大型油罐大型化的發展歷程

1.大型浮頂油罐的建設和運行情況地球上的平均閃電時間為100次，每秒機的閃燃強度可達到10億伏。一個中等尺度的雷暴的功率有108W,相當一個小型核電站的輸出功率。據不完全統計,全球平均每年因雷電災害造成的直接損失就超過10億美元,死亡人數在3000以上。美國有精確統計,平均每年有1000多人死于雷擊,250人受傷。近十幾年來,世界范圍內重大雷擊火災爆炸事故屢屢發生,而大型石油庫儲油罐發生雷擊火災爆炸事故更是危害極大。油罐容量大型化是近20年來的一個發展趨勢。一般立式圓筒形罐的容積大于10000m3,習慣稱為大型儲罐。近40年油罐大型化迅速發展,1962年美國建成了10萬m3的浮頂油罐,直徑87米,罐高約21米;1967年委內瑞拉建成15萬立方米浮頂罐,直徑115m,罐高14.6m;1971年日本建成16萬m3浮頂罐,直徑109m,罐高17.8m;接著沙特阿拉伯建成20萬m3巨型浮頂罐,它直徑110米,高22.5米。隨著油罐結構和材料的不斷改進,固定頂罐和內浮頂罐的容量也趨于大型化。美國建有世界上最大的內浮頂罐,直徑達61.6m。在日本建有50000m3的拱頂罐,直徑50.3m,罐高23.67m。國內大型浮頂油罐的發展經歷了四個階段。第一階段為整套技術引進,包括設計、高強度鋼板、熱處理成品部件和施工技術,如20世紀80年代中后期在秦皇島、大慶建造的10萬m3大型浮頂油罐。第二階段為國內設計和施工,引進高強度鋼板和熱處理成品部件,20世紀90年代在鎮海、舟山、上海、蘭州建造的10萬m3大型浮頂油罐。第三階段為國內設計,僅引進高強度鋼板,焊后消除應力熱處理在國內完成,如20世紀末本世紀初在鎮海、寧波大榭、上海金山建造的10萬m3大型浮頂油罐。第四個階段從設計、高強度鋼板和熱處理全部國產化,如北京燕山石化公司建造的4臺10萬m3超大型浮頂油罐和目前正在建設的某大型儲備油庫。經過上述四個階段,國內設計和施工水平有了大幅度的提高。2003年,茂名石化建造了兩臺12.5萬m3超大型浮頂油罐,油罐內徑90m,罐高21.8m;2004年,洛陽石化設計了3臺12.5萬m3超大型浮頂油罐,油罐內徑84.5m,罐高24m,已投產運行;2005年,由中石化設計的國內最大的原油罐——15萬m3超大型浮頂油罐(內徑100m,罐高21.8m)在江蘇儀征輸油站建成。我國超大型油罐的設計與施工已跨人世界先進行列。2.大中、小型油田儲油罐防雷(1)目前我國油庫防雷基本上采用的是傳統的防雷模式和設備(如富蘭克林避雷針、消雷器等),存在直接接閃、雷電閃絡、電磁感應等可能引燃、引爆油蒸氣的重大安全隱患。(2)雷電電磁脈沖(LEMP)經常擊壞油庫電器儀表、自動化裝置、通信線路等信息化設備。這是長期困擾我國油庫防雷的重要問題。(3)大(中、小)型油庫儲油罐防雷設計按《石油庫設計規范》GB50074—2002規定,只要儲油罐頂板厚度大于或等于4mm,都不裝避雷針,直接以罐頂作為接閃器。在通常情況下,這樣做雖然絕大多數油罐也沒有因雷電而引發事故,但在雷電活動特別強烈的地區,若用罐頂作為接閃器則很難做到儲油罐的“本質安全”,規范對防雷的要求與油庫實際安全需求之間存在差距。(4)缺少切實可行的大(中、小)型油庫儲油罐防雷評估的方法。(5)目前國內還沒有從系統工程的角度進行油庫的綜合防雷。3.黃島油田規劃事故的原因分析在黃島油庫的這場大火中,死傷人員之多和直接經濟損失之大,可說是20世紀雷擊事故中極為罕見的。正是這一事故促使我國政府部門和全國人民察覺到雷災危害的嚴重性,開始重視油庫防雷安全工作。