一、大型原油儲(chǔ)罐工程危險(xiǎn)性分析 

　　1原油危險(xiǎn)性分析 

　　原油為甲B類易燃液體，具有易燃性;爆炸極限范圍較窄，但數(shù)值較低，具有一定的爆炸危險(xiǎn)性，同時(shí)原油的易沸溢性，應(yīng)在救火工作時(shí)引起特別重視。 

　　2火災(zāi)爆炸事故原因分析 

　　原油的特性決定了火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性是大型原油儲(chǔ)罐最主要也是最重要的危險(xiǎn)因素。發(fā)生著火事故的三個(gè)必要條件為:著火源、可燃物和空氣。 

　　著火源的問(wèn)題主要是通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)解決，可燃物泄漏問(wèn)題則必須在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)過(guò)程中加以預(yù)防和控制。 

　　泄漏的原油暴露在空氣中，即構(gòu)成可燃物。原油泄漏，在儲(chǔ)運(yùn)中發(fā)生較為頻繁，主要有冒罐跑油，脫水跑油，設(shè)備、管線、閥件損壞跑油，以及密封不良造成油氣揮發(fā)，另外還存在著罐底開(kāi)焊破裂、浮盤沉底等特大型泄漏事故的可能性。 

　　腐蝕是發(fā)生泄漏的重要因素之一。國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生多起因油罐底部腐蝕造成的漏油事故。對(duì)原油儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕情況初步調(diào)查的結(jié)果表明，罐底腐蝕情況嚴(yán)重，大多為潰瘍狀的坑點(diǎn)腐蝕,主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)、凹陷及變形處，罐頂腐蝕次之，為伴有孔蝕的不均勻全面腐蝕，罐壁腐蝕較輕，為均勻點(diǎn)蝕，主要發(fā)生在油水界面，油與空氣界面處。相對(duì)而言，儲(chǔ)罐底部的外腐蝕更為嚴(yán)重，主要發(fā)生在邊緣板與環(huán)梁基礎(chǔ)接觸的一面。 

　　浮盤沉底事故是浮頂油罐生產(chǎn)作業(yè)時(shí)非常忌諱的嚴(yán)重惡性設(shè)備事故之一。該類事故的發(fā)生，一方面反映了設(shè)計(jì)、施工、管理等方面的嚴(yán)重缺陷，另一方面又將造成大量原油泄漏，嚴(yán)重影響生產(chǎn)、污染環(huán)境并構(gòu)成火災(zāi)隱患。 

　　二、油罐罐頂失穩(wěn)分析浮頂油罐是大型儲(chǔ)備庫(kù)最重要的設(shè)備。 

　　隨著油庫(kù)擴(kuò)容的要求，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外的浮頂卡阻沉頂事故多次發(fā)生，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，成為急待解決的課題。根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)剖析國(guó)內(nèi)外浮頂油罐結(jié)構(gòu)，提出了避免浮頂卡阻沉頂事故的措施。 

　　1浮頂載荷分析 

　　浮頂油罐的浮頂(圖1)所受載荷較為復(fù)雜，除介質(zhì)引起的浮力外，還有風(fēng)、雨、操作條件、自身結(jié)構(gòu)，尤其是導(dǎo)向管(或?qū)в凸?span style="font-family: "Times New Roman";">)及導(dǎo)向筒的結(jié)構(gòu)對(duì)浮頂傾斜時(shí)是否卡阻影響頗大，現(xiàn)就各主要因素對(duì)浮頂?shù)挠绊懛质鲇谙隆?span style="font-family: "Times New Roman";"> 

　　取決于浮頂及附件質(zhì)量、刮蠟板、密封機(jī)構(gòu)對(duì)罐壁摩擦力的大小及方向以及導(dǎo)向筒對(duì)導(dǎo)向管、量油管摩擦力的大小及方向。但當(dāng)隔艙破壞漏油、浮頂積水、風(fēng)力作用及浮頂受導(dǎo)向管(或量油管)卡阻時(shí)，其浸沒(méi)深度就會(huì)發(fā)生深度不同的變化，造成浮頂傾斜。 

