1、 本科毕业论文 （ 20 届） 浮顶油罐的安全问题及对策措施研究 所在学院 专业班级 油气储运工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 .I 英文摘要 .II 1 前言 1 2 浮顶油罐的安全问题 2 2.1 油罐内浮顶的塌陷事故 .2 2.1.1 问题的出现 .2 2.1.2 原因分析 .2 2.1.3 其他浮盘塌陷的产生原因 .2 2.1.4 浮 盘的塌陷危害 .3 2.2 储罐的腐蚀事故 .3 2.2.1 问题的出现 .3 2.2.2 腐蚀原因分析 .3 2.2.3 腐蚀的特性 .4 2.3 静电引发的爆炸事故 5 2.3.1 问题的出现 .5 2.3.2
2、原因分析 .5 2.3.3 油品产生静电的特性 .5 2.3.4 静电的危害 .6 3 浮顶油罐安全问题的预防措施 .6 3.1 静电的预防措施 .6 3.1.1 减少静电荷的产生 .6 3.1.2 加速静电泄漏 , 防止或减少静电积聚 .7 3.1.3 消除火花放电 .7 3.1.4 防止爆炸性气体的形成 .8 3.2 油罐腐蚀的预防措施 .8 3.2.1 选用合格的材料制作油罐 . .8 3.2.2 制定合适的焊接工艺 .8 3.2.3 对油罐进行有机防腐 .8 3.2.4 电极保护 .8 3.2.5 加强运行控制 .9 3.2.6 定期清理油罐 .9 3.3 浮顶油罐沉顶事故预防措施 .
3、9 3.3.1 增加导向管数量 .9 3.3.2 按最大风向两端布置导向管及量油管 .9 3.3.3 提高导向管 （或量油管）刚度 .9 3.3.4 在浮顶上加设定位环 . .9 3.3.5 在浮顶外隔舱上加设连通管 .10 3.3.6 设计封闭式隔舱 .10 3.4 浮顶油罐的优化设计 .10 3.4.1 单浮顶的结构设计改进 .10 3.4.2 大角焊缝的焊接方式 .12 3.4.3 油面控制 .12 3.4.4 浮顶油罐的罐壁设计 .12 3.5 安装液位监测系统 .13 3.5.1 传感器的设计 .13 3.5.2 主控系统设计 15 3.5.3 显示系统设计 16 3.5.4 储 油
4、罐液位检测系统功能 16 3.5.5 储油罐液位检测系统软件设计 17 3.6 油品计量的安全防护 .20 3.6.1 油品计量员的自身安全防护 20 3.6.2 设备安全防护 20 3.6.3 计量操作时的安全防护 20 4 结语和建议 .21 参考文献 .22 英文原文 .23 中文译文 .35 I 中文摘要 随着我国国民经济的高速的发展和战略石油储备体系的实施，我国石油的消耗量与进口量也有大幅度的增长；因此储备量也有相应地增加。石油的储备可以分为：企业类储备、商业类储备、战略类储备与资源类战略储备（即已探明的石油资源但暂不开采；从而保 存在地下以此来加以储备）四大类。除了资源类储备外；其
5、余的各类全都需要建设相应的储备设施；都离不开各种容量和类型的储罐。在原油和成品油储备设施工程中 ,受到普遍关注的是一种罐顶能随进油而升高 ,卸油而下降的大型浮顶油罐。 油库是储存易燃易爆物的场所 , 一旦遇到意外 ,可能导致严重的火灾爆炸事故 .油库建筑物的防静电 , 具有特殊性 , 因此 , 加强对油罐安全问题的研究 , 是油库安全技术研究的内容 , 也是保证油库安全生产的重要技术措施。浮顶油罐的安全问题及对策措施研究的目的 ,就是要针对浮顶油罐的特点 ,优化浮顶油罐的结构 ,采取切实可靠的措施 ,作到既安全可靠又经济合理。 【关键词】 防静电；浮顶油罐；设计规范；布置；浮盘；腐蚀，沉盘 I
