雙盤式外浮頂儲油罐中央排水系統(tǒng)的選用與失效管控

焦斌，楊新林

（國家管網(wǎng)集團西部管道有限責(zé)任公司新疆輸油氣分公司，新疆 烏魯木齊 830011）

1 基本情況

外浮頂儲油罐是石油企業(yè)中廣泛使用的油品儲存容器，由于油罐上部是敞開的，雨雪直接降落到其外表面，為防止雨雪從浮船密封處滲入油罐內(nèi)或?qū)Ω〈斐赏{，均設(shè)置了專門的排水機構(gòu)，通稱浮頂中央排水系統(tǒng)或中央排水管。由于排水系統(tǒng)位于油罐內(nèi)部，平時無法檢測，且在生產(chǎn)運行過程中難于監(jiān)控，一旦出現(xiàn)油品滲漏情況，無法單獨維修，此時油品會流入雨排系統(tǒng)，污染環(huán)境，并且產(chǎn)生嚴重的安全隱患。如果排水系統(tǒng)出現(xiàn)泄露，就要進行清罐維修，這樣不但浪費了大量的資金，而且影響到生產(chǎn)計劃，降低了罐區(qū)的儲存能力。因此，作為浮頂罐的關(guān)鍵設(shè)備，對于中央排水管的選用就顯得尤為重要。國內(nèi)傳統(tǒng)的大型外浮頂油罐一般采用的中央排水系統(tǒng)有分規(guī)式與全軟管式兩種[1]。目前鄯善原油罐區(qū)所采用的就是以上兩種中央排水系統(tǒng)。文章將通過對兩種排水系統(tǒng)進行分析比較，來分別討論不同類型的排水管在原油儲罐區(qū)內(nèi)的適用性與失效管控措施。

鄯善儲備庫罐區(qū)共有28具儲罐，所有儲罐在建成初期均采用分規(guī)式中央排水系統(tǒng)。儲備庫目前采用常溫輸送方式運行，為了實現(xiàn)常溫輸送的目的，需將上游輸來的塔里木油、北疆油、吐哈油和哈國油按不同比例進行摻混，以降低其中物性較差油品的凝點，達到能常溫輸送的目標。因此儲罐間的收發(fā)油操作非常頻繁，油品摻混用罐年升降次數(shù)在41次左右。多次的升降，加上轉(zhuǎn)油或自循環(huán)時罐內(nèi)旋噴攪拌器的沖刷作用，造成多個儲罐的分規(guī)式中央排水管連接位置處金屬軟管發(fā)生疲勞撕裂，其中8具因分規(guī)式中央排水管破裂更換了全金屬軟管式中央排水管，其余均還采用分規(guī)式。例如：2015年9月運行人員在巡檢中發(fā)現(xiàn)G1 001罐東側(cè)中央排水管漏油，當(dāng)年隨即對G1 001罐進行了清罐大修，修復(fù)了中央排水管。2 019年4月中旬，G1 001罐在并未到達大修周期的情況下，運行人員在例行巡檢過程中，又發(fā)現(xiàn)G1 001西側(cè)中央排水管滲油。失效原因為中央排水管底部托架未滿焊，長期收發(fā)油以及儲罐自循環(huán)時分規(guī)式中央排水管下落錯位，將未滿焊的支座壓偏，使其偏離原有的軌道，對排水管本體進行拉伸從而導(dǎo)致中央排水管軟管破裂，出現(xiàn)漏油事件，在此次大修時G1 001罐更換為全金屬軟管式中中排水管。鄯善罐區(qū)計劃外清罐臺賬如表1所示。

表1 鄯善罐區(qū)計劃外清罐臺賬

2 浮頂儲罐中央排水系統(tǒng)的選用

2.1 分規(guī)式中央排水管特點

分規(guī)式中央排水系統(tǒng)，其特征在于有上折管和下折管結(jié)構(gòu)，上折管通過上鉸鏈座活動連接在浮船上，下折管通過下鉸鏈座連接在罐底，上折管和下折管通過齒輪箱連接，上折管和下折管的側(cè)壁分別通過多根復(fù)合金屬軟管從旁路連接而成。其優(yōu)點為：工作運行平穩(wěn)，具有恒定的運行軌跡[3]。易損處為復(fù)合金屬軟管，當(dāng)復(fù)合金屬軟管失效或破損時，可以進行局部更換，而不用整體更換。相比全柔性金屬管而言對流體的滯留影響小[1]，根據(jù)專業(yè)流體力學(xué)分析軟件Fluent仿真計算，同規(guī)格的分規(guī)式排水管比全柔性管效率高出18%。其缺點為：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靜密封點多，任何一個連接點出現(xiàn)泄露，都會帶來失效風(fēng)險。（2）安裝不規(guī)范容易應(yīng)力集中、各緊固點易造成疲勞損傷。（3）質(zhì)量過大，力臂較長，局部受力過載。（4）轉(zhuǎn)動部件易損，對轉(zhuǎn)動部件的機械性能要求較高[3]。（5）啟旋噴時流體沖刷過程中易橫向偏移造成法蘭撕裂引發(fā)泄露。（6）易腐蝕穿孔，縮短使用壽命。

