大型油罐主動安全防護系統設計

徐 明

（國家能源集團神華工程技術有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

針對當前使用的大體積儲油設備來說，都是采用整體的密封結構，而對于密封罐來說，其可以分為一次密封和二次密封。由于密封氣體的存在會導致罐內具有大量的可燃氣體，這些氣體中主要包括甲烷、乙烷、丙烷等低分子鏈可燃氣體等，而在當前的使用過程中，如果長時間將可燃氣體在密封罐中進行保存，將會導致氣體的濃度逐漸增加，最后超過有關的爆炸和燃燒臨界點。如果在遇到外界的靜電火花或者雷擊等問題，極易發生大規模爆炸，所以結合相關的結構特點對其進行安全改良，能夠降低發生爆炸等問題，最大程度地提升建設質量，確保大體積儲油設備的安全防護等級不斷提升。

1 安全保護系統設計存在的意義

石油是一個國家的經濟命脈，并且其屬于非可再生資源，所以石油被看作為戰略資源，因此大多數發達國家與發展中國家都開始建立使用儲備庫，完成對使用的整體儲備工作。當前我國在建設和擬定建設的石油儲備庫已經超過了100萬立方米的數量級別以上，并且有的石油儲備庫的容量級別可能更大，因此對于石油儲備庫來說，其由于使用的多為密封罐體，所以會封閉較多的易燃易爆氣體，這些都會帶來較為嚴重的安全問題。石油本身的特點即為燃燒，而如果再發生較為嚴重的爆炸問題將會導致極為嚴重的經濟損失，同時也會導致嚴重的人員傷亡問題出現，所以針對石油儲存罐體進行綜合保護，能夠確保儲備情況的安全。

石油產品通常都具有較強的揮發性和擴散性，遇到靜電火花或者雷擊等情況極易發生爆炸等問題，因此由于相關特點的存在需要對儲備問題等進行合理的管理，全面提升綜合有效的建設效果。而針對當前存在的氣體問題，使用惰性氣體完成中和設計也是較為重要的方法之一，通過相關的防護設計能夠最大程度地降低有關危險發生的概率，進行全面綜合的保護，同時減少危險發生概率能夠保證企業的整體經濟性，對于社會整體發展也有著較為重要的作用。

2 系統結構與功能

大體積儲油設備的防護主要從三個角度入手，第一就是整體的系統建設，當前的有關保護系統可以分為控制系統、檢測系統、供氮系統和有關的管網系統，同時也包括其他的配套設施構成。對于目前的主動保護系統來說，其主要優勢在于能夠將以往的先發生事故后搶救的情況進行改變，讓其成為先救護或者先處理的方式，主動防護的優勢在于對未發生的事故進行預防和保護，防止安全事故的發生。發生爆炸的主要原因為罐內氣體密度較大，所以針對此問題可以對其進行中和，降低氣體發生爆炸的可能性，同時在實際安排工作中降低工作人員的強度，保證大體積儲油設備的運行安全。

2.1 控制系統

控制系統是大體積儲油設備進行主動安全保護的核心，控制系統的核心在于對所有集成電路的運轉進行全面的管理，主要由計算機、自動集成控制器、手動集成控制器和聯動控制器等設備組成，控制系統主要采用雙控制方式完成控制操作。在控制系統的開關上可以實現手動操作和遠程手動操作，同時為了提升運行質量也可以完成無人自動操作。雙控系統能夠滿足其實際的操作要求，第一在進行手動操作時自動操作會自動進入到微調狀態，而整個控制系統會與其他構件進行緊密的聯系，常規狀態下控制系統多是有自動控制，不需要進行有關的人員操作，整個控制系統的運行過程中需要對有關的閥值都進行了解和掌握，然后實現自動連鎖控制。當預設值發生變化，系統將會自動完成安全保護，而自動系統一旦出現質量問題，將會直接對操作中心進行數據回饋，提示工作人員完成手動處理。

