賈學(xué)志

(中國石化工程建設(shè)有限公司 儀表自控室，北京 100101)

浮頂油罐液位測(cè)量中導(dǎo)波管側(cè)面開孔問題的探討

賈學(xué)志

(中國石化工程建設(shè)有限公司 儀表自控室，北京 100101)

為準(zhǔn)確測(cè)量內(nèi)浮頂罐、外浮頂罐內(nèi)油品的液位和采樣，在浮盤上需要開孔以使導(dǎo)波管、采樣管等穿過浮盤至儲(chǔ)罐底部；同時(shí)為保證液位測(cè)量的準(zhǔn)確度，需要在導(dǎo)波管側(cè)面開孔，使管內(nèi)介質(zhì)和液位與儲(chǔ)罐內(nèi)相同，但同時(shí)帶來了油氣污染和安全等問題。介紹了一種具有專利技術(shù)的導(dǎo)波管，開孔可隨浮盤上、下移動(dòng)而自動(dòng)開閉的導(dǎo)波管，保證在浮盤下部的孔全部是打開的，而在浮盤上部的孔則全部處于關(guān)閉狀態(tài)。

導(dǎo)波管 液位測(cè)量 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐 外浮頂儲(chǔ)罐 揮發(fā)性有機(jī)物

伴隨著中國石油化工行業(yè)不斷的發(fā)展，二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等有害物質(zhì)的排放不斷增加，造成了嚴(yán)重的大氣污染，危害著人類的健康、生活與生產(chǎn)。20世紀(jì)以來，中國政府逐步加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的力度，陸續(xù)出臺(tái)了GB 20950—2007《儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]、GB 20951—2007《汽油運(yùn)輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[2]、GB 20952—2007《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[3]等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以減少、限制企業(yè)油氣污染物的排放，收到了一定的效果，但整體的環(huán)境污染和環(huán)境破壞還沒有得到有效控制。

1 導(dǎo)波管側(cè)面開孔存在的問題

1.1 浮頂罐液位測(cè)量的現(xiàn)狀

石油產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)和裝卸作業(yè)，隨時(shí)都有油氣排放到大氣中，特別是蒸氣壓比較大的油品，油氣的排放體積分?jǐn)?shù)更高，排放量更大。為減少油氣揮發(fā)量、同時(shí)也為保證油品質(zhì)量，GB 50074—2014《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.4條規(guī)定“儲(chǔ)存甲B、乙A類原油和成品油，應(yīng)采用外浮頂儲(chǔ)罐、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐和臥式儲(chǔ)罐”。浮頂油罐即頂蓋漂浮在油面上的油罐；內(nèi)浮頂油罐是在油罐內(nèi)設(shè)有浮盤的固定頂油罐；在實(shí)際操作中，為測(cè)量罐內(nèi)液位及分析取樣，通常需要在浮盤上開孔使導(dǎo)波管、采樣管通過浮盤連接到儲(chǔ)罐底部，并在導(dǎo)波管、采樣管的側(cè)面開一些孔，以保證液位測(cè)量的準(zhǔn)確度和所采樣氣具有代表性。

1.2 導(dǎo)波管側(cè)面開孔引起污染及安全隱患

導(dǎo)波管側(cè)面開孔后破壞了浮盤的密封性能，加大了油氣排放污染，由此帶來了巨大的安全隱患，同時(shí)也對(duì)油品質(zhì)量產(chǎn)生了影響，導(dǎo)波管側(cè)面開孔產(chǎn)生的油氣揮發(fā)量遠(yuǎn)大于油罐的掛壁損失及浮盤密封圈處的揮發(fā)量。另外，由于導(dǎo)波管側(cè)面開孔使浮盤上部出現(xiàn)了爆炸性氣體的連續(xù)釋放源，這些釋放源連續(xù)不斷地向浮盤上部空間內(nèi)釋放爆炸性油氣，當(dāng)爆炸性油氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到爆炸極限時(shí)，就會(huì)被可能產(chǎn)生的火花或雷擊等點(diǎn)燃，發(fā)生油罐爆炸或其他爆燃事故，并且在爆燃后的滅火過程中，導(dǎo)波管開孔處的火幾乎無法撲滅。2010年新疆某油庫1臺(tái)內(nèi)浮頂油罐發(fā)生火災(zāi)，該油罐安裝了伺服液位計(jì)，使用了帶有開孔的導(dǎo)波管，給滅火工作造成了巨大困難和危險(xiǎn)。如果導(dǎo)波管上的火不能及時(shí)撲滅，由于長時(shí)間燃燒使溫度升高，可能會(huì)引起罐體損毀或爆炸，危及相鄰儲(chǔ)罐的安全，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失；另外導(dǎo)波管的安裝使用特點(diǎn)使得著火后的撲滅方式艱難、危險(xiǎn)、費(fèi)用高昂。

