内浮顶储罐伺服液位计应用中存在的问题及对策

郭建新

〔中国石化山西石油分公司 山西太原 030024〕

随着储罐计量的发展，伺服液位计测量技术在油库储罐获得广泛应用，即采用伺服液位计+伺服密度计+在线温度计混合法进行计量。但由于伺服液位计浮子的结构特点，储存易燃液体的内浮顶储罐需安装开孔的稳液管来保护测量浮子和保证密度测量的精度。本文对内浮顶储罐稳液管使用中存在的问题进行分析，提出了解决方案。

1 内浮顶储罐伺服液位计

为了实现通过自动测量设备进行储罐内油品物理参数的自动采集，克服手工密度测量的不稳定性，实现储罐内油品计量参数自动测量、数据自动传输、数据信息综合处理的自动操作和信息管理，多数油库采用伺服液位计对原计量系统进行改造，即采用伺服液位计+伺服密度计+在线温度计进行改造，实现直接测量罐内油品液位、任一点温度、任一点密度。根据液位、温度、密度测量值计算体积和整体质量。

1.1 伺服液位计稳液管的安装

为了计量准确，内浮顶储罐需要安装对穿孔的稳液管。稳液管是由一根直径DN200 mm的金属无缝管从立式储罐顶部垂直穿过浮盘到达罐底部,用以提高测量精度和保护测量仪器。稳液管的安装见图1。为了液位计计量测量准确,一是稳液管上下垂直偏差不超过3 mm。二是稳液管内壁必须光滑，应处理掉开孔产生的所有毛刺和焊疤。三是稳液管上需要每隔200 mm 开1对直径不小于￠25 mm的对穿孔。四是稳液管与浮盘之间应滑动自如。

图1 稳液管安装示意图

1.2 稳液管的作用

安装稳液管一是开对穿孔用以保证油品液体一定的流动性，保证液体密度测量的准确性；二是保护测量浮子顺利进出被测液体。三是维持液面稳定，防止液面波动影响液位测量，提供一个固定的计量基准。

2 内浮顶汽油储罐安装对穿孔稳液管存在问题

2.1 内浮顶储罐安全问题分析

内浮顶油罐本身的结构，在罐壁(或罐顶)四周设置通气窗，储罐罐顶设置中央通气孔。内浮盘上部稳液管开孔与储罐内浮盘上部的气相空间直接相通，内浮盘下部稳液管开孔与储罐液体汽油相通。伺服液位计安装稳液管后，稳液管液面通过对穿圆孔与罐内气体空间连通。罐内气体空间通过罐壁通气窗和中央通气孔与大气相通。在

大气流通下，汽油蒸气不断从稳液管液面蒸发，从对穿圆孔中开放到储罐浮盘上部空间，然后通过通气窗和中央通气孔排放到罐外。

(1)稳液管与内浮顶储罐结构要求不符。伺服液位计安装了稳液管，内浮盘上油罐内的气体空间由于稳液管开孔，油气从开孔处进入储罐浮盘的气体空间，破坏了浮盘密封结构。对穿孔稳液管的安装设计结构与易燃液体储罐采用内浮顶储罐的要求相违背，同时内浮顶储罐增加的对穿孔稳液管也与《GB50341—2014 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》和《SH/T3194—2018 石油化工储罐用装配式内浮顶工程技术规范》内浮顶浮盘的密封要求不相符。

(2)内浮盘以上空间形成爆炸危险区域0区。爆炸危险区域根据爆炸性混合物形成的频繁程度和持续时间划分为不同级别的危险区域。连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境为0区；在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境为1区；在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时间存在的爆炸性气体混合物的环境为2区。

按照《GB50074—2014 石油库设计规范》要求，储存易燃液体储罐的内浮顶储罐浮盘以上的空间为爆炸危险区域1区，见图2。而安装对穿孔稳液管的易燃液体内浮顶储罐，由于液体的挥发，液体蒸气通过对穿孔不断进入浮盘以上空间，稳液管周围罐内空间将被易燃液体蒸气充满。另外受稳液管高度、罐外风速影响等极易形成烟囱效应，加快油品的挥发速度。按照爆炸危险区域划分原则，罐内浮盘以上空间及稳液管中心线R=1.5m范围内划分为0区，见图3。不符合《石油库设计规范》内浮顶储罐爆炸危险区域划分，极大地增加了储罐的爆炸危险性，如遇雷电、储罐内静电放电等极易形成储罐火灾爆炸事故。

图2 储存易燃液体的内浮顶储罐爆炸危险区域划分

图3 储存易燃液体内浮顶储罐安装对穿孔

(3)储罐发生火灾后，消防泡沫灭火系统很难扑灭火灾，增大灭火难度。储罐的泡沫灭火系统设计是通过泡沫全部覆盖着火液面来达到灭火效果的。如果安装了开孔稳液管的储罐发生着火事故，储罐启动消防泡沫灭火系统，泡沫产生器喷出的泡沫在流动覆盖过程中，泡沫需要积累超过200 mm后从2-￠25 mm圆孔进入稳液管。由于稳液管的阻隔，根据泡沫的形成和流动性，泡沫很难进入稳液管，覆盖着火液面。另外，由于稳液管内的火焰效应，阻止和破坏了泡沫。因此，内浮顶稳液管内火焰在短时间内很难被扑灭，给储罐的消防灭火带来很大的困难。