　　2）風(fēng)力作用 

　　狂風(fēng)對(duì)浮頂產(chǎn)生附加彎矩，并使浮頂向最大風(fēng)向漂移。當(dāng)狂風(fēng)吹過(guò)罐上方時(shí)，風(fēng)力線密度發(fā)生變化，并改變方向，與罐頂呈α角俯沖到浮頂上，并在消防擋板擋雨板處受阻最大。俯沖力T可分解成與浮頂垂直的T2(略去浮頂?shù)呐潘露?span style="font-family: "Times New Roman";">)和平行浮頂?shù)?span style="font-family: "Times New Roman";">T1。在俯沖力的尾端，即狂風(fēng)初始進(jìn)入地帶，由于風(fēng)力線突變，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，將產(chǎn)生一定的真空度，相當(dāng)對(duì)浮頂產(chǎn)生一向上的吸力T3，這樣一來(lái)，T2和T3形成了對(duì)浮頂中心的傾覆力矩，T1對(duì)消防擋板產(chǎn)生一推力，使浮頂向最大風(fēng)向漂移，并產(chǎn)生對(duì)浮頂?shù)膬A覆力矩M，[FS:PAGE]其方向與前一力矩疊加。且風(fēng)力為忽大忽小的動(dòng)載荷。 

　　3）暴雨沖擊力作用 

　　暴雨無(wú)風(fēng)時(shí)，對(duì)浮頂?shù)臎_擊力是均勻向下的，僅影響浮頂?shù)慕](méi)深度，但當(dāng)暴雨伴隨狂風(fēng)時(shí)，就會(huì)使雨線偏斜。雨線對(duì)浮頂?shù)臎_擊力可分解成與浮頂垂直的力及與罐頂平行的力，而其力作用在消防擋板和擋雨板上，由于雨線在風(fēng)力作用下對(duì)浮頂形成一入射角，浮頂左方一部分不受雨線作用，因而造成浮頂偏載，所以對(duì)浮頂中心形成傾覆力矩，并與前一力矩疊加。 

　　4）不均勻積水對(duì)浮頂?shù)淖饔昧?span style="font-family: "Times New Roman";"> 

　　當(dāng)暴雨使浮頂積水不能從中央排水管排盡時(shí)，將造成一定深度的積水，因浮頂傾斜，在最大風(fēng)力方向一側(cè)積水較深，又產(chǎn)生一與前相同方向的浮頂傾覆力矩。 

　　2預(yù)防措施 

　　1）增加導(dǎo)向管數(shù)量 

　　導(dǎo)向管及量油管與最大風(fēng)向的不同安裝方位，對(duì)浮頂?shù)膬A覆矩影響較大。如在最大風(fēng)向浮頂?shù)膬啥嗽黾?span style="font-family: "Times New Roman";">2根導(dǎo)向管，則浮頂傾覆就會(huì)受阻，使導(dǎo)向管(或量油管)傾覆彎矩減小。對(duì)于大型儲(chǔ)罐，由于直徑較大，可適當(dāng)增加導(dǎo)向管，對(duì)任何風(fēng)向都有較大抗浮頂傾覆能力，其增加的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浮頂沉沒(méi)事故處理造成的經(jīng)濟(jì)損失。 

　　2）按最大風(fēng)向兩端布置導(dǎo)向管及量油管 

　　當(dāng)儲(chǔ)罐容量較小時(shí)，也可仍按現(xiàn)有浮頂結(jié)構(gòu)僅設(shè)兩根導(dǎo)向管及量油管，但必須按建罐地點(diǎn)實(shí)際最大風(fēng)向兩端布置，且將量油管設(shè)在夏季最大風(fēng)尾處。這樣，導(dǎo)向管對(duì)浮頂反力矩的力臂會(huì)成百倍地增加。 

