思考:常压储罐的浮盘在运行中到底能不能落底?

文摘   科技   2023-07-03 11:53   山东  

对于企业罐区的管理人员来说,每次安全检查都会被询问是否发生过浮盘在运行过程中落底的情况,更有甚者,检查专家会直接调取储罐液位的历史显示记录,来以此判断储罐是否发生过浮盘落底的情况。另外在官方每次更新的隐患排查表中,涉及到罐区储运专业时,都会把“禁止浮盘运行中落底”这一条明确加上,那么浮盘在运行过程中为什么不能落底呢?是否意味着任何工况下都不能落底呢?到底有没有可以免除的特例呢?今天我就带着大家一块刨根问底,深度探讨一下常压储罐浮盘落底的那些事。

对于隐患排查中的技术性条款,或者标准条文中的某些技术性规定,其背后总是有血淋淋的事故换来的代价。只是随着标准的更新修订,那么隐藏在条文背后的事故案例也逐渐被遗忘在历史的角落里了,只剩下读起来比较干瘪生硬的条文了,随着事故的被遗忘,好了伤疤忘了疼,时隔多年之后的今天,那些没有经历过这些事故的我们再次碰到这些条文时,内心中还是充满了疑惑和不解,所以解铃还须系铃人,只有深度挖掘出这些条文背后的故事,才能准确地理解条文的真正意义。
一切还要从事故案例说起。
2009年7月12日,西北某炼油厂石脑油罐(内浮顶罐)发生火灾爆炸事故。事故原因是储罐浮盘落底后,液位继续下降,由于没有氮封,导致大量的空气吸入并充满浮盘下方的气相空间,另外由于罐壁长期受硫化氢腐蚀,腐蚀生成的硫化亚铁与空气接触发生氧化放热反应,反应产生的热量在罐内密闭空间内积聚,导致温度越来越高,最终造成气相空间被引爆。

2011年8月29日,东北某石化公司柴油罐在收油过程中发生一起着火事故。事故原因是该储罐在收油过程中,液面高度约为0.9m,而浮盘支腿高度为1.8m,在油面和浮盘之间形成了高度为1m的气相空间,随着物料的持续挥发,这些气相空间充斥着爆炸性气体混合物,另外在物料输送过程中,由于流速过快,导致产生了大量的静电积聚,最终静电放电引爆了浮盘下方的爆炸性混合气体。

以上两个事故案例的直接原因都是和浮盘运行过程中落底有关,不管浮盘落底的原因是出于企业的有意或无意,对于一个没有氮封的储罐而言,浮盘落底造成的既成事实就是,在浮盘和液面之间形成了一个爆炸性气体混合物的空间,根据爆炸的三要素原理,爆炸物和空气都有了,那么任何的静电火花、自燃、高温、动火作业等都可以瞬间引爆这颗定时炸弹。
痛定思痛之后,国家安监总局在2014年发布了著名的68号文《关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知》,首次明确提出了严禁浮盘落底,原文如下:
"正常操作时严禁内浮顶罐浮盘和物料之间形成空间,特殊情况下确需超低液位操作时,在恢复进料时,要确保进料流速小于限定流速,以防产生静电引发事故。"
但是我们知道,凡事总有意外,虽然一再强调禁止浮盘落底,但是客观上来说,总有一些特定的场景需要进行浮盘落底,例如一个新建储罐在首次投用物料时,浮盘肯定是落底的,例如一个老旧罐区需要清罐检修,浮盘也肯定要落地的,以上两种情形虽不可避免,但并不频繁。除此之外,更让人头疼的是那些从事港口物流的贸易储罐,由于涉及到货物清仓结算,所以浮盘频繁落底是常事。
那么针对以上的意外特例情况,当浮盘落底无法避免时,又该采取哪些措施来避免事故的发生呢?我个人总结了以下建议供参考:
(1)按照条文的要求,严格控制物料介质的流速,具体控制标准可参考《GB 13348-2009 液体石油产品静电安全规程》和《SY/T 6319-2016 防止静电、雷电和杂散电流引燃的措施》,里面有详细的数据。
(2)对于易燃易爆类介质的内浮顶罐来说,增加氮封无疑是一个实现本质安全的良好工程措施。
(3)对于容易产生像自燃、高温等现象的储罐而言,内壁做好防腐,外壁做好绝热是关键。
我们接下来再看一个事故。
2016年8月18日,山西某新材料公司附属罐区的一个5000m3粗苯储罐发生爆燃事故。事故的技术原因是这样的,该粗苯储罐为内浮顶储罐,新建投用后收入少量粗苯,液位高度为0.88m,此后两个多月内没再进料,虽然配置了氮封设施,但不知何故,该储罐的氮封设施实际未真正投用,导致浮盘和液面之间充满着爆炸性气体和空气的混合物,后来由于氮封分配阀故障,在维修切割氮气管线时,引爆了储罐浮盘下方的爆炸性混合气体。虽然该起事故的原因是多方面因素造成的,包括特殊作业不规范、气体检测不到位,未进行盲板隔离等,但储罐长期处于低液位运行状态,确是一个前置原因。
该事故发生不到一年,2017年3月,国家安监总局发布15号文《油气罐区防火防爆十条规定》,其中第六条明确规定“严禁内浮顶储罐运行中浮盘落底”。
此后直到今天,无论是2019年发布的78号文还是2021年发布的35号文,都将此条禁令列入检查表中,成为企业罐区安全检查和现状评估的必检项目之一。

