可靠性是最重要的,但应满足《消防联动控制系统》(GB16806-2006)中“消防联动控制器”的相关要求。另外,《消防联动控制系统》(GB16806-2006)有关“消防电气控制装置”的只适用于低压消防泵,对于高压消防泵电气控制装置技术要求尚缺少相关规范支持。
由此看来,目前普遍采用的消防控制系统各有优缺点,对于石化企业消防控制系统能否与火灾报警系统统一平台,既符合石化企业多年的运行管理模式,又符合消防监督管理要求,系统可靠性高,兼容性好的消防控制系统仍需要研究开发。
6 思考与建议
从浮顶油罐火灾事故的发生频率看,发生油 ()罐全液面火灾的概率很小,因此目前大型浮顶油罐灭火系统的设计针对密封面火灾设防的概念是科学的,企业可适当增加消防水及泡沫液的储备。但是,从国外发生的油库大型火灾事故案例看,发生全液面大型火灾,灭火时间将大大延长,一般持续几十个小时,参与救援的消防车及消防队员以及灭火用消防水、泡沫液为设计的几十倍甚至上百倍,仅仅依靠企业的消防力量是远远不够的,必须依靠国家消防部门的力量。因此全社会均应提高认识,减少事故损失,这是企业的责任,也是国家的利益,制定应对全液面火灾事故的应急预案是企业提高社会效益和环境效益的手段,是构建和谐社会的根本。建议化工园区规划时设立区域联防特勤消防站和泡沫液集中供应站,并利用江河湖泊及海水等设立应急取水设施,作为消防水备用水源,防备特大火灾。
参考文献
[1]GB50151-2010,泡沫灭火系统设计规范[S].
[2]NFPA11 Standard for Low-Expansion Foam,2005 Edition,American[S].
[3]秘义行.谈浮顶储罐泡沫灭火系统设计[J].消防科学与技术,2000,(1).
大型浮顶油罐结构设计分析 篇2
1我国大型浮顶油罐发展概况
我国大型浮顶罐经历20年时间和4个发展阶段:第1阶段为整体技术引进,包括设计技术、高强度钢板、热处理成品部件和施工技术;第2阶段仅引进高强度厚钢板和热处理成品部件;第3阶段仅引进高强度厚钢板;第4阶段为全部实现国产化。历时20年发展,我国对浮顶罐的设计与施工技术水平有了大幅度提高。
2006年8月7日仪征输油站15万m3浮顶罐发生雷击起火事故,中石化立即组织5家设计院对中石化27家油田及炼化企业中339台不同罐容的浮顶罐进行安全隐患评估。2007年4月中石化颁布《大型浮顶储罐安全设计、施工、管理暂行规定》,确保浮顶罐的运行安全,防止事故发生。
2大型浮顶油罐的设计分析
2.1 罐壁结构选型分析
储罐是圆柱形容器,罐壁是轴对称圆柱形壳体。对中小型罐采用钢板结构,简单方便。对于大型浮顶罐因其直径达80 m～100 m,罐高21.8 m(相当于7层住宅楼),高径比1∶4.5,它是庞然大物,大型结构。罐壁要承受20 m高的液体侧向压力、油气正压力、内外温差产生的温度压力、风荷载和地震荷载。荷载大,受力复杂,设计控制内力环向拉力等级很高,仍采用传统的中小型罐的钢板结构,其结构选型不合理。钢板结构主要特征是承载能力低,刚度和稳定性差。采用钢板结构必然要加大板厚来增大刚度和稳定性,必然要采用高强度厚钢板来提高承载能力,厚钢板焊接必然要热处理,导致用钢量惊人、施工难度大、造价昂贵,用户需付出高昂代价。浮顶罐采用高强度钢板焊接,存在发生焊接脆性破坏的危险性。焊接结构的脆性破坏是钢结构的一种特殊问题。传统的强度计算解决不了这一问题。
我国于1960年研究试制成第一台预应力绕丝机,并在二十世纪六七十年代建造了200多台Φ5高强钢丝绕丝预应力混凝土油罐,最大罐容2万m3,这些罐至今仍在使用。我国具有20年的绕丝预应力工艺实践经验,若采用预应力钢板结构,具有得天独厚的优越条件。预应力钢板结构储罐比钢板结构储罐技术先进、经济合理。但预应力钢板结构的物理力学性能仍不理想,还有其他可供选择的合理结构。
2.2 底板设计分析
底板设计存在以下问题:1)用钢量大。底板的边缘板厚达21 mm,边缘板和中腹板均采用带垫板的对接结构,用钢量偏大。每平方米用钢量随罐容增大而增加,这是设计问题,有待完善。2)底板设计对泄漏的油和水不能有组织排除。底板漏油直接渗入地基土层内,既污染环境,又造成油品损失。3)底板与砂土层接触面长期处于潮湿环境,腐蚀严重。在日本因罐底腐蚀穿孔曾发生过多起大事故,值得我们汲取教训。4)底板锅底形变形,由于底板直接搁置在软砂土层上,负荷大,产生较大的变形,变形应力过大。
2.3 基础设计分析
传统的罐基础设计虽然比较经济,但其形式导致罐底板长期处于潮湿环境而腐蚀严重,泄漏的油和水不能有组织排除,底板变形大等缺陷。浮顶罐直径达80 m～100 m,在其范围内地基往往是不均匀的。由于地基不均匀沉降的影响,导致罐体不均匀的沉降,会造成卡盘事故发生。
国外的储罐基础设计值得借鉴。其在罐壁下部设置环墙基础,环墙所围起的圆形平面内的土层上铺设高密度乙烯板,其上再筑整体混凝土板,罐底搁置在混凝土板上。罐中央设集水坑,混凝土板顶面设放射状沟槽,使泄漏的油和水经沟槽流入中央集水坑,再用管道输入泄漏检查井。这种基础形式具有防潮、防湿、防漏和防腐功能。
2.4 钢板结构浮顶罐不利于实现大型化
大型浮顶罐采用钢板结构不利于实现大型化,主要是受到允许最大板厚的制约,国内外储罐设计规范允许最大使用板厚不大于45 mm,按此计算,虽采用屈服强度490 MPa的高强度钢板,所能建造的最大罐容为18万m3,但要实现浮顶罐的大型化,就需要改变结构形式,更新设计思路。
2.5 设计计算方法分析
各国油罐设计规范如中国GB50341、日本JISB850、英国BS2654和美国API650, 都是采用容许应力设计方法(简称ASD方法)。对中小型罐采用ASD方法,简单方便。对大型浮顶油罐则显示不完善:1)罐壁厚度的确定。主要取决于钢材容许应力、储液密度、焊接接头系数、罐直径与高度的参数。由于各国规范对参数取值不同。计算结果差异性大,安全水平不一致。2)罐壁最大应力部位。按JISB850计算,罐壁底圈应力大,底圈上的第二圈应力小。按API650计算正相反,差异性大。3)风荷载和地震荷载计算。根据浮顶罐的地震计算分析,位于烈度8度地震区Ⅲ类场地土和9度地震烈度时,储罐由地震荷载起控制作用。地
摘要：阐述了我国大型浮顶油罐的发展概况,从罐壁结构选型、底板设计、基础设计等方面分析了大型浮顶油罐的设计要点,论述了大型浮顶油罐结构设计上存在的缺陷及运行中潜在的安全隐患,并对设计计算方法进行了探讨。
关键词：大型浮顶油罐,结构设计,运行,安全性
参考文献
[1]GB 50074-2002,石油库设计规范[S].
