油罐钢制浅浮盘沉盘原因分析及预防

万焱明，黄伟良

(中国石化长岭分公司，湖南岳阳 414012)

储罐内浮盘是一种通过浮力使之随储罐液面升降而升降的覆盖在液面上的节能环保设备。由于浮盘与油品液面之间几乎没有油气空间，基本消除了油罐大呼吸损耗，同时降低了大气与储存油品的热传导，有效减少了油品的蒸发损失。

国外从20世纪50年代开始建造内浮顶油罐。国内直到1978年才开始试制浅盘式内浮顶油罐。据报道，浅盘式内浮顶油罐出现了一系列问题，其中最主要的是沉盘问题。近年来，储运系统汽油、轻污油罐的浅浮盘均出现过沉盘现象。本文分析134#罐沉盘原因，并提出预防措施。

1 沉盘事故简介

1.1 基本情况

汽油罐区134#罐于2015年8月在收油过程中出现浮盘沉盘。134#罐建设投用于1985年，罐壁为对接方式，直径17 m，罐壁高16.8 m，浮盘为钢制浅浮盘，密封装置为囊式密封，后改为充液密封。原设计储存介质为汽油，后改储汽油组分非芳烃。

1.2 沉盘经过

2015年8月18日14∶20，134#罐雷达液位计出现故障，18日至28日液位计故障原因一直未排查出来，遂实行人工检尺计量。28日15∶20，仪表人员和车间技术人员到134#罐罐顶维修雷达液位计时，发现罐顶安装雷达液位计的导向管处(检尺口对侧)发生变形，导向管上端倾斜约30°，罐顶局部凹陷，打开透光孔检查，发现浮盘沉没。通过检尺核对，此时油品的实际液位是7.2 m，测量到浮盘上方约有5 m的液位。

1.3 设备设施损坏情况

清罐后，进罐检查、测量，损坏情况如下：浮盘下沉至罐底部，处于倾斜状态，部分支腿被浮盘压弯；罐内壁与浮盘边缘板有明显的摩擦痕迹；导向管与浮盘导向轮有明显的摩擦痕迹，并且有一个导向轮脱落，见图1；经测量，其中一根φ159 mm×6 mm的导向管在9.37 m高度处弯折变形最严重，见图2；浮盘密封橡胶皮局部外翻。

2 沉盘原因分析

2.1 浮盘浮力核算

图1 导向轮损坏

2.1.1浮盘的结构及基本参数

浅浮盘主要由浮盘面板、边缘板及加强角钢、泡沫挡板、加强筋板、浮盘支腿、人孔、呼吸阀、导电绳等部分组成。134#罐浅浮盘的结构示意见图3，基本参数见表1。

表1 134#罐浮盘基本参数

2.1.2浮力核算

2.1.2.1原始设计的浮力

原设计储存介质为汽油，汽油密度ρ汽油=735 kg/m3。

根据浮力计算公式：

F=ρ×g×V

Gg+f=ρ×g×S×h

式中：F——浮盘产生的浮力，N；

ρ——介质密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

V——浮盘排液体积，m3；

G——浮盘及密封的总重量，N；

f——浮盘密封与罐壁的摩擦力，N；

S——浮盘截面积，m2；

h——浮盘边缘板浸入液体中的深度，m。

该罐原设计的浮盘密封为囊式密封，囊式密封重量：155 kg。

囊式密封的填充物为海绵，浮盘运行时囊式密封与罐壁的挤压力较小，密封与罐壁的摩擦力按浮盘及密封重量的1%计算。

计算得，设计浮盘吃水深度h≈72 mm。边缘板仍有208 mm高的余量。

2.1.2.2储存介质及密封变更后的浮力

2010年油罐大修时更换为充液密封。充液密封丁腈橡胶重量：370 kg；工业盐：50 kg；充液软管尺寸：φ280 mm，介质为水(充水量为70%)，计算得软管内充水重量为：2 262 kg。

非芳烃密度ρ非芳烃=672.7 kg/m3。

充液密封的填充物为食盐水，浮盘运行时食盐水对罐壁产生较大的挤压，密封与罐壁的摩擦力按浮盘及密封重量的10%计算。

计算得，更换为充液密封后，储存非芳烃，浮盘的吃水深度h≈104 mm。

改变储存介质和浮盘密封后，浮盘吃水深度为104 mm，浮盘仍有176 mm余量，正常运行不会导致沉盘。

2.2 浮盘腐蚀穿孔分析

根据开罐检查情况，浮盘面板及边缘板无腐蚀穿孔现象，可排除浮盘因腐蚀穿孔、油品浸入浮盘顶而导致的沉盘。

2.3 工艺分析

2.3.1浮盘低位运行情况

通过查阅134#罐的操作记录，近3个月来该罐无低于浮盘工作档位运行的情况，排除低位运行导致浮盘损坏的可能。

2.3.2工艺操作情况

14日12∶10该罐开始收乙烯料和非芳烃。8月18日14∶00停止收油。8月18日～28日付油调合，28日下午发现沉盘。134#罐收付油动态见表2。

表2 134#罐收付油作业

根据表1和DCS系统中雷达液位计记录，134#罐于18日14∶01停止收非芳烃、乙烯裂解料，液位计趋势图正常，显示液位为10.17 m。14∶20左右134#罐在静止状态下突然出现液位异常，并且液位计显示值快速下降，此现象与油罐导向管在9.37 m高度处明显弯曲基本吻合。说明此时浮盘失稳，在自重作用下，倾斜、快速下坠，导向管在外力作用下弯曲变形，雷达液位计的导波绳与导向管接触，导波传输异常，液位计出现故障。

