雷雨天气拱顶油罐抽瘪原因分析及处理措施

郭志民，白瑛华，李国红，李 军

(中国石化河南油田分公司南阳石蜡精细化工厂，河南南阳 473132)

0 概述

金属拱顶罐广泛应用于石油化工企业中，主要储存重质类油品，一般为常压储罐，设计压力值为－490～2 000 Pa之间。运行过程中，由于误操作、呼吸阀故障或外部环境温度发生激烈变化，可能会出现油罐吸瘪现象，导致罐壁板特别是罐顶板的变形。某炼油化工企业曾经发生夏季雷雨天气，扫线罐温度骤降，储油罐罐顶板及壁板局部凹陷事故。本文针对该案例对油罐吸瘪现象进行分析，并讨论修复方法、措施及注意问题。

2011年7月26日下午16时35分，该企业减压馏分油罐区事发罐正在蒸汽扫线。此时突降大雨，17时整，正在岗位值班的操作工听到一声巨响，外出检查时发现扫线罐罐体瘪陷。后仔细检查发现该罐罐体东南侧壁板凹陷变形严重，东南部罐底板翘起0.7 m，整个罐体向一侧瘪陷。

1 原因分析

出事罐为1 500 m3常压立式拱顶圆筒储罐，直径13.5 m，高度13 m，顶部有通气孔(DN100)与大气相通。下暴雨时，该罐罐内液面高度1.1 m，正在进行扫线，罐顶无保温。在雨水剧烈冲刷之下，25 min后罐内蒸汽急剧降温凝结，造成油罐负压，由于通气孔(DN100)有效通气面积小，来不及平衡罐内外压力，在外界大气压作用下将罐压瘪，是造成这次事故的直接原因。

1.1 罐内蒸汽体积在雷雨前后的变化

雷雨前，罐内液面高度1.1 m，罐内蒸汽温度175℃，据此计算出当时蒸汽体积为1 703 m3。遭受大雨后，由于罐顶没有保温层，虽然扫线蒸汽仍以45 kg/h的速度进入罐内，但雨水带走的热量太大，罐内急速降温，温度降低到75℃。经计算，大雨后罐内气相体积收缩至1 133 m3，需要向罐内补充气体570 m3。由于油罐只有一个DN100通气孔与大气相连，为了补充所需的空气量，需要通气管内流速达到48.36 m/s或者正常流速下反应时间较长，导致罐内出现真空。

1.2 罐内压力在雷雨前后的变化

扫线时罐内压力0.10 MPa，大雨后由于蒸汽急剧冷凝，罐内真空度最高达－0.055 MPa。该罐设计压力范围在－490～2 000 Pa之间，远远超出罐设计的承受负压能力，在风压部位形成瘪罐。

1.3 操作原因

常压与低压储罐通风的推荐作法(SY/T6673－2006)中5.2.5.14 条要求:水蒸气冷凝，如果低温储罐未绝热部分充满水蒸气，环境冷却导致的水蒸气冷凝速度可能会大于本标准规定的通风量。为防止储罐内真空度过高有必要采取其他措施，包括采用大口径通风口(打开透光孔)和减缓储罐冷却速度。但该罐吹扫期间，车间未按照要求打开其余通风口，导致通风量不够，储罐内产生真空，储罐失效。

2 修复方法

储罐罐顶吸瘪修复方法主要有自然温差加注水压缩气体法和机械修复法。

2.1 自然温差加注水压缩气体法

通过封断油罐所有与外部联系的通道，利用环境温度上升达到罐内气体压力升高，而让罐顶凹陷部位恢复。如果环境温度温差产生的升压，不能使凹陷部位复原，则再进一步向罐内注水，压缩罐内的气体，使其压力同步提高，最终达到修复目的。此方案的优点是方案简单，投入少，能以最短时间完成修复工作。缺点是需要控制好进内压力的升高值，并防止油罐产生“抬升”现象或对其它部位发生负面影响。

2.2 机械修复法

该办法通过利用机械设备进行提升或顶升，同时可以伴随火烤钢板使凹陷部进行修复。此方法优点是不会对油罐整体产生影响，可控性高。缺点是:投入大，时间长，如采用内顶升时，还需要在罐内搭设脚手架，存在高空作业风险。

经过对修复方案的讨论比较，根据现场情况，从修复的时间、投入及修复后外观的情况等因素进行综合考虑，决定采用自然温差加注水压缩气体法来恢复罐顶凹陷部位。为保证油罐罐顶凹陷部位恢复，先计算确定升压的压力，并在升压压力下校核底部不被抬起，以及避免对罐壁板、包边角钢产生应力影响，确认安全后实施恢复工作。

2.3 修复步骤

排空罐内存油，清罐，通风排净罐内油气。油罐进出管道加盲板，安装注水加压的管道，仪表及设备。本次修复采用的是中水，利用开关阀门控制水量，根据压力表观测压力，利用油罐的排污口管道完成注水和放水，注水流程见图1。

先打开罐顶量油孔，使罐内外压力平衡，再封闭罐顶及罐体所有孔口，使罐内压力大于罐外大气压，罐内压力作用于罐体钢板，向罐内缓慢注水至罐内液位4.5 m时，部分凹陷开始复原，注水至罐内液位9 m时，油罐凹陷部位基本恢复。

图1 油罐注水加压简图

3 防范措施

对油罐热损途径进行计算分析，认识重油罐顶保温的重要性，在部分高温油罐罐顶有条件的情况下，进行保温处理。专门确定扫线罐，按照极端条件下的通风要求，在透光孔盖板上加装DN300 mm的通气孔，增大透气通径，使之能达到扫线罐的使用要求。罐内压力随着外界气温变化而变化，在每日凌晨4:00～9:00之间罐内气压达到最低点，因此在条件允许的情况下，应尽可能避开此时间段进行收付油品及扫线操作。雷雨季节运行油罐的日常管理建立预警机制，完善防雷电应急救援预案并加强演练。加强对操作人员培训，使其熟知油罐呼吸系统的重要性，提高职工雷电灾害应急处置分析、判断、应变能力。雷雨天气加强油罐的运行监护，采取相应措施(打开透光孔等)以平衡压力，避免低液位时遇极冷条件出现真空等情况。