化工论文--炼油厂油库储运安全及自动化存在的问题及改进策略

分类：化工论文发表 时间：2012-03-06 16:16 关注：(1)

魏立刚

摘 要 : 本文化工论文主要阐述、探讨了炼油厂油库在储运安全及自动化发方面的发展现状和一些存在的主要问题，通过对炼油厂油库特点，如组份多、组份与成品共存、兼具储存、生产及运输功能等方面的分析，同时对油库的安全、经济、操作等多方面考虑，对油库储存进行技术和方案方面的研究。
关键词 :石化类建设工程，工程设计，土建工程施工，混凝土工程，炼油厂油库储运安全及自动化
论文引言：石油储运，主要是指石油的储存和运输环节。随着我国国民经济的快速发展和建设，各地方能源紧缺的矛盾日益突出，石油的战略储备和运输是我国石油储运类工作者所关注的重点。据宏观预测，目前我国石油需求量已超过4亿吨。然而我国石油运输存储科技整体上却与发达国有一定的差距。同时，我国石油化工企业的主要油类储运系统主要涵盖了各种液体原料、中间产品、最终产品的存储和运输。毫无疑问，炼油厂油品储运系统是炼油厂的重要组成部分，由于工艺技术和设备的限制，以及操作人员的责任心、管理水平等因素的影响，在炼油厂油品储运过程中埋下了诸多安全隐患，并且像多品级和不同牌号油品运输及现代自动化石油储备设施管理系统等领域都尚有待进一步的研究和改善。另外，使整个石油储运系统更加安全、节能降耗，同时又尽可能的提高社会效益以及经济效益等，也是我们正在面临的由能源紧缺所衍生出的严峻挑战。
1． 炼油厂油库的储运特点
1．11 油品储运系统特点
我国石油化工企业的主要油类储运系统主要涵盖了各种液体原料、中间产品、最终产品的存储和运输。企业规划建设的常见油品储运系统主要包括油品储运系统罐区（原油罐区、成品油罐区、中间原料罐区等）；油品储运系统泵房（原油泵房、原料转输泵房、产品调和及灌装泵房等）；系统管网；装卸设施（水运装卸设施、铁路装卸设施、汽车装卸设施、油品灌装设施等）。
1．12 油品特点
原油及其产品是多种碳氢化合物的混合物（烃类化合物）,具有易燃、易爆、易聚集静电等特点。其中轻组分具有很强的挥发性,不论在什么温度和压力条件下,油品的蒸发都在发生着，在油品储运的过程中,油品的蒸发无时无刻不造成的能源浪费。油品的蒸发损耗和油品的性质、密度、储存条件、作业环境、地理位置及生产经营管理水平等因素有关。油品蒸发损耗主要发生于油品在油罐内静止储存时所产生的自然通风损耗和油品小呼吸损耗及油品在油罐进行收付作业时产生的大呼吸损耗。有关资料表明: 1台储存汽油的5000m3拱顶罐，1天呼吸产生的油气排放总量约350kg,1年的油气排放总量可达126t之多。