2.2 增加VOCs 的无组织排放，造成环境污染

挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是指常压下沸点50～260 ℃的各种有机化合物的总称，具有挥发性的特点。一方面为企业带来经济损失，另一方面对大气环境造成了污染。

安装了对穿孔稳液管的内浮顶储罐在实际运行过程中，液体蒸气挥发通过稳液管的开孔扩散到储罐内，再通过内浮顶储罐罐壁或罐顶通气孔排放到大气中，存在极为严重的VOCs 无组织排放，与《GB37822—2019 挥发性有机物无组织排放控制标准》和《GB20950—2007 储油库大气污染物排放标准》要求不符合。

2.3 增加油品损耗。

没有安装开孔稳液管的内浮顶储罐，正常运行中的油品损耗主要包括：油品收发过程中的大呼吸损耗和受昼夜温差变化引起的小呼吸损耗，密封好的内浮顶储罐是不存在自然通风损耗的，可以减少90 %的损耗。

以安装开孔稳液管的5 000 m3内浮顶储罐为例分析油罐损耗。罐底直径23 850 mm，罐壁高度12 480 mm，浮盘安装高度1 800 mm，储油高度11 480 mm，安装￠219×6 mm稳液管，稳液管开2-￠25 mm对穿孔，孔间距200 mm。通过计算，则稳液管截面积为0.033 m2，落盘后浮盘上稳液管开孔总面积为0.052 m2，浮盘上升到最大高度(储油高度)后稳液管开孔总面积为0.005 m2。

通过以上分析，油罐在收发油品或静态储油工况时，一是相当在浮盘上开了DN 200 mm的孔，通过0.033 m2的液面挥发油蒸气，通过0.005～0.052 m2空洞向外挥发油品蒸气。也就是说相当于存在0.033 m2的油品液面产生蒸发损耗。二是在0.033 m2的油品液面存在前提下，由于稳液管对穿孔高差使内浮顶储罐气体空间形成极大的浓度差值，即形成自然通风损耗，加剧了稳液管内油品挥发。另外，外界风速对储罐损耗也有影响，风速越大，储罐油品损耗越大。

3 对策措施探讨

在内浮顶储罐安装对穿孔的稳液管增加柔性伸缩套管，将开孔的稳液管包裹起来，防止油蒸气从稳液管开孔处溢出。安装伸缩套管后防止内浮顶储罐大量的油蒸气蒸发，降低爆炸危险区域等级，通过减少油品损耗，同时减少VOCs排放，满足环保要求。柔性伸缩套管安装示意图见图4。

图4 柔性伸缩套管安装示意图

3.1 套管选择

伸缩套管选择主要是考虑套管具有一定的耐腐蚀性和耐油性，同时具有一定的支撑能力。基于油罐高度，即稳液管浮盘以上到罐顶高度来选择确定伸缩套管长度。覆盖材料由强聚酯薄片制成，材料厚度 0.4～1 mm ，强聚酯薄片可由304号或316号不锈钢线圈支撑。

3.2 套管安装

柔性伸缩套管安装主要有两种方式：一是在安装稳液管同时安装柔性伸缩套管。将预制好的柔性伸缩套管套入稳液管，上端套管可与罐顶焊接的法兰连接，也可采用管箍方式固定在稳液管最上端开孔处上不小于500 mm处，以保证浮盘上浮最高点稳液管也处于密封状态，套管下端采用法兰方式安装与浮盘固定，或通过管箍安装在稳液管上。二是已经安装了对穿孔稳液管的储罐安装套管进行改造。清罐后将光孔和人孔打开，从人孔处将套管材料送入，现场可采用架设脚手架，采用挂钩，拉链以及粘钩带进行套管现场安装，套管上下两端连接方式与第一种方式相同。柔性伸缩套管导静电连接线与稳液管或浮盘螺栓连接。如果强聚酯薄片的部件损坏了，可以通过热熔或胶去修复。

3.3 运行分析与应用

由于储罐空间与伸缩套内空间属于连贯空间，具有空间连续性，因此不会出现液面高度不一致的问题。由于浮盘升降速度极为缓慢，伸缩套内部不会产生液位差。伸缩套内属于密闭空间，根据介质挥发特性，当介质由液相转变为气相其饱和度会形成一个动态平衡即介质停止挥发，而由于伸缩套的空间连贯性，从而使伸缩套外与套内气压相同，所以在伸缩套内部不会产生负压。目前柔性伸缩套管已在部分炼油化工企业实际应用，且取得良好效果。

4 结语

安全源于设计，源于管理。伺服液位计计量系统满足了在线密度、温度实时检测要求，但安装对穿孔的稳液管会带来安全、消防、环保和损耗问题。一种工艺的实施，既要考虑作业的要求，但也必须满足安全、环保要求。工艺过程的本质安全是确保油库储罐作业安全、环保的核心。所以新的作业工艺必须进行危险因素辨识，才能发现隐患、提出解决问题的方案。本文旨在通过对销售企业内浮顶储罐安装对穿孔稳液管所带来的安全环保危险辨识，引入稳液管上安装柔性伸缩套管的方案来解决和改变目前现状所存在的问题。