大型油罐一二次密封裝置生產運行風險淺析

張友勇 張紅亮 陳莉

摘要：通過對大型油罐密封結構優缺點的分析，找出浮頂油罐油氣存在的空間及形成爆炸燃燒的成因。結合實際提出了改進措施，并進一步提出了解決稀釋浮頂油罐密封處油氣的方法，對提高浮頂油罐的本質安全具有一定的指導作用。

關鍵詞：大型儲罐;一二次密封;運行;風險;分析

1 大型油罐密封裝置結構分析

目前，國內外廣泛使用的一次密封結構主要有填料式彈性軟密封、充液式軟密封及機械式密封。

1.1機械密封結構

機械式密封結構主要是依靠機械式彈簧支架將一次密封油氣隔膜撐開，始終與罐壁保持接觸，以達到密封效果。其優缺點是：

1.1.1機械密封結構優點

由于機械密封支架的彈性較好，能始終保持密封固定環邊與罐壁接觸緊密，且使用壽命較長，容易清洗回收。

1.1.2機械密封結構缺點

（1）由于密封油氣隔膜在機械支架上部，與油面間距較大，10萬m。油罐實際測量深度約50～60mm，此處按爆炸危險區域的劃分應為0區范圍（即連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境）。

（2）由于油罐罐壁受施工質量和誤差的影響，存在罐壁的不規則性，因此由機械支撐的密封固定環邊與不規則罐壁存在縫隙，造成一次密封下部油氣向一二次密封問泄漏，而上部的二次密封由于彈力作用始終于罐壁貼合，油氣無法上行而存于一二次密封之間。使一二次密封間形成爆炸危險區域的1區范圍（即在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境）。

1.2軟密封結構

填料式彈性軟密封主要有泡沫密封、管式（充油式）密封。泡沫密封結構為在環形橡膠腔內填充三芯海綿體。每根海綿體直徑約200mm，長約1500～2000mm;管式密封為環形橡膠內充煤油，填充物與浮盤、罐壁緊密接觸，以達到密封效果。其優缺點分析如下：

1.2.1軟密封結構優點

密封效果好，物料填充后密封下部與下托板及油面接觸，無油氣蒸發空間，上部距浮盤頂部約400mm由上壓板壓實。中間無油氣存在空間。密封間與罐壁無金屬接觸物，雷雨時無放電間隙。

1.2.2軟密封結構缺點

（1）泡沫密封由于泡沫塑料易老化，隨時間的延長彈性減少。壽命較短。管式（充油式）密封一旦破損泄漏，會全面失效。

（2）受浮盤位移擺動的影響，非正常情況下托板或壓板易擠壓致使密封橡膠破損。同時泡沫密封修理時難以回收。

1.2.3罐壁刮蠟裝置

原油本身含有一定量的蠟和膠質成分，所以在儲油溫度較低時會在罐壁凝結一層含蠟原油。長期以來人們習慣上稱之為結蠟，其實是凝油的混合物。罐壁結蠟遇到溫度升高，就會融化并順罐壁流淌下來，結蠟嚴重的甚至會直接跌落。如果是普通拱頂罐，融化的凝油會流回或跌落回罐內，一般不會產生任何問題.但如果是浮頂油罐，融化的原油就會流淌或跌落到浮頂上，不僅影響了浮頂的外觀形象，而且輕質油品的揮發會污染環境，還容易引發火災.造成嚴重的后果。

2對策及措施

2.1改變機械密封方式，消除機械密封存在的缺陷

合理設計機械式密封結構，盡可能的減小機械密封的體積和間隙，縮小油氣混合空間。在機械密封裝置與罐壁之間應采取絕緣措施，消除機械密封金屬構件與罐壁之間形成的放電條件，以達到浮頂油罐的本質安全。充分利用浮盤靜電導除裝置、浮梯構件、罐內排水裝置等安全部位增加電氣連接，確保各種雷電、靜電荷導除通道暢通。