2． 我国炼油厂油库的储运现状及存在的问题
2．11 安全问题
石油存储过程中的火灾隐患：首先，是一些设备故障带来的危害。石油储运设备设计的不合理、工艺缺陷、管线的腐蚀、操作压力的波动、机械振动引起的设备疲劳性损坏以及高温高压等压力容器的破损，易引起泄漏及爆炸；其次，没有防爆设备及电器带来的危害。工艺设备及电器线路如果未按规定选用防爆型或未经防爆处理，泄漏的可燃液体、气体遇机械摩擦火花或电气火花极易发生火灾爆炸事故；除此之外，防静电措施不到位的安全隐患。在石油储运过程中对于石油在管道和设备内流动会因摩擦而产生静电，假设静电不能及时导除，造成电荷积累，导致火花放电，就会引起火灾爆炸事故；盲目动火。有的职工不熟悉动火管理规定，或存在侥幸心理，不办理动火手续，有的职工本身不具备动火资格，忽视动火管理规定，贸然动火酿成火灾；违章动火作业。包括违章指挥，动火审批不严，在不具备动火的条件下贸然审批动火；现场监护不力，流于形式。【1】
石油运输过程中的泄露安全隐患：原油及其产品是多种烃类化合物的混合物。在油品储运的过程中,油品的泄露造成了惊人的能源浪费和对环境的污染,既破坏了生态环境,也危害到炼油厂的工作人员的人身安全。
油品的蒸发损耗和油品的性质、密度、储存条件、作业环境、地理位置及生产经营管理水平等因素有关。油品蒸发损耗主要发生于油品在油罐内静止储存时所产生的自然通风损耗和油品小呼吸损耗及油品在油罐进行收付作业时产生的大呼吸损耗。除此之外，由于散发到空气中的石油具有易燃易爆的特性，超过一定浓度遇到火源即可发生爆炸。
2．12 经济耗能问题
对于当前相当数量的炼油厂企业都面临石油蒸发严重的问题，就像前文提到的，油田→炼油厂→用户的周转环节繁杂，石油损耗量及带来的经济损失十分惊人。在石化、石油企业,假设炼油厂储运系统、油库、加油站等方面，由于油品装卸操作频繁的工作环节,使得汽油等轻质油品中易挥发的有机组分会大量汽化逸出。根据工信部发布的2011年上半年石油和化工行业统计数据中，2011年我国原油消费量约为4.68亿吨【2】。在这样大的石油吞吐量作为前提背景下，每年在石油运输中由于蒸发所消耗的石油总量可想而知是不可忽视。油品蒸发损耗的主要物质是轻组分，因此,油品蒸发不仅造成数量的损失,还将引起质量的下降，并造成巨大的经济损失和不必要的能源浪费。
2．13 运储中存在的环境隐患问题
油品灌装过程中的石油排放问题：在油品灌装的过程中，油品由罐区经栈台装油鹤管装入罐车；经装油管嘴灌入油桶,由于流速高、压力大,油品发生剧烈冲击、喷溅、搅动,都会有大量石油溢出进入大气,而产生油品损耗。这种油品损耗称为油品灌装损耗。影响油品灌装损失的因素主要是油品性质、油温、装油压力大小和装油流速、装油方式及气候条件。一般来说,轻质油品灌装损失大,重质油损失小；温度高、压力大、流速快的油品损失大；高位喷溅灌装损失大,低位液下灌装损失小。据有关资料表明,汽油喷溅高位装车单耗最大为3kg/t,低位液下装车损失为0.4~0.8kg/t。由此可见,油品在装车过程中所产生的灌装损耗对环境造成了严重污染。石油储运过程中的装卸站台和加油站向空气中排放的石油具有一定的毒性，会引起皮肤、内脏和神经系统的疾病;另外石油(烃类物质)与空气中氮氧化物在紫外线的作用下发生反应生成臭氧，为光化学烟雾的形成创造了条件。
含油污水的排放问题：炼油厂油品储运过程中污水排放主要来自以下几个环节： 首先是油罐定期脱水、其次机泵冷却水及泵房地面冲洗水、再次是罐区，装车站台地面冲洗水、清洗油罐产生的含油污水以及罐区雨水产生的含油污水。
脱水所产生的污水、洗罐水是必须排入污水处理系统进行处理的；机泵冷却水,各种地面冲洗水,由于阀门和法兰的泄漏、罐底的渗漏或油罐清扫等原因产生的污水,罐区的初期雨水是含油污水,这部分水直接进入下水道就会对地面水造成污染。此外,一些罐体没有防漏或是防漏设施老化失灵,从罐底或阀门等泄漏出来的油品还会渗入土壤,污染地下水。
2．14 管道腐蚀问题
管道在湿硫化氢环境下，对于很多输油管往往受到严重腐蚀并开裂,如应力腐蚀开裂(SCC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、氢致开裂(HIC)、应力诱导的氢致开裂(SOHIC)等。目前普遍发生的管道腐蚀的原因主要分为以下四点：1）材质因素。同时以HIC为例,材料中包含贝氏体或者马氏体的“硬质”带对HIC十分敏感。如果材料夹杂物偏析区硬度控制在300HV以下,就能够很好的消除材料对HIC的敏感性。2）埋地管道所处的环境因素。埋地管道所处的环境是引起腐蚀的外因，包括：土壤类型、土壤电阻率、土壤含水量(湿度)、pH值、硫化物含量、氧化还原电位、杂散电流及干扰电流、微生物、植物根系等。3）应力水平因素。很多实验表明,如果材料所承受的应力超过其屈服应力的30%以上时,材料就可能发生SOHIC破坏。但这样的应力水平,在焊接构件的焊缝周围区域以及SSCC裂纹或者其它类似于裂纹的缺陷内都有可能出现。4）管道设计制造因素。一些学者参照NACE标准(对于介质为气体,设计压力小于448千帕;对于介质为多相系统,设计压力小于1550千帕)，进行容器设计,认为可以避免SSCC或HIC发生的可能。但是在实际上这个标准的制定来源于实验室环境(空气中)。而且,酸性环境与水相的化学成分、pH值以及硫化氢分压等因素有关。总之，管道腐蚀的问题也是不可忽视的。

