GDS在罐區(qū)主動(dòng)安全防護(hù)方面的應(yīng)用

宋 蓓

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

目前，浮頂儲(chǔ)罐的密封結(jié)構(gòu)主要采用一次密封和二次密封，在一二次密封結(jié)構(gòu)之間會(huì)形成相對(duì)密閉的環(huán)形油氣聚集空間[1]。當(dāng)油罐罐壁掛油或者實(shí)施收發(fā)油作業(yè)時(shí)，隨著浮盤(pán)的升降會(huì)產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，主要成分是甲烷、乙烷、丙烷及丁烷等，如果此時(shí)遇到雷擊或靜電產(chǎn)生的火花等可能會(huì)引起燃燒甚至爆炸[1]。因此，有必要對(duì)大型外浮頂儲(chǔ)罐一二次密封空間的油氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立主動(dòng)安全防護(hù)，做好前期預(yù)防。

外浮頂儲(chǔ)罐一二次密封空間的油氣濃度可以使用分析儀表、便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表、無(wú)線可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表等進(jìn)行檢測(cè)。分析儀表通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要配置預(yù)處理系統(tǒng)，還要考慮分析儀機(jī)柜、取樣管線的長(zhǎng)度等，且一般來(lái)說(shuō)價(jià)格較高；便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表主要以人工攜帶為主，只能檢測(cè)某一時(shí)段油氣的濃度，無(wú)法達(dá)到預(yù)防火災(zāi)的要求[2-3]；無(wú)線可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表雖然免去了線纜敷設(shè)的麻煩，但也要考慮儀表供電、信號(hào)可靠性、通信距離等因素。因此，采用可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為GDS)監(jiān)測(cè)一二次密封空間油氣濃度和氧氣濃度，當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)和控制室聲光報(bào)警，再配合雷電預(yù)警系統(tǒng)，可以有效降低儲(chǔ)罐因雷擊導(dǎo)致的爆炸起火的事故風(fēng)險(xiǎn)。

本文結(jié)合已完成交付的項(xiàng)目詳述GDS在罐區(qū)主動(dòng)安全防護(hù)方面的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目背景和目的

1.1 項(xiàng)目背景

某廠液體化工品罐區(qū)共計(jì)有5個(gè)，每個(gè)罐區(qū)均有4個(gè)5萬(wàn)方的外浮頂儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐儲(chǔ)存介質(zhì)均為原油。原油為甲B類(lèi)易燃液體，具有易燃性、易沸溢性等特性，爆炸極限范圍較窄但數(shù)值較低，有一定的爆炸危險(xiǎn)性。

該廠外浮頂儲(chǔ)罐的密封形式均為泡沫軟密封，5萬(wàn)方儲(chǔ)罐(直徑60m，高度17.5m)一、二次密封的空間體積約為25方。一、二次密封油氣空間中的介質(zhì)為原油的揮發(fā)氣與空氣混合形成的易爆氣體。這個(gè)油氣空間的存在，使之成為油罐安全運(yùn)行中的主要危害因素之一，一旦該空間可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到爆炸下限，此時(shí)遇到雷擊或者靜電產(chǎn)生的火花，可能會(huì)引起可燃?xì)怏w的爆炸或燃燒，嚴(yán)重威脅罐區(qū)的運(yùn)行安全。

1.2 目的

采用GDS監(jiān)測(cè)一二次密封空間油氣濃度和氧氣濃度的目的是配合罐區(qū)雷電預(yù)警系統(tǒng)使用，降低儲(chǔ)罐因雷擊導(dǎo)致的爆炸起火的事故風(fēng)險(xiǎn)。

目前，該廠的雷電預(yù)警系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)的雷電范圍為15km，從預(yù)測(cè)到雷電產(chǎn)生到影響罐區(qū)的時(shí)間大概為15min。當(dāng)預(yù)測(cè)到有雷電產(chǎn)生時(shí)，通過(guò)離心通風(fēng)機(jī)往原油儲(chǔ)罐一、二次密封空間內(nèi)注入惰性氣體，置換出可燃?xì)怏w，在雷電影響罐區(qū)之前使油氣濃度降至爆炸下限以下，從而降低儲(chǔ)罐因雷擊導(dǎo)致爆炸起火的事故風(fēng)險(xiǎn)。

2 項(xiàng)目方案

2.1 方案概述

以罐區(qū)為單元，XXX罐區(qū)設(shè)一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)流量Q=3600m3/h，出口壓力P=10kPa。風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算按照原密封空間內(nèi)油氣濃度的50%，通入惰性氣體等體積均勻置換考慮，將油氣濃度在10分鐘之內(nèi)降低至爆炸下限以下。XXX罐區(qū)主管線管徑為DN250，支管管徑為DN100，每臺(tái)罐罐前支管設(shè)流量計(jì)及壓力表各一塊，流量及壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室，罐頂設(shè)分氣包，經(jīng)分氣包后分8路DN50管線進(jìn)入儲(chǔ)罐一、二次密封空間。分氣包前設(shè)置阻火器和止回閥。

