糠醛原料罐區T500/3失效研究及修復

武金生,黃安福,豆秀華（中石化河南油田分公司南陽能源化工有限公司,河南　南陽　473132）

糠醛原料罐區T500/3失效研究及修復

武金生,黃安福,豆秀華
（中石化河南油田分公司南陽能源化工有限公司,河南南陽473132）

通過對儲罐變形失效原因進行分析，針對存在的問題進行快速修復，提出解決方法和預防措施。

儲罐癟陷；失效分析；充水復原；局部修補

1　前言

立式圓柱拱頂儲罐是石油化工行業應用十分廣泛的常壓儲罐，其設計壓力較低，罐壁、罐頂板均較薄，使用過程中很容易因罐內負壓超過設計要求而大面積癟陷。本文以某公司糠醛原料罐區的T-500/3為例，從理論上分析了儲罐癟陷的原因，探討了儲罐癟陷后的修復問題。

T-500/3儲罐2010年12月份建成投用，工作容積為1500立方，儲存介質為減四線油，工作壓力為常壓。2011年7月25日，T-500/3罐在掃線過程中，突降大雨，當班人員聽到有異常聲響，檢查時發現T-500/3罐體癟陷。

2　目的及意義

原儲罐在掃線過程中突遇大雨，發生了嚴重的負壓失效變形。很有必要從儲罐變形機理進行深入的研究分析，并制定針對性的預防措施，以杜絕此類事故再次發生。

原儲罐變形嚴重，直接威脅著該廠罐區的安全生產，將直接影響全公司減四線油品的正常儲存,很有必要對該儲罐進行快速修復,將安全風險降低、損失降低至最小程度。

3　儲罐失效原理研究及修復方案選擇

3.1糠醛原料罐區T-500/3產生真空的原因分析

T-500/3罐為常壓立式拱頂圓筒儲罐，規格為￠13500mm×13000mm,材質為Q235B,容積為1500方，設計壓力為常壓，設計溫度為150℃,公稱直徑為12.65米，帶拱頂高度15.1米。2011年7月26日下午四點半左右該罐處于掃線狀態。頂部有通氣孔（DN100）與大氣相通。使用爬頂線（DN50）為蒸汽線。

下午16:35開始下暴雨，T-500/3罐正在掃線，罐頂無保溫，在雨水沖刷之下，罐內蒸汽急劇降溫凝結，造成油罐負壓，由于通風孔有效通風面積小，來不及平衡罐內外壓力，在外界大氣壓作用下將罐壓癟，是造成該次事故的直接原因。具體分析如下：

（1）吹掃情況：液面高度1.1米。據此計算出當時蒸汽體積為1363m3，吹掃蒸汽溫度在裝置內為280℃左右，罐內按照175℃考慮，壓力為0.65MPa（考慮部分損失）。

（2）遭受大雨后，罐頂急速降溫，罐內蒸汽溫度降低（按照整體25℃）。為保證罐內外壓力平衡，氣體體積開始收縮。

計算過程及依據為：依據理想氣體方程式，蓋呂薩克定律，

V1/T1=V2/T2，

得到：1363/448=V2/298.15。

得出：V2=917m3。

需要向罐內補充氣體為：ΔV=1363-917=446m3；

ΔV/Δt=446/15=29.73m3/m in，即1784m3/h。需要DN100通氣孔在正常大氣壓下的流速達到63.12m/s或者正常流速下反應時間較長。當時僅直徑DN 100通氣孔與大氣相連，短時間內無法滿足進氣要求；

（3）假設罐前后溫度變化，體積不變。由查理定律可以計算出，

P1/T1=P2/T2,

得到：0.65/448=P2/298.15，

得出：P2=0.433MPa。

罐內實際負壓值最大為P2-P1=-0.217MPa=-217000Pa。該罐設計壓力值為-490Pa～2000Pa之間，遠遠超出罐設計的承受負壓能力。在負壓部位形成癟罐。

