内浮顶罐液位测量的安全环保及损耗问题探讨.doc

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1、内浮顶罐液位测量的安全环保及损耗问题探讨李钢 黄玉虎 宋光武北京市环境保护科学研究院国家城市环境污染控制工程技术研究中心北京 100037摘 要： 随着科技的发展，目前先进成熟的内浮顶罐液位测量技术获得广泛应用，但我国很多储存汽油的内浮顶罐仍使用传统的带保护套管的测量方法。保护套管是由一根直径200mm左右的金属管从立式储罐顶部垂直穿过到达罐底部，用以提高测量精度和保护测量仪器。随着安全、环保和节能要求越来越高，这种方式已不适应在现有设施和设计中继续使用。本文针对内浮顶罐使用保护套管进行液位测量时存在的问题进行分析讨论。关键词：保护套管 内浮顶罐 消防安全 环境保护 油气损耗1 保护套管的作用

2、图1 保护套管安装图保护套管又称稳液管，其作用：维持液面稳定，防止液面波动影响液位测量；提供一个不受浮盘干扰的液面，防止因浮盘转动对液位测量产生影响。现实应用中存在的问题是，往往因保护套管加工及安装不合要求，致使液位仪测量不够准确甚至无法正常使用，更主要的问题是，采用保护套管的方式不符合消防安全、环保要求及增加损耗。2 保护套管的加工及安装保护套管在浮顶罐上的使用见图1，为了保证测量准确，对加工及安装要求比较严格：o 必须垂直安装。保护套管上下垂直偏差不超过3mm；o 保护套管在使用过程中不能因各种原因发生变径和弯曲；o 保护套管内壁必须光滑，应处理掉所有的毛刺和焊疤；o 保护套上需要每隔30

3、0mm开1-2对直径不小于25mm的对穿孔（透气孔），见图1；图2 保护套管和罐顶之间的密封o 保护套管上部与罐顶接触部位不能焊接，其间隙要求采用耐油胶板密封，留有间隙是为了微调保护套管垂直度，见图2；o 保护套管与浮盘之间应滑动自如，通常采用密封胶板和滑轮方式；o 由于套管较重、较长，从储罐顶部放入的安装工程比较复杂。3 保护套管的问题3.1 存在消防安全隐患u 由于油气通过保护套管的透气孔不断挥发进入浮盘上面空间，油气浓度逐渐升高，按国标石油库设计规范（GB50074-2002）要求，罐内浮盘上部空间应为1区，但安装保护套管后，罐内浮盘上部空间将变为0区，不符合国家标准中对石油库内爆炸危险

4、区域的等级范围划分要求。u 在保护套管上开孔也不符合国标立式圆筒钢制焊接油罐设计规范（GB50341-2003）9.1.12条的规定，即：“浮顶上与储液气或储液连通的所有缝隙均应采用焊接螺栓连接或铆接等方式，并应检验其严密性。”u 由于保护套管的阻隔，如果罐内发生点燃事故，保护套管内的火焰很难被扑灭，消防泡沫可能要累积300mm的厚度才能达到透气孔高度，缓慢通过直径仅25mm的透气孔进入保护套管。依据国标高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范（GB50196-93）4.2.1.2条规定：“当用于扑救B类火灾时，汽油、煤油、柴油或苯类火灾的泡沫淹没深度应高于起火部位2米”，4.23条规定：“闪点不超

5、过40的液体泡沫淹没时间不超过2分钟”，显然针对保护套管内的火焰很难做到。u 保护套管与罐顶密封也存在隐患，见图2。保护套管和罐顶使用耐油胶板密封，长年累月的风吹日晒雨淋油蚀和热胀冷缩，容易造成裂缝和老化，必须要定期检查密封效果，如果此处漏油气，遇明火或雷击，易造成火灾事故。3.2 不符合环境保护要求 依据储油库大气污染物排放标准（GB20950-2007），“浮顶罐所有密封结构不应有造成漏气的破损和开口，浮盘上所有可开启设施在非需要开启时都应保持不漏气状态”。安装液位仪保护套管造成浮盘密封结构性漏气，不应在存储汽油的浮顶罐使用。3.3造成资源能源浪费保护套管结构性漏气除了存在消防安全隐患和不

6、符合环保要求外，还将通过“小呼吸”、“大呼吸”和“风损耗”，造成不同程度的挥发排放。风损耗是由保护套管在罐顶的开口、套管与灌顶接触部位的缝隙、以及储罐通气孔部位，在自然风作用下的排放，自然风力越大，排放量越多。风损耗的前提是浮盘上部空间存在油气。密封性较好的浮盘，浮盘上部空间油气浓度较低，风损耗较少。由于保护套管上有很多透气孔，使得保护套管内的油气挥发到浮盘上部空间。由于保护套管同时又起到浮盘导向作用，很难进行密封处理，通常都有较大的缝隙图3 保护套管与浮盘之间的缝隙（见图3），大量油气通过缝隙进入浮盘上部空间，实际上此时已失去浮盘阻隔油气挥发的作用。小呼吸损耗主要受昼夜温差变化、所处地区日照

