浅谈大型原油储罐密封圈火灾的防范

■ 张 良

一、大型油罐雷击事故案例

据统计，从1950年到2003年，世界范围内共发生480余起石油储罐火灾事故，其中密封圈火灾占统计事故的88.7 % 。

近年国内油库火灾事故出现高发趋势，造成了重大人员伤亡和财产损失，同时还造成了大面积的环境污染，教训极为深刻。

1．2006年8月7日12时45分，南京仪征输油站G—16号15万m3储油罐遭遇雷击，造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火。

2．2007年5月24日16时16分，宁波镇海国家储备油库G—47号10万m3储油罐遭雷击，造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火。

3．2007年6月24日16时03分，宁波镇海国家储备油库G—47号10万m3储油罐第2次遭雷击，造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火。

4．2007年7月7日15时20分，南京白沙湾输油站G—3号10万m3储油罐一、二次密封间被雷击爆炸着火，共有7处着火点，几乎连成大半圈，一、二次密封和局部泡沫堰板爆开，二次密封板破坏。4个呼吸阀被爆开断裂，密封胶皮完全燃尽，罐区火情监控系统同时遭雷击损坏。

5．2011年11月22日18时35分，大连新港T—31号10万m3油罐遭受直击雷，T—32号10万m3油罐遭受感应雷后，油罐浮顶的一次密封钢板与罐壁之间、二次密封导电靴与罐壁之间的放电火花引起两个油罐的一次、二次密封空间内的爆炸性混合气体爆炸并起火。

二、大型油罐雷击事故原因分析

众所周知，燃烧三要素是可燃物、氧气、着火点，从三要素对大型油罐雷击事故原因进行分析：

1．可燃物：国内外大型浮顶原油储罐普遍采用的是美国HMT公司的机械密封技术，这种密封方式形成的一次、二次密封空间在正常情况下均会产生爆炸性混合气体，即形成燃烧所需的可燃物。

2．氧气：浮顶需漂浮在油罐液面上随油品上下升降，且任何一种油罐密封技术均无法实现完全密封，即形成了燃烧所需的氧气。

3．着火点：即燃点，闪电的温度从17 000 ℃ ～ 28 000 ℃不等，也就是等于太阳表面温度的3～5倍，即形成了燃烧所需的着火点。

目前，国内外对如何有效防、避雷还没有可靠的技术和措施，在浮顶产生电荷时，等电位连接线无法完全将电荷释放，必然会产生放电火花。由此可见，要杜绝油罐因雷击爆炸燃烧，最有效的办法是从可燃物着手，尽可能降低油罐密封圈附近的油气浓度，使其无法达到爆炸下限。

三、大型油罐密封装置的选择

以大连港油品码头公司为例，目前共建有39座10万m3和4座15万m3内浮顶原油储罐，由于建设时间较早，多数采用机械式一、二次密封装置。内浮顶，是漂浮在油罐液面上随油品上下升降的浮动顶盖。采用这种内浮顶盖覆盖在液体表面是目前公认的最理想的降低油品蒸发损耗的最经济、简单的方法。内浮顶和罐壁之间的空间必须使用周边密封。当一个内浮顶使用2个类似的密封装置，其中一个位于另一个的上方，下面的叫做一次密封，上面的叫做二次密封。

1．一次密封的选择。

浮顶原油储罐一次密封形式主要有机械密封、管式密封、弹性材料密封。机械密封与其他密封相比蒸发损耗较大，对于环形间隙变化的适应性较差，密封板不易处处始终与罐壁压紧，影响密封性能。机械零件需要定期进罐内维修，才能保证正常使用；管式密封对环向间隙变化的适应性好，可在运行中检修。由于东北地区冬季天气寒冷，不宜用水做密封液，检修时需要专门配备密封液，因此密封造价高；软密封利用泡沫材料产生的弹力和密封带，其弹性能够达到最有效的软密封，对罐壁的密封力均匀，对环形间隙适应性好、安全可靠、使用寿命长，可在运行中检修及更换密封，安装维修工作量小、造价低。

2．二次密封的选择。

二次密封可以降低蒸气渗透性，具有挡雨板和密封双重功能，又能确保当浮顶高出罐壁高度时，把被损坏的风险减小到最低程度。多年的使用经验证明，浮顶原油储罐在长期生产运行中，罐壁、浮顶变形和一次密封的局部磨损以及建罐地区较高的平均风速，均会加剧油气损耗。用更换一次密封解决这个问题会增加维修费用，安装一套高质量二次密封能够有效解决这个问题，达到减少油品蒸发损耗，延长一次密封使用寿命，减少维修费用的目的。采用弹性材料作为二次密封，需要配套其它如挡雨板、刮蜡机构等设备，另外该密封还存在耐磨性差、泡沫塑料长期处于压缩状态易发生塑性变形，尤其是当储罐变形较大，有局部受力时容易损坏。

