罐区液压安全阀隐患排查及优化措施

白建雄，胡靖平，杜晶磊，王铁，柴兴军

（1.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安　710000；2.中国石油长庆油田分公司第九安全环保监督站，陕西西安　710000）

罐区液压安全阀隐患排查及优化措施

白建雄1，胡靖平2，杜晶磊1，王铁1，柴兴军1

（1.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安710000；2.中国石油长庆油田分公司第九安全环保监督站，陕西西安710000）

液压安全阀是提高储罐安全生产的重要设备，在机械呼吸阀失效时，它起到对罐体安全密封和防止罐体损坏的作用。在控制经费的情况下，对液压安全阀进行多次优化测试，建议在极端低温情况下采用25#环烷基变压器油；简化现有液封油高度公式，计算最佳加入量，节能降耗；对液压安全阀进行改造，减轻作业人员工作强度，保证罐顶清洁；增强员工对液压安全阀事故泄压设备的认知，建议在罐顶设置压力远传，风险意识前置，实时监控罐内压力。

液压安全阀；环烷基变压器油；液封油高度简化公式；技术改造

《石油化工储运系统罐区设计规范》（SHT3007-2014）第五条常压和低压罐区规定：采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐应设置事故泄压设备［1］。苏里格第三天然气处理厂在罐体设置液压安全阀作为事故泄压设备。当机械呼吸阀因阀盘锈蚀或卡住而发生故障，或罐体收付作业异常等出现罐内超压时，液压安全阀起到罐体安全密封和防止罐体损坏的作用，所以必须保证液压安全阀的安全运行。

1　液压安全阀安全隐患排查中出现的问题

1.1液封油选择不符合实际要求

按照中华人民共和国石油天然气标准（SY-T 0511.2-2010）石油储罐附件液压安全阀液封油要求：液封油应为高沸点、低黏度、低凝固点的油品，宜采用变压器油［2］。苏里格第三天然气处理厂测试壳牌LA40润滑油（凝点高）、卡特彼勒10#液压油（禁止排入环境，有污染隐患），防冻液（夏季乙二醇水溶液水分挥发严重）等作为液封油，均不符合生产实际要求，所以下面均以变压器油做液封油分析。变压器油一般分为环烷基变压器油和石蜡基变压器油，不同品牌凝固点不同，同品牌不同型号，凝固点也不同，比如昆仑变压器油KI25XH和KI25XL，品牌型号选择错误可能会造成变压器油凝固。

1.2液封油没有定量化

添加液封油时，员工按照经验用红漆在量油尺上的1/3～2/3处标出下限和上限。因为没有量化液封油，液封油加的过少，储罐内压力达到液压安全阀工作压力时，液封油会被吹出，造成喷油，粘在罐顶的液封油在冬季很难清理，污染环境，加的过多，储罐内压力达到液压安全阀工作压力时仍然不工作，加液量过多也不符合节能降耗的生产要求。

1.3液封油观察、灌装、更换困难

变压器油一般为无色，抽取量油尺观察不方便且造成密封不严。排放变质的液封油不方便，液压安全阀底部有排污丝堵，排污流速不可控。液压安全阀与罐顶接近，接油容器很难放到丝堵口下部，所以换油时通常是两人将分隔筒抬下，再将液封油用容器舀至桶内，分隔筒底部无法舀出的油用棉纱沾出，然后加入新液封油，再将变质的液封油从罐顶带下油罐，最后恢复分隔筒［3］。

1.4对液压安全阀思维定势的隐患

对液压安全阀隐患排查中发现：人为因素是一个很大的隐患。罐区氮封改造后，基层员工对液压安全阀功能重要性的认知下降。苏里格第三天然气处理厂氮封装置只有供氮装置（ZZYVP-16B自力式指挥器调节阀），缺少泄氮装置（ZZVP-16K自力式微压调节阀）。第二，罐区缺少压力远传，控制室无法实时监控氮封情况。第三，机械呼吸阀不具备防冻功能，严寒的冬季，罐内油气混合物中所含有的水蒸气在机械呼吸阀的弹簧钢丝上冷凝冻结，使弹簧工作失灵。有时水蒸气停滞于阀盘导杆与导套的间隙中并冻结，从而导致呼吸阀不能呼吸［4］。由上述可知，作为事故泄压设备的液压安全阀必须保证完好。但是由于员工潜意识认为罐内氮封微正压，罐外有机械呼吸阀，呼吸气平衡，罐体安全，缺乏氮封阀、机械呼吸阀失灵，液压安全阀作为事故泄压阀的重要性的认识（事故泄压可以理解为紧急呼出气体）。