[2]GB 50341-2003,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].
[3]徐至钧.新型储罐浮盘设计与应用[M].北京:中国石化出版社,2008.
[4]李宏斌.油罐常用设计规范计算方法比较[J].炼油设计,2002,32(4):34-35.
大型浮顶油罐 篇3
成规模的原油罐区,一般都采用浮顶油罐储存。目前,储存量在100万立方米以上的原油罐区已经不罕见,而且石油、石化两大集团都正在抓紧建设200万立方米以上的原油罐区;国内最大的原油储罐已经达到20万立方米。原油的闪点范围比较宽,一般在20-100℃之间,凝固点较高,一般都需要加热储存[1]。原油中一般都含有水分,加热时极易产生突沸。
巨大的储量,易燃的物质,如果储罐管理不善,一旦发生事故便是灾难性的。所以,加强原油罐的设计、施工和生产过程中安全监督与管理,是减少油罐事故的关键措施之一。
1 浮顶油罐存在的危险性
从储存和防火的安全角度出发,可以认为浮顶油罐是一种最理想的储存容器。浮顶油罐的特点是有一个可以随罐内液位上下浮动的罐顶,不像拱顶油罐那样在液面与罐顶之间存在着可燃性气体混合空间,加之在罐顶与罐壁之间增加了密封设施,进一步缩小了可燃液体的空间暴露量,增加了其安全性[2,3]。
但是,罐底乃至罐壁腐蚀穿孔或开裂、阀门损坏、管线断裂等形成的跑油事故在油罐事故中是高频率事故,处理不好或控制不及时,可能形成火灾爆炸事故。浮顶式油罐罐壁失圆或密封圈密封效果不好造成的泄漏都会使浮船上空形成爆炸性气体云团,遇明火、雷击、静电火花等都可能引起火灾和爆炸。此外,罐内液位控制不好,液位超高冒罐、切水跑油等误操作造成油罐内原油外溢。浮顶腐蚀穿孔、浮船失衡、中央排水管泄漏,罐底雨水腐蚀等也是酿成跑损事故的原因。因此,浮顶式油罐仍然存在火灾爆炸的危险性。
针对浮顶油罐的危险性,下文通过事故案例进行了详细的分析并提出了相应的安全对策措施,具体如图1所示。
2 事故案例及危险性分析
2.1 油罐设计、制造过程中遗留隐患
油罐在设计、制造过程中选材不合理,施工中用错材料,制造过程中的残余应力过大、焊接质量不好,会造成罐底、罐壁穿孔、焊缝开裂,最终导致跑损事故的发生。
1989年5月3日,某厂发现一原油罐底与基础之间的缝隙处大量泄漏原油,虽然经过紧急处理,仍然跑损原油近2000吨,所幸未发生火灾,但是却污染了大片土地[4]。
事后检查发现罐底板中心有一条约4.3m的焊缝发生断裂,并有横向交叉裂纹。断裂处几乎看不到焊肉。地基严重不均匀下沉,使罐底板长期承受应力负荷作用,最终从焊缝薄弱处断裂,发生跑油事故。
2.2 储罐浮顶密封不好
浮顶式油罐最明显的弱点是在浮顶上方存在着巨大的可燃性气体空间,而且会随浮顶下降而增加,一座5万立方米的浮顶油罐,浮顶每下降1m,上方就会增加多于2800m3的空间。如果储罐的密封圈损坏、罐壁失圆、中央排水管泄漏、浮顶穿孔等,可燃液体会溢至浮船上方或者滴落在密封舱内,使浮顶上方的可燃性气体浓度增加,以至超过爆炸下限成为爆炸性气体混合物,遇明火、雷击、静电火花便会形成火灾。
1983年8月30日,英国密尔福德港的一座10万立方米的浮顶油罐发生火灾,火源可能是离贮罐90m以外的火炬排出的炙热的烟炱粒子[4]。事故的直接原因是单板浮顶上有几条延伸超过28cm的裂纹,并有一些油渗到浮顶上方,形成爆炸性气体混合物。
2.3 防雷防静电接地不完善
1975年,荷兰的一座5千立方米的轻质油罐受到雷击并爆炸[5]。
雷击火灾,多是雷雨天气,一种雨云电荷移动到罐区与在罐区上方及周边集聚的另一种电荷相碰,通过大罐金属物体放电,产生闪电直击罐区。雷电电流强度可以达到万安以上,瞬间闪电及明火温度高达千度以上,其过电压所引起的强大电流将通过罐体入地,从而产生破坏性强大的热效应[6]。
2.4 管理不完善和误操作
1981年9月10日14时55分左右,辽宁省某县石油公司油库1#油罐发生爆炸,原因是将汽油混入水中注入1#油罐发生爆炸,当即造成6人死亡,直接经济损失达3万余元[7]。
在原油储存区域工作时,操作人员都必须认真负责,严格按操作规程执行,认真检查,正确操作,避免由于误操作而发生跑油串油事故。另外,公司要对员工多进行安全教育,增加其安全意识。还要加强巡检,一旦发现异常,要及时处理,避免酿成事故。
2.5 中央排水叠管密封泄漏
由于排水系统位于油罐内部,平时无法检测,且在生产运行过程中难以监控,一旦出现原油渗漏的情况,不能及时维修。原油流入排雨(雪)水系统,不但污染环境,而且产生安全隐患;如果关闭罐外排水阀门,下雨时就会威胁浮盘安全,并且渗入排水管的原油会随积水飘到浮盘上,污染环境。如果排水系统出现严重的泄漏,清罐维修,不但浪费了大量的资金,而且影响生产计划,降低了原油储存能力[8]。
1989年,某公司油库2万立方米浮顶油罐的中央排水叠管密封泄漏,但是因油罐周转不开只好带病运行。为了防止原油外溢,关闭了罐下部的雨水排空阀,原油从中央排水叠管密封处溢至浮船上方,在浮船上形成约300mm厚的油层。带病运行约一个月时间,所幸未遇到大雨和雷暴,避免了火灾爆炸事故[7]。
2.6 未及时发现早期火灾
生产过程中的浮顶油罐的火灾事故,多因雷击、静电、明火引起,初期火灾多发生在浮顶与罐壁之间的局部环形截面上。据经验和有关资料介绍,浮顶与罐壁之间的局部环形截面上的火灾扑救成功率很高,石化系统南方的各企业都有扑救环形截面火灾的成功经验,新加坡曾经成功的扑救过发生在较大浮顶油罐(直径90m)边缘环形截面上的火灾。但是,当早期火灾扑救不及时时,浮船倾斜、下沉后会导致大型油罐全截面火灾,不仅扑救非常困难,而且可能殃及四邻,影响恶劣。
