低压拱顶油罐负压下的变形及对策

第6期

2016年12月 No.6

December，2016第43卷 第6期Vol.43 No.6

1 概况

常压碳钢立式储罐结构简单，制造、安装、维修方便，被

广泛的应用于石油化工生产中原料或反应中间产物的储存。

立式圆筒形储罐设计压力一般为常压或微正压，由于呼吸

阀堵塞或违章操作等原因经常会造成常压储罐的负压失稳，

对企业的安全和清洁生产产生隐患，影响生产的连续稳定

运行。

1.1 情况介绍

2013年8月，某公司一装置的一台70m3

的物料中间罐锥

顶由于负压失稳造成局部抽瘪变形，由于贮存物料易燃，

挥发气味特殊，易造成安全环保事故，撤出物料，停止使用

此设备。

设备规格：Φ4400×5627×10，体积 70m3

，设计压力常

压，工作温度80°C，材质Q235-B。

1.2 工艺流程及失稳原因分析（见图1）

图1 工艺流程及失稳原因分析

苯胺等原料进入反应釜反应后，物料经溢流口进入缩

合液储罐。

反应釜容积14m3

，反应压力小于0.02MPa，缩合反应釜

真空泵抽气量720m3/h。缩合液罐内液位不低于2000mm，罐

顶表压小于1Kpa，开工时，需保持放料管充满液柱后进行正

常采出。开车时由于操作失误，造成罐顶西北方向负压失稳

抽瘪，上部连接管道及栏杆变形。

2 罐顶修复方案选择

罐顶修复方案一般有两种，一种是机械修复法，即将失稳部分进行切割更换或罐顶整体更换，但该储罐储存物质

为苯胺、二硝基苯胺等有机化合物，不易清洗置换，易发生

火灾爆炸事故且清洗产生废水也难于生化处理。另一种方

法是采用注水加压修复，即利用内部充压方法将贮罐失稳

的部分恢复到原始状态，该办法操作简单，费用低，但面临

的最大问题是控制好压力，储罐一旦超压，整个贮罐有开裂

的风险，操作中必须进行严格的计算和控制，否则易导致安

全环保事故的发生。根据实际情况，经讨论笔者决定采用注

水加压法修复。

3 内压法修复方案理论计算

3.1 罐底抬离基础表面升力计算

该储罐为平底，底部无地角螺栓，在加压的过程中由于

检维修技术　石油化工设备技术，２００２，２３（５）・５４・　Ｐｅｔｒｏ—Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