2.2 全柔性中央排水系統(tǒng)特點

全柔性中央排水系統(tǒng)直接采用軟管制成排水管，軟管可分為橡膠等非金屬軟管和金屬軟管兩種。整個排水系統(tǒng)僅有兩個法蘭接口，且不受浮盤漂移的影響，泄露的可能性小，排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，對浮盤幾乎沒有作用力[1]。其優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單、無應(yīng)力集中、質(zhì)量較小、靜密封點少、使用壽命長、不易造成腐蝕穿孔[3]。缺點：（1）原油在進行收發(fā)油作業(yè)時，儲罐內(nèi)原油會造成渦流，使其軌跡具有不確定性，需增加配重塊來增加其質(zhì)量。（2）需防止浮船下落時浮船支柱穿刺在全柔性中央排水管上，需在中央排水管周圍浮船支柱加裝馬鞍形支護，防止浮船支柱直接傷害的全柔性中央排水管。（3）成本較高，相對于分規(guī)式同規(guī)格的全柔性排水系統(tǒng)成本是分規(guī)式的2倍。

2.3 浮頂儲罐中央排水管的選用

無論是分規(guī)式還是全柔性軟管式中央排水管，一旦泄漏都無法及時排放雨水，且無法單獨進行修理，只能通過儲罐大修對其進行維修或更換，屆時儲罐也只能退出運行等候大修，降低罐區(qū)儲輸能力，給運行帶來不必要的損失。且儲罐的大修周期較長，費用也很高，中央排水管的失效會額外增加大修頻次，因此中央排水系統(tǒng)的可靠性對于儲罐運行至關(guān)重要。對于操作頻繁升降次數(shù)較多、降水量較大的地區(qū)宜采用全柔性軟管式排水管，對于操作少升降次數(shù)較少，干旱地區(qū)的罐區(qū)宜采用分規(guī)式排水管。

3 中央排水管的失效與管控措施

3.1 鄯善儲備庫中央排水管失效原因

3.1.1 運行原因

鄯善原油站自采用摻混常溫輸送以來，各儲罐間操作頻繁，浮盤升降次數(shù)多，摻混外輸罐如無特殊變化，一般不做變動。例如:G1 001罐、G1 004罐、G1 005罐、G1 006罐等均為油品摻混用罐。根據(jù)發(fā)油運行情況，全年365天，每月計劃停輸2～3天左右，全年外輸大約335天左右，每天平均發(fā)送約48 000 m3，每罐摻混量為80 000 m3，這樣算來平均一年摻混罐浮船起伏大概在201次，按平均5個摻混罐計算每個摻混罐浮船一年起伏大約41次。近年來統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，凡是出現(xiàn)分規(guī)式中央排水管泄露的罐基本都是操作頻繁的摻混罐。由于摻混罐浮船起伏次數(shù)較多，中央排水管在罐內(nèi)隨浮船頻繁升降使其局部發(fā)生疲勞，縮短了使用壽命。摻混罐經(jīng)常需要啟自循環(huán)，啟旋噴攪拌器時原油在罐內(nèi)產(chǎn)生較大渦流，會對中央排水管造成擾動和沖擊，產(chǎn)生的橫向應(yīng)力增大了發(fā)生疲勞損傷的風(fēng)險。

3.1.2 設(shè)備本體原因

首先，分規(guī)式中央排水管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，法蘭連接位置較多，連接處的金屬軟管強度不足，浮船上下起伏時，中央排水管局部應(yīng)力增大，發(fā)生水平方向的扭轉(zhuǎn)或者剪切，容易發(fā)生撕裂。其次，排水管內(nèi)局部雨水無法排出，長時間浸泡，易腐蝕穿孔是失效的第二大主要因素。

3.2 失效管控措施

（1）儲罐外部排水閥按照操作規(guī)程應(yīng)當(dāng)保持全開，但是如果中央排水管破損泄露，巡檢人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，儲罐中大量原油將會從排水閥泄漏，對環(huán)境造成污染。鄯善地區(qū)干旱少雨，為了防止泄露大量的原油，現(xiàn)將罐區(qū)排水閥開度從全開調(diào)整至10%的開度，即使中央排水管泄露，也不會造成太大的損失。此方法只適用于干旱少雨地區(qū)。（2）修改轉(zhuǎn)油和自循環(huán)操作規(guī)程。根據(jù)計算，液位大于5 m時，旋噴射流和罐壁環(huán)向動壓對排水穩(wěn)定性的影響較小，旋噴開啟液位高度應(yīng)控制在5 m以上，因此將旋噴攪拌器從最初的2.5 m以上啟動調(diào)整至液位低于7 m不得啟旋噴攪拌器[2]，減少渦流對排水管的沖擊作用。（3）巡檢人員嚴格執(zhí)行巡檢規(guī)程，做到按時按點認真巡檢，加強現(xiàn)場巡檢管理，組織修訂儲罐巡檢卡，使其具有更強的現(xiàn)場指導(dǎo)性等。（4）在罐外排水口位置安裝可燃氣體報警儀，一旦泄露可以及時報警，采取管控措施。

4 結(jié)語

中央排水系統(tǒng)是儲罐必備的一個附件，一旦損壞儲罐在運行中無法單獨進行維修，儲罐只能退出運行，等待大修處理，這就相當(dāng)于額外增加了儲罐的大修次數(shù)，同時也會影響到生產(chǎn)運行計劃。通過上述比較，全柔性中央排水管在儲罐運行中的適應(yīng)性、耐用性和安全性方面都要優(yōu)于分規(guī)式中央排水管，可根據(jù)具體運行情況采用合適的中央排水系統(tǒng)。