原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗用氧氣監(jiān)測(cè)裝置的研制及工程應(yīng)用

張 的 蘇吉鑫 任啟樂 巴勝富 龐 雷 周連春

(合肥通用機(jī)械研究院，合肥 230031)

隨著我國對(duì)國家戰(zhàn)略原油儲(chǔ)備的日益重視，對(duì)儲(chǔ)罐清洗的安全性和環(huán)保性也有了更高的要求。相比傳統(tǒng)人工清洗儲(chǔ)罐的弊端，采用全封閉的機(jī)械清洗工藝能夠有效縮短施工周期，而且更加安全環(huán)保。但是原油儲(chǔ)罐罐底的油泥是機(jī)械清洗領(lǐng)域中的一項(xiàng)極為專業(yè)的施工工藝，要做到安全施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的氧氣濃度就顯得尤為重要。

在此，筆者在確定原油儲(chǔ)罐清洗過程中的氧氣濃度及指示報(bào)警等主要監(jiān)控參數(shù)，以及數(shù)據(jù)記錄方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)氧氣濃度監(jiān)測(cè)裝置，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中。

1 原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗簡介①

原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗工藝是用清洗機(jī)將清洗介質(zhì)在一定溫度、壓力和流量下噴射到待清洗物體表面，清除凝結(jié)物和淤渣，并在清洗過程中進(jìn)行回收的一種工藝方法[1～3]。清洗介質(zhì)為同種油或溫水。機(jī)械清洗施工過程是在封閉且含有大量油氣的儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)行的，在這種易燃易爆的環(huán)境下施工作業(yè)就必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)氧氣濃度是否在允許進(jìn)行機(jī)械清洗作業(yè)的安全濃度以內(nèi)[4]。

2 原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗過程氧氣監(jiān)測(cè)裝置

氧氣監(jiān)測(cè)裝置作為原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗工藝中必不可少的設(shè)備，其重要性不言而喻。國內(nèi)綜合實(shí)力較強(qiáng)的石化工程類企業(yè)大多都采購進(jìn)口設(shè)備，但其價(jià)格昂貴，售后服務(wù)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)跟進(jìn)滯后；部分小企業(yè)有自行研發(fā)的產(chǎn)品，但這類產(chǎn)品大多存在一些問題，如在施工作業(yè)中的監(jiān)控能力差，或者數(shù)據(jù)輸出不穩(wěn)定，或者遠(yuǎn)程輸送能力受限等。

氧氣監(jiān)測(cè)裝置在原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗過程中的主要功能包括：監(jiān)測(cè)清洗施工過程中罐體內(nèi)的氧氣含量，可以降低施工風(fēng)險(xiǎn)，并起到預(yù)警作用。監(jiān)測(cè)罐體外圍一定范圍內(nèi)的氣體異常變化情況，指導(dǎo)施工作業(yè)區(qū)域的電氣與管路系統(tǒng)的隔爆和防靜電工作，避免安全隱患。施工作業(yè)后期，經(jīng)前階段機(jī)械清洗施工，罐體的清洗效果已達(dá)到驗(yàn)收要求，施工人員進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)檢查時(shí)，就要求儲(chǔ)罐內(nèi)的氧氣含量不低于20%[5]。這時(shí)采用氧氣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的重要性就不言而喻了。

3 氧氣監(jiān)測(cè)裝置的成套研制

3.1 構(gòu)成

原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗工藝中的氧氣監(jiān)測(cè)裝置，由氧氣濃度采樣單元和氧氣濃度監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成(圖1)，氧氣濃度采樣單元主要完成儲(chǔ)罐內(nèi)待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)氣體的采樣和分析；氧氣濃度監(jiān)測(cè)單元主要實(shí)現(xiàn)濃度采樣單元數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出、記錄和指示報(bào)警。

圖1 氧氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

3.2 工作原理

氧氣監(jiān)測(cè)裝置的工作原理(圖2)是利用氧氣濃度分析單元，分析得到儲(chǔ)罐內(nèi)某個(gè)區(qū)域的氧氣濃度數(shù)據(jù)，施工人員通過選擇控制通道，分別監(jiān)測(cè)各區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度，從而得到較全面的儲(chǔ)罐內(nèi)的氧氣濃度信息。該步驟得到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)輸出，并接入到氧氣濃度指示報(bào)警單元，該單元有可靠聲光報(bào)警和輸出接口，為施工工作中氧氣濃度的遠(yuǎn)程監(jiān)視和半自動(dòng)化施工的實(shí)現(xiàn)提供支持。該裝置還裝備了無紙打印機(jī)，實(shí)時(shí)記錄氧氣濃度數(shù)據(jù)，方便業(yè)主查看并保存。施工人員也可根據(jù)得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)下一步的施工。