　　3）提高導(dǎo)向管(或量油管)剛度 

　　導(dǎo)向管及量油管的變形失穩(wěn)主要是剛度不足，為此可將導(dǎo)向管及量油管的直徑及壁厚加大，由現(xiàn)在的下端固結(jié)，上端自由(可軸向移動(dòng))改為兩端固結(jié)(或上端固結(jié)，下端可軸向滑動(dòng))。有人可能擔(dān)心，原來(lái)的上端自由是為解決導(dǎo)向管因氣溫變化產(chǎn)生的熱脹冷縮。筆者認(rèn)為，導(dǎo)向管的工作條件與罐壁相差無(wú)幾，因?yàn)樵蛢?chǔ)罐雖然與大氣溫差較大，但由于罐壁保溫，外露部分又因罐壁結(jié)構(gòu)較薄，故與量油管同一氣溫下的濕度變化較小，這種差異引起的伸縮可由導(dǎo)向管兩端的支架吸收，只要支架設(shè)計(jì)合理，不會(huì)造成惡性附加應(yīng)力。 

　　4）在浮頂上加設(shè)定位環(huán) 

　　現(xiàn)有的浮頂油罐，有的在浮頂下部均布若干個(gè)限位塊，其徑向尺寸約為浮頂與罐壁空間的1/2，它在與罐壁接觸時(shí)，罐壁對(duì)它的反力對(duì)浮頂中心產(chǎn)生力矩，使浮頂傾覆，處于最大風(fēng)向的限位塊產(chǎn)生的傾覆力矩正好與前述傾覆力矩疊加，加劇了浮頂?shù)膬A覆，因而十分不利。如果將其改在浮頂上部，并使其有一定柔性，一方面可使力矩與上相反，減緩浮頂傾覆，另一方面，其柔性可吸收一部分定位塊與罐壁的沖擊能，減緩浮頂在狂風(fēng)下飄蕩產(chǎn)生的沖擊力，使動(dòng)載荷系數(shù)降低，不宜使浮頂產(chǎn)生整體失穩(wěn)破壞。 

　　5）在浮頂外隔艙上加設(shè)連通管 

　　在狂風(fēng)暴雨時(shí)，中央排水管及緊急排水管由于浮頂?shù)膬A斜，已失去了原有的功能，使浮頂上方在最大風(fēng)向上產(chǎn)生局部大量積水，它是浮頂破壞的重要因素，為此需及時(shí)排除。若在浮頂最外一圈夏季最大風(fēng)向區(qū)域的浮艙上加設(shè)適當(dāng)數(shù)量的連通管，通過(guò)連通管將浮頂上的積水及時(shí)排入罐內(nèi)，減少了浮頂積水形成的外載荷，消除了導(dǎo)致浮頂破壞的重要因素。 

　　6）設(shè)計(jì)封閉式隔艙 

　　現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外浮頂油罐皆為非封閉式隔艙，每一個(gè)隔艙的人孔大都為快開(kāi)機(jī)械聯(lián)接式平板蓋，當(dāng)在事故條件下，易使雨水或油注入艙內(nèi)，加大浮頂載荷，惡化了沉頂條件。浮艙頂板與浮艙隔板大都為花焊聯(lián)接，若其中一個(gè)隔艙有油或水，當(dāng)液面超過(guò)頂板與隔板的花焊焊縫時(shí)，就必然產(chǎn)生液體溢艙，同樣惡化了浮頂沉頂條件，倘若油罐的設(shè)計(jì)者或建設(shè)單位使浮頂隔板與浮頂?shù)装逍纬苫ê?，那么只要有一個(gè)隔艙浸入液體，就會(huì)使全部浮船浸入等深的液體中，必然產(chǎn)生浮頂沉沒(méi)。 

　　三、油罐腐蝕與防腐

　　1、原油罐金屬底板的腐蝕與防護(hù)  