（4）故障原因分析。1）操作過程存在問題。依據GB50341-2003(立式圓筒形鋼制油罐設計規范):該罐設計壓力、抗風壓能力、以及通氣裝置等符合通常條件下設計規范要求；但該規范未考慮極端天氣下通風要求。依據SY/T6673-2006（常壓與低壓儲罐通風的推薦作法）中5.2.5.14條要求：“水蒸氣冷凝，如果低溫儲罐未絕熱部分充滿水蒸氣，環境冷卻導致的水蒸氣冷凝速度可能會大于本標準規定的通風量。為防止儲罐內真空度過高有必要采取其他措施，包括采用大口徑通風口(打開透光孔)和減緩儲罐冷卻速度”該罐吹掃期間，車間未按照本要求執行，未打開其余通風口，儲罐內產生真空。2）管理原因。在2011年7月22日，該公司剛發生一起T-506罐因掃線罐內蒸汽突沸，造成罐頂局部撕裂變形事故，根據公司安排，雖然車間對所有罐的通氣孔進行了檢查，但沒有完全吸取T-506罐變形事故的教訓，對天突降大雨，吹掃罐時因外部環境變化產生的極限溫差的破壞性認識不足，也沒有一套應對惡劣天氣變化的有效防范措施。該公司在管理上存在不到位，是造成該起設備事故的管理原因。

3.2修復方案選擇

儲罐罐壁修復方案一般有3種：（1）機械法。在罐內搭設腳手架，用機械方法校正或更換部分鋼板來修復，國內有些單位曾用此方法成功修復過儲罐。（2）充氣法。將儲罐其余管口封閉，通過充氣管口加壓來修復。（3）注水加壓法。在常壓狀態下向儲罐充水，待液位到達一定高度后利用水壓來修復。

對于該儲罐，如采用機械法修復，需拆除保溫結構進行焊接，并要搭設腳手架，必然造成施工費用高、勞動強度大、施工周期長。如采用充氣法，罐底板可能因承受上舉力而上翹，而且對修復后的儲罐有無裂紋漏損或其它導致焊縫開裂的情況下不便觀測和及時發現。綜合分析，采用注水加壓法可避免機械法和充氣加壓法的不足，但采用充水加壓法時要注意，當罐內壓力達到一定數值時，要防止因罐頂包邊角鋼承壓環的應力將達到屈服強度而發生的塑性失穩。

進行方案可行性論證、核算，在確保該儲罐修復后可正常使用的前提下，采取簡單、經濟、安全可行的修復方案：先對儲罐進行充水復原,使該儲罐癟陷部位盡可能的回位，再對局部撕裂部位進行補焊修復，對變形嚴重的部位做骨架進行貼補處理，對其它變形部位進行修復，試壓無異常后對儲罐進行保溫，核算新的安全高度，投用后效果良好,該儲罐運行平穩,無泄漏。

4　主要修復內容

（1）對該儲罐進行充水加壓，使其在充水狀態下底部自然復位、儲罐癟陷部位盡可能的回位；（2）儲罐四周搭設滿堂腳手架，拆除罐壁保溫；（3）充水試漏，對儲罐撕裂部位進行補焊；（4）對變形嚴重部位進行挖補，做骨架使其和原儲罐形成一個整體，用鋼板進行貼補；（5）修復處理儲罐其它變形部位；（6）灌水試壓合格后，重新核算新的安全高度為8±0.5米后允許開始投用。

5　應用時間及效果

2011年9月T500/3儲罐修復投用后，效果明顯：對T500/3儲罐癟陷進行了快速修復，及時消除了重大的安全隱患，保障了糠醛原料罐區其它設備的安全；并對失效機理進行了研究分析，并提出預防措施，避免了同類事故的再次發生；該儲罐修復施工方案經濟、高效，施工周期短，不影響罐區的正常物料儲存，解決了困擾糠醛原料罐區物料平衡難題；修復后完全滿足了儲罐的使用條件，達到了快速修復儲罐的目的。

6　結束語

由于本次采用沖水復原、局部加固法對T500/3大面積癟陷部位進行的修復，對儲罐當時存在的最大安全隱患進行了快速、適應性整改，保障了糠醛原料罐區正常的物料儲存。修復投用三年多來，該儲罐運行良好。