浅谈钢制氮封储罐泄漏防治措施

吕 朋，丁少军

(中国石化北海炼化有限责任公司，广西北海 536000)

在石油石化行业，油品泄漏普遍存在于生产、加工、储运乃至销售各个环节。作为炼油厂储存油品的储罐，特别是介质易挥发的轻质油罐，由于其存储量大，具有易燃易爆、有毒有害的特性，一旦发生泄漏着火，后果往往十分严重，必须加强安全管理。中国石化北海炼化有限责任公司(以下简称“北海炼化”)通过及时处理储罐运行中产生的泄漏点，并通过强化储罐日常管理的办法来预防泄漏，取得较好效果。

1 氮封储罐概况

北海炼化现有氮封储罐20座。其中低压拱顶罐4座，2座3 000 m3，2座2 000 m3;内浮顶储罐16 座，7 座 5 000 m3，2 座 3 000 m3，3 座 2 000 m3，4 座 1 000 m3。

2 油罐泄漏点的处理

众所周知，氮封内浮顶储罐相对于拱顶罐、无氮封内浮顶罐来说，泄漏是最小的，但还是存在由于设计、施工、管理不当及储罐“大、小呼吸”等造成的泄漏。2012年初北海炼化投用以来，在储罐运行过程中，发现不少泄漏点，现将处理情况介绍如下。

2.1 氮封储罐罐壁与消防泡沫管连接法兰处的泄漏处理

在氮封储罐投用初期，储罐罐壁与消防泡沫管连接法兰密封面产生泄漏，罐壁涂层被泄漏气体喷成黑色(图1)，分析原因，罐壁为弧形，泡沫管法兰密封面为平面，配合面差异造成泄漏。根据储罐不能清罐以及清罐不经济等原因，不能采用动火补焊处理，采用某公司双组分环氧基高分子复合材料进行粘接补漏，有效封堵漏点，材料具有强度、塑性好、抗压、耐腐蚀、耐紫外线、耐高温、固化时间短(约2 h即可投入使用)等特点，封堵后效果良好，4～5年未出现泄漏。对于到期清罐的储罐，北海炼化认为消防泡沫管与储罐连接无需拆卸，于是利用清罐时机，将消防泡沫管连接法兰与储罐罐壁密封面进行密封连续焊接处理，彻底消除漏点。

2.2 呼吸阀泄漏处理

根据调研，目前国内绝大多数厂家生产的储罐呼吸阀、紧急泄放人孔都不符合要求，都存在通气量不足，正负压阀盘密封面有严重漏气现象，更有严重者设备本体密封面存在泄漏以及本体存在铸造缺陷有砂眼等。呼吸阀、紧急泄放人孔到使用单位后，一般不进行检验(检查呼吸阀正负压阀盘及各密封部位密封性，验证正负压阀盘开启压力是否符合设计要求)就投入使用。北海炼化在储罐投用时，发现部分呼吸阀不能正常工作，检查后发现呼吸阀入口防尘盖未拆直接安装在储罐上，导致入口堵塞不能呼吸(图2)。

图1 泡沫管与罐壁连接泄漏

图2 呼吸阀防尘盖未拆

拆除防尘盖后，发现呼吸阀在开启压力范围内都存在漏气，于是将呼吸阀、紧急泄放人孔送到检验单位检验，发现呼吸阀、紧急泄放人孔在开启压力范围内任意压力下都存在泄漏，无法保压。通过通气量试验，通气量偏小，无法保证储罐通气量。仔细检查阀体(铸铝)外观，发现部分呼吸阀有砂眼。于是北海炼化对所有呼吸阀、紧急泄放人孔进行全部更换，呼吸阀、泄放人孔到货后，严格验货，检验合格方可安装使用。更换后，全部消除因呼吸阀、泄放人孔造成的泄漏。

