重質(zhì)油罐，作為儲(chǔ)運(yùn)裝置直供、轉(zhuǎn)運(yùn)和銷售寄存的重要設(shè)備，不僅能暫存物料、節(jié)省設(shè)備投資，也有利于調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷、降低物料能耗[1]。近年來(lái)，無(wú)論是新建的石油化工，還是煤化工裝置，一般都設(shè)置數(shù)量不等的重質(zhì)油罐。由于重質(zhì)油具有比重大、黏度高、沸點(diǎn)高、凝固點(diǎn)高等特點(diǎn)，為便于轉(zhuǎn)運(yùn)和輸送，在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)一般需要設(shè)置較高的作業(yè)溫度，操作條件也較為嚴(yán)苛。一旦重質(zhì)油罐的安全防護(hù)措施設(shè)置不嚴(yán)密或者操作不當(dāng)，油品突沸現(xiàn)象是比較容易發(fā)生的，甚至是著火、爆炸事故[2]。這些對(duì)油品罐區(qū)的安全、穩(wěn)定、清潔運(yùn)行，以及操作人員的人身健康都具有非常大的威脅。 

 

本文對(duì)重質(zhì)油罐突沸事故的發(fā)生進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的分析，查找造成突沸的有關(guān)因素，并結(jié)合重質(zhì)油品儲(chǔ)運(yùn)的客觀規(guī)律和生產(chǎn)實(shí)際，提出了針對(duì)性的預(yù)防建議措施，防患于未然，這些對(duì)有效防范重質(zhì)油罐區(qū)的突沸事故發(fā)生具有十分重要的理論參考意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)價(jià)值。 

 

1 突沸的原理 

1.1 突沸的概念

客觀上說(shuō)，突沸在重質(zhì)油品儲(chǔ)運(yùn)的生產(chǎn)操作和日常管理過(guò)程中是比較常見(jiàn)的現(xiàn)象。突沸的基本原理是指油品在儲(chǔ)存過(guò)程中，由于質(zhì)量上的差異或生產(chǎn)過(guò)程水的意外竄入，當(dāng)遇高低溫油品混合或油料溫升時(shí)，產(chǎn)生的大量能量集聚和釋放[1]。具體表現(xiàn)為，聚集了大量能量的高溫油品將熱量傳遞給了低沸點(diǎn)物料（主要指竄入的水或其它輕質(zhì)油品），低沸點(diǎn)物料處于過(guò)熱狀態(tài)并達(dá)到一定程度后，在罐內(nèi)劇烈汽化。特別當(dāng)遇到黏度大、表面張力大的重質(zhì)油時(shí)，產(chǎn)生大量的高溫油氣泡沫，體積迅速劇增，較終造成油罐的憋壓。如不能及時(shí)卸壓，極易導(dǎo)致油罐內(nèi)重質(zhì)油料、水汽混合物出現(xiàn)爆炸式擴(kuò)散，發(fā)生油罐突沸、撕裂或者冒罐等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生著火、爆炸事故。 

 

1.2 有關(guān)突沸的膨脹倍數(shù)估算

重質(zhì)油品突沸過(guò)程的水汽膨脹是異常劇烈的，以 1 kg冷凝水進(jìn)入重質(zhì)油罐汽化后的體積擴(kuò)大倍數(shù)進(jìn)行估算[3]： 

（1）為使計(jì)算簡(jiǎn)化，假設(shè)竄入的冷凝水處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，即溫度：273.15 K（0 ℃），壓力：101.325 kPa。在該標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，水的摩爾質(zhì)量為 18 g/mol, 1 kg 的冷凝水體積約等于 1 L。同時(shí)，設(shè)定發(fā)生突沸事故的重質(zhì)油罐中油料溫度為 383.15 K（110 ℃）。1 kg 的冷凝水完全汽化成水蒸汽的物質(zhì)的量為：n=1 000/18=55.56 mol。

（2）假設(shè)冷凝水在高溫重質(zhì)油中汽化到383.15 K（110 ℃）時(shí)的蒸汽狀態(tài)，符合理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT。其中，重質(zhì)油罐為常壓罐，蒸汽壓強(qiáng)取 1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P=101.325 kPa，水蒸氣溫度 T=383.15 K（110 ℃），1 kg 水蒸氣所具有的物質(zhì)的量 n=55.6 mol。 

（3）將上述數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程，得出 1 kg 冷凝水在高溫重質(zhì)油罐中汽化后，所具有的體積為：V=55.6×8.31×383.15 /101 325 =1 747.98 L。