文獻(xiàn)[1]第5.3節(jié)規(guī)定“浮頂罐所有密封結(jié)構(gòu)不應(yīng)有造成漏氣的破損和開口，浮盤上所有可開啟設(shè)施在非需要開啟時(shí)都應(yīng)保持不漏氣狀態(tài)”，GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]5.2節(jié)中提出： 新建企業(yè)自2015年7月1日起，現(xiàn)有企業(yè)自2017年7月1日起，根據(jù)罐的具體容積、壓力要求，應(yīng)采用內(nèi)浮頂罐，內(nèi)浮頂罐的浮盤與罐壁之間應(yīng)采用液體鑲嵌式、機(jī)械式靴型、雙封式等高效密封方式。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)第5.2.4條規(guī)定“浮頂罐浮盤上的開口、縫隙密封設(shè)施、以及浮盤與罐壁之間的密封設(shè)施在工作狀態(tài)應(yīng)密閉”等。為保證浮盤的密封性能，根據(jù)上述原則，導(dǎo)波管位于浮盤上部不應(yīng)有任何敞開的開孔?，F(xiàn)有企業(yè)在用的浮頂儲(chǔ)罐，其液位測(cè)量導(dǎo)波管、量油取樣管幾乎全部為側(cè)面開孔的管，隨著新標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)條款實(shí)施日期的臨近，導(dǎo)波管、量油管的升級(jí)改造工作已刻不容緩。

對(duì)于大氣污染物排放控制的實(shí)施與監(jiān)督，文獻(xiàn)[5]也是非常嚴(yán)格的。各級(jí)環(huán)保部門在對(duì)企業(yè)進(jìn)行監(jiān)督性檢查時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)采樣或以監(jiān)測(cè)的結(jié)果，作為判定排污行為是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)施相關(guān)環(huán)境保護(hù)管理措施的依據(jù)。

以往人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄，對(duì)安全生產(chǎn)也未有足夠的重視，在工程設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)中使用了一些存在安全隱患、污染大氣環(huán)境的檢測(cè)方法。在內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)安裝兩側(cè)帶有開孔的量油管、導(dǎo)波管等便是其中之一。隨著中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法、安全生產(chǎn)法、大氣污染防治法等國家有關(guān)法律法規(guī)的健全和完善，該類問題在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視；經(jīng)營及生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)注意該類問題，對(duì)經(jīng)營及生產(chǎn)過程中使用的一些不符合法律法規(guī)、存在安全生產(chǎn)隱患的設(shè)施及時(shí)進(jìn)行整改，避免造成生產(chǎn)事故，發(fā)生人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失等。

為了避免該類問題，采用不開孔的導(dǎo)波管，這也帶來了其他問題，若導(dǎo)波管側(cè)面不開孔，進(jìn)入管內(nèi)的介質(zhì)均為從罐底部壓上去的，由于溫度、密度等原因，管內(nèi)介質(zhì)的特性及液面高度并不能代表儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的特性及液面高度，給取樣分析結(jié)果和液位測(cè)量帶來誤差，該問題在一些成品油庫表現(xiàn)的尤為突出。

2 可自動(dòng)開閉開孔的導(dǎo)波管

2.1 導(dǎo)波管開孔的關(guān)閉

文中介紹了一項(xiàng)具有專利技術(shù)的導(dǎo)波管[6]，導(dǎo)波管開孔可隨浮盤的上下移動(dòng)而自動(dòng)開閉，即能保證在浮盤下部的孔全部是打開的，而在浮盤上部的孔則全部處于關(guān)閉狀態(tài)；安裝在浮盤上的控制裝置與導(dǎo)波管上的開關(guān)孔聯(lián)動(dòng)，原理如圖1所示。當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)料浮盤上行時(shí)，控制裝置經(jīng)過開關(guān)孔將孔打開，使進(jìn)入浮盤下部的孔處于開啟狀態(tài)，保證罐內(nèi)介質(zhì)與導(dǎo)波管處于聯(lián)通狀態(tài)并保持一致，通過管內(nèi)取樣與罐內(nèi)取樣是完全一致的，管內(nèi)的液面高度也與罐內(nèi)完全一致；當(dāng)儲(chǔ)罐出料時(shí)，浮盤下行，控制裝置經(jīng)過開關(guān)孔將進(jìn)入浮盤上部的孔關(guān)閉。

