内浮顶储罐油气泄漏的控制与管理

2022-12-17

1. 概述

(1)内浮顶储罐的发展情况

20世纪50年代以来，国内外内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快，第一个发展油罐内部覆盖层的是法国，1955年美国也开始建造此种类型的储罐，1962年美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6米的带盖浮顶罐。至1972年，美国己建造了600多个内浮顶储罐。

上个世纪80年代以前，我国储存轻质油品基本上都采用固定顶储罐,既影响了油品质量，又带来严重的油品损耗，同时给环境也造成了一定的污染。当时，为了实现减少经济损失、生产安全以及生态环境保护这几个目标，提出了许多措施和办法，如利用成胶剂在液面上形成一层隔绝大气的凝胶状浮盖，利用聚酰胺小圆盘覆盖液体自由表面，利用隋性气体覆盖层和采用浮顶结构等等，这些措施的主要目的是减少储液蒸发损耗，其中尤以内浮顶储罐使用最广。

1978年国内3000立方米铝浮盘投入使用，通过测试蒸发损耗率，内浮顶储罐降低蒸发损耗效果显著;近20年来，还相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物，比如碳钢内浮盘、铝合金内浮盘、不锈钢内浮盘、玻璃钢内浮盘，以及相关化学成分的覆盖物等。

(2)内浮顶储罐的结构、性能与应用

内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动浮盘，主要由罐体内浮盘、密封装置、通气孔、支柱等组成。与固定顶储罐比较内浮顶罐有以下优点：一是内浮顶储罐由于浮盘的存在，压缩了油品液面与浮盘之间的油气空间，大大降低了油品的蒸发损耗;二是固定顶能有效防止风砂、雨雪或灰尘污染储液，在各种气候条件下可保证储液的质量，有“全天候储罐”之称;三是内浮顶储罐易于施工和维护，密封材料可避免日光照射而老化。美国石油学会认为：设计完善的内浮顶是迄今为止为控制固定顶蒸发损耗所研究出来的最好的和投资最少的方法。因此，内浮顶储罐可用来储存汽油﹑喷气燃料以及醛类﹑醇类﹑酮类﹑苯类等易燃、易爆、易挥发的液体石油产品。

(3)内浮顶储罐存在的主要问题

随着内浮顶罐在储存过程中的大量使用，它的优点毋庸置疑，但内浮顶罐所暴露出的问题也越来越多。主要表现在内浮顶储罐的浮盘因各种原因造成密封不严泄露，从而使内浮盘上部和油罐拱顶之间的空间部位有油气的存在，而且这部分油气的浓度很容易达到所储存介质的爆炸极限甚至远远超过，一旦在雷击、静电或硫化亚铁等外界点火源的作用下，就会发生闪爆、自燃、着火爆炸等事故。

2. 内浮盘油气泄漏的原因分析

要想解决内浮顶罐浮盘泄漏的问题，必须先从浮盘上部空间油气产生的根本原因分析，再提出有针对性的解决办法。

(1)设计方面的原因

从设计角度考虑，内浮盘型式设计存在缺陷。主要表现在以下几方面：

(1)目前大部分油罐的浮盘采用铝浮盘或不锈钢材料浮筒式的内浮盘设计(图1)，周圈密封形式多为胶囊式密封，在周圈密封胶囊、浮盘面板拼接处、浮盘与导向管密封处均有一定的空隙，容易造成部分油气从这些空隙处泄漏到浮盘上部空间。浮盘周围的密封型式不同，产生的密封效果相差就非常大。以1座37000m[3]的内浮顶石脑油储罐的三种不同密封型式的密封效果为例，弹性填料密封和机械滑板密封的油气泄漏数据基本相同，一次密封油气泄漏量约为120吨/年，二次密封油气泄漏量约为42.8吨/年;全接触密闭型密封，一次密封泄漏量为4.2吨/年，二次密封油气泄漏量约为0.7吨/年。可见，不同型式的浮盘密封，其密封效果相差是较大的。

(2)浮筒式铝浮盘面板下部与油品液面之间空隙较大，一旦有外界点火源存在时，油气泄漏或着火爆炸的风险较高。若设计过程中采用全接触型的浮盘，则较好地解决了这方面的问题。

(2)计质量方面的原因

为了提高计量的精度，在油罐安装液位计、人工计量口、取样孔或温度计导管时，在导管开孔(见图2)或在浮盘面开盖等，致使大量的油气从这些开孔及开盖处泄漏到浮盘上部空间。有些油罐的设计甚至要设三个导向管，若每个导向管都开孔，那么泄漏到内浮盘上部空间的油气量则可想而知。