6、I Abstract Once tank foundation failed, it can cause serious result. Because there aremany factors influencing the safety of tank foundation, and their mutuarelationship is complicated, to correctly identify thetrue failure causes in failure of tank foundation is anessential step in ensuring the saf
7、ety of large oil tank.Thispaper analyzes the failure causesof tank foundation based on Interpretative StructuralModel ISM,and establishes the logic relations between differenhierarchies by computing the achievedmatrix in Interpretative Structural Model. Thus it can help people identify the primary r
8、easons causing tank foundation failure. This article introduces the mechanism and installation of high level alarm on the loading arm, analyzes in detail the failures found during its installation and operation, and advances corresponding solutions, which can ensure the safe train loading of oil pro
9、ducts Each petroleum pump station is the long soul to lose the pipeline, if technology GuanWang is burstor oil is run to the valve seepage, and creating the all fronts to stop losing, can oil production be lost in the serious influence, and crude oil leaked can pollute the environment, and the handl
10、e in a single day is unsuitably, and can create the fire when serious, thereforewe must stop suppressing the pressure accident to occur in losing oilproduction. Keywords Tank foundation, Failure reason, ISM method,Analytic hierarchy process, Loading arm, High level alarm, Fault analysis, Suppressing
11、 the pressure, Runs oil,Occupy,Letting out flows 1 1.前言 我国现用的大型浮顶油罐（即一般容积在 5 104 m3 10 104 m3 之间为大型浮顶油罐；容积 10 104m3 的则为超大型浮顶油罐）的发展则开始于 20 世纪 70 年代。 1975 年，我国在上海的陈山码头首先建成了第一台 5 104m3 大型浮顶油罐，以后的各石油、石化企业也开始相继的建造 5 104m3 的大型浮顶油罐。因为材料等各方面的原因，国内的浮顶油罐的整体水平许多年都徘徊在 5 104m3 的水平上面。 1985 年，石油天然气管道局秦皇岛输油公司以技术与贸易
12、相结合的形式，从日本的新日铁株式会社总共引进了两台 10 104m3 的超大型的单盘浮顶油罐，并同时引进包括了设计，高强度钢板与成品部件以及施工技术等多方面技术。从此以后便拉开了我国自己建造超大型浮顶油罐的序幕；在秦皇岛，大庆，仪征，铁岭，舟山，大连，镇海，黄岛，宁波大榭以及燕山等地也相继建造了几十台 10 104m3 的超大型的浮顶油罐。 截止到目前为 止，我国超大型浮顶油罐的发展已经经历了四个阶段。第一阶段则为整套技术的引进；其中包括设计，高强度钢板，热处理成品部件以及相应的施工技术；例如20 世纪 80 年代的中后期在秦皇岛和大庆建造的两个 10 104m3 的超大型的浮顶油罐。第二阶段
13、则为国内自己研发的设计与施工；引进了高强度钢板以及热处理成品的部件； 20 世纪 90 年代在镇海，舟山，上海以及兰州所建造的 10 104m3 的超大型浮顶油罐。第三阶段则为国内自行研发设计，仅仅只引进高强度钢板，而焊后消除应力的热处理则在国内自行完成；例如 20 世纪末本世纪初在镇海，宁波 大榭，上海金山所投产建造的几个 10 104m3 的超大型浮顶油罐。第四个阶段则是从设计，高强度钢板与热处理全部都国产化，例如北京的燕山石化公司投产建造的 4台 10 104m3 的超大型浮顶油罐以及目前正在投产建设的某大型储备油库。经过上述的这四个阶段，我国设计与施工的水平有了很大幅度的提高。 200
14、3 年，茂名石化公司北山岭油库建造了两台 12.5 104 m3 的超大型浮顶油罐，其油罐的内径则为 90 m，罐高为 21.8 m； 2004 年，洛阳石化工程公司给湛江东兴炼油厂设计了 3 台 12.5 10 m3 的超大型浮顶 油罐，油罐内径为 84.5 m，罐高为 24 m。目前已经投产运行； 2005 年，由中国石化工程建设公司（ SEI）和洛阳石化工程公司（ LPEC）所联合设计的国内最大的原油储罐 15 104 m3 的超大型浮顶油罐（其内径为 100m，罐高为 21.8m）在江苏的仪征输油站建成，并且顺利的通过了水压试验以及中国石化集团公司的交工的验收，目前已经完全的具备进油条
15、件。这意味着我国超大型油罐的设计与施工已经跨入了世界的先进行列。 随着石油化工工业的发展，浮顶油罐的安全问题也得到了广泛重视，浮顶油罐的安全受许多因素影响。 浮顶油罐被广泛的使用，尤其是在储存汽，煤，柴，石脑油等各种高挥发性的油品方面。内浮顶油罐囊括了拱顶罐和外浮顶罐的所有优点，既最大限度地减少对油品的蒸发损耗，同时也避免了外浮顶油罐的浮顶暴露于大气当中，而被雨雪灰尘所污染，从而影响油品的质量。研究油品的损耗问题，也就是研究油品在低压容器之中储存与输转时的蒸发过程，也就是研究油品的蒸发性能和储油罐的结构限制油品蒸发损耗的相互联系。当然，能够引发浮顶油罐安全问题的还有浮顶油罐沉盘，浮顶油罐的防雷
16、防静电，浮顶油罐的腐蚀等等多方面的安全问题。下面我对其中的几个问题进行 了相应的研究。 2 2 浮顶油罐的安全问题 浮顶油罐是石油、化工行业中常见的储存易燃易爆得产品的装置，其设施的完善与否关系到厂内人员和厂区的安全，因此定期对浮顶油罐进行全面的安全检测，就可以及时的发现相关问题。 2.1 油罐内浮顶的塌陷事故 2.1.1 问题的出现 2008 年 9 月份，金陵石化分公司烷基苯厂对其中转车间的 D301 和 D302 两个油罐在进行开罐检查时，发现了以下几个问题： 罐底有大量的油泥堆积，平均油泥厚度高达 150mm，而且越远离进出油口处油泥就越厚。 D301 油罐浮盘的东北方向的支柱 倾斜折
