内浮顶储罐的消防安全措施

■ 钟振芳 忻国良

近年来，港口建设飞速发展，石油、化工品的储运在其中占了越来越大的比重，危险品的储运安全已成为日益关注的重点。内浮顶储罐因其在降低物料损耗、减少火灾危险性以及满足环保要求等方面较其它形式储罐更具优势，在石油、化工企业被广泛使用。但内浮顶罐因其自身结构的特性在储存、作业过程中存在着诸多隐患，储罐因浮盘故障导致险情也时有发生，给企业消防安全带来了不稳定因素。本文希望通过对内浮顶罐结构、使用等方面的现状进行分析，探索更为合理的管理模式，降低事故风险。

一、概述

储罐按不同的结构形式可分为固定顶储罐、无力矩顶储罐、浮顶储罐和套顶储罐。浮顶储罐又分为内浮顶罐和外浮顶罐。目前国内内浮顶罐主要有敞口隔舱式、单盘式、双盘式、浮筒式几种。

图1 内浮顶罐结构图

内浮顶罐是立式圆筒形金属储罐的一种，是在固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由固定顶罐体、内浮盘、密封装置、通气孔、高低液位报警器等元件组成（见图1）。这种罐的浮动顶漂浮在储液面上，浮顶与罐壁之间有一环形空间，环形空间中有密封元件。浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动，使得罐内的储液与大气完全隔开，不受风雨等外界因素的影响，减少了储液储存过程中的蒸发损耗，减少了大气污染，易于保证储液的质量和安全。

当然，内浮顶罐与拱顶罐相比耗钢量多，施工要求更高，与外浮顶罐相比，其密封结构也导致了检查维修的不便。

目前国内涉及内浮顶储罐的规范主要有《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》（GB 50341—2014）、《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》（GB 50128—2014）、《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》（SH 3046—1992）、《常压立式圆筒形钢制焊接储罐维护检修规程》（SHS 01012—2004）等。上述国家、行业标准中规定了内浮顶储罐设计材料、安装、运输、布局、作业、检修等方面的要求，尤其在储罐设计、施工、验收方面较为详尽，但在检修方法、周期等方面未作硬性要求。

二、存在问题

一直以来，各仓储单位对内浮顶储罐的消防安全管理工作都比较重视，但还是出现过内浮顶罐内浮盘不同程度破损、静电引导线脱开等事故。经分析，内浮顶罐在长期的使用、管理过程中，主要存在如下问题：

1．内浮顶罐长期处于作业状态，进出物料过程中内浮盘上下浮动幅度大，长此以往，容易对内浮盘的密封圈造成一定程度的磨损。密封圈的磨损会导致内浮盘密封性的下降，增加储液挥发量，导致可燃气体浓度的上升。一旦遇到足够的点火能量，很容易发生火灾事故。

同时，内浮盘各部分构件长期处于带一定腐蚀性的物料中，容易发生一定程度的损坏。如浮筒长期处于液面以下，浸没在物料中受腐蚀作用，容易导致铝制浮筒出现穿孔、膨胀。

2．管线扫线时对罐内各部件构成破坏。因生产需要，不少仓储单位一直采用单管多品种输送模式，以达到经济效益最大化。这就需要在作业后对管道进行扫线，清理杂质及残料。这个过程也是目前引起内浮盘故障的主要原因。扫线带来破坏的原因：（1）由于罐内浮盘等构件大多采用铝合金材质，相对硬度有所欠缺；（2）大管径扫线过程势必产生强气流，强气流的冲击力极有可能损坏内浮盘。扫线容易导致浮筒脱落、浮盘支柱损坏、浮盘局部塌陷或吹翻，造成浮盘的损坏，甚至报废（见图2）。物料进出货物流速过快也会对内浮盘各部件造成类似冲击。

图2 损坏的内浮盘

3．储罐清货过多，物料液面低于内浮盘最低高度。这就会在这个高度差中形成了可燃性气体积聚的空间，同时也容易对浮盘的支柱造成破坏，进而导致内浮盘塌陷。

4．作业过程中的静电积聚。从船舶到储罐输送过程中，液体物料与管道摩擦产生电荷，并有部分静电荷随着液体被带入到罐内。在罐内，液体内部电荷由于液体上下运动，一部分静电荷与罐壁接触，通过罐体接地导出；另一部分静电荷向铝制浮盘积聚，通过浮盘与罐体的连接导线导出。如果浮盘静电导出线脱落或接触不良，罐内初始流速控制不当，很容易造成静电荷积聚放电，引发事故。

5．因结构特性带来的检查不便。目前各单位对于储罐内部尤其是内浮盘的检修保养主要由2种方式：（1）日常检查，主要方式为每月1次由检修人员通过罐顶上方的量油孔，用防爆手电筒肉眼观测罐内内浮盘等主要设施的完好程度， 根据检查情况决定下一步的维修计划。（2）定期进行清罐，对储罐内部进行全面检修。清罐周期视货种而定，各单位因货种、生产计划等原因也有差异。对于内浮顶罐的管理，各单位主要通过公司内部出台企业管理规定来明确储罐维修、作业的具体事项，没有统一的标准。