(3)作业管理方面的原因

近年来，各个油库都在推行低库存运行，很多油库油罐平时的发油液位很低，部分油库内浮顶罐在发油作业过程中甚至会出现发油液位到浮盘以下的情况。由于内浮盘落地使浮盘上的通气孔全部打开(见图3)，致使油品液面以上高浓度的油气通过内浮盘的通气孔直接到达浮盘上部空间，从而使浮盘上部空间油气浓度超高。

(4)油罐罐壁变形的原因

油罐的制造材料是钢制的，因此在油罐的罐壁，在预制、安装或使用过程中都会有一定的变形，若该处的浮盘密封圈无法与罐壁有效地结合就会在该处产生较大的空隙，油气即会从这里泄漏到油罐浮盘上部空间。这种情况的发生也很普遍。若油罐在收发油作业过程中发生不平稳、液面发生剧烈晃动而使浮盘运行状况失稳，更会加大油罐浮盘的泄漏程度。

3. 存在的风险和危害分析

内浮顶储罐内浮盘上部空间存在着大量的油气蒸汽，油气的存在是石油、石化生产作业现场发生着火、爆炸的主要危害因素。从许多典型的事故案例可知，一旦在雷击、静电集聚以及油罐腐蚀后产生的硫化亚铁自燃等外界点火源的作用下，油罐立即就会发生闪爆甚至着火爆炸的事故，这就会给内浮顶罐的安全管理带来极大的安全隐患。

4. 主要解决措施

在内浮顶储罐密封方面，在借鉴国内外先进的设计理念和管理方法的同时，努力实施管理创新。其思路主要体现在以下几个方面：一是提高设计标准，更新设计理念，从源头上加强控制，多角度、全方位思考，制定科学合理的密封方案，以有效解决浮盘液位计量导管开孔和油气扩散的矛盾;二是优化生产运行方案，制定科学、合理的作业计划，减少油气意外释放的机会。

从设计方面入手：

在新建、改建或扩建期间，从源头上提高设计标准，科学合理的进行设计，确保设备设施本质安全。

(1)改变浮盘的型式

由于老式的浮盘基本上都采用浮筒式或浮子，上面盖面板，浮筒或浮子上部有接近1/3位于油品液面上部，在浮盘面板和液面之间存在大量的油气空间，一旦浮盘密封差或在非正常情况下，这部分气体就会进入浮盘上部空间，即会造成油品的挥发浪费，也给安全管理带来较大的隐患。解决这个问题的最好办法是选用全接触式的浮盘。目前全接触式的浮盘有浮船式和玻璃钢两种类型。

(2)改变浮盘的密封形式

目前，由于胶囊式密封具有造价低、施工便利等优点，已经广泛地被设计院和建设单位所采纳。但胶囊的密封性较差，且一旦罐壁有焊接的毛刺等突出物很容易造成胶囊损坏，油气会通过破损点渗到胶囊内，容易埋下安全隐患，国内外已经发生多起由于浮盘密封胶囊破损造成着火或爆炸的事故。目前国外使用较好的是镶嵌式全接触浮盘的密封。

为了解决浮盘与液面直接有气项空间问题，国外发明了全接触式浮盘(见图4)。全接触浮盘可以实现浮盘底部没有油气空间，无大小呼吸损耗;仅有浮盘与罐壁边缘空间，且这种全接触式浮盘的密封是采用薄的金属板形式，密封板镶嵌入液体内部，并与罐壁保持微小的间隙，大大降低损耗率，其损耗主要是边缘密封的损耗。

(3)减少或避免计量导管等部位的开孔

目前，油罐上安装了液位计、多点温度计、人工取样口等设施，为了保持计量和质量的精度，经常会在这些设备设施的套管上开一定的孔，这种情况虽然满足了计量精度的要求，但也产生油气从这些孔向浮盘上部空间泄漏的问题，计量导管开孔是造成油气泄漏到内浮盘上部空间的很重要原因。可以考虑的解决办法有如下两种：

一是，将液位计、人工取样口和温度计等集中到一个套管内，套管本身不开孔，在导管顶端油罐外法兰下部安装压力控制阀，根据油罐的设计参数设置控制阀的操作压力。这种方法的优点是基本不改变目前的设计理念和程序，但会有油罐的气体经常向外释放的可能，加大计量和质量的误差，还会在一定程度上造成环境污染，后续可以考虑加装油气回收系统。

二是，尽量将液位计、人孔取样口活温度计等集中到一个导管内，导管正常开孔，在开孔的导管外部加装一个可伸缩的胶囊(图5)，这种情况国内很少有先例，国外已经有这方面的案例。

