內(nèi)浮頂罐液位測量的安全環(huán)保及損耗問題探討

1、內(nèi)浮頂罐液位測量的安全環(huán)保及損耗問題探討李鋼 黃玉虎 宋光武北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院國家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心北京 100037摘 要： 隨著科技的發(fā)展，目前先進(jìn)成熟的內(nèi)浮頂罐液位測量技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，但我國很多儲存汽油的內(nèi)浮頂罐仍使用傳統(tǒng)的帶保護(hù)套管的測量方法。保護(hù)套管是由一根直徑200mm左右的金屬管從立式儲罐頂部垂直穿過到達(dá)罐底部，用以提高測量精度和保護(hù)測量儀器。隨著安全、環(huán)保和節(jié)能要求越來越高，這種方式已不適應(yīng)在現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)計中繼續(xù)使用。本文針對內(nèi)浮頂罐使用保護(hù)套管進(jìn)行液位測量時存在的問題進(jìn)行分析討論。關(guān)鍵詞：保護(hù)套管 內(nèi)浮頂罐 消防安全 環(huán)境保護(hù) 油氣損耗1 保護(hù)套管的作用

2、圖1 保護(hù)套管安裝圖保護(hù)套管又稱穩(wěn)液管，其作用：維持液面穩(wěn)定，防止液面波動影響液位測量；提供一個不受浮盤干擾的液面，防止因浮盤轉(zhuǎn)動對液位測量產(chǎn)生影響?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在的問題是，往往因保護(hù)套管加工及安裝不合要求，致使液位儀測量不夠準(zhǔn)確甚至無法正常使用，更主要的問題是，采用保護(hù)套管的方式不符合消防安全、環(huán)保要求及增加損耗。2 保護(hù)套管的加工及安裝保護(hù)套管在浮頂罐上的使用見圖1，為了保證測量準(zhǔn)確，對加工及安裝要求比較嚴(yán)格：o 必須垂直安裝。保護(hù)套管上下垂直偏差不超過3mm；o 保護(hù)套管在使用過程中不能因各種原因發(fā)生變徑和彎曲；o 保護(hù)套管內(nèi)壁必須光滑，應(yīng)處理掉所有的毛刺和焊疤；o 保護(hù)套上需要每隔30

3、0mm開1-2對直徑不小于25mm的對穿孔（透氣孔），見圖1；圖2 保護(hù)套管和罐頂之間的密封o 保護(hù)套管上部與罐頂接觸部位不能焊接，其間隙要求采用耐油膠板密封，留有間隙是為了微調(diào)保護(hù)套管垂直度，見圖2；o 保護(hù)套管與浮盤之間應(yīng)滑動自如，通常采用密封膠板和滑輪方式；o 由于套管較重、較長，從儲罐頂部放入的安裝工程比較復(fù)雜。3 保護(hù)套管的問題3.1 存在消防安全隱患u 由于油氣通過保護(hù)套管的透氣孔不斷揮發(fā)進(jìn)入浮盤上面空間，油氣濃度逐漸升高，按國標(biāo)石油庫設(shè)計規(guī)范（gb50074-2002）要求，罐內(nèi)浮盤上部空間應(yīng)為1區(qū)，但安裝保護(hù)套管后，罐內(nèi)浮盤上部空間將變?yōu)?區(qū)，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)中對石油庫內(nèi)爆炸危險

4、區(qū)域的等級范圍劃分要求。u 在保護(hù)套管上開孔也不符合國標(biāo)立式圓筒鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范（gb50341-2003）9.1.12條的規(guī)定，即：“浮頂上與儲液氣或儲液連通的所有縫隙均應(yīng)采用焊接螺栓連接或鉚接等方式，并應(yīng)檢驗(yàn)其嚴(yán)密性?！眜 由于保護(hù)套管的阻隔，如果罐內(nèi)發(fā)生點(diǎn)燃事故，保護(hù)套管內(nèi)的火焰很難被撲滅，消防泡沫可能要累積300mm的厚度才能達(dá)到透氣孔高度，緩慢通過直徑僅25mm的透氣孔進(jìn)入保護(hù)套管。依據(jù)國標(biāo)高倍數(shù)、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（gb50196-93）4.2.1.2條規(guī)定：“當(dāng)用于撲救b類火災(zāi)時，汽油、煤油、柴油或苯類火災(zāi)的泡沫淹沒深度應(yīng)高于起火部位2米”，4.23條規(guī)定：“閃點(diǎn)不超

