外浮顶储罐一二次密封气相空间防护措施探讨

关键字：外浮顶储罐、一二次密封、气相空间中图分类号：TE986 文献标识码： A 文章编号：

近年来，国内外浮顶储罐因雷击导致起火的案例日益增加，主要是由于外浮顶罐一、二次密封间存在可燃气体气相监测不合格，当火花遇到从一二次密封处挥发出的可燃气体，可引发火灾，这给库区安全带来极大的隐患 [1]。储备库普遍采用注氮保护和无油气密封两种形式来进行防护。注氮保护是通过二次密封挡雨板注入氮气以降低密封空间内氧含量浓度，无油气密封是通过在密封空间中增加填充物使可燃气体无法在密封空间内聚集以降低可燃气体浓度，上述两种防护措施都以保证储罐在遭受雷击时由于密封空间内可燃气体浓度或氧含量浓度无法达到爆炸极限从而避免浮盘一二次密封出现闪爆而引起石油储罐起火的事故。

1 防护措施介绍

1.1注氮防护

1.1.1 注氮防护目的

注氮防护措施的是降低密封空间内氧气浓度，使其低于可燃气体爆炸极限（氧含量 <8% ），避免形成爆炸环境。使密封空间保持微正压状态，阻止外界空气渗入，减少油气挥发。驱散密封空间内由于一次密封不严而泄漏的油气，防止其浓度达到爆炸下限。[2]

1.1.2 系统组成

氮气源通常来自液氮储罐或公用工程管网供应，需保证氮气纯度（一般⩾99.9% ）和压力稳定。输送管网是由管道、阀门、流量计等组成，将氮气输送至储罐一二次密封空间。注入装置在浮盘二次密封挡雨板上设置注氮口，均匀分布以确保氮气均匀注入，一般外浮顶储罐均匀设置 8 个注氮口。监测控制设备包括氧气浓度检测仪、压力传感器、DCS 或 PLC 控制系统等，实时监测密封空间内的氧气含量以及压力，并自动调节氮气注入量。同时，可以通过控制系统手动启动或停止注氮操作。

1.2无油气密封

1.2.1 无油气密封目的

无油气密封目的是避免密封空间油气积聚，通过物理结构阻断浮盘二次密封挡雨板与罐壁之间环形空间的油气逸散路径。同时填充油气聚集空间，避免密封空间油气积聚，降低密封空间内可燃气体浓度，使其低于可燃气体爆炸下限的 25% （V%V），避免形成爆炸混合物。

1.2.2 系统组成

弹性密封组件采用氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）或三元乙丙橡胶（EPDM）制成囊式密封件，内部使用三角形聚氨酯弹性海绵进行填充，通过弹性形变紧贴罐壁与二次密封挡雨板。

2 注氮防护与无油气密封防护的优缺点

2.1 注氮防护的优点

2.1.1 显著提高安全性：氮气作为惰性气体，化学性质极为稳定，在一二次密封空间内注入氮气，能够大幅降低氧气浓度。当氧气浓度被稀释至可燃气体爆炸极限范围之外时，即便存在火源，也难以引发燃烧和爆炸反应，从而有效切断爆炸三要素中的助燃条件，为储罐构建起一道坚实的安全屏障。

2.1.2 高效减少油气排放：外浮顶罐在储存挥发性油品时，一二次密封空间是油气挥发的重要通道。注氮防护降低密封空间内油气浓度后，可有效抑制油品挥发。一方面，减少了企业的油品损耗，降低了经济损失；另一方面，大幅削减了挥发性有机化合物（VOCs）的无组织排放。

2.1.3 降低安装风险：相较于传统技术，外浮顶罐注氮防护一二次密封空间相关技术支持在油罐带油工况下进行密封圈隐患治理安装。这一特性避免了清罐过程中复杂且危险的操作，如油品转移、油罐清洗、通风置换等，极大地降低了安装过程中的安全风险，包括中毒、窒息、火灾、爆炸等潜在危险。

2.2 注氮防护的缺点

2.2.1 管网易损坏：外浮顶罐在日常运行过程中，浮顶会随着油品的收发频繁上下浮动。这使得充氮管网中的金属软管处于反复弯折的工作状态，加之管网内气体压力较大，金属软管长期承受机械应力和压力冲击，容易出现疲劳裂纹、破损等问题。