3 安全对策措施
根据上述对浮顶油罐事故案例及危险性的分析,为了要确保大型浮顶油罐安全,减少或避免事故的发生,应该采取以下安全对策措施。
3.1 强调使用二次密封技术
油罐浮船与罐壁之间的密封效果不良,容易使浮船上方形成爆炸性气体混合物,从而形成事故隐患。尽量减少浮船上方形成爆炸性气体混合物的可能性,是确保储罐长期安全稳定储存、运输的最关键的措施之一。现行的石油库设计规范中明确规定:浮顶油罐应采取二次密封装置[9]。根据有关实验,二次密封可减少油气损耗50%-98%[10]。许多企业在进行事故隐患整改时,也把浮顶油罐应采取二次密封装置列为重点进行治理。雷雨时间较多的我国南方的炼油厂、石油化工厂、油库更是把浮顶油罐增加二次密封装置工作做为重中之重进行治理,并且取得了明显的效果。
3.2 设计和施工中都应注重浮船与罐壁间的密封效果
油罐施工质量直接影响浮船与罐壁之间的密封效果。罐本体失圆、浮船偏斜、密封材料或密封方式不合理都会使原油残留在罐壁或浮船上。此外,寒冷的冬季,残存的原油挂在罐壁上,在天气转暖时融化流淌到浮船上,都会使浮船上方可燃气体浓度增大,增加了火灾爆炸的危险。所以,在施工中一定要把浮船与罐壁间的密封效果放在质量监督的首位。其中包括:按图施工确保量油柱垂直度、单盘破裂或相邻浮舱进水不沉没、不卡住等。
3.3 安装可靠的火灾报警系统
现行的《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)规定“单罐容积大于或等于30000m3的浮顶罐的密封圈处应设置火灾自动报警系统;单罐容积大于或等于10000m3并小于30000m3的浮顶罐的密封圈处宜设置火灾自动报警系统。”[11]这是因为储罐高大,远离操作间,很难及早发现初期火灾,尤其是低液位时难以及时发现火险。因此,火灾自动报警系统,能及早准确地探知火情,便于及时扑救。
目前在用的储罐虽然也设计了火灾自动报警系统,但火灾探测器多为建筑、厂房使用的感烟探测器、感温电缆探测器、火焰探测器等,因其孤立、多点探测使系统设计、安装、管理、校验都变得十分复杂,很难满足露天的大型油罐对火灾探测的要求。光纤光栅感温火灾探测报警系统具有测量精度高、安全防爆、抗强电磁干扰、防雷击、可靠性好、灵敏度高、使用寿命长等优点,可实现罐区无电、实时在线监测,是油罐火灾探测自动报警系统的发展方向[12]。
3.4 要确保泡沫灭火系统的有效性
储罐泡沫灭火系统的设计一定要保证泡沫灭火设施充分发挥应有的作用。GB50160-2008第8.7.2条规定“单罐容积等于或大于50000m3的非水溶性可燃液体储罐应采用固定式泡沫灭火系统”[11];GB50074-2002第12.3.3条规定:“单罐容量等于或大于50000m3的浮顶油罐,泡沫灭火系统可采用手动操作或遥控方式;单罐容量等于或大于100000m3的浮顶油罐,泡沫灭火系统应采用自动控制方式”[9]。这就对大型储罐的泡沫灭火系统设计提出了明确的要求,为及早、有效扑救油罐的初期火灾提供了设施上的保证。
但是,传统的泡沫产生器一般是安装在浮顶油罐的罐壁上部,受气候和火灾时上升气流的影响较大,常常不能准确的将泡沫送到浮船的泡沫舱内,使泡沫的利用率和灭火效果大打折扣,油罐的液位越低,其影响就越显著。为了解决这个问题,可以采取将泡沫产生器固定在浮船泡沫堰板上,或直接把泡沫供应到泡沫舱内的灭火方式。在罐壁顶部设置泡沫灭火器的优点是一次性投资较低,便于施工安装及日常维护管理,浮顶上方设置方式的优点是泡沫产生器的混合液量分布均匀,高、低液位时不影响灭火[13]。
3.5 中央排水叠管的可靠性
为了保证油罐的浮船在下雨时不因雨水在浮船上积存而使浮船下沉,浮顶油罐都安装有中央排水管。罐内的排水管最早使用的是带活动接头的排水叠管,但活动接头的密封面很容易损坏,造成叠管泄漏,造成跑油事故。为了在叠管泄漏时不跑油,一般都将罐底部的雨水阀关闭,这种方法虽然可以避免油从下部跑损,但是,却将油压到了浮船的浮舱上方,并在浮船上方形成爆炸性气体混合物,对油罐的安全构成极大的威胁。
近几年,人们开始用可挠性钢骨软管做中央排水管,比较彻底的解决了泄漏问题。但是因为可挠性钢骨软管的价位较高,没有得到广泛的应用。
3.6 强调油罐基础的稳定性
油罐基础严重下沉,特别是发生严重的不均匀下沉,直接危及罐体的稳定性和可靠性,严重时撕裂底板及壁板。因此,除了设计和施工中应当保证基础的可靠性以外,每年都应对储罐基础的均匀沉降、不均匀沉降、总沉降量、锥面坡度等做一次全面检查,其检测结果应符合基础稳定后(一般为5年)均匀下沉量每年不超过10mm等相应的要求。油罐基础的护坡应该完好,出现坡石松脱、出现裂缝时,应及时固定灌浆。要经常检查砂垫层下的渗液管有无油品渗出,发现渗漏,应立即采取措施处理。
4 结语
大型浮顶油罐 篇4
关键词：大型浮顶油罐,自然对流,温度场,SIMPLE算法,数值模拟
油罐是原油储备库的主要储存设备, 其建设投资和生产过程中的能耗费用均在总费用中占很大比例。 浮顶油罐建设大型化是当今油库建设的主要趋势,因其具有单位罐容耗钢量小、相对能耗小、总占地面积较省和管理方便等优点[1,2,3]。