5、過40的液體泡沫淹沒時間不超過2分鐘”，顯然針對保護(hù)套管內(nèi)的火焰很難做到。u 保護(hù)套管與罐頂密封也存在隱患，見圖2。保護(hù)套管和罐頂使用耐油膠板密封，長年累月的風(fēng)吹日曬雨淋油蝕和熱脹冷縮，容易造成裂縫和老化，必須要定期檢查密封效果，如果此處漏油氣，遇明火或雷擊，易造成火災(zāi)事故。3.2 不符合環(huán)境保護(hù)要求 依據(jù)儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb20950-2007），“浮頂罐所有密封結(jié)構(gòu)不應(yīng)有造成漏氣的破損和開口，浮盤上所有可開啟設(shè)施在非需要開啟時都應(yīng)保持不漏氣狀態(tài)”。安裝液位儀保護(hù)套管造成浮盤密封結(jié)構(gòu)性漏氣，不應(yīng)在存儲汽油的浮頂罐使用。3.3造成資源能源浪費(fèi)保護(hù)套管結(jié)構(gòu)性漏氣除了存在消防安全隱患和不

6、符合環(huán)保要求外，還將通過“小呼吸”、“大呼吸”和“風(fēng)損耗”，造成不同程度的揮發(fā)排放。風(fēng)損耗是由保護(hù)套管在罐頂?shù)拈_口、套管與灌頂接觸部位的縫隙、以及儲罐通氣孔部位，在自然風(fēng)作用下的排放，自然風(fēng)力越大，排放量越多。風(fēng)損耗的前提是浮盤上部空間存在油氣。密封性較好的浮盤，浮盤上部空間油氣濃度較低，風(fēng)損耗較少。由于保護(hù)套管上有很多透氣孔，使得保護(hù)套管內(nèi)的油氣揮發(fā)到浮盤上部空間。由于保護(hù)套管同時又起到浮盤導(dǎo)向作用，很難進(jìn)行密封處理，通常都有較大的縫隙圖3 保護(hù)套管與浮盤之間的縫隙（見圖3），大量油氣通過縫隙進(jìn)入浮盤上部空間，實(shí)際上此時已失去浮盤阻隔油氣揮發(fā)的作用。小呼吸損耗主要受晝夜溫差變化、所處地區(qū)日照

7、強(qiáng)度等影響，晝夜溫差越大、日照越強(qiáng)，損耗越多。當(dāng)浮盤密封較好時損耗較少，當(dāng)使用保護(hù)套管時，就會從套管與浮盤間隙和套管內(nèi)的液面產(chǎn)生小呼吸損耗，圖4 通過保護(hù)套管產(chǎn)生的小呼吸損耗見圖4。保護(hù)套管與浮盤間隙的面積約0.07m2，透氣孔合計面積約0.1m2，總貫通面積接近0.2m2，相當(dāng)浮盤上開了直徑500mm的孔，通過揮發(fā)物分壓差作用，很快就會使浮盤上部空間的油氣濃度增加。大呼吸損耗是指油罐在進(jìn)行汽油收發(fā)作業(yè)時的損耗。收油時油面上升，氣體空間的油氣同時被排出罐外；發(fā)油時油面下降，同時吸入外部空氣，導(dǎo)致分壓變化，液體汽油產(chǎn)生新的揮發(fā)。密封性較好的浮盤能夠有效阻隔汽油揮發(fā)，減少90%以上的油氣排放。另外