（4）由以上式估算可以得出，進(jìn)入高溫重質(zhì)油罐的冷凝水汽化后，體積可巨增至少 1 700 多倍。

 

2 重質(zhì)油罐突沸的原因分析 

2.1 油罐存水

2.1.1 上游加工裝置送料中夾帶水 

由于自上游油品加工裝置輸送來(lái)的重質(zhì)油中不可避免會(huì)夾帶少量水汽，加之目前重質(zhì)油罐多采用液下進(jìn)料的方式，開(kāi)工初期的管線、儲(chǔ)罐中也可能存有少量水汽[4]。這些夾帶入罐的水份，如不能及時(shí)從油罐頂部揮發(fā)，常常會(huì)導(dǎo)致在罐底的積聚。 

 

2.1.2 油罐內(nèi)加熱器泄漏 

油罐加熱器一般為列管式或盤(pán)管式加熱器，多使用飽和蒸汽作為熱媒進(jìn)行交換加熱。油罐加熱器一旦泄漏，熱源蒸汽可通過(guò)油路竄入罐內(nèi)。特別當(dāng)罐內(nèi)溫度較低時(shí)，加熱器泄漏出的飽和蒸汽會(huì)大量

凝結(jié)成液態(tài)水，停留在油罐底部。 

 

2.1.3 油罐呼吸凝聚水 

重質(zhì)油罐向外發(fā)油時(shí)，罐壓會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)罐頂呼吸閥控制的真空度大于罐壓時(shí)，油罐會(huì)通過(guò)呼吸閥吸入外部新鮮空氣。由于新鮮空氣的吸入，可能造成外部水汽的侵入和凝聚。同時(shí)，隨著外界氣溫、壓力等周期性變化，油罐中的油汽溫度、壓力、濃度和蒸發(fā)速率也會(huì)相應(yīng)改變，油罐也會(huì)相應(yīng)吸入濕潤(rùn)空氣或者排出過(guò)多油氣，這些影響都會(huì)造成油罐內(nèi)的水汽凝聚[5]。 

 

2.1.4 油罐頂部封蓋不嚴(yán) 

油罐頂部采光孔、量油孔等封蓋不嚴(yán)，雨雪水進(jìn)入罐內(nèi),特別當(dāng)罐內(nèi)溫度較低時(shí)，雨雪水就會(huì)從油面沉降至罐底部。 

 

2.1.5 脫水口設(shè)置過(guò)高 

重質(zhì)油罐脫水口高度距罐底的距離不宜過(guò)高，脫水口高度以下的罐底存水一般是無(wú)法切除的，而這些存水也是完全足夠引發(fā)突沸事故的。 

 

2.2 溫度異常變化

2.2.1 加熱器控溫過(guò)高 

由于加熱器工況操作不當(dāng)，導(dǎo)致重質(zhì)油罐溫度過(guò)高，接近甚至超過(guò)突沸得臨界狀態(tài)。 

 

2.2.2 切、付料操作不當(dāng) 

在送付料或者切換送付料過(guò)程中操作不當(dāng)，或上游油品加工裝置工況發(fā)生異常波動(dòng)，部分高溫油品竄入重質(zhì)油罐，導(dǎo)致罐內(nèi)油品組分發(fā)生擾動(dòng)，引發(fā)突沸事故的發(fā)生。 

 

2.3 油罐液位變化

油罐液位是會(huì)產(chǎn)生靜壓的。尤其在重質(zhì)油罐底存有積水的情況下，隨著罐內(nèi)油位的升降，積水的沸點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。一般油位升高，罐底的壓強(qiáng)會(huì)增大，水蒸氣的飽和溫度也會(huì)增加，相應(yīng)狀態(tài)下水的沸點(diǎn)也會(huì)提高[6]。 

（1）以某重質(zhì)油罐為例，假設(shè)該罐液位的安全高度為 16 m，抽空高度為 4 m，重質(zhì)油密度 ρ 為1 000 kg/m3。根據(jù)有關(guān)公式計(jì)算得，罐內(nèi)液體靜壓強(qiáng) Pj=ρgh=1 000 ×9.8×16=0.157 MPa；油罐底部壓強(qiáng) P=Pj+ Patm =0.157+0.101 =0.258 MPa。

（2）當(dāng)重質(zhì)油罐底部壓強(qiáng)為 0.258 MPa 時(shí)，計(jì)算得到相應(yīng)水的沸點(diǎn)為 135 ℃。

（3）參照以上計(jì)算過(guò)程，當(dāng)重質(zhì)油罐液位降低至 4 m 時(shí)，可計(jì)算得到罐底壓強(qiáng)為 0.136 MPa，此時(shí)水的沸點(diǎn)則降低至 108 ℃。