2.2采用更先進的材料提高一次軟密封的使用周期，

采用軟密封結構。機械密封難以從根本上解決浮盤與罐壁間形成的油氣空間，因此油氣形成的危險遠遠大于軟密封結構。但是為了更好地解決軟密封結構易老化的特點，對軟密封的使用周期要制定一個合理的時間段，建議密封結構更換一次一般不超過油罐的一個修理周期。

2.3浮頂油罐密封處油氣稀釋方法

一是利用真空泵吸技術將一二次密封間形成的可燃油氣用“負壓法”吸到罐下安全區域，實現用自然空氣置換密封問可燃油氣。

二是采用安全的工藝及檢測進行全天候實時監測，并將檢測數據傳輸給控制中心，完成聲光報警功能。

三是在檢測油氣含量的基礎上，也可在一二次密封間安裝一套惰性氣體滅火釋放裝置，當可燃氣體達到爆炸臨界點時自動向一二次密封間釋放惰性氣體，抑制并沖淡可燃氣體，火災時又能起到滅火藥劑的作用。

2.4改進罐壁刮蠟裝置

就目前幾種刮蠟方式都屬于機械方式的，我們可以參考國內外的成功案例從機械原理角度突破改進刮蠟裝置的效果，更有效的在大型儲罐上的運用防止一些外在因素而引起的刮偏、刮不凈的現象。對上述三種刮除蠟方式進行了對比分析。

彈簧板式刮蠟裝置的最大優點是其刮蠟板的結構工藝性能好.刮刃銳利，刮蠟效果好，一次性安裝費用低且無運行成本;最大缺點是力學性能差，易發生強度和疲勞破壞。

重錘式刮蠟裝置的最大優點是正壓力恒定，不隨環向間隙的變化而變化，有利于浮頂的平穩安全運行，一次性安裝費用高且無運行成本。缺點是其刮蠟板銳邊圓角R較大，對提高刮蠟效果不利。

上述兩種裝置均屬于機械式刮蠟，而決定刮蠟效果的因素有兩個.一是刮蠟板對罐壁的正壓力，二是刮蠟銳邊的尖銳程度。正壓力越大，刮蠟效果越好;刮蠟銳邊越銳利，刮蠟效果越好。

加熱除蠟裝置的最大優點是除蠟效果好，將罐壁凝油清除得比較干凈。但缺點是熱量損失大，加熱盤管易損壞，運行中不能檢修，一次性安裝費用雖然不高但運行成本較高，長期運營不得不考慮經濟成本，更為嚴重的是供熱介質溫度高時會對軟密封造成破壞.較高的溫度加快了密封膠帶和軟泡沫的老化，使之失去彈性，嚴重影響密封效果。

機械式刮蠟板的共同優點是結構相對簡單，運行中一般不會完全失效.總會起到一定的刮蠟效果。由于均具有一定的剛度，機械式刮蠟板的共同缺點是對罐壁幾何變形的適應性較差.如罐壁的凹凸度、橢圓度、垂直度等都會對刮蠟效果產生較明顯的影響。

結論

為了提高浮頂油罐的整體技術水平，對浮頂油罐刮（除）蠟方式的設計、選用、安裝和管理提出以下意見和建議。

（1）存儲高凝原油的浮頂油罐均應采用刮（除>蠟措施，存儲輕質原油的浮頂油罐也宜采用刮（除）蠟措施。

（2）刮（除）蠟措施宜將機械刮擦式與熱融化式聯合應用，以提高刮除蠟效果。

（3）采用聯合刮（除）蠟措施時，加熱介質宜低不宜高，否則應考慮采取其它技術措施，保護一、二次密封橡膠帶，減緩熱老化速度。

（4）根據儲油物性和儲存工藝條件，盡可能選用正壓力比較大的刮蠟裝置。

（5）從正壓力恒定角度考慮，盡可能選用重錘式刮蠟裝置。

（6）采用重錘式刮蠟裝置應選用銳邊圓角較小的刮蠟板。根據目前國內的加工水平質量優良的刮蠟板銳邊圓角應在1.5mm以下否則不宜選用。