原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中主要安全問(wèn)題及對(duì)策
1 原油儲(chǔ)罐工程危險(xiǎn)性分析
1.1 原油危險(xiǎn)性分析
原油為甲 B 類易燃液體，具有易燃性 ; 爆炸極限范圍較窄，但數(shù)值較低，具有一定的爆炸危險(xiǎn)性，同時(shí)原油的易沸溢性，應(yīng)在救火工作時(shí)引起特別重視。
1.2 火災(zāi)爆炸事故原因分析
原油的特性決定了火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性是大型原油儲(chǔ)罐最主要也是最重要的危險(xiǎn)因素。發(fā)生著火事故的三個(gè)必要條件為 : 著火源、可燃物和空氣。
著火源的問(wèn)題主要是通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)解決，可燃物泄漏問(wèn)題則必須在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)過(guò)程中加以預(yù)防和控制。
泄漏的原油暴露在空氣中，即構(gòu)成可燃物。原油泄漏，在儲(chǔ)運(yùn)中發(fā)生較為頻繁，主要有冒罐跑油，脫水跑油，設(shè)備、管線、閥件損壞跑油，以及密封不良造成油氣揮發(fā)，另外還存在著罐底開(kāi)焊破裂、浮盤沉底等特大型泄漏事故的可能性。
腐蝕是發(fā)生泄漏的重要因素之一。國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生多起因油罐底部腐蝕造成的漏油事故。對(duì)原油儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕情況初步調(diào)查的結(jié)果表明［ 1 ］，罐底腐蝕情況嚴(yán)重，大多為潰瘍狀的坑點(diǎn)腐蝕 , 主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)、凹陷及變形處，罐頂腐蝕次之，為伴有孔蝕的不均勻全面腐蝕，罐壁腐蝕較輕，為均勻點(diǎn)蝕，主要發(fā)生在油水界面，油與空氣界面處。相對(duì)而言，儲(chǔ)罐底部的外腐蝕更為嚴(yán)重，主要發(fā)生在邊緣板與環(huán)梁基礎(chǔ)接觸的一面。
浮盤沉底事故是浮頂油罐生產(chǎn)作業(yè)時(shí)非常忌諱的嚴(yán)重惡性設(shè)備事故之一。該類事故的發(fā)生，一方面反映了設(shè)計(jì)、施工、管理等方面的嚴(yán)重缺陷，另一方面又將造成大量原油泄漏，嚴(yán)重影響生產(chǎn)、污染環(huán)境并構(gòu)成火災(zāi)隱患。
2 原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中的主要安全問(wèn)題及其對(duì)策
2.1 儲(chǔ)罐地基和基礎(chǔ)
儲(chǔ)罐工程地基勘察和罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是確保大型儲(chǔ)罐安全運(yùn)營(yíng)最根本的保證。根據(jù)石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［ 2 ］規(guī)定，必須在工程選址過(guò)程中進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，針對(duì)一般地基、軟土地基、山區(qū)地基和特殊土地基，分別探明情況，提出相應(yīng)的地基處理方法，同時(shí)還應(yīng)作場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)，避免建在軟硬不一的地基上或活動(dòng)性地質(zhì)斷裂帶的影響范圍內(nèi)。
常見(jiàn)的罐基礎(chǔ)形式有環(huán)墻（梁）式、外環(huán)墻（梁）式和護(hù)坡式。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行選型。罐基礎(chǔ)必須具有足夠的整體穩(wěn)定性、均勻性和足夠的平面抗彎剛度，罐壁正下方基礎(chǔ)構(gòu)造的剛度應(yīng)予加強(qiáng)，支持底板的基床應(yīng)富于柔性以吸收焊接變形，宜設(shè)防水隔油層和漏油信號(hào)管，地下水位與基礎(chǔ)頂面之間的距離不得小于毛細(xì)水所能達(dá)到的高度（一般為 2m ）［ 3 ］。
2.2 浮頂儲(chǔ)罐密封裝置
浮頂儲(chǔ)罐密封圈的火災(zāi)發(fā)生頻率較高，原因主要是密封不嚴(yán)，引起油氣濃度偏高。更進(jìn)一步的原因主要有： a. 大型儲(chǔ)罐在施工中橢圓度、垂直度及局部凸凹度的偏差不可避免； b. 在儲(chǔ)罐的操作過(guò)程中介質(zhì)、氣候、溫度以及儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降等因素，會(huì)引起儲(chǔ)罐和浮頂?shù)膸缀涡螤詈统叽绲淖兓?c. 現(xiàn)有密封橡膠受陽(yáng)光照射、風(fēng)蝕、刮蠟機(jī)構(gòu)可能帶來(lái)的高溫引起的變形； d. 風(fēng)力、介質(zhì)進(jìn)出儲(chǔ)罐等因素使浮盤在罐內(nèi)產(chǎn)生“漂移”。因此，密封裝置的可靠性和嚴(yán)密性如何，對(duì)減少儲(chǔ)液蒸發(fā)，確保安全操作有重要作用。