2.2.2 存在操作隐患：在注氮防护系统的运行过程中，存在多个潜在的操作隐患点。若氮气管线未设置止回阀，当罐内压力高于管网压力时，罐内的易燃有毒气体就有可能倒灌进入氮气管网，不仅会污染氮气管网，还可能在管网内形成爆炸性混合气体，带来严重的安全隐患。此外，若氮气入口和排气口距离过近，充入的氮气可能尚未充分发挥稀释氧气、降低油气浓度的作用，就直接被呼吸阀排出罐外，无法达到预期的密封防护效果。

2.2.3 维护成本高：氮封系统的正常运行依赖于各个组件的稳定工作，因此需要定期进行全面维护。维护工作包括检查调节阀的灵敏度和准确性、校验压力表的精度、确认管线标识的完整性等，以确保系统的压力控制、流量调节等功能正常。此外，为保障氮气品质，还需定期检测氮气纯度和露点，若氮气纯度不达标或含水量过高，将影响注氮防护效果。

2.3 无油气密封的优点

2.3.1 显著提高安全性：浮盘一二次密封空间通过密封原件进行填充后，大幅度减少密封空间内的油气集聚，使可燃气体浓度低于爆炸下限的 25%(V%V ），从而有效切断爆炸三要素中的可燃条件。在实际库区生产运行中，某库采用无油气密封后，经过 1 年以上的油气浓度检测，浮盘上 8 个检测点位的可燃气体浓度数值均小于可燃气体爆炸下限 25% （ V%V ）。对于雷击、静电放电等意外火源，无油气密封也能极大削弱其引发灾难性后果的可能性。

2.3.2 减少操作隐患：无油气密封是在浮盘一二次密封空间内加装填充物以填充密封空间，未向密封空间内注入任何气体，所以不像注氮系统一样以来外界氮气管网压力，不会因氮气管线损坏出现漏点而导致氮气浪费或密封效果达不到预期。同时，填充材质和一次密封类似，耐用性比注氮系统的金属软管寿命更长，耐用性基本与一次密封一致，无需定期维护，在储罐定期检维修时进行检查更换即可。

2.3.3 结构简单便于维护：无油气密封的结构相对于注氮防护，结构形式与一次密封基本类似，没有复杂的管路系统，也没有多项在线监测分析仪，出现问题的部位较少，即使出现问题也非常方便后期维护。

2.4 无油气密封的缺点

由于无油气密封缺少相关在线监测分析仪，所以无法对一二次密封空间内的油气浓度实行实时监测，只能每月进行人工检测并记录，雷雨季节只能通过增加检测频次的方式对其运行情况进行观察。

3 无油气密封的改进方向与发展前景

无油气密封作为继注氮防护之后又一种外浮顶储罐一二次密封空间防护手段，从原油的在空间内注入的惰性气体以降低氧含量，变为消灭油气空间控制油气浓度。如某库区在使用无油气密封时，早期第一代产品由于密封部件包裹较为松散，再加上内部填充物的形状较为固定导致浮盘挡雨板在储罐收付油过程中承受了较大的摩擦力，致使在收油过程中出现了挡雨板塌陷的现象。针对上述情况，产品进行了升级改造，目前改进后的第三代产品，内部填充物采取多种形状组合式填充，既能保证填充的饱满性，又能给填充物更多的可变形空间，同时对密封部件进行改进，采用弹性更好的橡胶部件进行包裹，减少摩擦力的同时也提高了产品的使用寿命。

4 结语

无油气密封相对于注氮防护，一次性投入成本低，后期运行成本低，防护效果基本相同。且不依赖于外部系统，在没有任何外部干扰的情况下，能够稳定长久的保证外浮顶储罐一二次密封空间内可燃气体含量不超标，是一种值得推广采用的防护措施。

参考文献

[1] 张玉平 , 吴昌 , 陶彬 , 等 . 原油储罐一、二次密封使用现状分析及改进建议 [J]. 安全、健康和环境 ,2018,18(03):1-5.

[2] 金山 . 油罐注氮安全系统工程技术应用 [J]. 化工管理 ,2017,(25):103.