17、断，其他的浮盘支柱则部分的倾斜，致使浮盘的东北方向大面积的塌陷，坍塌面积则约为浮盘总面积的 1 4， D302 油罐浮盘东南方向的支柱倾斜折断，其他的浮盘则支柱部分的倾斜，致使浮盘的东北面方向大面积的塌陷，塌陷面积约为浮盘总面积的 1 3。 浮盘的浮筒散落较为的严重， D301 油罐东北面的浮盘的盖板和 D302 油罐东南面的浮盘的盖板被撕裂。 浮盘的密封已经不能起到密封的作用，说明浮盘已经塌陷多年。 2.1.2 原因分析 发现浮盘的塌陷之后，调查人员对其进行了认真的调查与分析，总结原因如下： D301 和 D302 两罐从 2001 年建成投用到 2008 年清罐，已经连续使用了 7 年左右
18、，在这期间从未对其进行过清罐、检验以及浮盘的维护，罐底的油泥较多从而导致浮盘下落时失稳，这也是造成浮盘塌陷并且严重损坏的主要原因之一。 由于煤油比较的轻，密度也在 800kg m3 左右，含油气量比较大。在收发油的时候，由于油气的作用力，浮盘的摆动幅度较大，又由于该油罐收发油很频繁，使得部分的螺栓松动，从而导致浮盘连接处和支腿的卡子脱落，浮筒散落。 该浮盘最低的高度为 1.8m（浮盘的支柱高为 1.8m），正常操作时该罐液位高度不得低于 2m，但是多年以来由于操作的不当，液位也会有低于 2m 的情况发生。由于罐底的油泥分布极不均匀，浮盘的支柱触底会发生倾斜，从而导致下落的浮盘发生了倾斜，长此以
19、往造成了浮盘的塌陷撕裂。 还有就是浮盘的材料比较差。在检查中，检查人员发现浮盘所用的铝皮比较脆，这也是导致发生盖板被撕裂的原因之一。 2.1.3 其他浮盘塌陷的产生原因 2.1.3.1 浮盘变形 浮盘在罐内随着油品的收付，进行缓慢的升高与下降运动。在浮盘做上升的运动之时，浮盘在油面所受到的浮力为 F,但必须大于浮盘本身的重力 G 与浮盘运动时产生的摩擦 力 f之和，即 F G+f，浮盘的边缘板高则一般约为 300mm，浮盘的橡胶密封圈的厚度则为 250mm，3 宽度则为 150mm。 2.1.3.2 进油作业在罐内油品液位太低时进行 金陵石化分公司烷基苯厂的浮顶油罐均为轻质油品罐。调和作业时，
20、因为泵与有关的间距短，进罐油的压力和流量均比较大，油品经罐内喷嘴高速的向罐四周喷射，如果油品的液面比较低的话，那油品将能够直接冲至浮盘与浮筒的表面，对浮盘与浮筒的表面造成一定的损坏；同时，当油罐在进行调合作业时，罐内油面的波动起伏也会变的较大，浮盘摇摆，严重时浮盘会倾斜而塌陷。 2.1.3.3 浮盘立柱的松脱，失去支撑作用并对浮盘产生一定的破坏作用 5000m3 的油罐内浮盘立柱数量一般为 36 40 根，均匀的分布在浮盘的底部，以此来支撑浮盘用。立柱随着浮盘的上下运动，因为安装的原因，立柱的固定螺栓可能会发生脱落，如果一根立柱的固定螺栓全部脱落，那浮盘将会由于失去立柱的支撑从而导致受力不均匀
21、，导致浮盘变形，严重时，浮盘的一边或全部倒塌，从而造成塌陷；但如果是一根立柱的固定螺栓部分的脱落，那么支腿将极容易发生倾斜，对相邻的浮筒与支撑梁会产生一定的作用力，从而导致浮筒的撕裂进油，支撑梁的弯曲 变形，铝盖板被外力撕裂，严重时浮盘的一边或全部倒塌，从而发生塌陷事故。 2.1.3.4 油品的特性和状态对油罐的影响 除了浮盘结构保持不变，我们也应该保证进油罐的油品特性和状态的相对稳定性。如果油品直接进罐则有可能会产生一定的油品气化，在罐内有冒泡的现象。特别是在罐内油品液位较低时，油气化解的空间比较小，气泡在罐内向上化解时，势必会造成液面的波动，致使浮盘开始晃动，这样将很容易导致浮盘产生倾斜和