3． 针对石油储运过程中的问题的改进策略探讨
3．11 针对总体安全防患及事故处理问题的策略
前期设计安全消防问题注意事项综述：泵房的消防以蒸汽消防为主，消防用的蒸汽阀门设在泵房外。泵房采用固定式蒸汽设施，蒸汽管道从主蒸汽管单独引出，在泵端水平方向及其下方，每隔50mm钻4~5mm孔眼一个。并在管端头下面钻一个半径5mm小孔以排除积水；容积大于700m3的泵房，除采用固定式蒸汽灭火设施外，还要设置两个临时灭火用的蒸汽接头；采用半固定式蒸汽灭火设施，每隔15~20m设置一个DN20的蒸汽管接头。
电动往复泵，螺杆泵，齿轮泵若未自带安全阀，则在出口管道上增设安全阀，蒸汽往复的失控压力（事故状态下的压力）超过泵体、管道、配件和出口相连的设备所能承受的压力时也要设安全泵，安全阀设在泵出口与切断阀之间，其出口接至泵进口与切断阀之间的管道。
另外，泵房设给水及排污设施，输送易凝介质的泵房设置蒸汽清扫接头，输送液化烃和甲乙类油品介质的泵房设可燃气体报警器，输送可能灼伤人体或通过皮肤吸收引起中毒介质的泵房设置事故冲洗设施，输送凝固点高于环境温度的泵采取防冻防凝设施。【3】
后期针对石油储运过程的防火问题：定期对设备维护保养。针对各种设备的特性严格按保养规程进行维护，工艺流程操作前做好工作危害分析，控制操作风险；做好防火设计。由于设备泄漏等往往起源于设计阶段，所以做好防火设计十分重要。首先是设备的设计、选型、选材、布置及安装均应符合国家规范和标准。根据不同工艺过程的特点，选用相应的耐压、耐高温或耐腐蚀的材质，按规定进行制造和安装。其次是新建、改建、扩建生产装置布局，单元设备布置，对于防火安全设施的设计和实施应遵循有关规范，做好严格的防火审核工作，充分考虑防火分隔、通风、防爆泄压、消防设施等因素。同时对设备、电气的防爆要求严格把关，从而消除先天性火灾隐患；落实动火作业措施。拆卸禁火区内需要动火的设备、管道及其附件，移至安全的地方去动火，将需要动火的设备、管道及其附件和相关的运行系统做有效地隔离，如在管道上加堵盲板或拆掉一节管子等，阻隔易燃易爆的物料和介质进入动火作业点。动火前应把动火点周围的易燃易爆物品转移至安全地方，现场应打扫干净。经检查确认无误后，开具“用火作业许可证”，落实好监护责任人。要在动火前和动火期间对动火区域内易燃易爆气体浓度进行分析，避免动火过程中发生火灾、爆炸事故。
3．12 针对储运过程中能源损耗问题
首先是改造固定顶油罐。当前我国很多石油企业依然用固定顶油罐来储存汽油和煤油，为了达到防止石油挥发，减少油品储存过程中石油污染，将这些汽油和煤油储罐改装成内、外浮顶储罐，并经常检查，确保浮顶密封和附件良好。同时还要不断增强油罐的安全可靠性,减少石油污染，浮顶罐的蒸发损耗可比固定顶罐降低85%左右由此可见产生可观的经济效益；油气回收装置，治理油品灌装过程中的油气挥发,最根本的手段是采取油气回收措施,回收排放出的烃类气体。采用油气回收措施就是在油品灌装集中的地点,设置油气回收装置,将灌装过程中产生的油气回收,通过装置恢复成液态,重新送入储罐。这样不仅可以大幅度降低烃类气体排放量,而且具有明显的经济效益。油气回收方法可分为吸收法、吸附法、冷凝法及薄膜选择渗透回收法等。总之，加油站采用石油管道系统方案、储油罐中固定顶罐较多的油库和炼油厂采用石油管道与专用设备结合的方案较为合理，即可在减少投资情况下达到一定效果，其他情况则应采用专用设备方案，效果较好，但投资较大。
3．13 针对管道的防腐蚀问题
加强钢管材料要求。管道发生开裂往往需要应力，腐蚀开裂主要是由剥离或阴极剥离造成的，并且完全控制和预防压力容器及管道中的与氢相关的腐蚀开裂，可能性非常小。尽量控制和改善夹杂物的数量和形貌，降低含硫量与含氢量，涂敷前的钢管表面必须进行抛丸或喷砂处理,以达到标准要求的洁净度和锚纹深度,确保底漆粘结牢固；把好现场补口质量。在补口材料与管体防腐覆盖层有较好的相容性;补口接合部应严密粘牢,必要时可做严密性试验;必须认真处理补口处的钢管表面,达到管体表面洁净度的要求；合理选择管材壁厚度。首先要防止储运过程与投运中管道的局部屈曲失稳;其次，要考虑裂纹扩展时效,防止开裂破坏。厚壁管比薄壁管有利于抗应力腐蚀开裂。因此在设计时不妨适当降低管材强度,增加管壁厚度；固定式与移动式防腐作业线相结合。工厂固定式防腐作业生产,由于施工环境好,可提高防腐管的质量,但对于需要长途运输的管材,防腐覆盖层易损伤,而现场修补也很难达到满意的效果,故建立防腐作业线应考虑固定与移动相结合,以满足工程现实的需要。