2.2 導(dǎo)波管內(nèi)氣相平衡

為保證導(dǎo)波管內(nèi)部的氣相平衡，通過設(shè)置控制裝置的上、下位置，可保證浮盤上行時(shí)，使即將進(jìn)入浮盤下部的孔在經(jīng)過浮盤與導(dǎo)波管的密封面前打開1個(gè)非常小的開度，將因液面上升而擠出的相應(yīng)體積的氣體排出，隨著浮盤的上行，該孔進(jìn)入浮盤與導(dǎo)波管的密封面下部，孔完全打開；浮盤下行時(shí)，使剛進(jìn)入浮盤上部的孔在經(jīng)過浮盤與導(dǎo)波管的密封面后，已關(guān)至1個(gè)非常小的開度，此時(shí)由于導(dǎo)波管內(nèi)液面下降，使排出導(dǎo)波管的液體所減少的體積的氣體進(jìn)入導(dǎo)波管，隨著浮盤的下行，該孔進(jìn)入浮盤與導(dǎo)波管的密封面上部，孔完全關(guān)閉。這種導(dǎo)波管只在儲(chǔ)罐進(jìn)料時(shí)排出少量的氣體，其余未操作時(shí)間內(nèi)無揮發(fā)性氣體排出，有效地防止了油氣的大量揮發(fā)，保護(hù)了大氣環(huán)境，消除了安全隱患，既保證了油品質(zhì)量，又減少了油品損耗。

圖1 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)的導(dǎo)波管工作示意

3 結(jié)束語

開孔可自動(dòng)開閉的導(dǎo)波管為本質(zhì)安全型，工作時(shí)無需電源，在工程設(shè)計(jì)使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，區(qū)別應(yīng)用：

1) 當(dāng)內(nèi)浮頂罐選用微波液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)，導(dǎo)波管的開孔數(shù)量、開孔直徑、開孔間距可根據(jù)微波液位計(jì)具體特性確定。

2) 當(dāng)內(nèi)浮頂罐選用伺服液位計(jì)或其他形式的液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)，導(dǎo)波管的開孔主要起與介質(zhì)的聯(lián)通作用，開孔可根據(jù)具體情況確定，注意開孔尺寸不宜大于伺服液位計(jì)浮子的尺寸；作為量油管時(shí)開孔可在管的兩側(cè)交叉開。

該導(dǎo)波管的應(yīng)用有益于推進(jìn)油氣污染防治工作，進(jìn)一步改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，防治汽油在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售過程中揮發(fā)產(chǎn)生的油氣污染物對(duì)大氣環(huán)境和人體健康帶來的危害，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，減少油氣污染物排放，保護(hù)人民群眾的安全和健康。

[1] 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所.GB 20950—2007儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[2] 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所.GB 20951—2007汽車運(yùn)輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[3] 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所.GB 20952—2007加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[4] 韓鈞，周家祥，馬庚宇，等.GB 50074—2014石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國計(jì)劃出版社，2014.

[5] 環(huán)境保護(hù)部.GB 31570—2015石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國環(huán)境出版社，2015.

[6] 賈愷.開孔可自動(dòng)開閉的穩(wěn)液管： 中國，ZL 201620296780.3[P].2017-01-11.

[7] 環(huán)境保護(hù)部.GB 31571—2015石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國環(huán)境出版社2015.

[8] 傅偉慶，張文偉，孫正國，等.GB 50341—2014立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國計(jì)劃出版社，2014.

[9] 蒲良，劉志強(qiáng)，馬玉華.ELL外測(cè)液位計(jì)在液化石油氣儲(chǔ)罐上的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015，42(05)： 589-591.

[10] 王慧鋒，吳中相.卡爾曼濾波器在儲(chǔ)罐液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2014，41(07)： 758-761，770.

賈學(xué)志(1961—)，男，1983年畢業(yè)于陜西機(jī)械學(xué)院自動(dòng)控制專業(yè)，從事油品儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)工作，任高級(jí)工程師。

TH715.2

B

1007-7324(2017)03-0065-02

稿件收到日期： 2016-12-15，修改稿收到日期： 2017-02-26。