圖2 氧氣監(jiān)測(cè)裝置工作原理

筆者設(shè)計(jì)的氧氣監(jiān)測(cè)裝置：以多通道監(jiān)測(cè)模式，解決了大型原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗施工中的多區(qū)域監(jiān)測(cè)問題；以遠(yuǎn)程輸送單元的合理控制，解決了大直徑罐體內(nèi)混合性氣體的連續(xù)與穩(wěn)定輸送；以可靠而又靈敏的氧氣分析單元的設(shè)置，解決了儲(chǔ)罐內(nèi)以及罐體附近各區(qū)域的混合氣體中的微量氧氣濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；具有完善的輸入/輸出接口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示及無紙打印記錄等功能。

3.3 調(diào)試流程

氧氣監(jiān)測(cè)裝置的調(diào)試是在施工作業(yè)之前完成的。首先將該裝置放在自然環(huán)境下，并將顯示值調(diào)為20.9%(即大氣中的氧氣濃度)；然后接入99.99%的標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)猓ㄟ^調(diào)節(jié)卸荷閥控制氮?dú)饬魉伲@示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)顯示值為0%(即該狀態(tài)下，氧氣濃度為0%)；最后移去標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)猓尶諝庵械难鯕庾杂蓴U(kuò)散到氧氣分析單元中，觀察顯示值是否為20.9%，如不是，就繼續(xù)調(diào)節(jié)。如此反復(fù)，直到兩種狀態(tài)下讀數(shù)都穩(wěn)定為止。氧氣監(jiān)測(cè)裝置的調(diào)試流程如圖3所示。

圖3 氧氣監(jiān)測(cè)裝置的調(diào)試流程

氧氣監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置的一級(jí)報(bào)警點(diǎn)為8%，施工作業(yè)中監(jiān)測(cè)到的氧氣含量超過8%時(shí)就應(yīng)中止清洗作業(yè)，待氧氣濃度恢復(fù)到8%以內(nèi)，再啟動(dòng)作業(yè)；設(shè)置的二級(jí)報(bào)警點(diǎn)為20%，監(jiān)測(cè)工作人員進(jìn)入罐體作業(yè)時(shí)的氧氣濃度，低于該值時(shí)，工作人員禁止入內(nèi)作業(yè)。

4 氧氣監(jiān)測(cè)裝置的工程應(yīng)用

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

以某5萬m3原油儲(chǔ)罐為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該儲(chǔ)罐設(shè)有18個(gè)浮頂支柱孔來安裝清洗設(shè)備。根據(jù)儲(chǔ)罐直徑和周邊環(huán)境，施工人員劃分了7個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，如圖4所示。通過氣源監(jiān)測(cè)通道的布置，氧氣監(jiān)測(cè)裝置能夠監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的6個(gè)區(qū)域內(nèi)氧氣濃度的變化，以及罐體附近的一個(gè)區(qū)域，讓監(jiān)測(cè)更全面、合理。

圖4 某原油儲(chǔ)罐氧氣監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4.2 運(yùn)行

根據(jù)施工的實(shí)際要求，同時(shí)也為了減少施工人員的操作負(fù)擔(dān)，筆者設(shè)計(jì)的氧氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)運(yùn)行模式(圖5)和人工控制模式(圖6)。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，施工人員可以選擇時(shí)間間隔，系統(tǒng)即可自動(dòng)監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的氧氣濃度；在人工控制模式下，操作人員可自行選擇需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)某區(qū)域提供了便利。

圖5 氧氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)模式界面

圖6 氧氣監(jiān)測(cè)裝置人工控制模式界面

此外，氧氣監(jiān)測(cè)裝置還具有保存數(shù)據(jù)的功能，在本例中，該裝置記錄的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 某原油儲(chǔ)罐氧氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄 %

通過無紙打印機(jī)打印的數(shù)據(jù)趨勢(shì)(圖7)可以看出：原油儲(chǔ)罐內(nèi)的氧氣濃度實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測(cè)，氣體流量穩(wěn)定，該裝置氧氣分析單元工作正常，打印

連續(xù)且無波動(dòng)；儲(chǔ)罐內(nèi)6個(gè)區(qū)域的氧氣濃度分布均勻，沒有監(jiān)測(cè)盲區(qū)；在整個(gè)施工過程中，氧氣濃度控制在合理的范圍內(nèi)，施工能夠正常有序進(jìn)行，體現(xiàn)出機(jī)械清洗作業(yè)的高效與安全性。

圖7 某原油儲(chǔ)罐內(nèi)氧氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)

5 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗作業(yè)中的氧氣濃度監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)際工程的成功應(yīng)用表明：該裝置可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)并顯示作業(yè)中的氧氣濃度數(shù)據(jù)，又可以進(jìn)行歷史查閱，可靠性和靈敏性較高。氧氣監(jiān)測(cè)裝置的成功研制，極大地提高了機(jī)械清洗工藝的安全性和自動(dòng)化程度，有利于推廣原油儲(chǔ)罐機(jī)械清洗施工工藝的更新和升級(jí)。