冀东油田油气集输公司 河北省唐山市 063200
摘要：通过对大型原油储罐浮盘密封装置的分析，指出从储罐设计、工艺运行、及改造密封装置等多方面来解决密封圈内油气浓度的超标问题，为原油储罐的安全运行提供了方案。
关键词：大型储罐；密封装置；安全运行；
随着大型原油储罐的增多，确保大罐的安全平稳运行，对储罐一、二次密封圈内油气浓度超标问题的探讨，越来越受到人们的关注，它对站库的HSE(健康、安全与环境)管理体系提出更高的要求。
1密封装置的特点
1.1一次密封
储罐浮盘的一次密封是设置在浮盘外缘和内壁之间，对储罐的环形油气空间进行密封的装置，因一次密封要求具有耐磨、抗老化且不污染油品，新建的浮顶储罐大部分采用了泡沫塑料填充式密封。
1.2二次密封
储罐浮盘的二次密封是设置在一次密封装置之上，对从一次密封装置泄漏出来的油气进行再一次密封的装置，二次密封利用油气隔膜、压板和密封刮板等装置，阻挡一二次密封之间油气泄漏，以及二次密封与大气之间雨水、风沙向罐内的渗入，它整条环绕在浮盘与罐壁的环形空间上并且与一次密封共用浮盘边缘板上的蝶孔和螺栓安装，能随浮盘自由升降。
2 存在的问题
当大型原油储罐的浮盘缓慢降落时，罐壁上会粘附部分原油，由于油温一般高于大气温度，原油形成一层表面积较大的油膜，随着油膜表面油气挥发严重，在一、二次密封装置之间集聚形成了油气混合物，当混合物中油占有比例越来越大时，油气浓度就会达到燃烧爆炸的下限，对大罐的安全就造成了隐患。
对于10×10m3的浮顶储罐，一二次密封装置之间油气浓度超标是这样造成的：(1)油气隔膜与油面的间距约为50-60mm，挥发的油气集聚在该空间内，若隔膜密封不严或罐壁变形，该空间的油气将扩散至一、二次密封装置之间。该空间按爆炸危险区域的划分应为0区范围(即连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境，(2)由于二次密封装置不能完全阻止外界空气进入密封装置内部，油气与外界空气必然在一、二次密封装置之间形成油气混合物，该区域处于爆炸危险区域的1区范围(即正在运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境)，(3)若金属密封板与罐壁贴合不严，密封板与罐壁间的少量油气也将扩散至一、二次密封装置之间，这加大了一、二次密封装置之间的油气浓度。
油气浓度与原油性质(粘度、挥发性、密度、含蜡量、轻组分含量等)、一次和二次密封装置的类型及完好程度、原油温度、大气温度、外界风力、液位高度、罐壁保温性能、浮盘刮蜡装置、储罐运行状态等因素关系密切，有效的控制这部分油气来源即可从根源上降低浮顶密封圈内油气浓度超标。
3降低一二次密封油气浓度的方法
3.1工作思路
降低一、二次密封之间的油气混合物浓度，避免一二次密封装置内挥发的油气造成安全隐患，我们可以从三大方面进行改善。
首先从储罐的设计上要求罐基础必须具有足够的整体稳定性、均匀性和平面抗弯刚度，尽量减小大型储罐在施工中椭圆度、垂直度及局部凸凹度的偏差，降低由于储罐基础沉降而引起储罐和浮顶的几何形状和尺寸的变化。
其次对储罐进行合理优化的运行工艺流程，储罐收发油量多、更换油品频次大、速度快、造成浮舱升降幅度大、使储罐一二次密封拉扯频繁、同时一二次密封与罐壁同步摩擦，易造成储罐油量损耗增大，所以控制储罐收发油的速度和控制油温均可以降低油气浓度。
最后从一二次密封上进一步降低浓度：
(1)从储罐顶部设置顶盖，减少外界风力、光照和大气温度变化等对密封圈内油气混合物气压的影响，(2)改善一次密封，采用新型密封耐磨材料，避免油面油气的挥发，原油储罐应采取消除罐壁粘油的措施，如在浮盘下部设置刮蜡器或加热盘管等，(3)在储罐一、二次密封装置之间分割出12个或者更多的间隔，间隔与间隔要密封，增大储罐一、二次密封装置之间间隔与间隔油气扩散阻力，减少油气扩散速度，(4)同时在一、二次密封装置之间填充安装情性气体释放装置，一旦油气浓度达到爆炸临界点时，填充物马上释放情性气体，抑制并冲淡可燃气体。(5)氮气管网。氮气管网沿罐区工艺管网布局，氮气总管线直径DN150，罐组间汇管直径DN80，罐组内汇管直径DN80，每个储罐氮气支管直径DN40。