（4）由此可見(jiàn)，在同等儲(chǔ)存工況和環(huán)境溫度下，重質(zhì)油罐液位降低，罐底存水的沸點(diǎn)也會(huì)降低，也會(huì)導(dǎo)致突沸事故的發(fā)生。

 

3 有效防范措施 

防范重質(zhì)油罐突沸的有效措施，根本上是要嚴(yán)控罐內(nèi)物料溫度，減少罐內(nèi)存水，堅(jiān)決避免形成能量突然釋放的前提條件。具體可有以下五項(xiàng)措施： 

 

3.1 減少罐內(nèi)存水

（1）改為罐頂部進(jìn)料。將重質(zhì)油罐進(jìn)料改為罐頂部進(jìn)入，進(jìn)料管進(jìn)罐后可沿罐壁再向下延伸 2 m 左右。這樣的好處是，即使油料中夾帶少量水汽也不容易在底部積聚，而是可以通過(guò)罐頂呼吸閥排出罐外。 

（2）降低脫水口高度。將重質(zhì)油罐脫水口高度盡可能改至較低點(diǎn)，一旦積水，這樣也有利于較大程度切水排出。同時(shí)定期做好脫水工作，避免罐內(nèi)明水積存。

（3）確保設(shè)備完好性。重點(diǎn)檢查重質(zhì)油罐加熱器是否內(nèi)漏，如果油罐加熱器內(nèi)漏，將嚴(yán)重導(dǎo)致油品帶水。檢測(cè)的簡(jiǎn)易方法，可采取先關(guān)閉加熱器熱媒入口，再打開(kāi)加熱器熱媒出口，目測(cè)是否伴有油料逸出。若有油料逸出，則證明加熱器內(nèi)漏，應(yīng)立即停用，切出檢修。同時(shí)，罐頂呼吸閥等開(kāi)口處使用完畢后，也應(yīng)及時(shí)關(guān)閉。

（4）調(diào)合用的蠟油及重柴油的水份，必須控制在 0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，否則應(yīng)采取適度升溫、沉降、切水等脫水措施。實(shí)踐證明，含水小于 0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的油品進(jìn)入重質(zhì)油罐，一般不會(huì)發(fā)生突沸[7]。

（5）嚴(yán)格禁止各類油品的罐底油向重質(zhì)油罐中進(jìn)行調(diào)合。因?yàn)橥ǔ９薜缀透黝愲s質(zhì)都比較多。 

 

3.2 保證合理的儲(chǔ)存溫度

3.2.1 嚴(yán)控進(jìn)罐油品的較低溫度 

為保持重質(zhì)油品的流動(dòng)性且不發(fā)生凝固現(xiàn)象，同時(shí)盡可能減少罐內(nèi)水汽的積聚，必須嚴(yán)控進(jìn)罐油品的較低溫度。此較低溫度應(yīng)高于重質(zhì)油罐底水汽的飽和蒸汽壓對(duì)應(yīng)的溫度。保持在這樣一個(gè)合適的罐溫情況下，即使罐內(nèi)存少量水汽，也可以通過(guò)不飽和蒸汽等形式逸出罐外，不會(huì)在罐內(nèi)形成明水。對(duì)于重質(zhì)油而言，渣油凝固點(diǎn)較高約 60 ℃[8]。因此，一般重質(zhì)油罐的進(jìn)料溫度不低于 75 ℃，就可以滿足儲(chǔ)運(yùn)要求。 

 

3.2.2 防止儲(chǔ)存溫度過(guò)高 

在保持一定罐溫下限的基礎(chǔ)上，也要防止過(guò)度溫升。特別是達(dá)到或超過(guò)罐內(nèi)積水的突沸溫度后，會(huì)引發(fā)突沸事故發(fā)生。重質(zhì)油品出油品加工裝置的溫度較高，一般在 100 ℃左右，其中減壓渣油甚至達(dá)到 150 ℃。綜合考慮能耗的情況下，應(yīng)盡可能采取措施，嚴(yán)格控制一般重質(zhì)油罐儲(chǔ)存溫度和收料油品溫度低于 95 ℃。這樣即使有液態(tài)水存在，也不至于發(fā)生突沸事故。 

 