8、，保護(hù)套管還存在相對較少的粘附損耗。粘附損耗主要發(fā)生在罐壁，3000m3儲罐保護(hù)套管內(nèi)外表面面積與罐壁面積比約為2%。3.4 其他問題u 在使用保護(hù)套管液位測量儀器的油庫中，導(dǎo)致液位儀無法正常使用的大部分原因，是因?yàn)楸Ｗo(hù)套管制造工藝控制不嚴(yán)，造成使用時經(jīng)常刮卡，由此產(chǎn)生系統(tǒng)誤報，如果發(fā)生溢罐將是非常危險的重大安全事故。u 罐地基沉降會導(dǎo)致保護(hù)套管傾斜或變形，雖然有些儲罐在使用之初很正常，但運(yùn)行一段時間后可能就會出現(xiàn)刮卡現(xiàn)象。u 罐體輕微變形，會導(dǎo)致保護(hù)套管傾斜或變形，地震或其他問題都可能會導(dǎo)致罐體變形。保護(hù)套管變形或傾斜后，液位測量儀器大多情況下就不能準(zhǔn)確測量，甚至不能正常使用。u 保護(hù)套管重

9、量較大，容易導(dǎo)致不均勻沉降。保護(hù)套管一般是dn200的鋼管，以高15m的儲罐為例，比重按8t/m3計算，重量約為0.386t，局部承重過大會造成罐地基不均勻承重，尤其是舊罐改造，要對地基進(jìn)行加固。u 保護(hù)套管每隔300mm有透氣孔，是為解決內(nèi)外壓力平衡，但相比不采用保護(hù)套管的液位測量方法也還會有流通不充分問題。3.5 安裝成本使用保護(hù)套管特別是舊罐改造的安裝成本較大，相比不采用該方式的材料用量較多，焊接及加工量較大，現(xiàn)場需要特殊吊裝設(shè)備，吊裝后需要精確測量垂直度并固定。對于舊罐改造還要清罐、加固地基，由于施工周期較長，勢必影響生產(chǎn)?？傊?，使用保護(hù)套管的安裝成本較高。4 軟纜式磁致伸縮液位儀 軟

10、纜式磁致伸縮液位儀可不用安裝保護(hù)套管，該種浮盤密封方式（見圖5和圖6）類似瓶塞式密封，浮盤密封組件由三部分組成：1) 鋁圖5 磁致伸縮液位儀的浮盤密封效果圖材質(zhì)的上密封件，起承載密封膠蓋的作用。2) 鋁材質(zhì)的下密封件，浸入油面100毫米以下，起封油作用。3) 耐油橡膠材質(zhì)的密封蓋，與上密封件側(cè)面完全貼合，中心開孔配置上下兩層密封膠板，分別起到一次密封和二次密封作用，不僅能夠阻擋油氣，還能使得上下移動通暢，兩層膠板中間的開孔通過磁致伸縮液位儀軟纜。4) 該液位測量方式基本沒有間隙，密封效果較好。5) 該液位測量方式基本消除了上述使用保護(hù)套管的各種缺點(diǎn)和不足，特別是安裝簡單。圖6 軟纜式磁致伸縮液

11、位儀的浮盤密封結(jié)構(gòu)結(jié)語 保護(hù)套管更適合用于過程控制的液位測量，尤其是具有攪拌動作的情景，在內(nèi)浮頂汽油儲罐液位測量上并不適用，隨著國家對安全、環(huán)保和節(jié)能工作的重視，企業(yè)和設(shè)計單位應(yīng)采用類似軟纜式磁致伸縮液位儀等先進(jìn)的液位測量技術(shù)，以徹底避開使用護(hù)套管帶來的安全、環(huán)保、節(jié)能方面等一系列問題。參考文獻(xiàn)1 gb50074-2002 石油庫設(shè)計規(guī)范2 gb20950-2007 儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)3 gb50058-92 爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范4 sh3002-2000 石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則5 gb11085-89散裝液態(tài)石油產(chǎn)品的損耗標(biāo)準(zhǔn)6 gb50341-2003 立式圓筒鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范7 gb50128-2005立式圓筒鋼制儲罐驗(yàn)收規(guī)范8 gb 50196高倍數(shù)、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范9 肖素琴.油品計量員讀本，中國石化出版社 201110 李 瑾.液體儲罐無組織排放估算方法