比较新、旧呼吸阀，新呼吸阀通过在本体两侧开通气口，加大总出口截面积，保证通气量;原不合格呼吸阀阀座密封面是在阀体上车削加工，与阀体成一体，由于铸铝材质偏软，且铸造时存在气孔、夹渣等缺陷，不能将密封面车削得很窄(图3)，密封面平整度、光滑度也很难保证，所以阀盘密封面与阀座密封面贴合不好而泄漏。新呼吸阀对阀座密封面进行改进，选用304不锈钢加工密封座，彻底解决铸铝难以加工产生密封不严的问题，密封座加工完成后，用专用粘接剂粘接在呼吸阀内(图4)，同时要求阀座密封面要车削得尽量窄而锋利，这样与阀盘密封(阀盘密封面也用砂纸做了打毛处理)配合时几乎形成线接触，在阀盘重力下，接触良好，密封严格。

图3 不合格呼吸阀阀座密封面宽而钝

图4 新呼吸阀阀座密封面窄而利

2.3 切水器切水带油泄漏处理

目前石化行业轻质油品储罐均采用机械式切水器。切水器安装在油罐下部，由壳体、进出口阀以及自动控制装置组成。在壳体上部设有进水口，下部设有排水口，内部有一浮球通过连接杆与另一端的排水阀相连接。利用阿基米德定律、杠杆原理和充满液体的容器内部压力均匀的原理，依靠浮球在油水介质中的浮力差，使浮球上下运动，通过高灵敏度杠杆系统对获得的浮力差进行倍率放大，实现控制排水阀开启和关闭，从而达到自动运行。排水完成后能自动关闭，不需要人工干预，不消耗能源，不存在防爆问题，既保障了生产的安全运行，也减轻了工人的劳动强度和对环境的污染。

但机械式切水器对密度与水非常相近的油品(如直馏柴油、轻污油等)，就会造成脱水带油现象，造成油品泄漏。针对这种情况，北海炼化采用智能传感器式切水器来解决。智能传感器切水器采用先进的传感技术，检测介质密度和粘度的微小差异，从而定性地检测水中的油含量，传感器检测到油不切水，反之切水。并且能自动适应温度的变化，消除温度对密度和粘度的影响，又有效地防止切水带油。为加强切水可靠性，北海炼化智能切水器采用双传感器、双阀门控制型结构，设定程序控制，只有两个传感器未检测到油才切水。

无论机械式切水器，还是智能传感器切水器，对于水包油的油品，均无能为力，均无法避免切水带油。为有效避免切水带油，北海炼化采取白天切水，夜间停止切水，生产有特殊需求可安排夜间切水，但无论白天还是夜间切水，均安排专人看守，切水不离人，切水完后停用切水器。

2.4 储罐边缘板外部与基础圈梁之间的预防泄漏处理

储罐建成后，罐底板边缘板与混凝土基础圈梁之间存在缝隙，裂缝的大小会随着储罐的运动变化不断地膨胀与收缩，结果给外界的一些腐蚀介质如雨水、露水等的侵入提供了一条通道，这些腐蚀介质日复一日地入侵，由于缝隙很小，水分不易挥发而长年积存于底板与基础之间，从而发生严重的电化学腐蚀，最终导致底板的锈蚀穿孔。由于这种腐蚀发生在罐底与基座之间，不易观察，容易被人们忽视，也是最危险的。据有关调查资料分析，在油罐腐蚀中，底板腐蚀占80%;在底板腐蚀中，底板下腐蚀占60%;在底板下腐蚀中，边缘板下腐蚀占60%。可见，底板的边缘板腐蚀是油罐失效的主要原因之一[1]。事实上，调查统计数比实际发生数还要低。所以，加强油罐底板边缘板的防腐，对于提高油罐的使用寿命，减少油罐底板泄漏事故发生率至关重要[2]。

因此，需要对储罐底部边缘板进行防护处理，切断上述的入侵通道，有效防止环境因素等从储罐底部四周入侵，达到保护储罐底板(特别是边缘板)，将其与水、大气等隔离的目的。目前国内的油罐底板防水的习惯做法是沥青灌缝或敷沥青砂，但投入使用后检查没有一例是成功的，也有用橡胶沥青或环氧玻璃布进行防水，但前者的耐老化性能差，粘接强度不够;后者的弹性差，使用后发生开裂、拉脱等现象，效果也都不理想[2]。针对这种情况，北海炼化采用CTPU罐底专用密封胶进行防腐处理，密封胶自身有良好的弹性、抗老化、耐腐蚀，同时与钢板和混凝土基础的粘接强度大，有效防止了罐底变形造成的罐底与基础的缝隙，防止了因罐底变形造成的罐底腐蚀。

