内浮顶储罐浮盘损坏原因分析与预防措施

祝春强（中国石油广西石化公司 储运一部，广西 钦州 535000）

某日沿海某炼厂储运部门，当班外操陪同化验室人员对某汽油罐进行上罐采样操作。上罐后，外操发现罐顶汽油味较大，于是通过检尺口向罐内查看，发现罐内油面清晰可见，外操立即停止该罐后续一切操作。联系管理人员后打开透光孔看查看后确认浮盘已损坏并下沉。根据《石油炼制工业污染物排放标准》（GB30570-2015）中储罐排放油气浓度120mg/m3、及储罐周边空间油气浓度4mg/m3 的标准要求，该部门陆续对该罐区的其他7台汽油罐进行浮盘更换过程中发现浮盘落地后都有不同程度的损坏，因此对内浮顶储罐浮盘损坏原因进行研究分析，并提出相应的预防措施。

1 原因分析

1.1 浮盘失衡是导致浮盘沉船的直接原因

通过现场勘查，发现液位计护管自高度10米处往下有明显的划痕，东侧罐壁高度2 米以下处有明显划痕。该浮盘的113根浮筒仅剩10根连接在坍塌的浮盘上，其余均散落在罐底，其中有75根浮筒在端部撕裂，损坏比例约达66.4%。经综合分析认为：浮盘失衡是导致沉船的直接原因。

1.2 浮盘质量、安装存在问题

支腿大部分安装在浮筒端部，浮盘落底后支腿受力不均从而使部分浮筒端部撕裂进油，导致沉盘。经检查发现，浮筒吊带安装时紧固件未采取防松措施，在浮盘运行过程中，大量螺栓脱落（脱落数量为317 套），浮筒脱落也导致沉船原因之一。即使设计不错的铝浮盘，由于浮盘安装质量及错误也会造成浮盘实用效果不好，多企业都已发生许多这样的案例。

1.3 罐底板沉降不均

罐底东侧及南侧积水较深，达10cm，而西侧及北侧无积水，罐底不平再浮盘再次落底后支撑不平，并且罐底不平也会导致罐壁垂直度发生变化，从而导致浮盘再次升降发生卡盘的可能性，造成浮盘损坏而沉盘。

1.4 设备腐蚀原因

检查过程中发现，浮盘的部分蒙皮、浮筒吊带及防旋转钢丝绳罐底锚板等腐蚀严重。浮盘升降过程中，汽油从破损的蒙皮处窜至浮盘上部，导致浮盘失衡从而沉盘。排查该罐储存记录，发现该罐运行期间曾储存汽油组分催化汽油，硫含量较高。铝是两性金属，易溶于烯酸，也易溶于强碱。由于该石化公司地处南方沿海地区，高热高湿气候，储罐付油时潮湿空气通过通气孔进入储罐，当储罐收油时，由于内浮盘密封圈与罐壁之间有一定间隙，在正压力作用下，少部分油气逸出，含硫气体与空气中的水和氧相互促进加速腐蚀，浮筒与蒙皮之间为气液交替处，腐蚀尤为严重[1]。

1.5 生产运行原因

1.5.1浮盘多次落底

近五年来，该罐多次因油品牌号更换、采样器维修，办理了工艺卡片变更，将液位降至0.3 米以下。由于罐底不平导致浮筒支撑受力不均衡而倾斜造成浮盘破损，再次进油后浮盘失稳导致沉盘。

1.5.2湍流影响

进油量大产生的湍流就大，另外启搅拌器液位不能太低，否则搅拌效果是满足了但产生的湍流也较大。湍流越大对浮腿及整个浮盘冲击也就越大。

2 预防措施

2.1 设计方面

2.1.1进油管设计要求

进油管如果太短靠近管壁，在进油的时候会在储罐进油侧形成很大的顶升力，使浮盘首先在该部位向上升起，而在远侧由于受到冲击力较小从而造成浮盘受力严重不均匀，进而使浮盘将以倾斜上升，这种倾斜斜率变化随着液位上升逐步减小。浮盘发生倾斜是最容易发生卡盘现象，严重甚至造成浮盘破损直至沉盘。如下图所示[2]。

根据《中国石油天然气股份有限公司轻质油品储罐技术导则》第3.4.1规定：储罐进出油口应设置扩散管。扩散管一般深入罐中间，并且扩散管开多孔，开孔多少与孔间距根据需求进行计算，由于开孔总面积远大于进油管截面积，从而流体进入扩散管后压力和速度大幅降低，减少进油过程中浮盘的倾斜，从而更好保护浮盘。