正压法在立式拱顶油罐变形修复中的应用　

王元波　（中国石化股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳４７１０１２）　摘　要：分析了一例常压拱顶油罐罐顶失稳的原因，介绍了拱顶油罐注水补压修复方法。为了保证设备　的安全，对壳一顶节点的强度及罐体提升力进行了校核，并分析了外界环境和注水量对罐内压力的影响，对处　理类似问题有一定的参考价值。　关键词：拱　顶油罐；失稳；修复；强度校核；提升力　中图分类号：ＴＥ９８８文献标识码：Ｂ文章编号：１００６—８８０５（２００２）０５—００５４—０３　圆柱形立式钢制拱顶油罐在石油储运系统应　用较广，由于其设计压力较低，稳定性较差，在使　用中罐内易产生较大的负压而导致油罐失稳。现　以洛阳石油化工总厂Ｇ１３０１罐顶失稳变形为例，　介绍正压法在拱顶油罐变形修复中的应用。　１　Ｇ１３０１罐顶变形经过及设备状况　Ｇ１３０１是洛阳石化总厂的加氢原料罐，２００１　年３月２０日上午９时２０分该罐向Ｇ１３０２进行压　油作业，当时两罐液位分别是１２．４５ｍ和０．６ｍ。　９时５０分许，该罐区操作工听到罐顶有振动声，　立即停止作业，并对作业罐进行检查，发现Ｇ１３０１　罐顶西侧约１／５罐顶产生凹陷变形。　Ｇ１３０１罐于１９８７年８月建成，１９９０年６月　投入使用。１９９７年６月，加氢原料罐区增上了柴　油出厂管线，油罐出口管线也由原来的　ＤＮ２００ｍｍ改造为ＤＮ３５０ｍｍ，油罐其它部件未　作改动。Ｇ１３０１油罐的有关数据见表１。　表１　Ｇ１３０１油罐的有关数据　项　目　数　据　油罐规格／ｒａｍ　３１２８２×１４Ｏ７Ｏ　油罐种类　立式拱顶油罐　呼吸阀型号　８２ⅡＣ—ＤＮ２５０　正压／Ｐａ　１　７６５　负压／Ｐａ　２９５　油罐试验正压／Ｐａ　２１５７，５　油罐试验负压／Ｐａ　１７６５，２　２　Ｇ１３０１罐顶失稳原因分析　车间技术人员查找了油罐作业的原始数据，　对油罐失稳的原因作了计算分析。　已知油罐的几何尺寸，油罐发油的前后液位，　作业时间３０ｍｉｎ，呼吸阀呼吸量４８０ｍ。／ｈ。由于　作业时间短，可忽略罐内气体的温度变化及油品　蒸发的影响，视罐内气相为理想气体。假设作业　过程中设备未发生变形，那么在封闭容器内，罐内　油气的压力变化应满足恒温下的气态方程：　Ｐ】Ｖ】一Ｐ２Ｖ２　（１）　发油结束时油罐内压力为：Ｐｚ—Ｐ　Ｖ　／Ｖ　式中：Ｐ　——发油前罐内气相的绝对压力，按大气　压力；　Ｖ　——发油前罐内气相体积，按罐内气相　体积、呼吸阀作业期间补气量二者　之和；　Ｖ　——发油后罐内气相体积；　Ｐ　——发油后罐内气相的绝对压力。　根据已知数据可算出：　Ｖ】一２５５２＋４８０×３０／６０—２７９２　ｍ。　Ｖ２—２９７２　ｍ。　Ｐ２一ＰｌＶｌ／Ｖ２—０．９３９ｐｌ　作业后罐内气体真空度为：　（１—０．９３９４）Ｐｌ＝６０６０　Ｐａ　拱顶失稳的临界载荷Ｐ　可由式（２）计算　：　Ｐ。　一０．１Ｅ（ｔ　／Ｒ　）　（ｔ／ｔ　）　（２）　收稿日期：２００２—０５—２４　作者简介：王元波（１９６８一），男，河南滑县人。１９９２年毕业　于抚顺石油学院化工机械与设备专业，获工学学士学位。现　在中国石化股份有限公司洛阳分公司炼油厂从事设备管理　工作，工程师，发表论文１篇。

油气储运　拱顶油罐罐顶爆裂的原因分析及预防措施　贾　磊　（齐鲁石化公司胜利炼油厂技术处）　贾磊：拱顶油罐罐顶爆裂的原因分析及预防措施，油气储运，２００２，２１（８）５２￣５４。　摘　要　由于拱顶油罐的罐顶与罐壁设计为弱连接，在蒸汽吹扫作业中，易发生罐顶爆裂事　故。分别从拱顶油罐的设计规定和受力状况两方面进行了分析。分析结果表明，预防拱顶油罐罐　顶爆裂的关键是确定吹扫作业时间。提出采取严格控制扫线作业时间和扫线蒸汽流量，增大油气　空间的体积和增加罐顶通气孔数量和面积等措施，可有效地预防该类事故的发生。　主题词　拱顶罐　罐顶　破裂　原因分析　措施　为了保证重油管道的安全运营，需经常对其进　行蒸汽吹扫，但在吹扫过程中，若操作不当，易导致　管道上用于收、发油品的拱顶油罐发生罐顶爆裂，给　油罐的安全运行带来隐患，因此对该类事故的预防　尤为重要。　一、我国油罐设计中的有关约定　１、　油罐正常操作压力下通气量的约定ｎ　油罐在正常压力下最大的设计通气量一般取最　大物料进入量和环境温度升高时呼出的气体量　之和。　２、　紧急呼吸量的约定　固定顶储罐的顶与壁多设计为弱连接结构，即　当油罐内不能满足紧急状态下的气体量通过时，为　保护罐体及防止罐内物料溢流，罐顶壁连接处会先　于其它连接部位发生爆裂。　３、球壳设计的约定０　拱顶油罐的球壳需进行内压作用下产生的薄膜　应力的强度校核和外载荷作用下的稳定校核。但在　多数情况下，后者是主要的，故一般只校核后者。　从以上三项设计约定可以看出，在拱顶油罐的　罐顶设计中，忽略了扫线蒸汽直接进罐这种特殊情　况，这为油罐罐顶爆裂事故的发生埋下了隐患。　＊２５５４３４，山东省淄博市；电话：（０５３３）７５７９００４。　二、罐顶爆裂的受力分析　１、拱顶油罐罐顶受力分析　（１）拱顶油罐罐顶承受的外载荷（ｑＥ）的计算　ｑＥ—ｑｌ＋ｑｚ＋ｑ３＋ｑ４　（１）　式中ｑＥ——罐顶承受的外载荷，Ｐａ；　ｑ　——球壳单位面积的自重，Ｐａ；　ｑ。——在操作条件下，罐内可能产生的最大　真空度，Ｐａ；　ｑ３——雪载，Ｐａ；　ｑ　——活载荷，Ｐａ。　（２）拱顶油罐罐顶承受的内载荷（　）的计算　ｑｉ—ｋｑ　５一ｑｌ　（２）　式中　ｑｉ——作用于球壳上的内载荷，Ｐａ；　ｑ　——罐内最大正压力，Ｐａ；　是——超载系数，取１．２。　（３）拱顶油罐罐顶的总垂直载荷（Ｑ）的计算　Ｑ—Ｔ“Ｄ。ｑ　（３）　‘ｔ　式中Ｑ——罐顶的总垂直载荷，Ｎ；　Ｄ——罐顶部壁板的内径，ｍ；　ｑ——球壳单位面积上的载荷（可取其中的较　大者），Ｐａ。