7、强度等影响，昼夜温差越大、日照越强，损耗越多。当浮盘密封较好时损耗较少，当使用保护套管时，就会从套管与浮盘间隙和套管内的液面产生小呼吸损耗，图4 通过保护套管产生的小呼吸损耗见图4。保护套管与浮盘间隙的面积约0.07m2，透气孔合计面积约0.1m2，总贯通面积接近0.2m2，相当浮盘上开了直径500mm的孔，通过挥发物分压差作用，很快就会使浮盘上部空间的油气浓度增加。大呼吸损耗是指油罐在进行汽油收发作业时的损耗。收油时油面上升，气体空间的油气同时被排出罐外；发油时油面下降，同时吸入外部空气，导致分压变化，液体汽油产生新的挥发。密封性较好的浮盘能够有效阻隔汽油挥发，减少90%以上的油气排放。另外

8、，保护套管还存在相对较少的粘附损耗。粘附损耗主要发生在罐壁，3000m3储罐保护套管内外表面面积与罐壁面积比约为2%。3.4 其他问题u 在使用保护套管液位测量仪器的油库中，导致液位仪无法正常使用的大部分原因，是因为保护套管制造工艺控制不严，造成使用时经常刮卡，由此产生系统误报，如果发生溢罐将是非常危险的重大安全事故。u 罐地基沉降会导致保护套管倾斜或变形，虽然有些储罐在使用之初很正常，但运行一段时间后可能就会出现刮卡现象。u 罐体轻微变形，会导致保护套管倾斜或变形，地震或其他问题都可能会导致罐体变形。保护套管变形或倾斜后，液位测量仪器大多情况下就不能准确测量，甚至不能正常使用。u 保护套管重

9、量较大，容易导致不均匀沉降。保护套管一般是DN200的钢管，以高15m的储罐为例，比重按8t/m3计算，重量约为0.386t，局部承重过大会造成罐地基不均匀承重，尤其是旧罐改造，要对地基进行加固。u 保护套管每隔300mm有透气孔，是为解决内外压力平衡，但相比不采用保护套管的液位测量方法也还会有流通不充分问题。3.5 安装成本使用保护套管特别是旧罐改造的安装成本较大，相比不采用该方式的材料用量较多，焊接及加工量较大，现场需要特殊吊装设备，吊装后需要精确测量垂直度并固定。对于旧罐改造还要清罐、加固地基，由于施工周期较长，势必影响生产。总之，使用保护套管的安装成本较高。4 软缆式磁致伸缩液位仪 软

10、缆式磁致伸缩液位仪可不用安装保护套管，该种浮盘密封方式（见图5和图6）类似瓶塞式密封，浮盘密封组件由三部分组成：1) 铝图5 磁致伸缩液位仪的浮盘密封效果图材质的上密封件，起承载密封胶盖的作用。2) 铝材质的下密封件，浸入油面100毫米以下，起封油作用。3) 耐油橡胶材质的密封盖，与上密封件侧面完全贴合，中心开孔配置上下两层密封胶板，分别起到一次密封和二次密封作用，不仅能够阻挡油气，还能使得上下移动通畅，两层胶板中间的开孔通过磁致伸缩液位仪软缆。4) 该液位测量方式基本没有间隙，密封效果较好。5) 该液位测量方式基本消除了上述使用保护套管的各种缺点和不足，特别是安装简单。图6 软缆式磁致伸缩液

11、位仪的浮盘密封结构结语 保护套管更适合用于过程控制的液位测量，尤其是具有搅拌动作的情景，在内浮顶汽油储罐液位测量上并不适用，随着国家对安全、环保和节能工作的重视，企业和设计单位应采用类似软缆式磁致伸缩液位仪等先进的液位测量技术，以彻底避开使用护套管带来的安全、环保、节能方面等一系列问题。参考文献1 GB50074-2002 石油库设计规范2 GB20950-2007 储油库大气污染物排放标准3 GB50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范4 SH3002-2000 石油库节能设计导则5 GB11085-89散装液态石油产品的损耗标准6 GB50341-2003 立式圆筒钢制焊接油罐设计规范7 GB50128-2005立式圆筒钢制储罐验收规范8 GB 50196高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范9 肖素琴.油品计量员读本，中国石化出版社 201110 李 瑾.液体储罐无组织排放估算方法.石油化工环境保护,2003,26(4)11 季金林.降低油品储运蒸发损耗的措施.石油商技,1999年6月12 段玉鏖.储运系统油品损耗原因及控制措施.石化技术,2005,12(3):213 常大智.油品储运中油气损耗的计算.油气储运，1988,7(1)14 王庆伟.油罐区伺服液位计安装调试运行中问题分析及处理. 石油化工安全环保技术,2009,25（1）