油罐注氮安全系統工程技術應用

金山(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

油罐注氮安全系統工程技術應用

金山(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

近年來，我國大型石油儲罐密封圈火災事故時有發生，在國際資源保護組織(RPI)開展的LASTFIRE研究項目中，調研統計了188例大型浮頂儲罐火災事故，其中密封圈火災占統計事故的88.7%。為減少該事故發生的機率，很多化工企業及大型儲備庫開始重視并加強儲油罐一、二次密封的安全管理，在儲罐上安裝主動安全防護注氮系統，以提高防范同類事故的能力。

注氮系統；外浮頂油罐；氮氣；主動安全防護技術

近年來，我國大型石油儲罐密封圈火災事故時有發生，在國際資源保護組織(RPI)開展的LASTFIRE研究項目中，調研統計了188例大型浮頂儲罐火災事故，其中密封圈火災占統計事故的88.7%。密封圈火災是大型浮頂儲罐最主要的火災形式。

為有效防護大連國際儲備庫北區7個罐區42座油罐一二次密封艙間可燃氣體超標導致火災爆炸的風險，對42座儲罐進行氮氣主動防護配套設計。

1 技術內容

1.1 氮氣氣源建設

由于現場無氮氣氣源可依托，為滿足雷雨天42座儲罐一二次密封艙間同時注氮氣，需新建空壓機廠房。

考慮單座外浮頂油罐一二次密封艙空間體積約45m3,為減少總氮氣氣量，減少投資，單罐浮盤一二次密封艙注氮氣氣量按照100m3/h(標態：20℃，1atm)考慮，氮氣總注氣量為4200m3/h(標態：20℃，1atm)。同時壓縮機房外設置6座單罐容積為80m3的立式氮氣儲氣罐，滿足42座外浮頂油罐同時注氮氣氣量要求。

1.2 氮氣管網、1#操作間、2#操作間、3#操作間、4操作間

注氮管線先敷設至新建1#操作間、2#操作間、3#操作間、4#操作間。在1#操作間內集中操作1#、4#罐區各個油罐的氮氣注入、壓力調節、現場流量計量，從1#操作間引12根DN40氮氣管線分別敷設至1#、4#罐區內各個罐組。2#操作間負責2#、5#罐區各個油罐的氮氣注入、壓力調節、現場流量計量，從2#操作間引12根DN40氮氣管線分別敷設至2#、5#罐區內各個罐組。3#操作間負責3#、6#罐區各個油罐的氮氣注入、壓力調節、現場流量計量，從3#操作間引12根DN40氮氣管線分別敷設至3#、6#罐區內各個罐組。4#操作間負責7#罐區各個油罐的氮氣注入、壓力調節、現場流量計量，從4#操作間引6根DN40氮氣管線分別敷設至7#罐區內各個罐組。

1.3 實時監控系統

通過激光感知→安全判定→惰化保護實現對大型石油儲罐密封圈的主動安全防護，系統主要由防護裝置、激光探頭、光纖系統、罐頂注氮管網系統、遠程監控裝置。

(1)在儲罐上同時安裝激光在線監測系統和注氮防護系統。

(2)采用激光監測技術對油罐一、二次密封之間油氣空間C3、C4和C5類烷烴氣體的體積濃度進行實時在線監測和溫度感知。

(3)防護裝置根據激光監測數據轉換為爆炸下限濃度，并進行安全判定，根據判定結果自動對油罐一、二次密封之間油氣空間進行注氮惰化。

2 技術實施方案

2.1 制氮系統

制氮機系統中，空壓機為重要組成部分，采用空冷式空壓機、空冷式冷凍式干燥機、過濾器提供凈化空氣，凈化空氣通過制氮機制造99%氮氣。

2.2 注氮安全防護系統

注氮管線敷設至罐頂，儲罐上設置16個油氣激光檢測點，儲罐需設置16個噴頭，噴頭應沿圓周逆時針方向噴氣。后期設計優化儲罐設置8個油氣檢測點，設置8個噴頭。

激光監測主動安全防護系統通過激光(油氣、溫度)感知、安全判定、惰化保護，實現對大型石油儲罐密封圈的主動安全防護，即：通過安裝在大型收儲罐二次密封艙內的無源激光烷烴探頭，感知不同取樣點附近的C3、C4、C5烷烴氣體及溫度，經過接入光纜、周界光纜、傳輸光纜，將感知的油氣濃度、溫度信號，傳輸給采集油氣主機，得到油氣濃度數值，將油氣濃度、溫度數據，再發送給服務器進行判定。當判定結果為危險時，服務器將發出注氮命令，通過光纖，傳輸至現場注氮系統，系統自動啟動注氮保護。安全判定規則如表1所示。

為改善油氣傳感器所處環境，解決灰塵附著及結露問題，采用新型純氣動取樣裝置保證系統在防爆區內的無源性。罐上氣室處裝置外置于二次密封艙，利用單向止回閥來控制采氣及排氣；罐下利用真空發生器來控制動力氣源提供的動力方向。

3 結語

注氮主動安全防護系統能夠及時了解油罐一二次密封圈內氧氣和油氣濃度，及時注入氮氣直到解除危險報警，此裝置將事后的滅火搶險轉化為事前主動預防，保證油罐安全平穩運行。

[1]王明,張立明.氮氣主動安全防護技術在外浮頂儲油罐中的應用[M].

[2]孫兆強,趙連河,鄭賢斌.油罐爆炸故障樹分析[J].天然氣與石油,2004，22(1):27-30.