2.5 内浮顶储罐装配式铝浮盘泄漏处理

目前大多数铝浮盘铺板搭接缝之间靠密封胶条来密封(图5)，在运行初期，一般2～3年内，效果良好，但随使用时间加长，密封胶条逐渐老化，失去密封效果，造成泄漏。利用清罐检修，北海炼化对泄漏严重的浮盘进行更换，新浮盘采用顶部为半圆形的、预先装有过盈装配螺栓的主横梁与特制压条配合来紧压铺板(图6)，无需密封胶条即可保证密封，不仅消除以往螺栓(或铆钉)与主梁间隙配合产生的泄漏，同时大大提高浮盘的使用寿命。同时新浮盘具有可拆卸性，能重复使用，经济性强。

图5 旧浮盘铺板的搭接

图6 新浮盘铺板的搭接

除此之外还有一种值得推荐的内浮盘——全接液蜂巢内浮盘，其主要特点是浮盘下表面为全平面，与介质全接触，消除气相空间(图7)，不仅安全可靠，而且大大降低挥发损耗。全接液蜂巢内浮盘由多个浮盘模块单元(蜂窝箱)组成，模块内部放置铝制蜂窝巢(每平方米超过2 500个蜂窝孔，蜂窝孔相对独立且不连续)，模块整体密封，实现了独立的空间，即使受到穿刺性破坏，液体也只能进入单个蜂窝孔的空间，不会流入其它蜂窝孔内，不影响浮盘整体浮力，不会造成卡盘、沉盘。此外浮盘密封采用全接液密封，密封也无气相空间，同时对液位计管、量油孔管等多处进行密封处理，彻底消除浮盘泄漏。

图7 全接液蜂巢内浮盘与传统铝浮盘比较

3 储罐日常维护管理

a)加强对氮封储罐氮封阀日常维护保养。氮封储罐氮封压力系通过氮封阀调节，正常工作时，氮封压力低于呼吸阀、泄放人孔开启压力，使罐内大部分是氮气，保证罐的安全性，同时减少油品挥发。但氮封阀失效后(一般是向罐内补充氮气不停止)，导致罐内压力超过呼吸阀开启压力，造成泄漏(罐内是氮气与油气混合物)。这种情况一般都是氮封阀阀体夹渣，关闭不严所致，要及时解体清理。同时要经常清理阀膜引压罐上的过滤器，保证氮封阀正常工作。

b)切水器定期清理，呼吸阀定期检查检验。为避免切水器失效，切水带油，北海炼化制定“自动脱水器维护管理规定”，明确维护内容、周期，制度规定每3个月对用于污油、燃料油等类油品的脱水器进行一次开盖检查、排渣、排堵、清除油泥;每年对用于轻质油(汽油、柴油、航煤、石脑油等)的脱水器进行2次以上开盖检查、排渣、排堵、清除油泥。对长时间未清罐的储罐的脱水器，适当增加清洗维护频率。

每月对呼吸阀检查一次，在有物料动态作业(车船装卸、倒罐等)时，每2 h检查一次，主要检查阀体外观是否完好，正负压阀盘动作是否灵活，是否密封等。根据呼吸阀使用情况、入口阻火器清理情况，北海炼化把呼吸阀检验安排随同储罐清理进行，如运行中存在问题，另行安排处理检定。

c)储罐静LDAR挂牌及检测。对储罐阀门、人孔等静密封点统计、挂牌，形成台账，每年安排专人对各密封点用专门仪器进行检查，发现泄漏，及时处理。

d)储罐罐壁及顶部定期测厚。每年安排专业测厚单位对储罐壁及顶部进行一次腐蚀测厚，并将测厚数据录入EM腐蚀监测系统，及时分析了解储罐腐蚀情况，避免产生泄漏。

e)加强有毒、可燃气体报警仪、液位计维护管理，利用视屏监控加强管理。对有毒、可燃气体报警仪，安排仪表做好日常检查，每月抽查测试是否好用，每年做好定期检验。对于液位计，内操加强盯盘，发现异常，通过检尺比对，及时处理。利用视屏监控，实时观察储罐动态，加强储罐管理。

