双盘式外浮顶储油罐中央排水系统的选用与失效管控

焦斌，杨新林

（国家管网集团西部管道有限责任公司新疆输油气分公司，新疆 乌鲁木齐 830011）

1 基本情况

外浮顶储油罐是石油企业中广泛使用的油品储存容器，由于油罐上部是敞开的，雨雪直接降落到其外表面，为防止雨雪从浮船密封处渗入油罐内或对浮船造成威胁，均设置了专门的排水机构，通称浮顶中央排水系统或中央排水管。由于排水系统位于油罐内部，平时无法检测，且在生产运行过程中难于监控，一旦出现油品渗漏情况，无法单独维修，此时油品会流入雨排系统，污染环境，并且产生严重的安全隐患。如果排水系统出现泄露，就要进行清罐维修，这样不但浪费了大量的资金，而且影响到生产计划，降低了罐区的储存能力。因此，作为浮顶罐的关键设备，对于中央排水管的选用就显得尤为重要。国内传统的大型外浮顶油罐一般采用的中央排水系统有分规式与全软管式两种[1]。目前鄯善原油罐区所采用的就是以上两种中央排水系统。文章将通过对两种排水系统进行分析比较，来分别讨论不同类型的排水管在原油储罐区内的适用性与失效管控措施。

鄯善储备库罐区共有28具储罐，所有储罐在建成初期均采用分规式中央排水系统。储备库目前采用常温输送方式运行，为了实现常温输送的目的，需将上游输来的塔里木油、北疆油、吐哈油和哈国油按不同比例进行掺混，以降低其中物性较差油品的凝点，达到能常温输送的目标。因此储罐间的收发油操作非常频繁，油品掺混用罐年升降次数在41次左右。多次的升降，加上转油或自循环时罐内旋喷搅拌器的冲刷作用，造成多个储罐的分规式中央排水管连接位置处金属软管发生疲劳撕裂，其中8具因分规式中央排水管破裂更换了全金属软管式中央排水管，其余均还采用分规式。例如：2015年9月运行人员在巡检中发现G1 001罐东侧中央排水管漏油，当年随即对G1 001罐进行了清罐大修，修复了中央排水管。2 019年4月中旬，G1 001罐在并未到达大修周期的情况下，运行人员在例行巡检过程中，又发现G1 001西侧中央排水管渗油。失效原因为中央排水管底部托架未满焊，长期收发油以及储罐自循环时分规式中央排水管下落错位，将未满焊的支座压偏，使其偏离原有的轨道，对排水管本体进行拉伸从而导致中央排水管软管破裂，出现漏油事件，在此次大修时G1 001罐更换为全金属软管式中中排水管。鄯善罐区计划外清罐台账如表1所示。

表1 鄯善罐区计划外清罐台账

2 浮顶储罐中央排水系统的选用

2.1 分规式中央排水管特点

分规式中央排水系统，其特征在于有上折管和下折管结构，上折管通过上铰链座活动连接在浮船上，下折管通过下铰链座连接在罐底，上折管和下折管通过齿轮箱连接，上折管和下折管的侧壁分别通过多根复合金属软管从旁路连接而成。其优点为：工作运行平稳，具有恒定的运行轨迹[3]。易损处为复合金属软管，当复合金属软管失效或破损时，可以进行局部更换，而不用整体更换。相比全柔性金属管而言对流体的滞留影响小[1]，根据专业流体力学分析软件Fluent仿真计算，同规格的分规式排水管比全柔性管效率高出18%。其缺点为：（1）结构复杂，静密封点多，任何一个连接点出现泄露，都会带来失效风险。（2）安装不规范容易应力集中、各紧固点易造成疲劳损伤。（3）质量过大，力臂较长，局部受力过载。（4）转动部件易损，对转动部件的机械性能要求较高[3]。（5）启旋喷时流体冲刷过程中易横向偏移造成法兰撕裂引发泄露。（6）易腐蚀穿孔，缩短使用寿命。