22、摇晃运动，从而导致导向钢丝处被卡住，并且损伤浮盘及其附件，严重时还会损伤浮盘，导致塌陷。 2.1.4 浮盘的塌陷危害 增大了油面的损耗。由于浮盘的塌陷，浮盘将无法浮在油面上随着油面的上下升降浮动，起不到减少油品蒸发损耗的作用。在收送油的过程当中，大量的油蒸汽通过罐壁的通气孔呼出，由此造成油品的大量损耗。 影响储罐的计量。由于浮盘的部分或全部沉在罐底，罐内的油品淹没了浮盘，并且浮盘占用了油品一定的体积，由此造成储罐的“假液位”，影响计量的准确率。 2.2 储罐的腐蚀事故 2.2.1 问题的出现 濮阳地区是我国国内原油的主要产区之一 ,自从原油储罐的投用之后 ,在油罐的内底板与底圈壁板 300mm
23、 以下的部位腐蚀情 况就变的十分的严重。在此以某一油库为例，该油库现在在使用的有 3 座 10000m3 的钢制浮顶油罐，在油罐大修期间分别对其进行了罐内底板与底圈壁板腐蚀情况的调查以及厚度的检测，然后再作喷砂除锈与防腐的处理。但是在大修后的 2 到 3 年，发现其中的两座油罐的罐内底的中幅板与边缘板已经被腐蚀穿孔，经过检查，罐内底板与底圈壁板 300mm 以下均都有不同程度的腐蚀。油罐腐蚀的问题已经严重的威胁到了油库的安全 ,它降低了储油罐的使用寿命，并且缩短了油库的原油周转期，从而导致生产管理和维修成本的增大。 2.2.2 腐蚀原因分析 4 在检测的过程当中，消减对油罐底部的基础和良好的外
24、保护层，详细分析油罐底部有没有发生腐蚀。在投用之前原罐底板内侧涂有无机富锌防腐涂料，同样对底圈壁板也进行了相应的防腐蚀处理。当我们发现油罐底板穿孔漏油之后，然后进行了清洗油罐并检查；在罐内底板和底圈壁板的 300mm 以下的部位发现有不同程度的防护层“气泡”，“起皮”和“脱落”等现象，严重的裸露的金属部位有腐蚀的坑点，用 2 镑重的手锤敲打即可将底板给“击穿”。在底圈壁板 300mm 以上的部位防护层基本完好。从对腐蚀情况的分析，储罐内底板和底圈壁板 300mm 以下的部位 的腐蚀产生主要有以下的几种原因： 2.2.2.1 原油 由于原油储罐中含泥沙和水，盐氧化混合物，含有氢和原油将存在氯离子
25、，硫酸盐还原菌和其他真菌硫化物腐蚀造成。 2.2.2.2 罐体原因 由于罐底的坡度采用 1.5%，会发生腐蚀大多在边缘板与中幅板搭接处的附近，从调查的结果来看待腐蚀，并在这个过程中，油罐将会受油流冲刷的运动速度以及方向的影响，一定程度上在油罐进油口一侧的圆弧半径上，腐蚀面积相当大，而且越来越严重。 2.2.2.3 施工质量 油罐在建设的过程当中，有隐蔽工程质量的缺陷，例如浮船 支架，加强板与罐底焊接时不完全焊接或没有进行真空泄漏检测，结果使得加强板和底板接触面，因无法实施有效的保护而造成腐蚀。 油罐外围的基础，是圈梁混凝土浇筑的，圈梁基础是由素土、砂垫层以及焦油砂垫层所组成的，但由于基础土的密
26、度尚未达到规范的要求，将会发生不均匀沉降在油罐投用时，雨水无法排出，从而导致油罐腐蚀。 在喷砂除锈的过程当中存在的局部地方清理不彻底，石英砂喷涂后不符合防腐涂料，涂料的规格和喷射速度未达到钢制储油罐喷砂除锈规程的要求，这出现在“气泡”，“剥离”和“脱落”的现象，进而导致腐蚀罐 内底板和底圈壁板 300mm 以下的部位。 2.2.3 腐蚀的特性 电化学腐蚀是油罐内底板腐蚀的主要特点，由于腐蚀性溶液和油罐底板的相互接触，原电池腐蚀发生在罐内底部的某些位置上；坑点腐蚀和其他多种形式的腐蚀现象，但随着时间的推移，将逐渐加速腐蚀的速度，将继续增加罐底腐蚀的面积率，腐蚀坑将加深，严重的时候会导致罐内底板穿