2017年，全球天然气消费量为3.67万亿立方米，比上年增长3%，高于前10年平均2.3%的增速。北美地区天然气消费量首次出现负增长，但仍占全球天然气消费量的25.7%；中国消费大幅增长，拉动亚太地区消费量强劲增长，达到全球天然气消费量的21%；欧洲、中东、非洲、中亚-俄罗斯地区天然气消费量稳定增长；中南美洲地区天然气消费量持续下降。主要天然气消费国呈“一大、三中、六小”特点：“一大”为美国，天然气消费量超过7000亿立方米；“三中”为俄罗斯、中国、伊朗，各国天然气消费量超过2000亿立方米；“六小”为日本、加拿大、沙特阿拉伯等6国，每个国家的天然气消费量超过700亿立方米。

在现阶段除了清罐大修以外，内浮顶罐的结构决定了对于罐内的的设施无法清楚准确地进行检查。类似于浮筒、密封圈等部件很难用肉眼观测。等到清罐大修时，很多部件早已损坏。

三、建议和措施

（一）制度方面

要明确内浮顶储罐日常管理的归口部门，在建设、施工、验收等过程中切实贯彻执行国家相关法律、法规、标准，严格执行工艺操作规程。结合自身实际制定内浮顶专项管理规定，明确各级部门的职责。内浮顶储罐操作人员上岗前，应进行技术培训，考核合格后，方可上岗操作。应建立健全内浮顶储罐技术档案和台账，建立倒查机制，从制度上树起安全防范的高压线。

（二）结构方面

适时组织研究院、设计院、使用单位等相关人员对内浮顶储罐工艺设施设备、生产作业存在的薄弱环节、潜在隐患风险进行调研分析，提出合理化建议，进行储罐结构改造。

1．增设氮封装置。将内浮顶罐罐顶的透光孔进行封闭，改为设置氮气阀对罐内气压进行调节。这一设计的内浮顶罐，采用了内浮盘加氮气封的双保险措施，一旦浮盘损坏不起作用时，仍有氮封进行保护，功能上类似于变成普通拱顶罐。

2．减少扫线对浮盘的破坏。针对扫线对内浮盘的冲击作用，可对进料管线进行减压改造：加长扩散管到罐中心位置，在扩散管两侧开小孔分流，小孔及扩散管口须避开立柱，无法避开的地方在立柱前加挡板保护。但最佳的方式还是通过设置缓冲罐。有多罐同品种物料时，选择其中一个罐作为吹扫专用罐。这一措施应在罐区建设前纳入整体布局规划中。

3．设置浮盘支撑架。针对支柱受扫线冲击及自身材质特性容易损坏的问题，可以考虑在浮盘起始高度的罐壁处设置环形托架，既能起到限高的作用，相对于支柱，其安全性又大大提高。

4．罐顶安装可燃气体浓度报警探头。由于内浮盘在储罐内部不易直接检查，可在储罐上部选择两个对称的通气孔，安装可燃气体浓度报警探头。通过检测可燃气体浓度的变化，判断内浮盘是否完整好用。

5．选择相对稳固的浮盘形式。浮盘结构宜选择蛛网状六边形、三角形网状等相对强度大、稳定性好的类型，增加浮盘的抗冲击能力。对于浮子的选择，浮箱式也较浮筒式更为稳固，降低了发生故障的概率。

（三）检修方面

1．要细化内浮顶罐检查内容，明确检查周期。可根据实际情况，参照《常压立式圆筒形钢制焊接储罐维护检修规程》（SHS 01012—2004）中关于内浮顶罐检修保养的主要内容开展检修工作。

2．要加强对内浮顶储罐的检查力度和频度。严格执行日常巡查制度，认真填写检查、维修、更换等相关记录。每月至少开展1次对浮盘的专项检查，一旦发现问题应及时清罐，进罐开展进一步的深入排查。罐体大修或清罐时（一般1年左右），必须对内浮盘相关结构进行全面检查，及时更换密封圈、支柱等易损部件，确保储罐各部件正常运作。要合理安排生产作业，设定清罐时间表，确保储罐能及时进行维护保养。

（四）使用方面

1．严格控制作业流速。作业流速过高容易导致静电荷大量积聚，增加火灾危险性；另一方面，在低液位收料时，流速过高使浮盘失稳旋转，还会导致浮顶支柱因物料产生涡流发生倾斜。在现阶段技术设备条件下，要进一步完善船岸作业沟通机制，加强运行状态监控，全程检测作业流速、压力等相关数据。适当延长初始装卸时间，确保浮盘被液面托起前初始流速不超过1 m/s。油品及油品性质相近的化工品在正常作业状态时最高流速不应超过4.5 m/s，液化烃在正常作业状态下最高流速不应超过3 m/s。

2．禁止直接向内浮顶罐扫线。尽量减少吹扫作业，非要吹扫作业的要控制流量，要防止压力气体直接进入储罐内部。扫线作业一般使用氮气，压力应小于0.6 MPa，管道速度应控制在8 ～ 15 m/s。物料液位低于2 m以下时，禁止扫线作业。

3．应避免物料液位低于内浮盘起始位置。内浮顶罐正常进出物料时，要全程监控液位高度。正常进料时最低液位应控制在其实高度液位以上0.2 m；最高液位应控制在最大设计液位高度以下0.3 m。