原油储运在生产运行过程中, 由于原油与周围环境存在温差,会通过罐顶、罐壁和罐底土壤进行热交换。若罐内原油降到凝点以下,罐内部分原油发生凝固,即在浮顶、罐壁和罐底内沿处形成一定厚度和强度的凝油。凝油可能阻塞油罐出油管,导致事故发生;在油罐恢复作业时,这些凝油尤其是罐顶的凝油会威胁大型浮顶罐的安全启动[4,5]。 为了防止罐内原油的凝固,需要对罐内原油适时进行加热或者倒罐。 加热周期太短,会浪费大量能源;加热周期太长又可能会导致凝油危险。 为了经济合理地运行油库加热系统,科学确定加热或倒罐周期,必须掌握罐内原油的温度场变化规律[6]。 因此,为了得到油罐内原油冷却到凝点的时间以及冷却过程中原油的运动情况, 需要对罐内原油冷却过程中的温度场进行模拟。
1数学模型建立
1.1控制方程
流体的流动与传热过程都遵守质量守恒定律、 动量守恒定律和能量守恒定律。 针对大型浮顶油罐的特性,在柱坐标下建立控制方程。柱坐标下的控制方程如下:
连续性方程
动量方程
能量方程
以上控制方程可以简化合并为以下通用形式, 即通用方程:
式中:u,v为x,r方向上的无量纲速度;p为无量纲压力;ρ 为无量纲密度;t为无量纲时间;T为无量纲温度;Pr为普朗特数;ψ 为流函数;η 为扩散系数; 准为通用变量, 可以代表u,v,T等求解变量 ;ΓΦ为广义扩散系数;SΦ为广义源项。
1.2封闭方程的条件和定解条件
大型浮顶油罐中的自然对流处于低速范围内, 且能够忽略流体的压缩性, 故本研究利用粘性不可压缩流体运动的封闭方程组[7,8,9]。 为使控制方程在封闭条件下能够得出确定的解, 还必须要有合适的定解条件,即初始条件和边界条件。研究中罐壁处的速度边界采用无滑移条件, 罐顶和罐壁处采用第三类边界条件。
1.3计算区域和控制方程的离散
本问题属于压力、速度耦合数值求解,故在交错网格中对动量方程进行离散。在离散时,速度项采用一阶迎风格式,压力项采用向前差分格式,扩散项采用中心差分格式,具体离散结果见式(6):
其中:
动量方程y方向的离散形式与上面相同, 此处不再叙述。
1.4SIMPLE算法
SIMPLE算法就是 求解压力 耦合方程的半 隐方法,此算法的压力修正基本思想如下:在迭代某一层次上,可以给定一个压力场,他可以是假定的或者是上一层次计算得到的, 但是这样的压力场不能满足连续性方程,需要对压力场进行修正,但是必须使改进后的压力场所对应的速度场能够满足这一层次的连续性方程[10]。
利用SIMPLE算法继续将式(6)离散,在某个迭代层次,压力为赞p ,根据此压力值从动量方程中得到预估的速度, 根据连续性方程对压力与速度进行修正(上标为“’”的为修正项),使其同时满足这一轮次上的动量方程和连续性方程。 设修正后的压力值p为:
修正后的速度u,v为
最后得出压力修正方程为
其中
需要注意的是,在求解压力修正方程时,将压力值代入方程得到修正后的压力和速度值, 压力修正方程式中,忽略了邻点速度的修正值,因此需对压力项进行亚松弛处理。
2数值模拟计算
2.1建立模型
由于大型浮顶油罐尺寸较大, 故选取油罐纵断面的一半为研究对象, 将三维问题转化为二维旋转轴问题。模型的最上方为浮顶区,忽略浮仓内隔板的影响,将浮仓简化为1m的空气层;中间部分为原油区,储罐半径设置为40m;下方为土壤区,将其视为半无限大的均匀介质, 厚度10m; 罐壁保温层厚度80mm。 以油高18m的储罐为例,模型如图1所示。
为便于模型的求解, 将基本条件作如下简化:
1) 整个油品区域在初始时刻的温度为恒定值, 本文取298K。
2)忽略辐射换热,只考虑导热和自然对流。
3)设土壤 、保温层 、空气等物性 均匀 ,它们的热 容及导热系数为常数,相关物性参数见表1。
4)假设在距地表以下10m埋深处地 温恒定 ,本文为10℃。
5)设大气温度每 天变化相同 ,每天大气温 度随时间变化的函数为:
2.2网格划分
所建模型属于旋转轴问题,在Gambit划分网格时, 必须以x轴方向为旋转轴, 故需将模型旋转90°。 温度变化较剧烈处进行网格加密,相邻网格宽度之比应该接近1, 文献推荐相邻网格宽度之比宜保持在0.8到1.2之间[9]。 储罐及周围土壤的模型网格划分如图2所示,其中红色为土壤区,蓝色为原油区,绿色为空气区。
2.3前处理及计算求解
计算了外界环境温度周期性变化时, 油高为10m的储罐在10天内的温度场变化分布;为研究油罐内液面高度变化对储罐内原油温度场的影响,该研究选取18m、10m和5m作对比算例;为研究浮顶加盖保温层对储罐内原油温降的影响, 计算了油高为10m的浮顶加盖保温层的储罐10天内的温降变化。
2.4计算结果合理性分析
由于油库单位不可能测量罐内每处的温降,现仅有若干天的平均温降数据,其中秦皇岛油库、冀东油库、 鄯善油库的储罐温降在0.2~0.4℃/d, 研究中18m、10m和5m液高的储 罐温降分 别为0.34℃ /d、 0.25℃/d和0.22℃/d,符合工程实 际情况 , 故表明计 算数据比较可靠。
3影响储罐原油温度场因素分析
3.1储罐内原油随时间的变化
为探讨储罐内原油随时间的变化, 计算了外界环境温度周期性变化时,原油高度为10m的储罐在10天内的温 度场变化 分布 。 图3~图6为储罐的 原油部分在第1、3、5和10天后的温度场分布(为使图例直观,适当调节了温度标尺)。
由图3~图6可知,随着时间的变化,油罐内热量通过罐顶、罐壁和罐底耗散,罐壁及靠近罐壁的罐底部分和浮顶部分为储罐的低温区, 而靠近储罐中轴线的上方部分温度较高, 其主要原因是罐内原油由于温降导致密度差异进而产生低瑞利数的湍流运动。 此结论对原油储罐温度监测时测温点的布置有一定的指导意义。
