摘要：大型石油储罐浮顶密闭空间属于密封环形油气积聚空间，收发油作业时浮盘升降会积聚大量挥发可燃气体，当浓度超出爆炸极限时，遇到静电、雷击产生的火花就极易引发燃烧或爆炸事故。基于此，通过提出一种混合气体实时监测与惰化技术，在储罐浮顶处安装混合气体探测与保护系统，及时注入氮气类惰性气体降低可燃气体浓度，保障安全生产。通过测试应用，该项技术实用效果较好。

　　关键词：大型储罐；石油储备；主动安全防护技术；密封圈；应用

　　0引言

　　近年来随着我国原油需求量的提高，原油储罐储量规模逐步向大型化建设方向迈进，单罐容量达到10万m3、15万m3的原油储罐达到数千座。大型石油储罐浮顶处密闭空间属于密封环形油气积聚空间，存在放电间隙。储罐收发作业时随着浮盘升降会积聚大量挥发可燃气体，浓度过高时遇到静电、雷击产生的火花就极易引发燃烧、爆炸事故。因此为避免大型石油储罐密封圈火灾事故，急需引进和采用新型防护技术进行有效预防，提升储罐防爆灭火能力，保障作业人员生命财产安全。

　　1大型石油储罐防雷技术现状

　　现有大型原油储罐均开始将机械密封形式转换为泡沫软密封形式，但从实际使用效果来看，软密封仍存在很多弊端，只是密闭空间相对变小，放电间隙仍然存在。以某工厂储罐原油中转为例，更换软密封手续复杂且作业条件很容易受存储油种、液位等的制约，因此机械密封向软密封形式的转换，仅适用于储备库，在中转库较难适用。同时储罐中的原油易燃易挥发等性质，在密封结构拆卸过程中也存在各类安全隐患，易发生密封圈火灾事故。当软密封安装达到5年时限左右，也容易出现泡沫密封不严、密封橡胶漏油等现象，因此即使换为软密封结构，也仍然存在着雷击火灾事故风险。

　　原油储罐上大多安装有伸缩接地装置，用于大型原油储罐浮盘电流释放，但该项技术同样存在一定局限性，无法实现对全频率电流的导通释放效果。因此，为寻求更为有效可靠的防雷火灾技术，本文介绍一种大型石油储罐主动安全防护技术，从密封腔密闭空间内挥发混合气体的实时监测、惰化方面，提高原油储罐安全防护水平。该主动安全防护技术在密封空间处设有气体喷头及取样防护装置，用于对混合气体进行成分分析、判定，气体经取样泵和电磁阀抽取，通过预处理装置过滤、脱液、限流后进入气体分析仪，对其氧浓度进行分析，并通过红外光学检测模块进行油气浓度分析，进行安全判定，判定依据见表1。

　　2主动安全防护技术应用优势

　　一种大型石油储罐主动安全防护技术，主要从原油储罐密封空间及内部氧含量两参数进行监测分析，做到主动安全防护效果，设定对应临界火灾、爆炸参数，通过远程操作，取样分析出原油储罐密封圈混合气体成分含量，做到从人工预防向技术防范的转化，其中临界参数的设计可根据相关危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范等进行设定[1]。该主动安全防护技术与传统监测、防护措施相比，主要包含以下应用优势：

　　1）通过监测手段实时对原油储罐密封空间内的油气、氧气浓度进行监测，从而对原油储罐密封空间的实时状态进行掌握。

　　2）当原油储罐密封空间监测氧含量浓度低于限制数值或存在爆炸危险时，主动安全防护系统可以自动对原油储罐密封空间进行注氮气惰化处理，从而实现主动预防、干预处理效果，起到有效预防作用，保障原油储罐存储过程中不发生火灾、爆炸等安全事故。

　　3主动安全防护技术实际应用案例分析

　　在某化工厂测试安装了该大型石油储罐主动安全防护系统，现就其运行逻辑机理进行分析研究。

　　3.1实时监测效果实现

　　主动安全防护系统运行过程中，将每间隔3 min监测两密封空间内的混合气体参数数据，其中混合气体将利用真空泵在1 min 30 s时间内通入分析仪器，并在2 min时间内完成成分检测[2]。

