原油儲(chǔ)罐阻火器存在隱患問題分析及解決措施

秦雪源 何巍 楊董剛 劉成千（中國石化西北油田分公司）

西北油田某聯(lián)合站主要擔(dān)負(fù)該采油廠區(qū)塊原油處理任務(wù)，通過加熱、油氣水分離、沉降脫水等工藝流程實(shí)現(xiàn)原油凈化處理，最終形成成品油進(jìn)行外輸。該站擁有原油儲(chǔ)罐8 座，其中5 000 m3儲(chǔ)罐6 座，1 000 m3儲(chǔ)罐2座，還包括一次沉降罐、二次沉降罐、三次沉降罐、凈化罐，從而實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)以及原油周轉(zhuǎn)。

1 聯(lián)合站原油處理工藝

該聯(lián)合站原油處理工藝流程主要為：各計(jì)轉(zhuǎn)站來油進(jìn)站后通過原油匯管進(jìn)入加熱爐進(jìn)行加熱至沉降脫水所需溫度72 ℃，然后經(jīng)過兩相分離器進(jìn)行油氣分離，實(shí)現(xiàn)原油中所含伴生氣的脫除，接著依次進(jìn)入一次沉降罐、二次沉降罐，通過物理水洗的原理進(jìn)行沉降脫水，將原油含水控制在0.5%以內(nèi)，最后進(jìn)入凈化油罐進(jìn)行計(jì)量外輸，原油處理工藝流程如圖1所示。

由上述原油處理工藝流程可知，原油儲(chǔ)罐在原油處理工藝流程中起著至關(guān)重要的作用，一是具有實(shí)現(xiàn)對(duì)原油沉降脫水的功能；二是擔(dān)負(fù)原油儲(chǔ)存、外輸?shù)墓δ堋Ｒ虼耍瑑?chǔ)罐的日常維護(hù)尤為重要，且該站最大安全運(yùn)行庫存約26 000 m3，如此大量的原油，蘊(yùn)含巨大的能量，一旦發(fā)生事故，后果將不堪設(shè)想，所以，油罐的管理自建站開始就納入該站重要管理事項(xiàng)之一。而呼吸閥、液壓安全閥、阻火器作為油罐的安全附件（圖2），起著保障油罐安全運(yùn)行，防止和消除各類事故的重要部件[1-2]，更應(yīng)加強(qiáng)日常的維護(hù)保養(yǎng)工作。

圖1 原油處理工藝流程

圖2 油罐安全附件

2 原油儲(chǔ)罐阻火器存在隱患排查

2.1 阻火器附著異物

該聯(lián)合站崗位員工在根據(jù)操作規(guī)程半年清洗一次油罐阻火器的過程中，發(fā)現(xiàn)阻火器上附著黃色、黑色異物（圖3）。通過對(duì)8 個(gè)油罐阻火器觀察發(fā)現(xiàn)，并不是某一個(gè)油罐出現(xiàn)此現(xiàn)象，而是每個(gè)罐頂阻火器或多或少均有該物質(zhì)附著，尤其是一次沉降罐與二次沉降罐的阻火器上該異物附著較多，這一情況引起了該站高度重視。

圖3 阻火器附著異物

該站油罐阻火器均安裝在呼吸閥和液壓安全閥的下端，主要由金屬波紋板繞制而成。當(dāng)外部火焰（星）進(jìn)入時(shí)，阻火芯一個(gè)個(gè)的小縫隙可以將火焰（星）分割成若干小火苗，由于金屬波紋板的導(dǎo)熱系數(shù)高，與火焰接觸面積大，可以吸收大量的熱量，將可燃?xì)怏w的溫度降至燃點(diǎn)以下，從而實(shí)現(xiàn)阻隔火焰（星）進(jìn)入油罐內(nèi)部，達(dá)到阻火的目的[3-5]。而此次發(fā)現(xiàn)的異物對(duì)阻火芯的小縫隙造成了堵塞，在遇到突發(fā)情況時(shí)不能起到阻火器應(yīng)有的作用。另外，如果該異物具有可燃以及爆炸特性，還會(huì)加劇事故發(fā)生態(tài)勢(shì)，在油罐日常運(yùn)行時(shí)，也是潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

2.2 異物形成機(jī)理研究分析

在阻火器上發(fā)現(xiàn)該異物后，為了進(jìn)一步探索該物質(zhì)形成機(jī)理，對(duì)該異物進(jìn)行取樣化驗(yàn)，異物試樣見圖4。通過其組成的成分推斷形成原因，為后續(xù)采取相應(yīng)解決措施提供指導(dǎo)性意見。

圖4 異物試樣

化驗(yàn)結(jié)果顯示，黃色物質(zhì)主要成分為硫單質(zhì)，黑色物質(zhì)主要成分除了正常的油垢外，還包含硫化亞鐵及鐵的氧化物。而該站原油高含H2S，兩相分離器氣相出口伴生氣樣H2S 分析報(bào)告顯示，H2S 的質(zhì)量濃度高達(dá)3 300 mg/m3。據(jù)此可以斷定，油罐中原油逸散出的伴生氣中H2S與阻火器中鐵元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成硫單質(zhì)，如下式所示：