2.2 檢測系統

檢測系統對于油罐保護來說有著重要的意義，其是整個系統的觀察功能所在，檢測系統的存在能夠起到較好的保護效果，檢測系統主要是對各個關鍵節點的數據進行檢測，了解到其實際的數據，檢測系統的主要構件都在集裝房當中。通過對油氣的采集和取樣，然后進行有關的數據分析，同時將相關的信息都傳到數據中心，然后完成分區控制。一套檢測設備能夠檢測多個罐體，每個罐體的數據不同，所以會形成自己的獨立子系統。在罐區的中心管理區域有相關的樣本分析中心，這些分析中心的主要工作就是對罐內的氣體進行分析，如果接近臨界值就對其進行處理，通過中和反應的方式將安全問題扼殺在搖籃之中。

2.3 供氮系統

大體積儲油設備的保護方式多為供氮方式，其可以將事故發生風險降到最低。供氮系統主要包括儲氮系統、制氮系統和相關供氮管網組成，通過儲氮系統將制氮設備生產的氮氣進行儲存，同時預留一小部分為后續保障做準備。制氮系統對整個生產氮氣的過程中都要保證具有經濟、安全、環保、可靠的原則，將空氣作為主要的生產原材料，使用物理制造方法，通過分子篩的方式完成氮氣的制造。再通過吸附和解的方式對氮氣進行生產，制造成符合條件的高純度氮氣。供氮網絡管道要與每個油罐進行連接，然后保證相互之間能夠保證疏通，并且在各個關鍵閥上形成有關的控制作用。整個自動保護系統首先會通過檢測系統獲取樣本進行檢測，如果發現相關的樣本不符合實際要求，自動控制裝置會針對其進行防護處理，供氮系統會進行有關的氮氣排放，完成對罐內的氣體綜合。

3 技術原理

保護即是對高濃度的可燃物處理，對于燃燒和爆炸來說，其如果發生較為嚴重的安全事故，同時在非明火狀態下的主要情況即是受到電擊或者是靜電火花的易燃，兩種易爆方式的主要特點就是需要罐內的氣體濃度達到臨界點，所以遇到外界火花就會發生爆炸問題，而在此過程中通過自動防護裝置的設計能夠較好地解決問題。自動防護裝置的主要工作原理為保護系統中的檢測系統會對罐內的壓縮氣體進行實施的檢測，讓數據中心可以實施的檢測到相關的罐內氣體濃度情況，同時對有關的火災信號進行識別，通過相關的互聯網技術可以對每個節點每個罐體當中的氣體密度和可以引起災害發生的因素進行實時的監控，操作人員的主要工作是對控制系統進行有關的臨界值設定，當相關數值達到臨界值之后就會對其進行氮氣的輸送，幫助易爆炸的氣體降低整體臨界值，全面降低安全事故發生的相關概率。

保護系統分為兩種操作模式，第一就是自動操作模式，自動模式的過程中會添加警報提示系統，此系統的主要作用為對管理人員進行提升，自動系統的準確性無法得到整體保證，所以在實際的操作過程中需要對系統進行有效的保護和預警，當自動操作無法完成有關控制時需要對系統進行轉換，讓其能夠完成手動操作，整個系統的提示過程中可以由信號燈完成提示工作，綠色燈代表運行正常、黃色等警示，紅色燈鏈接聲控裝置，紅燈亮起同時發送警報。工作人員根據燈的指示了解實際運行情況，然后完成具體操作，確保整個系統的安全性和靈活性。

4 相關防護方案的實施

4.1 系統方案的提出

在保護過程中可以使用相關的外浮頂油罐，頂蓋漂浮在油面上，隨著油面進行上下浮動。針對目前的防火設計來說，浮頂油罐具有較高的防火性，其整體的防火性能較好。浮頂油罐在危險區范圍較小，同時儲存油品的損耗較小，當前國外多使用此種油罐進行相關的防護設計，而在整體的主動性保護過程中需要考慮浮頂蓋與油品蒸發空間中的氣體濃度情況，所以在保護系統的建設過程中第一完成檢測系統建設，需要建設一個由上自下的監控機位，保證合理的檢測，第二建設一個主動的供氮防護網。主動防護網在油罐的外側，同時兩系統會與控制系統完成整體連接，控制站主要包括電氣控制系統、氣體分析系統、水箱、氣罐和相關的供氮設備，在整體運行過程中主要依靠檢測設備對氣體濃度進行檢測，如發現氣體濃度出現變化，就要對其進行適當的供氮處理，全面保證整體防護質量。讓其長期處于安全運行狀態。