27、孔漏油。 2.2.3.1 酸性水溶液的电化学腐蚀 油罐底板一方面是由于质量的缺陷 , 可能会有一定数量的气孔和夹杂在板材内局部形成，另一方面受到外力的碰撞，从而导致一些硬伤产生在金属的表面，而在因 为一些防腐和除锈处理当中的某些质量的原因，油罐在生产投用后首先将会破坏局部的防护层，造成裸露的金属，由于油罐底部因油品中含有一定的水分以及温差等其他因素，当水分与油品中一定量的酸性物质结合之后，酸性溶液也就此产生。进而再与裸露的金属相作用，形成腐蚀电池，腐蚀也由此而产生。 2.2.3.2 微生物腐蚀 5 电化学腐蚀也包含硫酸盐还原菌以及其它细菌的腐蚀，罐底的无氧环境给这类腐蚀创造了非常有利的条件，由
28、于其适宜环境，极易生成硫酸盐还原菌，从而引起了线状或针状的细菌腐蚀。 2.2.3.3 氢损伤 在腐蚀的过程当中，溶 解后的金属离子水解产生氢离子，氢离子还会渗透和扩散向金属或金属与涂层之间，从而使一部分氢离子渗透到金属的晶格之中，而另一部分会积聚在金属缺陷内，形成氢分子且不容易释放出来，从而导致了金属脆化，渗透到金属与涂层之间的氢离子会积聚成氢分子，因此气泡就在金属与涂层之间形成了，进而导致涂层的剥离。 2.3 静电引发的爆炸事故 油品在储运的过程中引起的静电事故灾害在西方国家 1930年就有相关的文献报道，但是真正引起人们的重视却是在 20世纪 50年代之后，因为发生了一些较难解释的神秘火灾
29、和爆炸，给石油储运行业造成了相当严 重的损失，于是迫使人们不得不对它进行探索。 1956年开始投入了大批人力物力对石油静电进行全面的研究，壳牌石油公司在试验当中首次再现了静电事故发生的过程，初步探索到了石油静电的规律。 由于储运行业的不断更新发展，油品的流量 和流速也在不断的提高，由此引起的静电事故也就会越来越多。据美国的统计， 1960 1973年之间发生的石油储运静电事故高达 116起；其中原西德 1962 1973年之间发生的静电引起的油罐火灾事故有 22起；而中石化销售系统在最近这 20年之间，共发生静电引起的爆炸着火事故多达 20多起，占事故总数的 10%以上。 众所周知，石油静电事
30、故破坏性相当大，影响面较广，因此，对静电事故的分析和预防已经成为石油储运系统当中安全技术的一个突出性的问题。 2.3.1 问题的出现 1987年 10月 29日凌晨 1点左右，浙江省某油库发生了一起煤油爆炸起火事故。当时油库主任和泵工在对 3号罐车作了最后检查后，通知装有 1000t煤油的油船开始开泵卸油。 1时 04分，油库主任和泵工在 5号罐前面听到 3号罐内有“噼噼啪啪”的声响，油库主任立刻叫泵工赶快去泵房打电话通知码头停泵，而自己先去 3号罐想看个究竟，但当泵工跑出防火堤，油库主任走到 3号罐跟前时，只听到轰地一声巨响， 3号罐发生了爆炸，罐内约 100t的煤油全部流出，整个防火堤内已
31、是一片火海。煤油沿着排水沟流出了防火堤，引燃了泵房的门，接着又将高架罐和发桶间等场地引燃。 3号罐爆炸后约 10min， 2号罐（存有汽油 248t）也发生了爆炸，当时的火场面积约达 7000m2，共烧死 1人，重伤 1人，轻伤 7人，油料损失约 652.66t，导致直接经济损失约 68.36万元。 2.3.2 原因分析 事后经过专家的仔细检查与详细分析，认定这一次的事故是属于静电所引起的爆炸事故。一是 3号罐在 1984年更换过罐底与 第一圈板，施工的时候在壁板 1.45 2.3m处留下了许多突出 10mm左右的焊瘤，形成了放电极。进油时油品的液位高度约为 2.132m，液面与焊瘤之间刚好存在着一个适宜进行放电的间隙，二是卸油泵的压力则为 452Kpa（ 4.6kg cm2），内流的速度为 3.148m s，煤油的电阻率在 1010 1014 cm间，具有相对较高的静电产生的能量。在适宜的条件下，油面与焊瘤间将会发生放电，放电产生的能量引燃了油面上面的油蒸