2.1.2密封设计与选择

浮盘密封主要形式有舌形密封和囊式密封两种型式，并且要求采用导静电橡胶，橡胶材质有丁晴橡胶和氟橡胶等。涉及芳烃、汽油需使用氟橡胶，避免丁晴橡胶被苯系物溶解。根据《石油炼制工业污染物排放标准》（GB30570-2015）内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用液体镶嵌式、机械式鞋型、双密封等高效方式。目前企业普遍选用填料式舌形密封（即囊式密封+舌形双密封型式），内充海绵，这种密封形式是面接触，密封效果好。填料式舌形密封也起到浮盘与罐壁的缓冲作用，避免由于浮盘与罐壁硬接触。

2.1.3浮盘型式

目前市场上普遍应用的有三种类型的内浮盘：铁舱式、夹板式、浮筒式，其中浮筒式市场占有率约99%以上。铝制浮筒式内浮盘具有造价低廉、重量轻、施工简单等优点在轻质油品储罐得到广泛使用，但是由于其在浮盘下部存在油气空间、加之浮盘本体结构强度很低极易损坏等原因，致使浮盘运行过程中不断有企业发生浮盘卡盘或沉盘事件。随着国家环保要求不断提高，《石油炼制工业污染物排放标准》（GB30570-2015）中储罐排放油气浓度120mg/m3、及储罐周边空间油气浓度4mg/m3的标准要求。浮盘结构型式也在不断开发并投入使用，全接液蜂巢内浮盘作为一种全新的储罐内浮盘技术，自2014 年初推广应用以来，已经在中石油、中石化、中海油下属多家单位进行了成功应用。浮盘整体结构强度大（强度超过API650(H4.2.1.4)要求7 倍以上），架构紧密，具有良好的抗震性，消除了油气空间等缺陷。

2.2 设备安装与维护方面

2.2.1浮盘安装

企业对浮盘安装质量控制应该严格，从本质上对浮盘安装质量进行监管。铝浮盘基本安装要点[3]：（1）在铝浮盘安装之前，应将可能损伤密封带的焊渣、毛刺等清除干净并打磨平滑，否则会划破密封导致海绵进油从而造成浮盘破损。（2）铝制内浮顶平面度偏差不应大于10mm。（3）所有支柱应保持垂直，偏差不得大于10mm，尤其是支柱安装不能随意性，如有的安装在浮筒上，有的安装在工子梁上等等。

2.2.2定期检测与维护

按《中国石油天然气股份有限公司轻质油品储罐技术导则》8.3.1 条第二款规定：含硫量高的轻质油品储罐未采用氮封或内防腐处理等特殊安全措施时，清罐周期不应超过2年；采用氮封等安全措施时，清罐周期可适当延长，但不应大于4年。其它轻质油品储罐清罐周期为6年。部门需制定了罐顶油气和罐底水样定期抽检制度，以确定浮盘密封和罐底板腐蚀情况。

2.3 生产优化管理

2.3.1减少浮盘落地频次

按《中国石油天然气股份有限公司轻质油品储罐技术导则》7.2.3条第7款规定，严格按储罐液位控制指标进行控制，上限不得超过高高液位，下限不得低于低低液位（低低限液位报警设置高度:浮船支撑高度+200mm），既最低运行液位为2 米。该罐浮盘自2014年至今由于生产计划要求及维修罐下采样器需要已落底三次。

2.3.2制定浮盘检查规定。

（1）浮盘落底操作大部分应工艺生产需要进行，重点关注了操作的流速、流量和外漏情况，明确浮盘升降操作后对浮盘的相关检查规定。（2）每月在内浮顶罐固定顶上打开透光孔检查有无渗漏；（3）按规定定期对内浮盘气相空间进行采样分析并建立台账，发现异常数据跟踪分析，必要时开罐检查。

2.4 其它措施

利用Fluent 计算流体软件对内浮顶储油罐浮盘湍流冲击进行动态数值模拟，通过实验室试验数据验证数值模拟流场的精确性和可靠性，通过对罐内湍流的建模来制定储罐进油流量与最低运行液位的工艺卡片制定。该课题目前正处于研究申报阶段，最终能实现每个内浮顶储罐工艺卡片具有定性定量的依据，更好保护浮盘及设备稳定性，减少设备事故发生。