主動防護的設計方案為主動惰性保護系統安裝在外側，惰性氣體完成整體的設計之后可以使用外部線路進行整體連接，控制線和相關氣體檢測線都是通過外部環節進行連接，而對于系統的檢測分析裝置需要布置在油罐的內部，內部同時會設計相關的氮氣專用噴頭，而密封罐的一級封閉與二級封閉都需完成氮氣噴射點的設計，整體噴射口需要進行有效的安排，保證各地區能夠分布的較為均勻，如果出現質量問問題，檢測孔會完成前期的檢查工作，然后對指揮中心進行報警，系統控制中心和下達指令，氮氣的噴射孔會對罐內進行氮氣加入，以此來綜合相關的活性氣體。同時在氮氣的使用上會存在水與氣態氮氣，當罐內的氣體密度符合實際要求時能夠確保相關的管道關閉，不會向內部進行水體的噴射，而如果發生濃度超標的情況，其可以直接完成相關的災情處理快速對罐區的火災進行救護。

4.2 設計中的關鍵問題和解決方案

（1）現場信號采集要完整可靠

就目前的信號傳輸問題來說，需要保證整體質量，確保信號傳輸不會出現質量問題，針對相關的線路通訊需要做到多次檢查，防止質量問題出現，同時建設前完成信息模擬工作，全面地保證可靠與有效傳輸。

（2）控制器的設計

控制器對于設備工作有著重要的意義，所以在實際的操作過程中需要安排好相關的設計工作，提升建設整體質量，同時對各種設備進行合理的處理，防止設備出現失靈的問題。

（3）可燃性氣體濃度算法分析

為保證其整體運行質量的提高，需要對可燃氣體的濃度進行合理的分析，所以在目前的建設過程中，應完成可燃氣體計算公式，對可燃氣體的實際情況進行有效的計算，并且建設濃度的多種安全曲線，合理采用科學方法進行模擬和分析，確保計算方法的正確性和穩定性。各設備需要依靠有關的數據濃度曲線來完成各種計算工作，提升整體的工作效率。

（4）各類通信接口設計

設計上使用的信息接口都需要保證安全和質量特性，防止出現接觸不良的情況，同時各種信號連接口需要具有一定的擴充能力，整體的建設過程中為日后的發展提供相關的思考研究，確定各種有關質量能夠符合實際使用需求，并且具有升級的可能性。

（5）系統上位機設計

設計安裝有關的上位機，保證能夠具有系統化處理方式，全面并且綜合地制定各種處理計劃，完成人機交換式處理，同時就目前的相關建設需要制定整體的管理計劃，保證各管理質量的全面提升，全面保證其整體建設效果。

5 結語

綜上所述，大體積儲油設備的安全始終是石油生產環節需要謹防的大事。如果大體積儲油設備發生較為嚴重的災害將會直接導致嚴重的后果，所以結合當前的使用需求和安全需求，對大體積儲油設備進行合理的保護是較為重要的方法之一，傳統的有關保護方法為被動方式，主要的方法就是對產生的問題進行處理，但是其造成的后果仍然較為嚴重，所以在當前的整體設計過程中，需要完成主動性防御設計。針對油罐中的氣體濃度進行合理的檢測，然后完成對氣體濃度的整體預測，整個主動防御系統存在較多優勢，其能夠降低發生事故的概率，同時對于相關的事故問題來說，可以全面綜合地解決多種問題，防止安全施工的發生，并且在實際的管理過程中，可以結合實際要求完成建設，最大程度地滿足具體的安全建設要求，全面保證建設施工的綜合質量提升。