　　地上鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐使用過(guò)程中經(jīng)常遭受內(nèi)外環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，其中罐底板腐蝕穿孔事故占儲(chǔ)罐腐蝕事故比率最高%，因此應(yīng)對(duì)儲(chǔ)油罐罐底板實(shí)施有效的防腐措施，減少泄漏事故的發(fā)生，以延長(zhǎng)儲(chǔ)油罐大修周期涂料防腐是用覆蓋層將金屬與介質(zhì)隔開(kāi)，從而對(duì)金屬起到保護(hù)作用。但由于覆蓋層有微孔，老化后易出現(xiàn)龜裂.剝離等現(xiàn)象。若因施工質(zhì)量差而產(chǎn)生針孔，使裸露的金屬形成小陽(yáng)極，覆蓋層部分成為大陰極而產(chǎn)生局部腐蝕電池，則會(huì)更快地破壞漆膜。因此，采用單獨(dú)的涂料保護(hù)效果不佳。若采用涂料與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)，使裸露的金屬獲得集中的電流保護(hù)，彌補(bǔ)了覆蓋層缺陷，是儲(chǔ)罐罐底板防腐最為經(jīng)濟(jì)有效的方法。  

　　儲(chǔ)罐邊緣板在罐結(jié)構(gòu)中的作用十分重要，但卻容易滲進(jìn)水而遭受腐蝕。目前在役的儲(chǔ)罐均未采取有效的防腐措施，要全面控制罐底板的腐蝕，除了對(duì)罐底板主體進(jìn)行防護(hù)外，還要對(duì)邊緣板外露部分（以下邊緣板均特指邊緣板外露部分）采取有效的防腐措施。  

　　2、腐蝕機(jī)理：  

　　水是原油罐底板的腐蝕根源，原油和水中的硫化物與罐底板金屬反應(yīng)機(jī)理為：  

　　在碳鋼表面的硫化物氧化皮或銹層有孔隙的情況下，原油罐底水中Cl-離子能穿過(guò)硫化物氧化皮或銹層到達(dá)金屬表面，在金屬表面的局部地點(diǎn)形成小蝕坑。硫化物溶解的反應(yīng)式為：  

　　生成的H+離子對(duì)金屬產(chǎn)生活化作用，使小蝕坑繼續(xù)溶解，成為孔蝕源?？孜g源成長(zhǎng)的最初階段，溶解下來(lái)的金屬離子發(fā)生水解，生成氫離子：  

　　這樣會(huì)使小蝕坑接觸的溶液層的PH值下降，形成一個(gè)強(qiáng)酸性的溶液區(qū)，這反而加速了金屬的溶解，使蝕坑繼續(xù)擴(kuò)大、加深。腐蝕從開(kāi)始到暴露經(jīng)歷一個(gè)誘導(dǎo)期，但長(zhǎng)短不一，有些需幾個(gè)月，有些則需一年至幾年。坑蝕的形成，使原油罐金屬底板受到很大的侵蝕。由于坑蝕的面積很小，加之隨機(jī)性和高度局部化的特征以及誘導(dǎo)期很長(zhǎng)，因此很難用物理方法檢測(cè)出坑蝕的深度。即使泄露發(fā)生后，再用測(cè)厚儀測(cè)厚，仍不會(huì)發(fā)現(xiàn)罐金屬底板有明顯的減薄傾向。  

　　3、防止罐底板腐蝕的幾點(diǎn)措施   

　?。?span style="font-family: "Times New Roman";">1）在油罐金屬底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能將罐底板鋪平，并略向脫水口傾斜，以利原油罐底的水脫除干凈。   

　?。?span style="font-family: "Times New Roman";">2）新建原油罐應(yīng)采用埋地犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施，該方法比在原油罐內(nèi)設(shè)犧牲陽(yáng)極更有效。   

　?。?span style="font-family: "Times New Roman";">3）原油罐內(nèi)主要是水相腐蝕，原油罐內(nèi)底部水層的厚度最高時(shí)為800mm左右，因此，應(yīng)在罐底板上1m的圈板范圍內(nèi)涂刷保護(hù)性涂料。   

　?。?span style="font-family: "Times New Roman";">4）在原油罐內(nèi)使用WF-50防腐蝕涂料加陰極保護(hù)的方案可有效地防止原油罐金屬底板腐蝕。   

　　4、罐底板上表面的腐蝕防止   

　　1）陰極保護(hù)   