大型浮顶油罐随时间的平均温降如图7所示, 可见初期温降速率较大, 随时间的增长温降速率逐渐降低。 故初期将罐内原油加热到很高的温度并不能有效地延长原油的加热周期, 反而使热量损耗变大,增加运营成本。
3.2储罐存油量对温降的影响
选取储罐原油液位为18m、10m和5m为研究对象,计算出3种情况下原油在10天后的平均温度以及温度场分布。 其中大型浮顶储罐原油液位为18m时 , 在静置10天后的平均温 降为0.22℃/d;液位为10m的平均温降为0.25℃/d; 液位为5m的平均温降为0.34℃/d。 故储罐内原油的液位越高,储罐内原油的温降速率越低。 其中2种液位的储罐在10天后的温度场分布如图8~图9所示。
3.3储罐浮顶是否加盖保温层的探讨
当前我国许多大型浮顶油罐罐顶没有加盖保温层,仅靠双盘之间的空气层保温,为讨论罐顶加盖保温层是否具有明显的保温效果, 计算了罐顶加盖保温层的储罐在液高10m时的温降特点, 其10天后的温度场如图10和图11所示。
大型浮顶油罐罐顶加盖保温层后, 平均温降为0.07℃/d, 与罐顶没有 加盖保温 层时的0.25℃/d相比,温降速率降低72%。 所以罐顶敷设保温层具有良好的保温效果,但是罐顶保温层一旦受到破坏,水和原油进入保温层后,使其变成一层“湿棉被”,其保温效果大打折扣,甚至不如罐顶不敷设保温层。
4结论
1)浮顶罐的热量主要从罐顶和罐壁散去。 靠近储罐中轴线的上方部分原油温度较高, 而靠近罐壁上层的原油是罐内温度最低的。
2)大型浮顶油罐内原油前3天的温度降低速率较快,但随着时间的推进,温降速率逐渐减低。
3)储罐内原油的 液位越高 ,罐内原油的温 降速率越低。
4)较罐顶没有 保温层的储 罐相比 ,罐顶加盖 保温层具有较强的保温效果,在保温层良好的情况下, 温降速率可降低70%左右。
外浮顶原油罐存在问题及改进 篇5
1 加热器问题
外浮顶原油罐的加热器原设计为管束式加热器(图1)。该加热器由DN40无缝钢管焊接而成。
存在问题：由于蒸汽及蒸汽中夹带的腐蚀性离子对蒸汽汇总管管壁形成强大的冲刷腐蚀，该处的减薄速度大幅度提高，加之管束式分段加热器结构复杂，管子接头多，3×104m3原油罐加热器的蒸汽汇总管数量为64个，使管壁穿孔几率增加。投用一段时间后三座罐相继出现多处穿孔，致使蒸汽回水中混入原油，既损坏设备又污染环境。
改进：将原来的管束式分段加热器改为现在的“Ω”形结构，每个罐设两组盘管(DN80)，每组进罐后分为双管并联绕罐内一周(图2)。该结构的加热器在加热面积不变的条件下有三个方面的优点：
1)蒸汽汇总管的直径变大：分汽管由φ57×3.5m m增至φ159×7mm，集汽管由φ108×4.5mm增至φ273×9mm。既减缓了汽流的流速，又增加了管子壁厚，蒸汽对管壁冲刷减薄的速率降低;同时延缓了管壁被冲刷穿孔的时间，延长了蒸汽汇总管的使用寿命;2)蒸汽汇总管数量明显减少，由原来64个减至现在的4个，加热器的安全可靠性提高;3)“Ω”结构的加热器，由φ89×6mm的无缝钢管弯曲成形，蒸汽在弧形盘管中的流动较平缓，减少了对管壁的冲击破坏。
“Ω”形加热器结构简单，减少了焊口和蒸汽汇总管数量，不易发生冲刷腐蚀。九七年投用运行至今未发生任何问题。
2 油罐密封问题
3×104m3外浮顶原油罐浮顶外缘环板与罐壁之间装有弹性填料密封装置，该装置采用耐油丁腈橡胶作成袋状膜片，内装软泡沫塑料块，通过压条把袋状膜片固定在浮船的外边缘板上，起到密封油气的作用 (图3) 。
存在问题：经过几年的运行，密封经常损坏，其原因多是由浮顶的挡雨板变形引起的。油罐浮盘的挡雨板对密封装置遮阳防老化和防雨、防尘作用。挡雨板由δ=0.75mm镀锌铁皮制成，多块镀锌铁皮相互搭接在罐内成一周，一端通过销轴与浮盘边缘相连，另一端弯成一定角度，在压紧装置作用下贴紧罐壁。由于袋状膜片的老化以及罐壁结蜡、挡雨板的厚度较小、各层罐壁存在环向整体变形和局部凹凸变形等原因，在油罐收油浮盘起浮的过程中，挡雨板常被卡住而卷入密封与罐壁之间将密封扎坏。导致原油渗入软泡沫塑料块中，密封失去原有的弹性，密封效果降低，油品的蒸发损耗增大。
改进：在原密封基础上增加二次密封来解决油罐的密封问题。二次密封是在原一次密封的基础上做的改进(图4)。将原来δ=0.75mm的镀锌板更换为δ=2mm的镀锌板，增加挡雨板的强度;在挡雨板的下表面沿罐一周增加δ=0.5mm的防蒸发膜，用来隔绝穿过一次密封面的油气向罐外挥发;在挡雨板搭罐壁一端增加耐油橡胶刮板作为挡雨板与罐壁间的接触面，依靠耐油橡胶刮板的弹性来增强挡雨板与罐壁间的密封，同时提高挡雨板抗罐壁缺陷阻力的能力;用连接板将各单块的挡雨板连接成为一个整体，提高了挡雨板的整体强度，保证其不易损坏。
3×104m3原油罐的二次密封结构简单，便于安装。既解决了挡雨板失稳扎坏软密封问题，又在一次密封圈和二次密封装置之间形成环形气体空间，有效地降低油气损耗。二次密封装置投用多年来，没有发生任何变形，也未发现其它问题。
3 中央排水管问题
中央排水管是浮顶储罐上必不可少的一种排水装置。其一端与浮盘中间的集水槽连接，另一端穿过罐壁下部将盘面集水排出罐外。3座3×104m3外浮顶原油罐的浮顶排水管均为钢管与金属软管混合结构(图5)。每罐设置一组规格为DN100的中央排水管，装有3根金属软管，上下两根长1.1m，中间一根长2.0m，公称直径为DN100，材质Cr18Ni9Ti。由于金属软管的弹性和抗外压能力较差，中央排水管随浮顶升降发生曲伸，金属软管(特别是靠近浮盘的金属软管)在频繁受拉和受压交变应力作用下产生塑性变形，出现疲劳破损，破裂处位于靠近浮盘金属软管上，沿周向破裂长度10mm。除了金属软管泄漏外，图示法兰垫片处也发生了泄漏。