四、大型油罐密封装置的更换

“11·22”雷击火灾事故后，大连市政府事故调查组要求大连的石化企业对软密封方式拿出计划，进行彻底整改。大连港油品码头公司计划对一、二次机械密封进行更换，采取的方案为：一次机械密封更换为由橡胶带填充软泡沫塑料块组成的弹性泡沫囊式密封，从而有效地减少贮液蒸发损耗；二次密封采用由橡胶与塑料材料制成的异形密封刮板，既可以取代传统的挡雨板，又具有较好的密封效果，较弹性泡沫具有更好的抗天候老化性和耐油性。

对密封装置进行更换存在一个问题，对大型库区来说，难以完全停产进行施工，在对企业经营影响不大并有利于安全的前提下，只能是一个或者两个油罐同时施工。按照倒油、落盘、清罐、安装的步骤进行整改，但整改施工本身就会带来长时间的事故隐患，甚至需要3～4年的漫长施工期，而且整改还将耗费巨额资金，实施难度较大。中石油黄岛油库、扬子石化、济南炼油厂等企业圆满完成带油安装一、二次密封装置作业，为此次整改提供了较好的借鉴作用。

带油拆装密封装置，首要的问题是保障安全，包括人身安全和设备安全。油罐区是国家一级防火单位，油品是易燃易爆品，任何由碰撞、摩擦、静电及雷电等所产生的火花，都可能导致重大安全事故的发生。但也不能断定拆装密封装置是不可行的，通过现场分析和借鉴以往的施工经验，满足下列条件时，拆装密封装置是可行的：

（1）储罐储存的介质为原油，浮船高度处于静止状态时，油气具有相对较低的挥发性；

（2）施工时浮船应处于较高的安全液位，以保证浮船上的空气的流通，减少施工时挥发油气的浓度，确保人身和设备的安全；

（3）具备油罐密封设计、制造行业、安装经验和化工专业知识人员；

（4）具有实际带油作业操作、管理经验的施工队伍；

（5）制定相应的技术和安全保障措施；

（6）建设提供必要的安全设施并进行现场安全监督；

（7）在建设单位提供允许的安全作业区内，在确保安全的情况下对金属部件进行切割、打磨作业，保证施工现场不动火作业；

（8）采用防爆工具进行施工，现场作业不致产生火花；

（9）密切关注施工期间天气变化情况，雷雨及高温时严禁施工，施工人员必须及时撤离现场；

（10）安全防范措施到位，消防部门、建设、施工单位等各方共同配合确保万无一失。

储罐机械密封的带油更换，是目前大型储备油库安全运行管理的新课题，浮顶原油储罐相对集中，给施工的安全管理带来了考验，消防部门、建设、施工单位应严格落实各项岗位职责和规章制度，确保施工安全、平稳进行。

五、大型油罐主动防护系统

机械式密封和软密封的一次密封处均存在油气泄漏间隙。同时，受罐壁悬挂浮油挥发物影响，油气会聚集在一、二次密封之间。

另外，二次密封上部的静电导除板在油罐运行时如果接触不良，会存在放电间隙。因此，无论是机械式密封还是软密封的储罐，均存在火灾爆炸的危险。如果能够研制一种预知潜在的爆炸危险并采取相应手段进行主动保护的安全防护系统，将极大提升大型石油储罐自身的防爆抑爆能力。

“大型石油储罐主动安全防护系统”项目为国家石油储备中心委托国内一家消防公司开展的专项研究项目。该系统主动防护的理念比较先进，油气探头探测到油气浓度大于设定值时，通过密封圈内的微雾喷头向一、二次密封之间喷射由氮气雾化的超细水雾，提前降低油气浓度，控制燃爆三要素，实现火灾主动防御。主动防御优于现有的发生火情后再探测、然后灭火的固定消防系统设计理念。发生火情后，通过探测器进行初期火灾的判断，确认后火灾定位器将对着火点进行定位，随即启动智能消防炮对着火点进行灭火，优于现有的固定消防系统，一处着火全罐喷泡沫，缩短泡沫到达着火点的时间，提高泡沫供给时间。但是，该系统从设计理念，到设备定型、安装，再到广泛应用，仍然有很长的路要走。