2　优化措施

2.1变压器油型号的选择

苏里格第三天然气处理厂极端气温统计表（见表1）可知：1月和12月的气温有低于-25℃的天气，2013 年1月3日气温为-30℃，所以保证液压安全阀安全运行，选择的变压器油凝固点必须低于-30℃。

表1　苏里格第三天然气处理厂极端气温统计表

长庆油田油罐通常使用25#变压器油作为液封液［5］。选择国内两大变压器油品牌昆仑和长城的25#变压器油做对比（见表2）。

表2　25#变压器油典型数据对比

根据变压器油GB2536-2001规定，25#变压器油新标示为1℃～10℃变压器油（通用）GB2536。环烷基变压器油KI25XH比石蜡基变压器油KI25XL和长城1℃～10℃（通用）GB2356的倾点低，这是由于石蜡基变压器油含有较多正构烷烃，易形成立体网状结构，将油包容起来，从而使油品失去流动性。倾点一般比凝点高2℃～3℃，KI25XH凝点-37℃～-38℃，KI25XL和长城1℃～10℃（通用）GB2356凝点为-26℃～-27℃，为了保证冬季液压安全阀的安全运行，建议使用25#环烷基变压器油或者40#石蜡基变压器油。

2.2确定液封油最佳高度的现有公式

首先确定液封油的品种，对照油品质量检验表查出密度，利用密度换算出油品的容重，按照设计要求，查出液压安全阀的呼气压力和吸气压力。国内目前多采用乔桢遴《储罐液压安全阀液封高度计算》［6］的公式计算液封油的高度。

根据流体力学计算密封液的液柱高度：

式中：hy-密封液的液柱高度；hz-密封液的真空度；Py-液压安全阀控制的呼气压力；Pz-液压安全阀控制的吸气压力；γ-密封液的容重。

这个地方需要特别强调的是：hm-隔板浸入密封液内的深度。

2.2.1对现有公式的简化在实际的应用中，可以将上述公式进一步简化：

式中：γ-容重；ρ-密度；g-加速度。

hm=P正启×P负启/γ/（P正启+P负启），hm为隔板浸入密封液内的深度，将液压安全阀的正压开启压力和负压开启压力直接代入，计算更加简便。

2.2.2举例说明以苏里格第三天然气处理厂某液压安全阀GYA-150（负压开启压力-0.3 kPa，正压开启压力1.5 kPa）为例，因为采购因素，选择的是45#昆仑KI45X变压器油，密度为878.9 kg/m3。

KI45X变压器油浸过隔板28mm为最佳注入量。如果选择昆仑KI25XH变压器油，密度为883 kg/m3。

KI25XH变压器油浸过隔板28mm为最佳注入量。KI25XH比KI45X变压器油（170千克/桶）便宜50～100元，所以建议使用KI25XH变压器油。

2.3液压安全阀的技术改造

2.3.1液压安全阀改造思路针对液压安全阀液封油观察、灌装、更换困难的问题，可以在液压安全阀上分别增加液位计，补油管，排液管及快开球阀（见图1）。

图1　液压安全阀改造效果图

2.3.2液压安全阀增加液位计采用有机玻璃液位计，液位的高低通过玻璃管显示出来，液位计上用红色标出最适液位。有机玻璃液位计具有高度透明度，便于观察；机械强度高，坚固、防裂、防震、防漏；耐候性强，使用寿命长等优点。在液压安全阀的一侧开2个直径10mm的圆孔，安装液位计。安装液位计目的：观察液封油液位，测算油气挥发凝结水积液高度。

2.3.3液压安全阀增加补油管和排液管及快开球阀在液压安全阀的另一侧开一直径20mm的圆孔，安装补油管，补油管上方加防尘丝堵，防止灰尘落入并起密封作用；在液压安全阀底部开直径20mm的圆孔加装不锈钢管和快开球阀来完成排液［3］。排液管排液也可以排察是否有油气挥发凝结水结冰现象，确保液压安全阀排气通道畅通。

2.3.4液压安全阀改造效果液压安全阀改造后：观察液封油液封高度方便，补加液封油轻松，排泄液封油流速可控，防止环境污染，减少操作员工数量，增强操作安全性，提高工作效率，符合HSE工作要求标准。

2.4思维定式隐患的解决

2.4.1液压安全阀思维定式隐患形成的原因安全研究发现：事故成因可以分成两类，一为不可抗拒因素，二为人为环节的因素，人为因素已经占到事故原因的80％。苏里格第三天然气处理厂2009年氮封改造至今，罐区没有发生事故，员工对罐区的风险意识下降，认为罐顶氮气保持微正压，罐体氧含量在2％～3％，数值远达不到储罐所含低碳烷烃爆炸所需的氧含量，炸罐的概率下降，继而对氮封阀、液压安全阀失灵的风险考虑不周，1989年扬子石化歧化进料罐罐体炸裂，原因就是机械呼吸阀卡死，氮封阀失灵，液压安全阀没有设置。