(4)内浮顶储罐氮封设计

这种方式主要是针对目前已经建成的内浮顶罐或拱顶罐，且存在上述风险的情况。他的主要设计点在于将内浮顶油罐透气孔(包含罐壁和罐顶)全部封闭，将罐内部空间与氮气注入系统联通。氮气密封技术就是用氮气补充罐内气体空间。由于氮气比油蒸气轻，所以氮气浮在油蒸气上面。当呼气时，呼出罐外的是氮气而不是油蒸气;当罐内压力降低时，氮气自动进罐补充气体空间，减少蒸发损耗，避免油品接触空气氧化。

(5)油罐和浮盘建设施工的标准化

发生内浮顶罐泄漏的原因还有油罐的施工质量不过关，或者使用过程中发生变形，或者浮盘的施工存在问题，进而油罐罐壁与浮盘直接空隙超差，结果造成浮盘密封泄漏。因此，建设阶段就要把好基础关，使管理关口前移，避免由于建设施工不合格而给后续运行管理带来不必要的麻烦。

(6)油罐加装油气回收系统

由于油罐在收发油作业过程中会发生“大呼吸损耗”以及昼夜温差变化下的“小呼吸损耗”的现象必然存在，所以可以在油罐工艺系统上加装油气回收系统，将油罐呼吸排放的油气进行收集并处理，将无组织排放转化为有组织排放。具体措施如下：

(1)建立整个罐区的集气网络系统

目前，建立集气网络系统是一个比较好的办法。该方法是将油罐的上部空间通过管路全部连接起来并与另外一个集气罐连通，通过集气罐空间气体的平衡调节将油气和油品进行充分的平衡调节。该方法的一个关键环节就是要装设可调节的储气柜和加强工艺安全管理，一旦发生火灾事故，可避免出现火烧连营的局面。

(2)加装油气回收装置

油气回收的主要方法有冷凝法、溶剂吸收法、吸附法和膜法。由于单一的回收方法效果不理想，现在比较成熟的做法基本是采用两种或更多方法的综合运用，比如冷凝+吸附、冷凝+膜、吸收+吸附、膜+吸收等多种方式的联合体。

(3)焚烧处理

该种方法主要从安全管理和环境保护的角度考虑，是一种比较有保障的做法，就是将收集起来的气体通过管道输送到焚烧炉。但从节约资源的角度看，焚烧处理是一种浪费。

(4)采用分子膜覆盖技术

目前，采用分子膜覆盖技术是一个比较新的课题。该方法就是寻找一种不能溶于油且密度比油轻的物质，其有很好的成膜性，能够在油面上均匀地铺展成一层单分子膜，覆盖在油面上，隔绝空气，消除蒸发自由表面，从而达到抑制油气挥发的目的。由于该物质还需要具备许多油和水的特性，比如难挥发性、非亲水性、良好的化学惰性、不易变质、流动性好、摩擦系数小和不粘着等，因此该方法还处于研究阶段，但对于抑制油气挥发方面，具有非常好的研究价值。

(7)从生产运行方面控制，提高内浮顶罐的安全性

(1)合理控制油罐收发作业的液位高度，尽量避免出现发油到内浮盘以下的情况。如在油罐清罐作业过程中出现液面到浮盘以下的情况时，必须进行严格的风险辨识，细化并落实专项的安全防范措施，确保作业安全。

(2)在雷雨或雷暴的天气情况下，严禁进行油罐收发油作业、装卸车、装卸船作业。

(3)定期对油罐的接地装置进行检查、检测，发现异常情况及时处理。

(4)在对油罐进行检尺、取样、测温过程中采用导静电的计量器具，控制计量器具的操作速度，人员上罐前先消除人体静电。

内浮顶罐是轻质油品储存的理想方式，对于减少油气挥发、保护环境等方面发挥了重要作用。但是由于内浮顶罐密封不严产生的问题或隐患也很突出。因此，有效地解决内浮顶罐密封，防止油气泄漏是降低内浮顶罐着火爆炸、经济损失、环境污染事故的关键点。任何一种措施都不是解决问题的唯一途径，必须综合考虑各方面的因素，制定科学合理的设计方案才能起到较好的效果。

摘要：本文从内浮顶储罐的发展和结构性能出发，详细的分析了造成内浮顶储罐内浮盘油气泄露的多方面原因，并对油气泄露可能带来的后果进行了阐述，最后从内浮顶储罐的设计、作业操作和日常管理等方面提出了解决的措施和方法。

关键词：内浮顶储罐,内浮盘,油气泄露,解决措施