　　在监测过程中，结合表1安全判定准则，氧气体积分数不超过8%时或油气混合物体积分数不超过10%的爆炸极限时，将视为密封空间处于安全状态，主动安全防护系统不报警；当氧气体积分数超出8%的安全范围或油气体积分数达到10%~25%时，主动安全防护系统将在显示画面呈现黄色预警状态，启动一级预警；当油气体积分数进一步上升至25~50%时，主动安全防护系统将预警状态提升至橘黄色，启动二级预警；当油气体积分数上升至50%~100%时，主动安全防护系统将预警状态提升至红色，启动危险报警，具体划分方式如图1所示[3]。

　　3.2主动防护效果实现

　　同样，按照上述密封空间混合气体成分预警逻辑划分方式，原油储罐主动安全防护系统发出预警信号时，也将自动启动紧急保护时的注氮状态，自动实现密封空间内的注氮惰化处理，其中在注氮过程中，油气以及氧气浓度均会呈下降趋势，但不同的是氧气浓度的下降速率相对更快，氮气将在0.2 MPa的压力下注入实现对密封空间的惰化保护效果，惰化工作将使氧气体积分数在30 min内由20%降至8%[4]。

　　主动安全防护系统的具体运行方式及工作流程如图2所示，在处于非雷电预警工况下，该主动安全防护系统的注氮惰化工作模式注氮判定将有所不同，以安全判定状态以及各阶段的预警判定为例，不论哪个状态下的判定结果为危险，主动安全防护系统都将自动开启注氮操作，即实现自动在原油储罐的密封空间内注入氮气惰性气体，直至判定结果为安全后停止保护系统注氮工作，注氮工作将持续至油气体积分数低于50%；而当主动安全防护系统在雷电预警工况下运行时，还需注意在预警模式判定至二级预警状态时，主动安全防护系统将开启注氮工作，此时将注氮工作持续至原油储罐密封空间内油气体积分数低于25%后，主动安全防护系统停止工作。

　　3.3应用效果分析

　　从实际应用效果来看，设置合理有效的大型石油储罐主动安全防护技术，可以起到有效防范效果，尤其是在原油中转运输过程中，该项技术相对比软密封手段更加适用。同样在该系统实际运行过程中，还可结合实际雷电预警状态，通过配置区域性雷电预警装置与主动安全防护系统配合使用，及时启动注氮惰化工序，通过雷电预警装置的配合使用，可以更加经济科学开展注氮防护工作，使系统运行过程更为降本增效。最后，由于天气的不可预性导致原油储罐密封圈雷击火灾存在着不可控因素，但通过安装该主动防护系统，将大幅减缓这一安全隐患，保障原油储罐的平稳运行。

　　通过测试应用发现，主动防护系统可以做到大型石油储罐密闭空间油气、氧气浓度的实时监测，同时可以对存在爆炸倾向的密闭空间进行自动惰化处理，实现氮气惰性气体的提前介入、自动干预、自动注氮操作。经过试运行测试，通过监测长期运行数据并进行采集分析，如图3所示，主要存在如下运行规律。

　　1）通过系统监测数据及混合气体检测仪数据分析，发现储罐在注氮处理前后油气体积分数均大幅下降，由70%下降至10%左右。

　　2）外界温度是安全防护系统注氮的重要影响因素，中午温度高油气浓度相对较高，注氮频率也相对频繁。这一规律尤其在夏季温度上升至35℃时，影响更为显著。

　　3）同一储罐内，注氮前后油气浓度变化显著。

　　4结语

　　大型石油储罐安全防护系统首次提出基于安全防护准则的主动防护理念，通过监测混合气体中油气、氧气浓度，并进行自动注氮处理，有效保障了石油储备库的运行安全。从经济层面来看是保障国家企业安全的核心措施，是保障国家企业经济平稳发展的重要举措；从环保层面来看，主动防护系统可以显著提高原油储罐预防火灾等安全隐患的消防能力，有效杜绝因原油泄露燃烧造成的环境污染，对环境保护工作有着重要意义。

　　参考文献

　　[1]兰曙阳，阎锋，李宜影.大型石油储罐主动安全防护技术的应用[J].港口科技，2016（5）：23-25.

　　[2]李彦慧.大型石油储罐主动安全防护系统应用与评价[J].石油和化工设备，2016，19（3）：69-71.

　　[3]殷晓波.浅析大型浮顶油罐雷击火灾的原因及处置[J].安全、健康和环境，2012，12（6）：3-5.

　　[4]韩涛.渤海某平台储罐可燃气体扩散安全分析[J].化学工程与装备，2018（8）：83-87.