处理方法：1)选用质量可靠的金属软管，以增强金属软管的抗疲劳能力;2)适当加长金属软管长度，降低金属软管的(下转第283页)弯曲度来延长寿命;3)将石棉垫片更换为金属缠绕垫片。
4 油罐防腐蚀问题
油罐的腐蚀状况决定着油罐的使用寿命。经02年10月清理5#罐后发现，该罐罐底和浮盘腐蚀情况较为严重。罐底出现大面积点腐蚀，个别蚀坑深达4mm，而浮盘局部已经穿孔。原油含水一般在1%左右，含有多种腐蚀性介质，对罐底腐蚀较大;罐顶局部由于存积雨水，腐蚀也很大。而罐壁内表面腐蚀很小，完全可以不做防腐处理。
处理：1)对深度超过1.5mm的点腐蚀坑进行补焊，浮盘和罐壁腐蚀面积较大部位在原板上再铺一块6mm钢板的进行补强，5#原油罐罐底补板约30m2，浮盘补板约15m2;2)对罐底和浮盘进行喷砂除锈处理，并使用附着性和耐水性好、导静电的防腐涂料。
5 结语
3×104m3原油罐的检修作业量大;检修工序繁杂，检修周期长，需消耗大量人力、物力和财力，从企业整体经济效益上讲，要尽可能地减少非计划清罐检修的次数。这就要求在油罐的设计上尽可能合理，尽可能应用最新的科技成果;在油罐的建造施工阶段，必须严格按设计和规范标准施工和验收，确保工程质量;此外，清罐检修时，必须全面、认真地检查缺陷，改进油罐现存的不合理因素，在检修深度和检修质量上严格把关，确保油罐在投入使用后，能长周期、安全、稳定地运行。
摘要：近年来, 国内原油储罐越来越向大型化发展, 其结构型式也多为外浮顶罐。无论是设计还是施工, 都已逐步规范化。天津石化某库区于92年建成3座3×104m3 (Φ46000×19600) 外浮顶原油罐, 主要用于接卸海上原油, 收付油作业比较频繁, 从投用至今, 都不同程度地存在一些问题。
关键词：浮顶罐,加热器,中央排水管,油罐密封,改进
参考文献
[1]郭光臣等.炼油厂油品储运[M].北京:中国石化出版社, 1999.
大型浮顶油罐 篇6
魏荆管道魏岗输油站两座单盘式浮顶油罐由日本设计, 自1988年起从日本进口钢材, 1990年正式建成投产, 运行至今已有22年, 公称容积为20000 m3。襄樊质检站于2000年6月根据《立式圆筒形钢制焊接原油罐修理规程》Q/GD0205-97和《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规程》GBJ128-90等有关标准进行了全面检测, 其主要检测方法和结果如下:
1.1 油罐基础检测
以油罐进出油管中间位置为始点, 顺时针方向均匀分布20个检测点, 测量罐底边缘板外露部分的相对高程, 具体数据见表1。
检测结果:按两点间高差评定:11与12、1 2与1 3、1 3与1 4、1 5与1 6, 4个点高差大于允许偏差12m m;油罐主体倾斜程度:由4与14两点可知高差为37m m, 罐直径38324mm, 倾斜角=sin-137/38324=0.060.即大罐向东南方向倾斜0.060。
1.2 罐壁局部凹凸变形
罐壁板检测:在第二圈板高3/4处为基准, 以正东为第一点, 顺时针均匀分布16个检测点, 用径向偏差仪测第三至第八圈板与第二圈板3/4处的偏差。具体数据见表2。
(1) 内倾为正值, 外倾为负值。
油罐主体倾斜程度评定情况:内倾、外倾均有。油罐主体呈内倾, 倾斜度:外倾10.5/15148=6.9316×10-4, 倾斜角β=0.04°;内倾121.5/15148=8.0209×10-3, 倾斜角β=0.46°
1.3 浮顶卡阻
浮顶与罐壁间距检测:以导向管为始点, 顺时针方向分布20个点, 用钢板尺依次测量各点处浮顶与罐壁间距离, 测量数据见表3。
(1) 浮顶与罐壁之间设计距离为200mm, 允许偏差为±15mm。
该罐浮顶偏移度:4#测点罐壁与浮顶的距离最大 (240 mm) , 15#测点罐壁与浮顶的距离最小 (200 mm) , 浮顶与罐壁最大偏移量为32 mm, 方向为东南至西北。
2 原因分析与处理
2.1 罐体倾斜
从原理上分析, 造成罐体倾斜的主要原因应是罐基础倾斜, 或由于先天的不足, 或由于后天的原因, 即罐基础的不均匀沉降所致。安装的误差, 应为次要原因, 且所造成的影响较小。由罐外基础边缘板外露部分的相对高程测试结果看:14#、15#两测点相对高程值为33mm, 为最高点;4#测点相对高程值为-4mm, 为最低点, 最大高程差为37m m。由于所测数据较少, 分析只能有两种可能, 一是罐基础不均匀沉降差;二是罐基础高度方向上凹凸不平度。偏于保守考虑, 忽略第二种可能。按检测报告所分20点来看, 且二者基本在180°线附近上, 可作为罐基础的倾斜程度, 既罐体的倾斜数据值。对照SYJ1016或SH3046罐基础沉降差许可值, 应为38300×0.006=229.8mm, 远大于37mm。
故可结论:依检测数据分析, 油罐主体倾斜程度不大, 在规范要求范围之内, 不需整治。
2.2 罐壁局部凹凸变形
从外观和检测资料来看, 该罐凹凸变形较大, 其原因, 一般由原始状态和后来的罐基础的不均匀沉降所造成。其结果, 一是罐壁局部应力加大造成应力集中;二是影响浮顶的升降, 产生卡阻, 偏移。但罐壁凹凸变形主要发生在顶部, 一次应力相对较小, 而由凹凸变形所产生的应力为二次应力, 又具有自限性, 故一般情况下, 对罐体强度影响不大。因此, 如不影响浮顶升降, 可不进行整治。处理方案:通过试水, 可予以验证。卡阻时可采用换板或矫形的方法消除变形。