文章写到这里,算是告一段落,讲清楚了浮盘不能落底的来龙去脉。但是如果仅仅写到这里就结束,那么本文就成了条文解释了。如果碰到有专业较真的读者可能会问:如果禁止浮盘落底仅仅是为了避免形成爆炸性的混合气体空间,那么如果一个加了氮封的内浮顶罐,再不会形成爆炸性的混合气体空间的前提下,是不是就可以落底了呢?因为落底之后,形成的气相空间内都是高纯度的氮气,所以就不可能形成爆炸性气体了吧?

上述疑问确实是有充分的科学道理的,那么加了氮封的内浮顶储罐是不是就可以任性地落底了呢?

这个问题如果从防爆的角度来回答的话,答案应该是肯定的。但是看问题一定要多角度地看,我们不妨从另一个角度来分析浮盘频繁落底所带来的其他问题。

我们知道储罐的罐底板从图纸上看,确实是一马平川,妥妥滴一条水平线。然而在工程建设的实际安装上来看,却并不是这样的。在罐底板的拼接焊接施工中,罐底板的组焊很多是搭接焊接的,而不是对接焊接的,这个在《GB 50341-2014 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》是有规定的,原文如下:

从保证罐底板的密封性能来看,采用搭接焊接是比对接焊接的优势更为明显,由于存在一定的搭接重合宽度,所以其防油料渗透性能更佳,这是相对于没有重合宽度的对接焊接来说,是最大的优势。

由于整个罐底一般直径较大,所以就需要大量的小钢板进行搭接焊接,这些星罗棋布,纵横交错的搭接焊缝,事实上就造成了罐底板不再是一个平整的面,而是一个存在大量竖向位差,高低不平的底面。另外还有一个影响因素不能忽略,那就是储罐基础的坡度问题,在《GB 50473-2008 钢制储罐地基基础设计规范》中,第6.1.4条明确规定“储罐安装前,基础正锥形顶面自中心向周边的坡度宜为15‰~35‰”。这两种影响因素的叠加,进一步造成了储罐底板的不平整。

我们知道储罐中的液面肯定是一个水平面,自然液面上的浮盘也是一个水平面(这里指的是和液面接触的下盘,上盘面不一定是水平的),那么当支腿的高度都保持一致的话,事实上支腿的底部也就在一个水平面上了。一旦浮盘支腿全部落底的话,由于每个支腿接触的罐底板存在不等的高位差,那么这样就会造成两种不同的后果,第一,如果浮盘属于刚性的话,那么就会存在一定数量的支腿悬空。第二,如果浮盘属于柔性的话,那么支腿会全部落底,而浮盘会有某种程度的变形。可以看一下示意图:

由于图片中的画法是示意图,所以存在一定的夸张,在实际运行中的浮盘,变形如果存在的话,也只是轻微的。尤其是直径比较大的储罐,直径越大,这种罐底板的不平造成的影响越轻微。但是这并不意味着完全可以忽略他的存在,对于那些需要频繁清仓的储罐来说,浮盘反复落底上升,还是会对浮盘产生很大的疲劳应力的。除此之外,如果浮盘落底之后存在某种变形或倾斜的话,在二次进料浮起过程中,很可能会造成卡盘,那就麻烦大了。所以,个人还是不建议浮盘经常落底。除非采取了一定的防护措施。

那么针对上述中存在的因罐底板不平而造成的支腿和浮盘之间的受力关系,有没有更好的办法去消除呢?在此我抛砖引玉,略述三点个人的浅见:

(1)从浮盘的材料和结构上考虑增强浮盘整体的刚度,这样就完全可以消除因浮盘支腿的不均衡受力而产生的弯矩,达到本质安全的目的;

(2)对浮盘支腿的机构进一步优化,可以将刚性支腿改成可伸缩支腿,或者在支腿内部增加阻尼系统,来消除因罐底板的不平而产生的高度落差。并且这样也不会对浮盘产生任何的不利影响。

(3)对储罐进料管线从机构上进行优化设计,比如将进料口延伸至罐靠近中央区域,在进料管线内增加均布器,来实现进料液体的紊流,最大程度减少对浮盘的流体冲击。


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