為了進(jìn)一步改進(jìn)目前普遍采用的封閉裝置存在的不足，國(guó)內(nèi)最新研制了“滾輪骨架密封”［ 4 ］，它采用若干個(gè)圓弧線段密封骨架，通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接，使密封骨架象鏈條一樣在彈簧力的作用下隨著儲(chǔ)罐改變形狀。骨架端部裝有滾輪，當(dāng)浮頂上下移動(dòng)時(shí)，滾輪就在罐壁上行走，并保持密封骨架與罐壁距離不變。該裝置具有防雨、刮蠟、雙重密封等多種功能。
2.3 信號(hào)報(bào)警、聯(lián)鎖系統(tǒng)
大型原油儲(chǔ)罐收付油速度很快，為避免儲(chǔ)罐冒頂事故和浮盤擱底事故的發(fā)生，儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置高、低液位報(bào)警裝置，其報(bào)警高度應(yīng)滿足從報(bào)警開(kāi)始 (10 ～ 15)min 內(nèi)不超過(guò)液位極限，還應(yīng)設(shè)液位極限聯(lián)鎖裝置切斷收（付）油閥門。
在原油儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)，應(yīng)設(shè)固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，儲(chǔ)罐的排水口、采樣口或底（側(cè)）部接管法蘭、閥門等與檢測(cè)器的距離不應(yīng)大于 15m 。建議儲(chǔ)罐頂部密封圈周圍每隔 30m 設(shè)固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。
另外，儲(chǔ)罐頂部密封圈周圍還應(yīng)設(shè)火災(zāi)報(bào)警裝置和工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)，以便及早發(fā)現(xiàn)火情，及時(shí)撲救，最大限度地降低火災(zāi)造成的損失。
2.4 預(yù)防浮盤沉底的設(shè)計(jì)要求
正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，浮頂油罐上的浮盤能隨著罐內(nèi)油品液位的升降而自由浮動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)浮盤上重力加大或因外力卡住浮盤而不能自由動(dòng)作時(shí)，則會(huì)因快速收油而使浮盤淹沒(méi)，最終沉底。
2.4.1 刮蠟機(jī)構(gòu)
我國(guó)油田所產(chǎn)原油中，通常含有較高比例的蠟，油溫降低時(shí)往往首先析出，并凝結(jié)在罐壁上，若未設(shè)刮蠟機(jī)構(gòu)或刮蠟機(jī)構(gòu)起不到作用，當(dāng)浮盤下降，凝結(jié)在浮盤上部罐壁的蠟在陽(yáng)光照射和自身重力的作用下就會(huì)脫落到浮盤上，一方面增加浮盤重量，更主要的是在降水沖刷作用下，將通過(guò)中央排水管排出，因蠟?zāi)厅c(diǎn)較高，極易堵塞中央排水管，導(dǎo)致大量雨水不能及時(shí)排空，引起浮盤沉底。因此，對(duì)于重質(zhì)原油的儲(chǔ)運(yùn)，必須重視刮蠟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)盡量減輕刮蠟加熱系統(tǒng)對(duì)密封裝置可能引起的加速老化現(xiàn)象。
2.4.2 中央排水管
中央排水管在迅速排空罐頂積水方面起著重要作用。它隨著浮盤的升降而伸縮，長(zhǎng)期受拉或受壓易出現(xiàn)塑性變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高其質(zhì)量等級(jí)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保靈活性和耐久性。
2.4.3 其他
影響浮盤升降靈活性的因素還有：密封裝置、導(dǎo)向裝置、量油管、浮梯軌道、浮盤船艙腐蝕以及因地基的不均勻沉降引起的罐壁垂直度超標(biāo)等，這些都應(yīng)該在設(shè)計(jì)中予以充分考慮。
2.5 排水設(shè)計(jì)