第２１卷第１０期　油　气储运　

拱顶油罐喷油爆裂的原因分析　・　３５　・　

冯平：拱顶油罐喷油爆裂的原因分析，油气储运，２Ｄ０２，２】（１ｏ）３５～　７　妻　手　耋　霎　誊　差　差萋一ｉ言耋　岩　承载压力超　耄　嚣　篙　

重油管道过程中，若操作不当，大量水　妻　含水油品会涌人用于收发油品　簇　竺　：曼　罐内部承载压力超过设计压　因此，为防止该事故对企业造　釜　境污染，保证油罐的安全运行，　油车间油罐区Ｇ～０９号油罐　析探讨了油罐喷油爆裂的原因。　…　

一、油罐喷油爆裂概况　超压　事故　分析　Ｘ　３．４）ｍｍ　、（２３５Ｘ４．５）ｍｍ。（见图２）。　

５３６。０。＇广西壮族自治区北海市北海大道；电话：（。７７９）３９ｌ５ｌ１３或３９１５１８３。　人　孔　图】　Ｇ一０９号油罐罐底变形示意图　清扫孔　十　

位置　

ｍ油　Ｌ　

图２罐底板与罐壁板角焊缝处断裂位置示意图　维普资讯 油　气储运　经清罐，用煤油及金属清洗剂彻底清洗角焊缝　后可以清晰看见在（２３５×４．５）ｍｍ　的断裂面上有　一条长１５　ｍｍ的陈旧性裂纹。此外清扫孔补强板　也有不同程度地凹陷现象，最大凹陷位移达到５５　ｍｍ，油罐盘梯及管道已偏离罐基础３３０　ｍｍ，并向　东南方倾斜。　二、油罐设计数据及运营状况　１、油罐设计数据　Ｇ—Ｏ９号储罐为立式拱顶常压储罐，储罐底板　及壁板厚度均为５　ｍｍ，罐壁采用珍珠岩保温材料覆　盖，厚度为６５　ｍｍ。油罐的具体设计数据见表１。　２、油罐基础状况　Ｇ—Ｏ９号油罐基础采用钢筋混凝土圈梁，圈梁　中间部分是由碎石、细砂和沥青砂组成的砂垫层，基　础表面沿中心向周边呈现５：１　０００的坡度。油罐　建成后充水４８　ｈ观测，基础沉降均匀，未出现异常　现象。油罐经正负压力试验，罐底板及罐顶均符合　设计要求。油罐发生沸溢爆裂后，基础也未发生异　常变形、裂纹及不均匀沉陷等，因此排除了基础不均　匀沉陷造成的罐底板与罐壁板问角焊缝处产生过大　弯曲应力致使油罐开裂的可能。　表１油罐设计数据