2.4.2破除液压安全阀思维定式隐患先从液压安全阀的工作原理着手，清楚液压安全阀作为呼气阀的重要作用，破除思维定式（见图2）。

图2　液压安全阀工作原理

图2（a）是罐内常压状态，内外环的液封油等高；图2（b）是罐内成正压状态，罐内气体通过中心管的内环空间，把油挤入外环空间，若压力继续升高，内环油面和中间隔板下缘相平时，罐内气体通过隔板下缘逸入大气，使罐内气压不再上升；图2（c）是罐内成负压状态，外环空间的油封降低被大气压入内环空间，外环油面到达中间隔板下缘相平时，空气进入罐内，使罐内压力不再下降。液压安全阀的工作原理可以理解为保持罐内外气体压力平衡，呼吸气平衡。苏里格第三天然气处理厂罐体氮封改造后，氮封装置缺少泄氮部分，氮封阀作为吸气阀，液压安全阀作为呼气阀（吸气功能暂不考虑，因为分析的是液压安全阀，假定机械呼吸阀不工作，便于讨论），氮封阀和液压安全阀保证罐体内外压力动态平衡。氮封的关键工艺是通过储罐呼、吸气阀随储罐气相压力的变化，自动开启和关闭来控制储罐气相空间氮封气压力，使之稳定在安全设定压力范围内，达到隔氧保护储罐的目的［7］。因此必须重视液压安全阀作为呼气阀的功能。

2.4.3确立液压安全阀思维新模式液压安全阀是罐体压力保护系统的最后一环，保证它的完好是必要的，但应将它纳入压力保护系统整体考虑，确保氮封阀、机械呼吸阀、液压安全阀完好，实现全过程可控，同时建议在罐顶设置压力远传，风险意识前置，实时监控罐内压力。

3　结论

（1）选择25#环烷基变压器油，在气温低于-30℃时变压器油不凝固，确保液压安全阀的通气通道畅通。

（2）简化后的液封油高度公式便于员工对液封油高度的定量，实现标准化作业。定量的液封油既能保证液封效果，又能减少喷油造成的安全隐患。

（3）液压安全阀技术改造后，降低员工操作强度，方便员工对液封油的观察、灌装、更换，同时为油气挥发凝结水结冰提供一个新的观察途径。

（4）重视液压安全阀的呼气泄压功能，从整体考虑罐体压力保护系统，建议罐顶设置压力远传，做到全过程实时监控。

［1］石油化工储运系统罐区设计规范.SH/T3007-2014［S］.北京：中国石化出版社，2014.

［2］石油储罐附件.SY-T 0511.2-2010［S］.北京：中国石化出版社，2011.

［3］刘海涛，刘孟华.石油储罐液压安全阀运行中存在的问题及改进措施［J］.储运安全，2012，12（10）：49-50.

［4］陈建雄.油罐常用安全附件的维护与保养［J］.物联网技术，2012，（10）：54-56.

［5］常武权.储罐液压式安全阀密封液外溢原因分析［J］.安全，2013，（10）：37-38.

［6］乔桢遴.储罐液压安全阀液封高度的计算［J］.油气储运，2003，22（5）：24-26.

［7］李勇.内浮顶凝析油罐氮封系统工艺改造［J］.石油与天然气化工，2009，38（5）：406-408.

Safety inspection and optimization measures of hydraulic
safety valve in tank area

BAI Jianxiong1，HU Jingping2，DU Jinglei1，WANG Tie1，CHAI Xingjun1

（1.Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710000，China；2.NO.9 Safety and Environmental Protection Supervision Station of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710000，China）

Hydraulic safety valve is the important equipment which can improves the safety of storage tank，if mechanical breathing valve was failed，it will security seal the tank and prevent it from damaging.Under the control of the funds，take multiple optimization test of hydraulic safety valve and suggest 25 naphthene base transformer oil is used in the extreme low temperature，simplify the existing formula for seal height of liquid oil，calculate the best adding amount，save energy and reduce consumption，carry on the transformation to the hydraulic safety valve，reduce working intensity of personnel and ensure top tank clean，promote awareness the accident of hydraulic safety valve leak on the cognitive pressure equipment to staff，it is recommended to install the remote transmitting pressure at the top of the tank and risk awareness and real-time monitor pressure of the tank.

hydraulic safety valve；naphthene base transformer oil；formula for seal height of liquid oil；multiple optimization

TE972.1

A

1673-5285（2016）08-0138-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.032

2016-07-18