(6)罐顶管线布置。氮气管线在进入防火堤以后，每个储罐分配一支DN40管线。氮气管线在上罐时为单根管线，采用支撑角钢和可拆卸管卡将其固定在储罐罐壁上，再采用外绕形式通过抗风圈和加强圈。在到达顶板抗风圈后，与取样管线一起合并为管束，采用套管对其进行保护。管束沿顶板抗风圈至顶平台，再通过转动扶梯的一侧扶手作为固定架到达浮盘上。考虑到转动扶梯的末端随浮盘的升降而变动，管束在到达转动扶梯的末端采用柔性金属管连接到浮盘上，该柔性金属管留有一定的长度余量，保证浮盘上下运动时不会将管线破坏。此后管束沿浮盘径向方向取最短距离跨过泡沫挡板，中间采用管托进行固定。氮气管线沿泡沫挡板内侧底部分布一圈氮气主管，在氮气主管上均匀设置48个氮气支管通入一、二次密封空间。
3.2 向一、二次密封环形空间内注入空气降低油气浓度
向一、二次密封环形空间内注入空气降低油气浓度，其具体的管路布置可参考控制方式。但为了控制投资成本，可通过库区雷电预警设施，人为开启高功率空压机，强行向密封空间注入高压空气用以稀释油气浓度。
但是，在实际运行过程中，对于某个一次密封破损或年久老化的储罐，其油气挥发速度相对较快，通入空气不但增加氧气浓度，同时会增加油气挥发程度；另外每个油气浓度检测点轮流检测，从第一个检测点开始到最后一个检测点结束需间隔约40 min，结果分析存在一定的延迟，当环境温度、光照程度、机械杂质等外部因素发生变化时，很可能存在油气浓度偏高达到爆炸极限或超过爆炸极限的情况。此时，如果通过注入空气来稀释油气浓度，则会存在油气浓度达到最大爆炸威力点的情况，存在雷击引发爆炸的安全隐患。
3.3在二次密封挡雨板上增设检测口
在二次密封挡雨板上进行开孔设置检测口，检测口制作材料应采用不锈钢316，管径DN15，不锈钢316密封套，不锈钢316堵头。结合库区雷电预警系统，当雷电预警系统报警时，人为打开检测口排放油气并注入空气稀释油气浓度。一般在二次密封挡雨板上均布4~8个检测口即可，该方式简单且低廉。
3.4采用全接触密封， 全接触式密封在形式上属于浸液式密封。
4.密封装置的特点
4.1 全接触补偿膜一次密封
一次密封主要由金属弹性板、填隙板及氟橡胶膜组成，其工作范围为R（-x/+3x），弹性钢板可以在任何不规则罐壁的状况下，时刻保证其与罐壁紧密贴合。同时，一次密封为液体镶嵌式密封结构，在正常工况内，其弹性钢板能够保证其浸液深度≥100mm，因此，其在自身弹力、静密封空间内的气体压力、介质液体压力的多重作用下，可紧贴储油罐罐壁，保证密封与罐壁趋近于零缝隙。
一次密封与罐壁始终保持面接触，为保证其上下运行时，能够很好的适应罐壁凸起、凹陷以及焊缝处、铆接处的阻碍，金属弹性板组设有楔形滑动钢板，以帮助一次密封在下行过程中，其前端部件为能够躲避凸起异物的阻碍提供了顺利运行结构。
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4.2全补偿伞状二次密封
二次密封为伞型全接触动密封结构，组成件有金属弹性板和隔膜。二次密封空间内因压力温度变化使自身体积发生改变，进而保证其密封空间内的气体压力稳定，无气体交换。
浮盘二次密封其最内层为金属弹性板，因为金属钢板的结构、材料特性以及工作特性，使其边缘调整在R（-x/+3x）工作范围内，二次密封可以在任何不规则罐壁（如不圆或凸起膨胀）的状况下，能够时刻保证其与罐壁紧密贴合。
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用进口产品的储罐目前在运储罐两具，分别已投运3个月和5个月，检测周期每周一次，可燃气体浓度始终为0ppm。
结语
油气检测系统中的气体取样泵从储罐一、二次密封空间内取出混合气体样品，样气经过滤、分流等预处理后进入气体浓度分析仪，进行氧气浓度和油气浓度检测，检测结果传输给中控系统进行显示并通过比较作出安全判定。总之，油气浓度超标对储罐安全是一大威胁，采取一定的有效措施可在一定程度上降低尤其浓度。阻断一、二次密封空间的油气浓度，消灭油罐本身的不安全因素，提高油罐的安全平稳运行。
参考文献
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