3.3 加裝防突沸油氣分離器

在重質(zhì)油罐體內(nèi)縱向固定安裝兩端貫通的油氣分離管 2（具體詳見(jiàn)圖 1）[9]，油氣分離管 2 和進(jìn)油管 3 通過(guò)切線結(jié)構(gòu)聯(lián)接。重質(zhì)油品不直接進(jìn)入儲(chǔ)罐體 1，而是通過(guò)進(jìn)油管 3 從儲(chǔ)罐底部 4 進(jìn)入后上行，再由油氣分離管 2 頂部切線進(jìn)入儲(chǔ)罐體 1。重質(zhì)油緩慢旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，形成液膜。即使重質(zhì)油中夾帶水汽，也可通過(guò)油氣分離管 2 從液膜中有效脫出，再經(jīng)分離器后由儲(chǔ)罐體頂部揮發(fā)，從而可有效

解決重質(zhì)油儲(chǔ)罐突沸的問(wèn)題。

3.4 規(guī)范和優(yōu)化儲(chǔ)運(yùn)操作

3.4.1 收付料或裝車流程建立雙線 

重質(zhì)油罐停裝期間無(wú)需采用蒸汽掃線。同時(shí)冬季可使用熱油循環(huán)的辦法解決管線凍凝問(wèn)題，這樣可有效減少裝車、發(fā)送料過(guò)程掃線蒸汽帶入重質(zhì)油罐的風(fēng)險(xiǎn)。 

 

3.4.2 建立頂線掃線廢料罐 

一般來(lái)說(shuō)，調(diào)合重油（或重蠟、重柴）罐的入料管線，使用完畢后必須用蒸汽掃線，這樣管線內(nèi)必然存積大量冷凝水。因此，可考慮單獨(dú)設(shè)立頂線掃線罐，下次使用調(diào)和管線前，可用無(wú)水油品將該管線內(nèi)的冷凝水進(jìn)行多次置換，并將置換油頭切入頂線掃線廢料罐中，然后再改流程入調(diào)和重油（或重蠟、重柴）罐進(jìn)行調(diào)合作業(yè)。 

 

3.5 其他合理應(yīng)對(duì)措施 

嚴(yán)格日常巡檢，對(duì)可能導(dǎo)致突沸事故的各類風(fēng)險(xiǎn)和因素要及時(shí)管控。特別是在重質(zhì)油罐收付油、靜置儲(chǔ)存等過(guò)程中要定期巡檢，對(duì)重質(zhì)油罐的進(jìn)料溫度、罐體儲(chǔ)存溫度、是否有水汽積聚等要重點(diǎn)排查，盡可能避免突沸事故的發(fā)生。 

（1）定期檢查罐內(nèi)是否有異常聲響。除加熱器偶爾因水擊會(huì)發(fā)出聲響外，如重質(zhì)油罐收油時(shí)夾帶水汽，油罐也可能會(huì)產(chǎn)生異常聲響。一旦出現(xiàn)此類情況，必須采取果斷處置措施。必要時(shí)要對(duì)上游油品加工裝置進(jìn)行減負(fù)荷、打內(nèi)循環(huán)等措施，甚至中斷油罐進(jìn)料，待徹底排除隱患后再收料。

 

（2）監(jiān)測(cè)液位計(jì)的異常變化。重質(zhì)油罐液位計(jì)一旦發(fā)生劇烈波動(dòng)，這常常是油罐即將發(fā)生突沸的前兆。應(yīng)立即排查原因，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行處置，這樣可有效避免突沸事故的發(fā)生。 

（3）定期檢查重質(zhì)油灌頂呼吸閥、檢尺口等部位是否有蒸汽逸出。如果有蒸汽逸出，證明罐內(nèi)由積水存在。應(yīng)及時(shí)查明異常水汽來(lái)源，采取必要的切水處理措施[10]。 

（4）一旦突沸事故發(fā)生，可往罐內(nèi)注入冷柴油（因柴油粘度小，表面張力小，一般不會(huì)產(chǎn)生突沸現(xiàn)象），能迅速降溫并破壞泡沫層，一定程度上可抑制突沸的發(fā)生。 

 

4 結(jié)束語(yǔ) 

通過(guò)對(duì)重質(zhì)油罐突沸發(fā)生的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，科學(xué)采取改造進(jìn)料方式、降低脫水口高度、加裝防突沸油氣分離器、合理確定重質(zhì)油罐儲(chǔ)存溫度、規(guī)范儲(chǔ)運(yùn)操作和加強(qiáng)日常巡檢等有效措施，能夠有效防范重質(zhì)油罐突沸事故的發(fā)生，避免人身傷害和設(shè)備損失，保證重質(zhì)油罐區(qū)的安全、穩(wěn)定和清潔運(yùn)行。

 

相關(guān)推薦：上海自動(dòng)化儀表四廠