重點(diǎn)討論防火堤排水溝問(wèn)題。防火堤的作用是在油品儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸或破罐事故時(shí)，避免流出儲(chǔ)罐外的液體四處漫流，造成大面積火災(zāi)。因此，防火堤應(yīng)具有良好的閉合性�，F(xiàn)行《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，“油罐區(qū)的雨水排水管穿越防火堤處，應(yīng)設(shè)置能在堤外操縱的封閉裝置。”通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前防止可燃液體流出堤外的措施多采用活動(dòng)閘板。下雨時(shí)打開(kāi)，排水后關(guān)閉。若閘板未能及時(shí)關(guān)閉時(shí)而出現(xiàn)溢油事故，或下雨時(shí)閘板未能及時(shí)開(kāi)啟造成污水積聚都會(huì)影響事故控制或?qū)ιa(chǎn)造成不良影響。另外，當(dāng)油罐起火破裂后，閘板處于關(guān)閉狀態(tài)，油品被限制在防火堤內(nèi)，隨著滅火撲救工作的進(jìn)行，大量的冷卻水及泡沫析出的水份會(huì)造成油面上升，最終溢出防火堤。因此，建議在防火堤外設(shè)置由水封井和切水收油裝置聯(lián)合組成的阻火隔油排水裝置［ 5 ］，完全避免人工操作，從根本上既解決排水問(wèn)題，又可在發(fā)生事故時(shí)挽救和回收一部分油，減輕火災(zāi)帶來(lái)的損失和造成的破壞。這一系統(tǒng)需要一定容量的事故存液池以回收油品。
2.6 防腐蝕措施
原油儲(chǔ)罐底部總是沉積著一定厚度的含鹽水 , 當(dāng)儲(chǔ)存重質(zhì)或含硫量、酸值較高的油品時(shí)，對(duì)防腐的要求更高。雖然目前國(guó)家對(duì)儲(chǔ)罐的防腐蝕設(shè)計(jì)還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于儲(chǔ)量巨大、腐蝕性嚴(yán)重的大型原油儲(chǔ)罐而言，系統(tǒng)全面地設(shè)計(jì)并實(shí)施防腐的重要性是不言而喻的。
2.6.1 罐底外壁防腐
罐底外壁除按常規(guī)做外防腐涂層外，宜參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T0088-95 《鋼制儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，采用犧牲陽(yáng)極或強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法，該陽(yáng)極可兼做儲(chǔ)罐的防雷、防靜電接地極。值得重視的是，必須改變傳統(tǒng)的銅接地極--因此時(shí)銅為陰極，罐體鋼卻成為陽(yáng)極，從而加速腐蝕。宜改用鋅或鎂電極。
2.6.2 罐底內(nèi)壁防腐
即使采用了涂層防腐，仍應(yīng)根據(jù)情況考慮采用犧牲陽(yáng)極的必要性，以減輕涂層缺陷時(shí)的腐蝕。涂層絕對(duì)不能使用導(dǎo)靜電防腐涂料，因它與犧牲陽(yáng)極并用會(huì)加速陽(yáng)極溶解，失去應(yīng)有的陰極保護(hù)作用［ 6 ］。內(nèi)壁的犧牲陽(yáng)極宜選用鋁 (Al) 基合金陽(yáng)極。
2.6.3 罐壁防腐
罐壁防腐的重點(diǎn)是底部水層高度范圍內(nèi)，應(yīng)對(duì)罐底內(nèi)壁 1m 高采用環(huán)氧基耐油耐鹽水油罐專用絕緣涂料，其他部位可采用油罐專用導(dǎo)靜電涂料。
3 結(jié)論
在分析了大型原油儲(chǔ)罐工程危險(xiǎn)性的基礎(chǔ)上 , 對(duì)其設(shè)計(jì)中的主要安全問(wèn)題的分析，得出如下對(duì)策結(jié)論：
1) 儲(chǔ)罐應(yīng)避免建在軟硬不一的地基上或活動(dòng)性地質(zhì)斷裂帶的影響范圍內(nèi)；
2) 密封裝置應(yīng)具有防雨、刮蠟、雙重密封等多種功能；
3) 大型油罐頂部應(yīng)設(shè)固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置以及工業(yè)監(jiān)視電視系統(tǒng)；儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)高、低液位報(bào)警裝置和液位極限連鎖切斷裝置；
4) 儲(chǔ)存含蠟量高的原油，必須重視刮蠟系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并盡量減輕刮蠟加熱系統(tǒng)對(duì)密封裝置可能引起的加速老化現(xiàn)象；
5) 中央排水管至關(guān)重要，應(yīng)適當(dāng)提高其質(zhì)量等級(jí)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；
6) 建議在防火堤外設(shè)置由水封井和切水收油裝置聯(lián)合組成的阻火、隔油、排水裝置；
7) 建議采用犧牲陽(yáng)極和強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法作為儲(chǔ)罐防雷、防靜電接地；內(nèi)壁的犧牲陽(yáng)極宜選用鋁（ Al ）基合金陽(yáng)極；罐底內(nèi)壁可采用環(huán)氧基耐油、耐鹽水油罐專用絕緣涂料，其它部位可采用油罐專用導(dǎo)靜電涂料