每臺(tái)儲(chǔ)罐頂部一、二次密封空間內(nèi)的油氣設(shè)泵吸式可燃?xì)怏w探測(cè)器及氧氣探測(cè)器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐一、二次密封空間內(nèi)的油氣濃度和氧氣濃度，并把信號(hào)傳輸至位于控制室的GDS。當(dāng)雷電預(yù)警系統(tǒng)發(fā)生預(yù)警信號(hào)之后，根據(jù)儲(chǔ)罐密封空間內(nèi)油氣濃度的情況，人工啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，當(dāng)油氣濃度低于爆炸下限LEL以下時(shí)(風(fēng)機(jī)啟動(dòng)10分鐘之內(nèi))，可將風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

2.2 技術(shù)原理

物質(zhì)產(chǎn)生燃燒需要具備可燃物、點(diǎn)火源和助燃物，這也是燃燒的三要素。對(duì)于原油儲(chǔ)罐一二次密封形成的油氣空間來(lái)說(shuō)，油氣是可燃物，氧氣是助燃物，而雷擊或靜電火花則是點(diǎn)火源。當(dāng)可燃物和助燃物的濃度達(dá)到某一限值時(shí)，如果遇到雷擊或靜電火花，則會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。

GDS通過(guò)實(shí)時(shí)采集罐頂一二次密封空間的可燃?xì)怏w探測(cè)器和氧氣探測(cè)器的數(shù)值，也即可燃物和助燃物的濃度，根據(jù)安全判定規(guī)則進(jìn)行分析判斷(見(jiàn)表1)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制室報(bào)警，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)罐區(qū)附近的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域聲光警報(bào)器，同時(shí)人工啟動(dòng)風(fēng)機(jī)向一二次密封空間注入惰性氣體，置換出可燃?xì)怏w，從而達(dá)到防火防爆的效果。

表1 安全判定規(guī)則[4]

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 GDS

GDS由可燃?xì)怏w探測(cè)器、氧氣探測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)器、報(bào)警控制單元等組成。

可燃?xì)怏w和氧氣探測(cè)器用來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)罐一二次密封空間中的油氣濃度和氧氣含量，并把信號(hào)送給GDS控制單元，控制單元根據(jù)安全判定規(guī)則進(jìn)行比較分析，當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域聲光警報(bào)器，提醒操作人員應(yīng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)注入惰性氣體，使一二次密封空間內(nèi)的油氣濃度和氧氣含量恢復(fù)到安全狀態(tài)。

3.2 可燃?xì)怏w探測(cè)器的選型

通常對(duì)于可燃?xì)怏w的檢測(cè)一般采用催化燃燒原理，針對(duì)外浮頂儲(chǔ)罐一二次密封空間中氧含量低且催化燃燒方式可能成為潛在危險(xiǎn)的工況，根據(jù)GB/T 50493-2019，本項(xiàng)目選用紅外光譜吸收法檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度。

同時(shí)，考慮到常用的擴(kuò)散式氣體探測(cè)器受環(huán)境溫度、風(fēng)速的影響較大，本項(xiàng)目采用泵吸式氣體探測(cè)器，這更適合外浮頂儲(chǔ)罐一二次密封形成的相對(duì)密閉的油氣空間。

圖1 泵吸式氣體探測(cè)器安裝示意圖

3.3 氧氣探測(cè)器的選型

根據(jù)GB/T 50493-2019，大型外浮頂儲(chǔ)罐一二次密封空間中氧氣含量的測(cè)量采用電化學(xué)原理，采樣方式與可燃?xì)怏w探測(cè)器相同，采用泵吸式氣體探測(cè)器。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)器的選型

現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域聲光警報(bào)器選用隔爆型，聲壓級(jí)高于110dBA，其他技術(shù)要求見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)器技術(shù)要求

3.5 氣體探測(cè)器探頭布置

圖2 探測(cè)器平面布置圖

每臺(tái)儲(chǔ)罐罐頂設(shè)8個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)設(shè)1臺(tái)可燃?xì)怏w探測(cè)器和1臺(tái)氧氣探測(cè)器。每個(gè)罐區(qū)根據(jù)分區(qū)對(duì)角設(shè)置2臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域聲光警報(bào)器。

探測(cè)器平面布置圖如圖2所示，圖中AT-XXXXA代表可燃?xì)怏w探測(cè)器，AT-XXXXB代表氧氣探測(cè)器，GJB-XXXX為接線箱。罐頂新增可燃?xì)怏w探測(cè)器和氧氣探測(cè)器信號(hào)電纜(鎧裝電纜)先接入每個(gè)儲(chǔ)罐罐頂板中心設(shè)置的接線箱后，輸出多芯電纜(鎧裝)沿原有橋架接至位于控制室機(jī)柜間的GDS。

4 結(jié)束語(yǔ)

罐區(qū)主動(dòng)安全防護(hù)最關(guān)鍵的部分就是儲(chǔ)罐一二次密封空間中油氣濃度的檢測(cè)。本文通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐論證了采用GDS實(shí)現(xiàn)對(duì)一二次密封空間油氣濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是一種可行的選擇，通過(guò)GDS(或氣體報(bào)警控制器)聯(lián)動(dòng)控制相關(guān)區(qū)域的聲光報(bào)警器，可以起到良好的預(yù)警作用，再配合罐區(qū)雷電預(yù)警系統(tǒng)使用，可以有效降低儲(chǔ)罐因雷擊導(dǎo)致的爆炸起火的事故風(fēng)險(xiǎn)。