　　對(duì)罐底板上表面的陰極保護(hù)推薦采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)。對(duì)于陽(yáng)極品種的選擇，由于溫度影響，不宜選用鋅陽(yáng)極，由于安全因素，不宜選用鎂陽(yáng)極，所以多選用鋁合金陽(yáng)極。犧牲陽(yáng)極易于安裝，而且當(dāng)陽(yáng)極消耗為初始重量的85%時(shí)，可在清罐時(shí)進(jìn)行更換。   

　　1999年某泵站新建的一座2×104儲(chǔ)罐，其底板上應(yīng)用了犧牲陽(yáng)極保護(hù)，保護(hù)范圍為整個(gè)罐底板及罐壁下部1m高的表面。共使用了54塊、重22kg的鋁合金陽(yáng)極，陽(yáng)極直接焊接在罐底板上表面及罐壁下部，在罐底呈環(huán)狀分布   

　　2）涂料防腐   

　　對(duì)罐底內(nèi)防腐覆蓋層的基本要求是：遇到存儲(chǔ)產(chǎn)品不變質(zhì)，耐潮，抗?jié)B透，對(duì)金屬表面有很好的附著性能，抗沖擊，抗陰極剝離，易修補(bǔ)，耐老化性能好，耐存儲(chǔ)溫度。由于輸送過(guò)程中油品和管壁的摩擦，流經(jīng)泵和過(guò)濾器等都會(huì)產(chǎn)生靜電，在管路末端，未被消散的靜電進(jìn)入油罐，在油罐內(nèi)，油品和油罐接管內(nèi)壁的摩擦油品之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生靜電，若采用普通的絕緣覆蓋層，其電阻率多在109~1013歐姆之間，阻斷原油儲(chǔ)運(yùn)中產(chǎn)生的靜電高壓，可能會(huì)放電擊穿油氣層，發(fā)生事故。因此，要求使用電阻率在108歐姆以下的防靜電涂料。   

　　由于罐底板安裝了犧牲陽(yáng)極，靜電可通過(guò)陽(yáng)極導(dǎo)出（因?yàn)殛?yáng)極直接焊在底板上），因此，推薦采用重型玻璃鱗片涂料，該涂料具有優(yōu)良的抗?jié)B透性、抗沖擊性能、良好的粘結(jié)力和耐磨性、耐化學(xué)介質(zhì)浸泡、溶劑少、固體含量高、可作厚涂等優(yōu)點(diǎn)。   

　　若考慮清罐困難，不采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)，則推薦以下防腐方案：   

　　采用T521聚氨酯防靜電涂料作面漆，以炭黑為導(dǎo)電填料的E544環(huán)氧防靜電涂料作中間漆，以無(wú)機(jī)富鋅T588防靜電涂料為底漆。   

　　若只采用無(wú)機(jī)富鋅涂料，則由于鋅是兩性金屬，既能溶于酸，又能溶于堿，即易發(fā)生如下發(fā)應(yīng)：   

　　因此，以上涂料選擇方案可避免富鋅涂料過(guò)早失效。   

　　3）邊緣板的防腐   

　　由于罐內(nèi)的犧牲陽(yáng)極無(wú)法對(duì)邊緣板的外露部分提供保護(hù)，而外露部分所處的環(huán)境又很惡劣，所以推薦采用熱噴涂鋁防腐。噴涂層可經(jīng)受典型的高溫考驗(yàn)，可有效地隔絕腐蝕介質(zhì)的滲透，防止鋼板在介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕，鋁覆蓋層還可[FS:PAGE]起到犧牲陽(yáng)極的作用。若噴涂其它電位比EF正的金屬，則存在形成大陰極小陽(yáng)極的危險(xiǎn)。普通的涂料防腐應(yīng)定期進(jìn)行除銹更新，以上作法雖然一次性投資較高，但可一勞永逸。澳大利亞的防腐公司的論文通過(guò)比較兩種典型防腐層的整體壽命和目前的凈費(fèi)用，認(rèn)為對(duì)長(zhǎng)壽命設(shè)施使用高性能的防腐體系更為經(jīng)濟(jì)。   

　　5、罐底板下表面的保護(hù)   