原油雖然通過水洗沉降的方式進(jìn)行了脫水，但其中還是有微量水分，揮發(fā)的過程中，在阻火器上形成了潮濕的環(huán)境，加之油罐中原油溫度高達(dá)70 ℃左右[6]，以及太陽的照曬，這就創(chuàng)造了H2S 與鐵元素的化學(xué)反應(yīng)條件。此外，呼吸閥在工作過程中，微量空氣難免進(jìn)入其中，形成的FeS在此情況下，逐漸氧化生成鐵的氧化物以及硫單質(zhì)，也就是阻火器上附著的異物。

2.3 異物存在的危害

通過取樣化驗(yàn)油罐阻火器所處高含H2S 環(huán)境得出，阻火芯上發(fā)現(xiàn)的異物主要為硫單質(zhì)、FeS、鐵的氧化物以及油垢。該物質(zhì)的形成對(duì)油罐的安全運(yùn)行有著巨大的危害。

一是FeS 的存在本身具有自燃的特性（如式3所示），且在阻火器上發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，一旦達(dá)到FeS自燃所需條件，就會(huì)產(chǎn)生火焰。在此種情況下，阻火器上的硫單質(zhì)以及油垢便會(huì)迅速燃燒，釋放巨大的能量，形成火災(zāi)爆炸，并產(chǎn)生SO2等有毒有害氣體[7-8]。

二是異物的形成，會(huì)堵塞阻火器中的小縫隙，導(dǎo)致阻火器在緊急時(shí)刻不能起到阻火的作用。此外，阻火器目前均安裝在呼吸閥和液壓安全閥的底部，阻火器堵塞也會(huì)導(dǎo)致呼吸閥與液壓安全閥不能正常工作，安全隱患極大。

與此同時(shí)，通過上述對(duì)異物形成機(jī)理的研究可知，阻火器上發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)，這在一定程度上形成了化學(xué)腐蝕，阻火芯會(huì)隨之遭到破損，降低油罐使用安全系數(shù)。

3 解決措施

3.1 材質(zhì)升級(jí)

該聯(lián)合站油罐阻火器處于高含H2S、高溫潮濕的環(huán)境，尤其是此次發(fā)現(xiàn)異物后，對(duì)其材質(zhì)耐腐蝕的特性要求更為嚴(yán)格。為盡量避免阻火器材質(zhì)與H2S 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫單質(zhì)、FeS 等危險(xiǎn)物質(zhì)，造成阻火器腐蝕破壞，本次將阻火器的材質(zhì)均更換成316#不銹鋼，該材料因添加Mo 元素，具有較強(qiáng)的耐腐蝕、耐高溫特性，可在苛刻的條件下使用。從后期對(duì)阻火器定期清洗觀察，材質(zhì)更換后確實(shí)起到了較好的作用，腐蝕較以前得到顯著改善，未見黃色異物生成。

3.2 工藝流程改造

對(duì)異物形成機(jī)理研究分析可知，原油中高含H2S 是形成阻火器上異物最主要的因素之一。因此，該聯(lián)合站以問題為導(dǎo)向，從源頭解決問題出發(fā)，對(duì)原油處理工藝流程進(jìn)行升級(jí)改造。在兩相分離器后端新增一套原油負(fù)壓脫硫裝置，原油經(jīng)過負(fù)壓脫硫塔時(shí)，在氣提氣作用下，原油中原本氣液兩相平衡被打破，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原油中所含伴生氣以及硫化氫的脫除[9-10]。原油處理工藝流程改造如圖5所示。

圖5 原油處理工藝流程改造

使用負(fù)壓脫硫流程后，不僅將油罐逸散伴生氣H2S的質(zhì)量濃度降至500 mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)絕大部分H2S的脫除，而且通過混烴提煉流程（圖6），在原本兩相分離器對(duì)伴生氣分離的基礎(chǔ)上每日還能多分離出20 000 m3伴生氣，并從中提煉出混烴50 t/d，創(chuàng)造出一定的經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 混烴提煉流程

3.3 科學(xué)管理

材質(zhì)、工藝層面做出的升級(jí)改進(jìn)，只是從源頭上進(jìn)行了相關(guān)把控，但這并不能徹底避免以及消除類似情況再次發(fā)生，據(jù)此該站制定了原油儲(chǔ)罐安全運(yùn)行管控措施，嚴(yán)密監(jiān)控各油罐壓力，保持正壓，避免負(fù)壓時(shí)空氣吸入，打破化學(xué)反應(yīng)所需有氧環(huán)境條件。此外，縮短阻火器等安全附件清洗周期，由半年縮短為一季度清洗一次，保證阻火器清潔，正常工作。

4 結(jié)論

根據(jù)西北油田某聯(lián)合站油罐阻火器上發(fā)現(xiàn)異物這一現(xiàn)象，通過化學(xué)檢測(cè)以及分析推斷，最終找出異物形成的主要原因?yàn)樵桶樯鷼庵兴琀2S與阻火器材質(zhì)在有氧潮濕環(huán)境下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)所致，具有極大的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。為此，針對(duì)油罐阻火器上的附著異物采取了系列措施，從本質(zhì)上杜絕了該現(xiàn)象的再次發(fā)生，保障了油罐的安全運(yùn)行。