原油儲罐阻火器存在隱患問題分析及解決措施

秦雪源 何巍 楊董剛 劉成千（中國石化西北油田分公司）

西北油田某聯(lián)合站主要擔負該采油廠區(qū)塊原油處理任務，通過加熱、油氣水分離、沉降脫水等工藝流程實現(xiàn)原油凈化處理，最終形成成品油進行外輸。該站擁有原油儲罐8 座，其中5 000 m3儲罐6 座，1 000 m3儲罐2座，還包括一次沉降罐、二次沉降罐、三次沉降罐、凈化罐，從而實現(xiàn)正常生產(chǎn)以及原油周轉(zhuǎn)。

1 聯(lián)合站原油處理工藝

該聯(lián)合站原油處理工藝流程主要為：各計轉(zhuǎn)站來油進站后通過原油匯管進入加熱爐進行加熱至沉降脫水所需溫度72 ℃，然后經(jīng)過兩相分離器進行油氣分離，實現(xiàn)原油中所含伴生氣的脫除，接著依次進入一次沉降罐、二次沉降罐，通過物理水洗的原理進行沉降脫水，將原油含水控制在0.5%以內(nèi)，最后進入凈化油罐進行計量外輸，原油處理工藝流程如圖1所示。

由上述原油處理工藝流程可知，原油儲罐在原油處理工藝流程中起著至關(guān)重要的作用，一是具有實現(xiàn)對原油沉降脫水的功能；二是擔負原油儲存、外輸?shù)墓δ?。因此，儲罐的日常維護尤為重要，且該站最大安全運行庫存約26 000 m3，如此大量的原油，蘊含巨大的能量，一旦發(fā)生事故，后果將不堪設想，所以，油罐的管理自建站開始就納入該站重要管理事項之一。而呼吸閥、液壓安全閥、阻火器作為油罐的安全附件（圖2），起著保障油罐安全運行，防止和消除各類事故的重要部件[1-2]，更應加強日常的維護保養(yǎng)工作。

圖1 原油處理工藝流程

圖2 油罐安全附件

2 原油儲罐阻火器存在隱患排查

2.1 阻火器附著異物

該聯(lián)合站崗位員工在根據(jù)操作規(guī)程半年清洗一次油罐阻火器的過程中，發(fā)現(xiàn)阻火器上附著黃色、黑色異物（圖3）。通過對8 個油罐阻火器觀察發(fā)現(xiàn)，并不是某一個油罐出現(xiàn)此現(xiàn)象，而是每個罐頂阻火器或多或少均有該物質(zhì)附著，尤其是一次沉降罐與二次沉降罐的阻火器上該異物附著較多，這一情況引起了該站高度重視。

圖3 阻火器附著異物

該站油罐阻火器均安裝在呼吸閥和液壓安全閥的下端，主要由金屬波紋板繞制而成。當外部火焰（星）進入時，阻火芯一個個的小縫隙可以將火焰（星）分割成若干小火苗，由于金屬波紋板的導熱系數(shù)高，與火焰接觸面積大，可以吸收大量的熱量，將可燃氣體的溫度降至燃點以下，從而實現(xiàn)阻隔火焰（星）進入油罐內(nèi)部，達到阻火的目的[3-5]。而此次發(fā)現(xiàn)的異物對阻火芯的小縫隙造成了堵塞，在遇到突發(fā)情況時不能起到阻火器應有的作用。另外，如果該異物具有可燃以及爆炸特性，還會加劇事故發(fā)生態(tài)勢，在油罐日常運行時，也是潛在的安全風險隱患。

2.2 異物形成機理研究分析

在阻火器上發(fā)現(xiàn)該異物后，為了進一步探索該物質(zhì)形成機理，對該異物進行取樣化驗，異物試樣見圖4。通過其組成的成分推斷形成原因，為后續(xù)采取相應解決措施提供指導性意見。

圖4 異物試樣

化驗結(jié)果顯示，黃色物質(zhì)主要成分為硫單質(zhì)，黑色物質(zhì)主要成分除了正常的油垢外，還包含硫化亞鐵及鐵的氧化物。而該站原油高含H2S，兩相分離器氣相出口伴生氣樣H2S 分析報告顯示，H2S 的質(zhì)量濃度高達3 300 mg/m3。據(jù)此可以斷定，油罐中原油逸散出的伴生氣中H2S與阻火器中鐵元素發(fā)生化學反應，從而形成硫單質(zhì)，如下式所示：