2.3 浮顶卡阻
2.3.1 卡阻原因分析
(1) 油罐原设计在结构上的过多约束:量油管、导向管各两侧四个滚轴, 浮梯滚轮与轨道, 两根中央排水管。前三者将浮顶与罐壁限制在一起, 后二者将浮顶与罐底板固定在一起。对于油罐、浮顶这么大的钢结构来说, 在正常情况下, 安装误差一般都比较大。该罐浮顶与各部件之间又是固定连接, 且两个固定点之间的距离又很大, 因而约束力矩很大, 限制了浮顶的活动度。
(2) 罐体变形:有先天的即初始施工的原因, 有后天的基础不均匀沉降造成的原因。综合上述, 浮顶的卡阻就可能是难免的了。
2.3.2 整治方法
(1) 拆除量油管、导向管各两侧的滚轴。
(2) 改导向管滚轴径向安装为环向安装。
(3) 改量油管、导向管滚轴支座与盖板之间的焊接方式为螺栓连接方式, 滚轴支座上的圆螺栓孔为扁长孔 (扁长孔尺寸:两半圆中心距10mm, 以现孔径中心向两边扩, 孔径不变) , 以便与浮顶升降时进行调整。
(4) 打开浮梯轨道与单盘、浮舱之间的连接焊缝, 以便重新找正。
(5) 油罐试水时, 调整 (1) 至 (5) 项准备工作完成后, 可开始充水试验。浮顶浮起前, 检查有关各部件尺寸:浮顶与罐壁之间的相对位置;量油管、导向管与各自导向筒之间的相对位置;导向管处浮顶的偏移尺寸;罐壁较严重凹凸变形的尺寸。充水中按不同水位高度记录下以上各部尺寸, 每隔0.5米检测一组数据。调整:根据试水检测数据, 经分析后, 取平均值确定各部件的初始位置, 按不同高度随时调整。必要时, 经设计人员同意, 可适当对密封装置减小局部环向密封支撑压板的宽度。充水过程中, 如发现卡阻, 应在现场由技术负责人分析卡阻的原因后, 采取处理措施。其他人未经允许不得擅自处理。放水按充水要求检测各部尺寸, 并进行放水过程中的调整。最终调整:按放水过程中检测的各部尺寸, 经对所有检测数据进行综合分析后, 确定各部件的最终安装位置。
(6) 罐壁凹凸度整治:在试水 (充水和放水) 过程中, 通过上述调整措施, 如不能消除浮顶卡阻, 且卡阻确系由罐壁局部凹凸度引起时, 可将水位降至凹凸部位以下一定高度, 整治罐壁。整治罐壁可采取措施:一是局部整形, 但不得采用强力矫形及其它有损罐壁板母材的措施。二是局部换板, 采用此种措施注意事项:换板方案应经设计同意, 并事先经严格计算, 绘出换板方案图;所用板材应与原板材尽可能保持一致, 或其综合机械性能不低于原母材;选用焊接材料应与所用板材相适应;施工人员必须是合格的有油罐施工经验的队伍;施工、检验、验收应符合国家标准的要求;施工前应制定严密的施工方案并经有关主管部门批准。
2.4 附件更新
中央集水坑单向阀排水不畅采用碟形单向阀;紧急排水装置泄漏, 无防反溢措施, 采用浮子式防反溢紧急排水装置。
3 施工注意事项
(1) 未经主管部门同意, 不得在罐壁上施焊。
(2) 未经主管部门同意不得强力调整浮顶密封装置、量油管、导向管, 浮梯轨道与滚轮。
(3) 试水过程中, 应密切注意油罐基础、罐壁、浮顶及其它各部件有无异常, 一旦发现问题应立即停止充水或放水, 并报告有关负责人采取处理措施。
单位:mm
(4) 施工完毕后应拆除临时施工设施, 并将焊瘤毛刺清除干净。
4 成效与结论
(1) 采用罐体变形综合整治技术对魏荆线魏岗站两座浮顶油罐的罐体变形隐患整治后, 油罐上水试验到极限罐位时, 浮顶升降无卡阻。1#油罐自2000年、2#油罐自2005年利用该技术整治大修后运行至今, 运行平稳, 提高了罐容利用率, 消除了浮顶倾斜、卡阻甚至沉船的隐患。
(2) 魏荆管道魏岗站两座浮顶油罐罐体变形隐患综合整治效果较好, 对解决石化行业国内进口油罐此类问题, 提供了一定的施工经验。
(3) 解除中央排水管吊架的约束对于浮顶卡阻在一定程度上固然重要, 但是防止浮顶卡阻的关键是加强油罐各结构、部件间隙的综合控制。
(4) 在浮顶油罐施工检查验收中, 除重视罐壁和罐底外, 更应重视浮顶的结构、应力情况。实践证明, 浮顶是一个复杂的受力部件, 存在强度问题, 浮顶板中的应力越大, 阻力也就越大, 卡阻严重的浮顶则是影响油罐安全运行的一大隐患。经认真分析、综合整治并有严密的质量控制手段, 都可能获得既经济又有效地期望效果。
摘要：根据对魏岗站浮顶油罐大修检测结果, 对浮顶油罐罐体变形和内部缺陷进行了分析。提出了相应的整治方法。在浮顶油罐大修过程中, 从罐体倾斜、罐壁局部凹凸变形、浮项卡阻入手, 对罐体进行综合整治。实际应用表明, 油罐综合整治后, 罐位达到极限罐位时, 浮顶升降无卡阻, 罐容利用率高。可有效解决油罐浮顶卡阻问题, 消除了浮顶倾斜、卡阻甚至沉船的隐患。保证了浮顶油罐的安全运行。
关键词：浮顶油罐,罐体检测,隐患整治
参考文献
试论浮顶油罐的防雷检测技术 篇7
关键词：浮顶油罐,防雷
