油氣抑制技術在成品油儲罐清洗中的應用

景仲林 張映天 石愛豪 謝心洲

〔甘肅華興石油工程有限責任公司 甘肅蘭州 730030〕

依照成品油庫、加油站管理的相關要求，為了保證油品質量以及儲罐的安全運行,在儲罐使用一定時間后需要進行清洗和檢維修工作。在清洗過程中，油罐內殘存的油品揮發出的可燃爆炸氣體就成為作業中很高的風險因素，也是現場作業中的重大隱患。

為了消除這一隱患，傳統的做法多是采取注水法、注入惰性氣體法、強制通風法和自然通風法等，使可燃爆炸氣體濃度降到一定比例后應用機械清洗或者清理人員入罐清理儲罐內淤泥和污廢物，由此產生的固體廢物很多，且清理過程風險大，時間長，費用高。而采取油氣抑制技術可以解決傳統清罐時遇到的油氣濃度問題，阻斷燃燒爆炸的主要風險因素，大大降低了燃燒爆炸風險，節約時間，降低成本，減少因清罐而產生的固體廢物。

1 油氣抑制技術

1.1 抑制劑抑制油氣的機理

該技術是將液體抑制劑經過高壓氣流霧化設備將其霧化為納米級分子，通過設備與油罐的密閉管道隨高壓氣流吹入油罐，使抑制劑迅速擴散到儲罐內對油氣進行抑制；同時抑制劑對殘留在罐體表面的油品也形成一層較好的穩定的抑制層，并且阻止油品的繼續揮發。通過這種方式可大大降低儲罐內氣體中可燃氣體的濃度，達到控制燃爆的目的。

1.2 油氣抑制工藝

(1)專用抑制劑。專用的油氣抑制劑經過霧化形成的納米微粒，如圖1所示。

圖1 專用油氣抵制劑的霧化

①納米級抑制劑分子是由親水頭和親油尾(疏水尾)組成的兩性表面活性劑。②納米級抑制劑分子的親油尾部分溶解于油氣分子中，親水頭朝向空氣；在油品表面定向排列，與油品形成穩定結構，從而阻止油氣繼續揮發。③大量抑制劑分子在油氣或殘油表面形成穩定結構，使其不再繼續揮發。

(2)霧化設備。使用空氣壓縮機為動力源產生的高壓空氣對抑制劑進行霧化，達到納米級顆粒，并通過管道送入儲罐，使納米級抑制劑分子迅速擴散。

(3)動力源。使用傳統的空氣壓縮機產生氣源。一般控制流量在4.6 m3/min以上，壓力在0.6～0.7 Mpa。

(4)導靜電處理。霧化設備及整個工藝設備都要進行可靠的靜電接地，包括進風、排風軟管。

(5)相關輔助件。包括定制的儲罐法蘭、罐內氣體排氣管、活性炭吸附裝置、氣體檢測儀、長管呼吸器(人員入罐)、吸油隔膜泵等。

(6)工藝過程示意見圖2。

圖2 油氣抑制工藝過程

1.3 關于油氣抑制技術的相關認證

(1)NV公司油氣抑制劑通過相關第三方依據美國、歐盟等相關標準試驗測試，該抑制劑為非危險化學品，在使用中對于環境和人員無傷害。

(2)NV公司油氣抑制技術通過第三方依據美國環境保護署相關法規采用化學歸趨準則搖瓶法測試，該抑制劑28 d可生物降解率為89.2 % 。

2 儲罐清洗的相關規定

Q/SH0519-2013《成品油罐清洗安全技術規程》中規定：人員進入油罐前和作業中應進行氣體檢測，氧含量19.5 %～23.5 %為合格；當可燃氣體爆炸下限大于4 %時，其被測濃度不大于0.5 %為合格；爆炸下限小于4 %時，其被測濃度不大于0.2 %為合格；當油氣濃度為該油品爆炸下限的4 %～20 %時，進入油罐的作業人員應佩戴空氣呼吸器或供風式防護面具等隔離式呼吸保護器具。中國石油安全〔2014〕86號關于印發《中國石油天然氣集團公司動火作業安全管理辦法》等兩個制度的通知規定：氧濃度應保持在19.5 %～23.5 %。使用便攜式可燃氣體報警儀或其他類似手段進行分析時，被測可燃氣體或可燃液體蒸氣濃度應小于其與空氣混合爆炸下限的10 %(LEL)，且應使用兩臺設備進行對比檢測。

根據上述相關標準要求，在成品油儲罐清洗工作中，要求人員進入受限空間清洗儲罐時，至少佩戴2臺同型號便攜式氣體報警儀，并在佩戴空氣呼吸器或供風式防護面具等隔離式呼吸保護器具等有效防護下，以可燃氣體爆炸下限10 %(LEL)為指標，當可燃氣體爆炸下限低于10 %(LEL)時，方可進入儲罐進行清洗工作；如高于10 %(LEL),人員撤離受限空間，采用一定方式進行空氣置換直到氣體達到要求，方可進入儲罐。

當儲罐清洗完成后，人員進入儲罐進行檢維修工作中，要求至少佩戴2臺同型號氣體報警儀，可燃氣體爆炸下限小于4 %(LEL)，如進行動火作業，要求可燃氣體爆炸下限為0 %(LEL)。