原油雖然通過水洗沉降的方式進行了脫水，但其中還是有微量水分，揮發(fā)的過程中，在阻火器上形成了潮濕的環(huán)境，加之油罐中原油溫度高達70 ℃左右[6]，以及太陽的照曬，這就創(chuàng)造了H2S 與鐵元素的化學反應條件。此外，呼吸閥在工作過程中，微量空氣難免進入其中，形成的FeS在此情況下，逐漸氧化生成鐵的氧化物以及硫單質(zhì)，也就是阻火器上附著的異物。

2.3 異物存在的危害

通過取樣化驗油罐阻火器所處高含H2S 環(huán)境得出，阻火芯上發(fā)現(xiàn)的異物主要為硫單質(zhì)、FeS、鐵的氧化物以及油垢。該物質(zhì)的形成對油罐的安全運行有著巨大的危害。

一是FeS 的存在本身具有自燃的特性（如式3所示），且在阻火器上發(fā)生的一系列化學反應均為放熱反應，一旦達到FeS自燃所需條件，就會產(chǎn)生火焰。在此種情況下，阻火器上的硫單質(zhì)以及油垢便會迅速燃燒，釋放巨大的能量，形成火災爆炸，并產(chǎn)生SO2等有毒有害氣體[7-8]。

二是異物的形成，會堵塞阻火器中的小縫隙，導致阻火器在緊急時刻不能起到阻火的作用。此外，阻火器目前均安裝在呼吸閥和液壓安全閥的底部，阻火器堵塞也會導致呼吸閥與液壓安全閥不能正常工作，安全隱患極大。

與此同時，通過上述對異物形成機理的研究可知，阻火器上發(fā)生了一系列化學反應，這在一定程度上形成了化學腐蝕，阻火芯會隨之遭到破損，降低油罐使用安全系數(shù)。

3 解決措施

3.1 材質(zhì)升級

該聯(lián)合站油罐阻火器處于高含H2S、高溫潮濕的環(huán)境，尤其是此次發(fā)現(xiàn)異物后，對其材質(zhì)耐腐蝕的特性要求更為嚴格。為盡量避免阻火器材質(zhì)與H2S 發(fā)生化學反應產(chǎn)生硫單質(zhì)、FeS 等危險物質(zhì)，造成阻火器腐蝕破壞，本次將阻火器的材質(zhì)均更換成316#不銹鋼，該材料因添加Mo 元素，具有較強的耐腐蝕、耐高溫特性，可在苛刻的條件下使用。從后期對阻火器定期清洗觀察，材質(zhì)更換后確實起到了較好的作用，腐蝕較以前得到顯著改善，未見黃色異物生成。

3.2 工藝流程改造

對異物形成機理研究分析可知，原油中高含H2S 是形成阻火器上異物最主要的因素之一。因此，該聯(lián)合站以問題為導向，從源頭解決問題出發(fā)，對原油處理工藝流程進行升級改造。在兩相分離器后端新增一套原油負壓脫硫裝置，原油經(jīng)過負壓脫硫塔時，在氣提氣作用下，原油中原本氣液兩相平衡被打破，從而實現(xiàn)對原油中所含伴生氣以及硫化氫的脫除[9-10]。原油處理工藝流程改造如圖5所示。

圖5 原油處理工藝流程改造

使用負壓脫硫流程后，不僅將油罐逸散伴生氣H2S的質(zhì)量濃度降至500 mg/m3以下，實現(xiàn)絕大部分H2S的脫除，而且通過混烴提煉流程（圖6），在原本兩相分離器對伴生氣分離的基礎上每日還能多分離出20 000 m3伴生氣，并從中提煉出混烴50 t/d，創(chuàng)造出一定的經(jīng)濟效益。

圖6 混烴提煉流程

3.3 科學管理

材質(zhì)、工藝層面做出的升級改進，只是從源頭上進行了相關(guān)把控，但這并不能徹底避免以及消除類似情況再次發(fā)生，據(jù)此該站制定了原油儲罐安全運行管控措施，嚴密監(jiān)控各油罐壓力，保持正壓，避免負壓時空氣吸入，打破化學反應所需有氧環(huán)境條件。此外，縮短阻火器等安全附件清洗周期，由半年縮短為一季度清洗一次，保證阻火器清潔，正常工作。

4 結(jié)論

根據(jù)西北油田某聯(lián)合站油罐阻火器上發(fā)現(xiàn)異物這一現(xiàn)象，通過化學檢測以及分析推斷，最終找出異物形成的主要原因為原油伴生氣中所含H2S與阻火器材質(zhì)在有氧潮濕環(huán)境下發(fā)生一系列化學反應所致，具有極大的安全風險隱患。為此，針對油罐阻火器上的附著異物采取了系列措施，從本質(zhì)上杜絕了該現(xiàn)象的再次發(fā)生，保障了油罐的安全運行。