3．14 针对储运罐区自动化改造问题
罐区自动化设施综述：罐区往往是一个公司的一个原料、成品的储存库。原料、成品入库进罐储存，可能的通道包括码头卸船、火车或汽车卸车，整个过程需要有严密监视、计量。原料、成品出库可能的通道包括码头装船、火车或汽车装车，整个过程也需要有严密监视、计量。保证储存、输转的安全是罐区生产的首要任务。
因此，罐区自动化所需的设备包括储罐计量仪表（伺服、雷达、HIMS等），液位开关，压力、温度、流量仪表，二位式遥控阀，可燃气体探测仪表，电子式岗位巡检仪表，工业电视监视系统，罐区监控管理系统等。
当今，所有以上仪表设备都已成熟。如何根据需要选择合适的、合理的方案，往往将决定罐区自动化能否符合业主实际需求，兼顾先进性、可靠性、经济性、实用性等各项指标，真正实现整体目标。
罐区自动化拟达到的目标是保证罐区生产安全、油品计量及时准确，是事关公司经济效益的大事，是罐区实现自动化的主要目标。而建立先进管理监控体系又是保证生产安全、计量及时准确、调度合理科学尤其是市场经济发展的需要。当今自动化技术、仪表设备、电脑及通信网络技术的发展非常快，几乎是一年一个样，因此，控制系统的体系、硬件、软件的更新升级也非常快。现在的控制系统和几年前的相比，已经完全不一样了。重要的是如何规划设计和选型应用。
对于储罐计量的管理和监控，储罐计量指对大型储罐液料库存量及输转量进行测量。现用测量方法有两种, 一种是体积测量法, 通过液位和温度测量计算出罐内油品标准体积。另一种是重量测量法, 通过液位静压强测量，计算出罐内油品重量。两种测量方法都基于油罐几何形体的标定数值。我国使用的计量制是质量计量，因此，如果采用体积法测量，最终还是要换算成质量。对于油品的商业交接，国家计量标准是，按质量计，国内交接的允许误差是±0.35%，国际交接的允许误差是±0.2%。因此，考虑储罐计量仪表时应按重量误差±0.2%的标准进行选型分析。目前石化行业的油罐计量仍沿用人工测量的国标进行，即人工检尺液位（测油面高度）、采样测温（三点加权平均，取平均温度）、采样测比重（三点加权平均，意取平均比重），然后通过检定的油罐形体的面积处理，得到油品的体积和重量。油罐形体（实际上是面积）的检定误差，一般油罐是±0.2%, 计量罐是±0.1%。因此，如果采用一般检定罐（面积误差±0.2%），那么，油罐计量仪表的重量测量误差必须在±0.04%以内，整体测重误差才能达到±0.204%。
自动化改造改进策略：1）阀门的自动化；很多老的企业，阀门的开关还是人力，但是很多新的企业，罐区中的阀门都是换了电动阀了，节省了人力成本。另外，将罐的液位上限与阀门控制连锁，电脑控制，达到上限直接报警，关阀。做到液位高低报警，高高液位连锁关阀，低低液位连锁停泵关阀。2）生产计量自动化；很多企业计量时候是查表人工计量，浪费时间。可以考虑将液位变送信号直接输入电脑，通过计量软件进行罐存输出，及进行计量。3）泵的电机，最好是连锁的，由生产装置直接启动，节省人力。液位、温度、流量等信号进控制室，便于控制室掌握整个罐区的情况。4）罐区伴热系统， 最好使用电伴热系统，使用温控器控制，高效；而加热系统中，很多都是用蒸汽加热，但是温度控制是关键，可以考虑储罐温度变送输出，与蒸汽温度输出进行热力计算，通过蒸汽阀门的开度大小来控制；控制设停泵按钮，控制室可以对遥控阀进行远程控制。5）定量装车等。

论文结束语 毫无疑问，炼油厂油库应该重点关注并在油品储运过程中采取切实可行的措施减少蒸发损耗，使企业运行更加节能减耗。同时将火灾防患于未然，并且对储运管道加强管理。尽量普及炼油厂的自动化程度改造，不断完善改进在炼油厂油库储运过程中的不足和问题。

参考文献
【1】《我国油气储运现状分析及前景展望》张瑞铎，程平
【2】《2011年中国成品油市场半年回顾及展望》丁少恒 仇玄 徐英俊
【3】《浅谈炼油厂油品储运系统设计(一)》高依群