3 在油庫清罐中的實踐

在甘肅A油庫和B油庫應用油氣抑制技術對汽油罐清洗時進行了清罐實驗，兩座油庫取得的抑制數據基本一致，下面以A油庫為例進行說明。

3.1 被清洗油罐的基本情況

A油庫被清洗油罐基本情況見表1。

表1 A油庫被清洗油罐基本情況

3.2 油氣抑制劑清罐

(1)清罐作業分為四部分。①前期準備。方案審批、作業許可及現場準備。②油氣抑制。接通連接好工藝設備，接通檢查完好正常后，開始啟動抑制劑霧化導入抑制。同時詳細記錄可燃氣體濃度變化。③清罐?？扇細怏w濃度達到人員入罐要求時，人員著裝入罐進行檢測。④其他工作：清罐后油罐恢復和廢渣處理。

(2)油氣抑制操作流程及設備組裝說明。

①將儲罐內油品通過油庫管道導入其他儲罐，將該儲罐內油品液面降到最低。

②做好現場工作區域劃分及防護隔離，安全設施及應急設施配備。

③打開人孔1將該儲罐內殘留油品和污物通過泵盡可能抽入清罐臨時容器內。在人孔1上安裝定制法蘭，使用導靜電進風軟管，連接納米霧化器1。

④打開人孔2安裝定制法蘭，使用導靜電進風軟管，連接活性炭吸附裝置(油罐已經安裝三次油氣回收裝置的可以直接將排風口接入油氣回收裝置)。

⑤打開儲罐排水口，使用導靜電進風軟管，連接納米霧化器2。

⑥空壓機送風管通過2分接頭分別連接納米霧化器1和納米霧化器2。

⑦空壓機，納米霧化器1、2，活性炭吸附裝置等設備分別進行可靠靜電接地。

⑧在活性炭吸附裝置進風口輸入處設置檢測點。油氣抑制流程和設備組成見圖3。

圖3 油氣抑制流程和設備組成

(3)油氣抑制操作和氣體濃度檢測。①空氣壓縮機啟動，并調整到0.65 MPa壓力，逐步打開出氣閥門。安裝抑制劑啟動納米霧化器平穩運行2～3 h(運行時間主要以油罐容積來確定)。②油氣濃度測試和數據收集；第一小時每隔15 min檢測檢測點LEL讀數。第一小時后，每30 min檢測檢測點LEL讀數。在檢測點檢測LEL讀數為0后30～45 min后，關閉空氣壓縮機。③組織專業人員佩戴防護裝備進入油罐按照13個區域(見圖4罐內檢測點分區圖)進行罐內氣體檢測。④為驗證抑制持續效果，自停止油氣抑制后12 h，測試人員再次進入油罐進行氣體檢測并記錄數據。

圖4 罐內檢測點分區圖

4 測試數據

首次油氣抑制試驗在2019年11月1日(天氣晴，氣溫8°C)在A油庫TG-06(臨)92號汽油內浮頂5000 m3油罐進行。

4.1 抑制油氣期間效果驗證

由油氣抑制運行期間檢測點LEL讀數隨抑制時間變化的實驗數據表明：在油氣抑制運行后，檢測點LEL讀數迅速下降；15 min從100 %到52 %，運行1 h后，檢測點LEL讀數降低到10 %以下。即油氣抑制技術可迅速降低儲罐內可燃氣體濃度(見圖5)。

圖5 油氣抑制運行期間LEL讀數

4.2 抑制劑對油品揮發性持續抑制的效果驗證

停止噴霧抑制劑12 h后，在與油氣抑制劑試驗相同條件下，將儲罐分成13個檢測區域，測試人員進入罐內對LEL、氧氣、硫化氫、一氧化碳分別進行檢測。檢測結果分別見圖6和圖7。

圖6 油氣抑制持續效果曲線圖

圖7 油氣抑制12 h后儲罐內O2、CO、H2S體積濃度

圖6圖7數據表明：該抑制劑能夠至少保持12 h持續抑制效果，并且氧氣、一氧化碳、硫化氫濃度均在安全范圍。H2S和CO體積濃度為0 %，O2體積濃度為20.8 %。

5 結果和結論

(1)5000 m3內浮頂汽油罐運用油氣抑制技術2～3 h，可將可燃氣體爆炸下限由最初100 %降低到10 %以下。剔除由于儲油罐底板變形存有大量余油，抑制后的可燃氣濃度較為穩定，并且抑制效果能夠維持12 h以上。

(2)節約了清罐時間。此方法通過實踐快速簡便地抑制了可燃氣體，降低了LEL濃度，把傳統清罐時間由原先的3～5 d(根據油罐容積和季節不同)壓縮到1 d時間就可完成油罐清洗。

(3)清理的水雜、固體廢物少，利于環保，節約費用。較原機械清洗大大減少了清水的使用，降低了污水處理量(5000 m3內浮頂油罐可減少固體廢物及廢水近20 t)，節約了污物處理費用。

(4)存在的問題。由于此抑制劑為一定比例的水溶液制劑，所以在冬季或氣溫較低的工況下使用時，應考慮對于抑制劑及工藝管路的保溫措施。