浮顶油罐指的是顶盖漂浮在油面的油罐。其特点是:四周用耐油橡胶密封圈以弹簧压紧在罐壁上, 罐顶可以上下浮动。正因为罐顶紧贴着油面, 油面升高, 罐顶跟着上升;油面降低, 罐顶跟着下降。这种油罐就不用装呼吸器, 比起拱顶油罐来能大大减少油品的损耗, 也比较安全。但是, 为了阻止油气的蒸发, 减少油品蒸发所造成的损失, 浮顶油罐必须使用密封装置。目前国内外广泛使用的一次密封结构主要有充液式软密封、填料式弹性软密封和机械式密封三种。这些密封结构会使浮顶和罐体之间形成不良的电气通路, 影响浮顶电荷的泄放, 使浮顶油罐易受雷电的袭击引起火灾甚至是爆炸。尤其是对于处于浮顶边缘而又被密封过一二次的气相空间。因为在这个气相空间中富集着许多的油气。并且当其释放出来的油气浓度到达一定的爆炸极限的时候, 就十分容易造成油罐雷击火灾, 成为造成油罐雷击火灾的首要原因之一。所以, 细致分析浮顶油罐受雷击引起火灾的原因, 做好浮顶油罐的防雷检测工作以减少我们生命财产的损失是十分必要的。
1 浮顶油罐的构造特点
上文提到, 为了阻止油气的蒸发, 减少油品蒸发所造成的损失, 密封装置对浮顶油罐就显得十分的重要。而谢谢密封装置也是浮顶油罐构造中最大的构造特点之一。因为对于这些位于浮盘和油罐罐体之间的密封装在, 我们一般会采用具有绝缘性质的材料, 以防止浮顶油罐雷击的导电性。在浮顶油罐当中有一个直接与油品的液体表面相接触的浮盘。由于罐顶是紧贴着油面的。因此, 油面升高, 罐顶跟着上升;油面降低, 罐顶跟着下降。也正因为如此, 当油罐中的油品增加或减少时, 浮顶油罐中的浮盘为了不让油品与空气相接触, 从而防止油气的挥发, 就会随着油品的增加或减少而上下浮动。从这我们可以看出, 这类装有浮盘的油罐能够很好的对油品的挥发进行限制, 从而减少在油品储存过程中由于油品挥发而带来的损失。因此可以说, 这类浮顶油罐还具有节约能源、保护环境的作用。但是, 这类油罐也并非十全十美, 它也存在着一些缺陷。比如浮顶油罐的密封结构会使浮顶和罐体之间形成不良的电气通路, 影响浮顶电荷的泄放, 使浮顶油罐易受雷电的袭击引起火灾甚至是爆炸。在前言部分, 我们也提高过富集着许多油气的气相空间, 但其释放出来的油气浓度到达一定的爆炸极限的时候, 就十分容易造成油罐雷击火灾。
2 浮顶油罐受雷击起火的原因
因为油罐受雷击起火会给我们的生命财产造成巨大的损失, 为了防患于未然, 或是将油罐受雷击起火的损失尽可能的降到最低, 分析浮顶油罐受雷击起火的原因是十分必要的。通过分析, 我们发现其原因主要有以下三点:
1) 浮顶油罐的接地工作没做妥。为保证浮顶油罐安全可靠地运行, 因此, 对于油罐罐体相关的一系列接地工作就显得十分的重要。而这些接地工作主要包括防静电接地、防雷接地、信息系统的电气接地以及屏蔽接地等。而减少雷电危害最为重要的便是对于防雷装置的合理布置, 这也是油罐避雷工作的重要环节之一。通过接地, 我们能将直接雷、感应雷、球状雷和其他形式的雷导入大地, 泄放电荷, 使其与大地中的异种电荷中和。因此, 我们要加强对油罐防雷接地的日常测试, 确保防雷设施的有效性。要知道, 没有完善的接地装置, 就不能有效地防雷。
2) 对于浮顶油罐的密封工作处理不当。油罐密封一般包括一次密封和二次密封等两种情况。但最为关键的是一次密封, 因为二次密封只是对一次密封的补充。如果油罐的密封效果不理想, 其密封结构会使浮顶和罐体之间形成不良的电气通路, 影响浮顶电荷的泄放, 造成安全隐患。
3) 浮盘静电导出不畅。若浮盘静电导出不畅, 会使得浮盘和油罐罐壁之间电气连接失效, 从而导致那些因为雷电产生而留在浮盘上的束缚电荷不能够迅速的导出, 那么雷电出现时对浮顶油罐的危害机率就变大了。
3 浮顶油罐的防雷措施
按照GB50074-2002《石油库设计规范》的要求, 参考前人的研究结果, 我们发现浮顶油罐的防雷措施包括下述几个方面:
1) 对防雷接地装置进行合理的布置。在防雷接地装置设置安装的过程中, 我们不仅要以罐体本身的容量、材质和容积作为依据, 还应该综合考虑气象资料等。油罐必须作防雷接地, 接地点应不少于两处。
2) 做好密封措施。我们不仅要慎重选择一次密封系统, 还要重视二次密封对一次密封的补充作用。一般我们采用软结构密封的方式, 其优点主要有二:一是在软密封与罐壁之间没有金属搭接物, 它们是软体接触。因此, 这就不存在放电的空间。二是无论是采用管式还是泡沫式的密封软体, 在这些密封软体下不或是有相当部分的油面侵入, 或者是与油面有着紧密的接触。这就将汽油的空间大大的减小了。大型浮顶油罐或内浮顶油罐不应装设避雷针, 但应选用横截面不小于25平方毫米的软铜复绞线为导线, 并用两根导线在浮顶和罐体之间做一定的电气连接。做好屏蔽保护工作。装于油罐上的信息系统配线电缆应采用屏蔽电缆。
3) 要做好防静电的相关工作。在装置的选择上, 应该尽量选择一些新型的浮盘导出装置。因为, 这些新型的装置可以在增强位于罐壁和浮盘之间的电气连的同时, 将留在在浮盘中由于雷电产生的束缚电荷导出。这就在一定程度上有效的防止了雷电对于大型油罐的影响。
4) 对于油罐其他漏气点的防护工作也应该得到加强。为了防止油罐的漏气, 在进行包覆密封的过程中, 应该尽量对支柱和导向装置进行相应的包覆密封。并且, 为了保持浮盘升降的平稳性, 防止由于浮盘的偏移对密封造成损害导致密封处泄露, 因此对于罐内油品的进出口分布一定要均匀。
4 结语
综上说述, 在对浮顶油罐的结构特点进行了一定的了解、对浮顶油罐受雷击起火的原因以及对相关的浮顶油罐的防雷措施进行分析研究之后。我们发现在进行浮顶油罐相关的防雷措施过程中, 除了要对油罐的各项防雷装置的材料规格、技术参数进行严格要求外, 还一定要注意防雷措施中对于接地装置工作、密封装置、防静电工作以及对油罐漏气点的防护等方面的工作。从而全方位的提高我们防灾和减灾能力。
参考文献
[1]董东, 程萌, 李岩.浮顶油罐的防雷检测技术[J].山东气象, 2009.