16日14∶01至18日14∶01，134#罐在继续单独收乙烯裂解料时，液位从8.341 m上升至10.17 m过程中，由于组分中携带大量气相，气相在罐内气化严重，气体携带液相，形成泛液。由于浅浮盘边缘板余量只有176 mm，泛液容易喷溅到浅盘上，随着泛液的积累，导致浮盘失稳、下坠。

2.3.3浮盘液泛的形成

据文献报道[1，2]，液泛是引起钢制浅浮盘沉盘的主要原因。

所谓液泛，是指油品从炼油装置输送到常压罐中压力降低，使得原来的相平衡破坏，在油罐内达到新的平衡，产生大量油气，特别是当油品中携带气相或极易挥发的液化烃类时，气体积聚在密封装置与罐壁的空间中，聚集的气体压力达到一定值时，气体夹带油品，通过密封与罐壁之间的缝隙，喷溅到浮盘顶上而形成的积液。

油品组分越轻，特别是含有C5以下的组分时，越易形成液泛，并引起浮盘的上下颠簸。当浮盘上的积液达到一定的重量时，浮盘浮力不够，浮盘失稳，导致下落而沉盘。液泛的形成见图4。

图4 内浮顶液泛形成示意

3 防范措施

3.1 浅盘式内浮顶油罐的升级改造

钢制浅浮盘由于自身没有浮力元件，仅依靠浮盘面板及边缘板组成的空间浸没在液体中产生浮力，且浮顶上容易因液泛而积液，其抗沉性和抗液泛性差，因此该类浮盘容易出现卡盘、沉盘等现象。根据《石油化工企业设计防火规范》，储存甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶罐。油罐选用浅浮盘已不符合规范要求。目前储运系统仍然有15台钢制浅盘式内浮顶罐在使用(其中三苯罐区6台正在改造)，应逐步更换成金属浮舱式内浮顶罐。五垅轻污油罐、134#罐的浮盘陆续改为浮舱式浮盘后，运行平稳。

3.2 生产运行管理

a)监控油品理化指标。主要检测油品蒸汽压、温度，防止油品在罐内产生液泛。装置轻质油应监控蒸汽压(C4含量)，40℃的蒸汽压不应超过88 kPa；多组分物料进罐时，应根据各组分蒸汽压情况，合理安排好进罐工艺介质的数量和方式，应尽量减少C5组分进罐，杜绝C4组分进罐，同时轻质油出装置温度不应大于40℃，严防储罐超压运行。储罐的介质不应随意变更，因密度的变化，带来浮盘浮力的变化。氮气等介质扫线，禁止从底部进罐。

b)控制油品进出罐流速。通过控制油品进罐流速，一方面使得浮盘平稳升降，降低浮盘卡盘的风险；另一方面避免油品在罐内搅动，减少油品挥发。浮盘起浮前收油管道流速不应大于1 m/s，起浮后收付油管道流速不应大于4.5 m/s。

c)控制浮盘运行高度。内浮顶储罐正常操作时，最低液面应高于浮顶的支撑高度，最高液位应低于油罐的安全高度。油罐应增设高、低液位报警设施。

3.3 设施改造

a)浮盘密封的改造。由于充液密封的效果优于囊式密封，近几年得到了快速推广。但是充液密封将增加浅浮盘重量的20%左右，因此不建议将囊式密封更换为充液密封，以减少沉盘的风险。

b)罐内增设扩散管。在罐内收油线上增设扩散管(见图5)，扩散管尽可能往罐底中延伸，扩散管的直管段的两侧和上下开一定数量的小孔。油品流经扩散管，可均匀排出油品中夹带的气体，同时可降低进罐流速，减轻对浮盘的冲击。

图5 罐内收油线扩散管示意

c)定期检验。钢制浮盘应定期检查、检验，及时修复缺陷，防止因渗漏、浮力不够而沉盘。

3.4 日常检查

a)投用前的检查。油罐、浮盘检修后，应加强对浮盘附件的检查，特别是浮盘支腿应调整到位，上下运行灵活，插销安装牢固，可避免由于支腿问题导致浮盘倾斜、沉盘。曾经发生过因浮盘支腿调整不到位，而出现浮盘卡盘、沉盘现象。

b)投用中的检查。生产岗位应每季度对浮盘运行及密封装置进行一次检查(最好安排在浮盘高位时检查)，发现浮盘上有积液、密封破损等情况，应清罐检查，避免沉盘而造成的损失增大。

4 结语

浮盘的平稳运行，关系到油品降耗，以及安全生产、环境保护、员工健康。浅浮盘由于结构缺陷，易发生沉盘事故，应逐步更换为浮舱式浮盘等性能优良的产品，同时加强生产运行管理和日常检查，完善高、低液位报警装置，以实现浮盘的长周期安全运行。

5 参考文献

[1] 洪锡彬.推荐两种钢制内浮顶油罐新结构[J].石油商技，1988(3):25-28.

[2] 李子军.稳定汽油罐宜选用环舱式钢制内浮盘[J].油气储运，1998，17(1):19-21.