　　土壤腐蝕儲(chǔ)罐基礎(chǔ)以砂層和瀝青砂為主要構(gòu)造，罐底板座落在瀝青砂面上。由于罐中滿載和空載交替，冬季和夏季溫度及地下水的影響，使得瀝青砂層上出現(xiàn)裂縫，致使地下水上升，接近罐的底板，造成腐蝕。當(dāng)油罐的溫度較高時(shí)，罐底板周圍地下水蒸發(fā)，使鹽分濃度增加，增大了腐蝕程度。氧濃差電池腐蝕罐底板與砂基礎(chǔ)接觸不良，易產(chǎn)生氧濃差，如滿載和空載比較，空載時(shí)接觸不良R再由于罐周與罐中心部位的透氣性有差別，也會(huì)引起氧濃差電池，這時(shí)中心部位成為陽(yáng)極而被腐蝕。雜散電流的腐蝕罐區(qū)是地中電流較為復(fù)雜的區(qū)域$當(dāng)站內(nèi)管網(wǎng)有陰極保護(hù)而儲(chǔ)罐未受保護(hù)時(shí)，則可能形成雜散電流干擾影響R當(dāng)周圍有電焊機(jī)施工、電氣化鐵路、直流用電設(shè)備時(shí)則可能產(chǎn)生雜散電流。   

　　底板下表面防腐覆蓋層必須是可焊的，焊接時(shí)不能破壞覆蓋層的結(jié)構(gòu)，并要求涂料的有效防腐時(shí)間長(zhǎng)。通常采用無(wú)機(jī)富鋅漆，但由于該涂料導(dǎo)電性能較好$將漏失陰極保護(hù)電流，所以推薦采用非導(dǎo)電型的環(huán)氧涂料。   

　　若不采用陰極保護(hù)，則無(wú)機(jī)富鋅涂料是優(yōu)先選擇，它具有優(yōu)良的耐熱、耐老化性能，極強(qiáng)的粘結(jié)力，優(yōu)良的硬度和耐磨性、耐溶劑、防銹性能，漆膜有陰極保護(hù)作用，屬水性涂料，無(wú)毒無(wú)臭，施工簡(jiǎn)單，使用方便等特點(diǎn)。   

　　4、邊緣板的保護(hù)   

　　由于圈梁的阻隔，邊緣板部位是陰極保護(hù)的盲區(qū)。儲(chǔ)罐裝油后，邊緣板微上翹，雨水很容易流入邊緣板與基礎(chǔ)的縫隙中。   

　　為了阻止雨水進(jìn)入縫隙，一般采用石棉繩填塞在縫隙中，再用防水膠與玻璃纖維布混合結(jié)構(gòu)密封。該處理方法的弊端很大，起不到良好的防水作用。   

　　開(kāi)可以采用一種“切削環(huán)梁外露角，于邊緣板外下焊一圈圓鋼”的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖5，具體做法是切削環(huán)梁外露角，對(duì)已建儲(chǔ)罐，在邊緣板的外下沿，焊一圈D6的圓鋼，焊完后再用防水密封膠密封并填平焊接處。這種結(jié)構(gòu)能有效地控制水分進(jìn)入邊緣板與基礎(chǔ)的縫隙中，減少了因邊緣板上翹而造成的積水，且施工方便，效果好。（若擔(dān)心連續(xù)焊對(duì)罐體與底板焊縫的影響，可采用點(diǎn)焊），此結(jié)構(gòu)已在儲(chǔ)罐中進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了很好的應(yīng)用效果。   

　　四結(jié)語(yǔ)   

　　確保油庫(kù)大型油罐的使用安全，應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)方面著手：一是根據(jù)所盛裝介質(zhì)的易燃易爆特性，加強(qiáng)日常運(yùn)營(yíng)管理，加大安全監(jiān)督檢查力度，防止其發(fā)生泄漏，易燃介質(zhì)外溢，遇到明火著火源引起燃燒爆炸事故；二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取有效的預(yù)防措施，采用合理的防腐蝕措施，從油罐設(shè)計(jì)之初消除天先缺陷，確保大型油罐的本質(zhì)安全。