f)加强储罐巡检管理。除储罐日常检查外，要求各班组按印发的“储罐月度检查记录本”，每月、每年专项检查储罐运行情况，专业管理人员做好抽查、检查签名及考核工作。及时解决存在问题，保证储罐安全长周期运转。

g)规范岗位操作，加强储罐泄漏应急演练。严禁储罐超工艺指标参数运行，严禁超温、超压;严禁浮盘落底操作，消除静电引发爆炸泄漏的风险，同时减少油气组分挥发泄漏。针对新投用储罐，采取先用连通相邻储罐缓慢压油至空罐内，直到浮盘起浮后才开始改收装置来油。对于无备用储罐的油罐，收油时严格控制收油速度。定期开展储罐泄漏应急演练，训练班组对事故的应急处置能力。

h)做好消防系统维护工作，确保事故状态下可用。安排班组每周试运一次消防泡沫泵，每季度试运消防喷淋系统一次，并做好记录。

i)做好定期清罐检修、全面检查工作。定期清罐检修、全面检查不仅可以发现现有问题，加以整治，还为同介质储罐及下一次清罐提供依据，是预防储罐泄漏、着火、爆炸的必要措施。北海炼化编制了储罐定期清罐管理规定，针对不同存储介质的储罐，安排不同清罐检修周期，定期清罐，及时发现存在问题，及时消除问题，确保储罐完好，很大程度上可以避免因事故或腐蚀造成的泄漏。清罐主要是以检查储罐内腐蚀情况及铝浮盘损坏情况等为主要工作，如有损坏做好防腐及浮盘修复更换工作，消除因储罐腐蚀穿孔及浮盘密封不良造成的泄漏。

4 建议

a)管理好储罐要做好储罐设计、制造、安装、使用、维护、修理、改造、更新直至报废整个寿命周期的全过程管理。在设计阶段把控好设计图纸审查、设备选型及选材，在施工阶段监控好储罐焊接施工、防腐、浮盘安装等关键工序的质量，从源头上消除设备隐患。建议泡沫发生器消防泡沫管与罐壁连接方式采用连续焊接方式(图8)，确保连接处不产生泄漏。建议在资金充足的情况下，轻质油罐尽量安装铝浮盘，铝浮盘尽可能采用全接液蜂巢内浮盘，以减少挥发泄漏。储罐本体内外防腐，采取在所有动火作业完工后，现场喷砂防腐，除锈等级Sa2.5，防腐每道工序，相关单位联合检查确认签字，合格才进入下道工序，避免采用厂房预防腐;储罐盘梯附件采用热镀锌整体定制构件，不建议现场焊接制作，易产生防腐不到位问题。储罐呼吸阀、紧急泄放人孔要严格验收，检验合格方可投用。

图8 泡沫管与储罐采用连续焊连接

b)要加快储罐VOCs治理进度，尽快出台彻底治理方案。目前，虽然北海炼化采取一系列措施防治储罐泄漏，但是对于氮封储罐，储罐的大小呼吸也会导致罐内工作压力超过呼吸阀开启压力，向外产生泄漏(氮气与油气混合物);对于无呼吸阀的内浮顶储罐，储罐的大小呼吸造成的油品挥发泄漏更加严重。目前，环保要求日趋严格，已有多省开展VOCs排污收费征收工作。GB 31570－2015《石油炼制工业污染物排放标准》规定了石油炼制工业企业及其生产设施的水污染物和大气污染物排放限值、监测和监督管理要求。其中对非甲烷总烃的排放限值做了明确的要求。根据此要求，现有储罐多数达不到排放标准，如果不加以整治，在污染环境的同时，将会收取大量VOCs排污费，所以VOCs整治势在必行。但是目前国内成熟的VOCs治理方案还没有，建议加快储罐VOCs工艺处理的研究步伐，及早整治处理。