石脑油罐罐内气相空间安全性分析与控制

彭献兵

[摘要]本文主要从石脑油罐爆炸危险性分析出发，分析罐内气相空间中可燃气体爆炸极限及硫化亚铁自燃自热的影响因素，论证氮气进行危险性控制的有效性，并根据化验室数据估算出满足安全条件的最小氮气密封流量，借以指导实际应用。

[关键词]爆炸极限 爆炸 硫化亚铁 自燃 氮封

近年，石化行业石脑油罐发生多次闪爆，其运行安全性日益受到重视。在青岛炼化，石脑油罐组由4个设置了氮封装置的5000m2内浮顶储罐组成，用于储存重整预加氢装置原料石脑油。因石脑油挥发性强（初馏点50"C左右），含硫（质量分数：0.09%左右），所以易形成爆炸性混合气体，发生硫腐蚀，也就为硫化亚铁自燃以及闪爆着火事故形成先决条件。影响石脑油罐罐内气相安全性的因素有很多，本文侧重于体系内爆炸、火灾形成条件分析，主要从可燃气体爆炸极限和硫化亚铁自燃两方面分析影响因素及控制措施。

一、可燃气体爆炸极限影响因素及控制措施

爆炸极限能直观地反映出可燃气体的爆炸危险性。爆炸下限越低、爆炸上限越高、爆炸极限范围越宽的可燃气体爆炸危险性越高。

爆炸极限并不是一层不变，随着混合气体体系发生变化，爆炸极限也会发生变化，这就为可燃气体的安全防护提供了另外一条途径。体系的初始温度、初始压力、惰性气体的含量等都会影响爆炸极限。

初始温度、压力越高，爆炸极限范围越宽。由碰撞理论知温度升高，分子内能增加，则活化分子数量增加；压力增加，则单位体积内活化分子的数目增加，都能提高反应的速率，从而使原本不能持续的反应得以顺利进行。因石脑油罐为常温常压储罐，所以初始温度和压力对爆炸极限的影响不能应用到石脑油罐爆炸性气体防护中。

惰性气体含量增加，爆炸极限范围减小，下限上升，上限下降，但对上限的影响比对下限的影响更为显著。这也是气体爆炸抑制技术中的一种，当惰性气体浓度达到一定值，混合气体则不能发生爆炸。在实际应用中氮气可以作为惰化介质，它的主要作用有两个：一方面可使混合气体中氧组分被稀释，减少可燃物质分子和氧分子作用的机会，将可燃物组分同氧隔离，在它们之间形成一层不燃烧的屏蔽，当活化分子碰撞惰化介质时会使活化分子失去活化能而不能反应；另一方面若燃烧反应已经发生，产生的游离基将与惰化介质氮气发生作用，使游离基失去活性从而导致燃烧连锁反应的中断，与此同时氮气还将大量吸收燃烧反应放出的热量，使热量不能聚集，燃烧反应不能蔓延到其他可燃组分分子上去，从而对燃烧反应起到抑制作用。

二、硫化亚铁自燃影响因素及控制措施

石脑油罐内油品中的硫化物和气体中的硫化氢、氧的存在都会对钢材发生腐蚀，再加上当地这种海边潮湿的气候更加快了腐蚀速率。腐蚀产物主要为硫化亚铁以及铁的氧化物。这些腐蚀生成的产物极易在罐底、浮盘、罐壁上积存。

硫化亚铁与氧气接触就会发生氧化反应，反应为放热反应。如果反应速率高，生成的热量又不能及时转移，就可能造成局部温度上升，甚至出现硫化亚铁自燃现象，继而引发爆炸、火灾。谢传欣等人对轻质油罐中硫化亚铁自热、自燃进行了研究。从实验可以看出少量的水分、油污以及高的氧含量都会促进硫化亚铁的氧化自热。由此可见，降低罐内含水率及混合气体湿度、氧气浓度不仅可以减缓罐内腐蚀，还可以降低硫化亚铁自燃、自热的危险性。在温度为20～C的条件下，将氧体积分数分别为0.5%、1%、5%、10%、20%的氧气与氮气的混合气体，以100mL/min的速度将混合气通入装有10g FeS的量热球中，进行的硫化亚铁自燃实验。在实验中，当氧气体积分数不超过5%时，由于此时空气中氧浓度比较低，硫化亚铁样品在整个绝热升温过程中不会出现温度的陡升，绝热升温速率一直维持在较低的水平。实验是在绝热条件下進行的，所以在实际生产中氧气浓度可以适当提高，也能抑制硫化亚铁的自热、自燃。

三、预防石脑油罐气相空间发生危险的建议

（1）提高石脑油罐内气体混合物中的氮气含量，控制氧含量，能有效地保证石脑油罐的安全运行。根据油罐付油速率V（m3/h）、罐内氧气控制浓度Vo%，近似计算出氮封的流量VN（m3/h）。

利用VN=V*（20.9-V0）/20.9计算出不同氧气控制浓度对应的氮气流量，综合可燃气体爆炸极限控制、硫化亚铁自燃防护、氮气经济性、设备完好情况以及系统外环境因素选择一个合理的氮气流量。

（2）可以通过静罐、付油罐、收油罐罐顶气相压力及时有效了解氮封、呼吸阀运行情况。定期对气相空间组成进行化验分析，尤其是氧含量，发现问题及时调整，并做好记录。从化验数据看1206-T-002罐的氮封基本没有起作用。应该检查检尺口、泡沫发生器、呼吸阀、紧急泄压人孔的气密性。

（3）定期检查油罐设备本体及附件，着重检查罐内静电导线、阻火器、呼吸阀、泡沫发生器、导向钢丝等安全附件的完好性。

（4）严格执行工艺卡片，禁止超温、超限储存油品，超速收付油品。禁止向管内通入氮气等气体，避免在正常生产期间落盘，这样不仅加大油气挥发，还易造成内浮盘损坏。

（5）按规定定期或根据生产情况进行清罐，清理罐内油泥、杂质以及腐蚀产物的沉积物，检查罐内腐蚀情况，检查浮盘及密封。

（6）内浮盘密封已由原囊式单密封（不浸液），改成现在的囊式浸液一次密封+舌型二次密封的结构形式，消除密封带与油面之间的环形气相空间，提高密封性能。在以后检修中可以考虑将浮简式内浮盘改成蜂窝箱全接液式内浮盘，进一步消除浮盘与油面之间气相空间，最大限度减少油气挥发，减少气相空间油气含量。

（7）考虑将四台罐气相联通，减少呼吸损耗，同时气相进油气回收系统，对挥发油气进行回收，减少环境污染的同时创造更大的经济效益。endprint