2.2 全柔性中央排水系统特点

全柔性中央排水系统直接采用软管制成排水管，软管可分为橡胶等非金属软管和金属软管两种。整个排水系统仅有两个法兰接口，且不受浮盘漂移的影响，泄露的可能性小，排水系统结构简单，运行可靠，对浮盘几乎没有作用力[1]。其优点为：结构简单、无应力集中、质量较小、静密封点少、使用寿命长、不易造成腐蚀穿孔[3]。缺点：（1）原油在进行收发油作业时，储罐内原油会造成涡流，使其轨迹具有不确定性，需增加配重块来增加其质量。（2）需防止浮船下落时浮船支柱穿刺在全柔性中央排水管上，需在中央排水管周围浮船支柱加装马鞍形支护，防止浮船支柱直接伤害的全柔性中央排水管。（3）成本较高，相对于分规式同规格的全柔性排水系统成本是分规式的2倍。

2.3 浮顶储罐中央排水管的选用

无论是分规式还是全柔性软管式中央排水管，一旦泄漏都无法及时排放雨水，且无法单独进行修理，只能通过储罐大修对其进行维修或更换，届时储罐也只能退出运行等候大修，降低罐区储输能力，给运行带来不必要的损失。且储罐的大修周期较长，费用也很高，中央排水管的失效会额外增加大修频次，因此中央排水系统的可靠性对于储罐运行至关重要。对于操作频繁升降次数较多、降水量较大的地区宜采用全柔性软管式排水管，对于操作少升降次数较少，干旱地区的罐区宜采用分规式排水管。

3 中央排水管的失效与管控措施

3.1 鄯善储备库中央排水管失效原因

3.1.1 运行原因

鄯善原油站自采用掺混常温输送以来，各储罐间操作频繁，浮盘升降次数多，掺混外输罐如无特殊变化，一般不做变动。例如:G1 001罐、G1 004罐、G1 005罐、G1 006罐等均为油品掺混用罐。根据发油运行情况，全年365天，每月计划停输2～3天左右，全年外输大约335天左右，每天平均发送约48 000 m³，每罐掺混量为80 000 m3，这样算来平均一年掺混罐浮船起伏大概在201次，按平均5个掺混罐计算每个掺混罐浮船一年起伏大约41次。近年来统计数据发现，凡是出现分规式中央排水管泄露的罐基本都是操作频繁的掺混罐。由于掺混罐浮船起伏次数较多，中央排水管在罐内随浮船频繁升降使其局部发生疲劳，缩短了使用寿命。掺混罐经常需要启自循环，启旋喷搅拌器时原油在罐内产生较大涡流，会对中央排水管造成扰动和冲击，产生的横向应力增大了发生疲劳损伤的风险。

3.1.2 设备本体原因

首先，分规式中央排水管结构复杂，法兰连接位置较多，连接处的金属软管强度不足，浮船上下起伏时，中央排水管局部应力增大，发生水平方向的扭转或者剪切，容易发生撕裂。其次，排水管内局部雨水无法排出，长时间浸泡，易腐蚀穿孔是失效的第二大主要因素。

3.2 失效管控措施

（1）储罐外部排水阀按照操作规程应当保持全开，但是如果中央排水管破损泄露，巡检人员没有及时发现，储罐中大量原油将会从排水阀泄漏，对环境造成污染。鄯善地区干旱少雨，为了防止泄露大量的原油，现将罐区排水阀开度从全开调整至10%的开度，即使中央排水管泄露，也不会造成太大的损失。此方法只适用于干旱少雨地区。（2）修改转油和自循环操作规程。根据计算，液位大于5 m时，旋喷射流和罐壁环向动压对排水稳定性的影响较小，旋喷开启液位高度应控制在5 m以上，因此将旋喷搅拌器从最初的2.5 m以上启动调整至液位低于7 m不得启旋喷搅拌器[2]，减少涡流对排水管的冲击作用。（3）巡检人员严格执行巡检规程，做到按时按点认真巡检，加强现场巡检管理，组织修订储罐巡检卡，使其具有更强的现场指导性等。（4）在罐外排水口位置安装可燃气体报警仪，一旦泄露可以及时报警，采取管控措施。

4 结语

中央排水系统是储罐必备的一个附件，一旦损坏储罐在运行中无法单独进行维修，储罐只能退出运行，等待大修处理，这就相当于额外增加了储罐的大修次数，同时也会影响到生产运行计划。通过上述比较，全柔性中央排水管在储罐运行中的适应性、耐用性和安全性方面都要优于分规式中央排水管，可根据具体运行情况采用合适的中央排水系统。