(1)雷災實況1989年8月12日l9時55分,青島市海港旁黃島地區中國石油天然氣總公司管道局勝利輸油公司所屬東(營)黃(島)輸油管線末站,一座2.3萬m3的半地下式非金屬油罐(5號罐)在雷雨中一聲雷響后起火,引爆了旁邊的4號非金屬油罐,接著1萬立方米的金屬油罐(1號)也爆炸著火,不久,2號、3號金屬油罐也爆裂起火,有600噸原油泄流入海港水面上。管道局和青島市的救火車無力應付,山東省消防大軍遠途趕來參加青島港的滅火大戰。13日上午10點鐘國務院總理乘軍用飛機親臨現場指揮滅火。大火足足燒了104小時,仍難以濟事,因為風向不利,從海岸方向吹向大陸,救火車無法接近,幸虧后來風向轉變,滅火大軍得以接近火場,奮力把大火撲滅,否則整個海港后果不堪設想,這時已是8月16日18點鐘了。14名消防官兵和5名油庫職工共19人獻出了生命,66名消防隊員和12名油庫職工共78人受傷,大火燒掉3.6萬噸原油,油庫區淪為一片廢墟。直接和間接損失達2億元。1989年一年里我國共有三起儲油罐遭受雷擊,除黃島油庫雷擊事故外,錦西煉油廠10000m3地下平頂儲罐(雷擊前存油3230t油品)、秦皇島輸油站20000m3半地下磚壁平頂儲罐(雷擊前存油4411t油品),均在有獨立避雷針防護的情況下仍然發生了雷擊事故。(2)雷災原因分析黃島油庫大火的原因是什么?為此必須仔細弄清形成火災的實際情況,最有發言權的是長期負責該地消防并參加滅火戰斗的人員。1990年第2期《中國消防》上發表了青島市消防支隊張秀卿的文章《黃島油庫大火中值得反思的幾個問題》,其中談到:“5號罐是1974年建的半地下式非金屬儲油罐,東西長72m,南北寬48m(分四跨),高9m,石砌,預制鋼筋砼拱梁,鋪鋼筋砼拱板,上覆0.15m—1.6m的土,罐內鋼筋和金屬構件互不連接,日久鋼筋外露,故有容易因雷電感應產生火花的先天性缺陷。4、5號罐原設計沒有避雷裝置,忽視了罐頂金屬件的良好接地可能。1985年7月15日因雷電感應,4號罐金屬呼吸彎管與泡沫管間產生火花而起火。雖然在兩罐四周加裝8支避雷針,罐頂鋪設防感應雷的均壓屏蔽網,但網的結點與接地角鋼未焊,只用螺絲壓緊。經測量,銹蝕的壓接屏蔽網結點的電阻為1.56Ω,網與接地角鋼的連接點的電阻為0.116Ω,大大超過0.03Ω。解放軍總后勤部1985年1月制定的《油庫管理規則》規定,雷雨時,禁止進行甲、乙類油品的裝罐、清洗、通風作業。石油部1988年7月規定,為防止雷擊事故,雷雨天盡可能避免使用非金屬油罐。而當時雷電當空,卻仍一直給5號罐輸油,值班消防人員在打撲克、看電視。”從這里已清楚看出:這場大火并不是不能避免的,在防雷技術措施上本已有了合理的布設,也有合理的規定,可是管理人員、維護人員違反防雷規定的瀆職行為卻為大火創造了條件,這對于主管防雷行政工作和技術工作的人員是特別值得注意的。4.新型消磁消弧避雷針系統從本質上講,防雷就是在防雷設備與大地之間建立暢通的雷電通道,疏導強大的雷擊電流,以保護建筑物的安全。傳統的避雷針只能起到被動接閃、疏導電流的作用,而筆者提出的油庫綜合防雷理念,就是將油庫防雷視為一個系統工程,在油庫建立遠引與近防、消磁與消弧、反射與吸收、疏導與屏蔽相結合的多層、多級、多措施的全方位的綜合防雷體系。“遠引”就是通過遠引避雷針系統,結合地形和環境在較遠距離內盡量吸引和攔截可能進入保護區域的雷電;“近防”就是通過消磁與消弧避雷針形成近防系統。對進入保護區域的雷電,利用新型消磁消弧避雷針的反射體有效地反射接閃器雷電火花的電磁感應;利用新型消磁消弧避雷針系統中的吸波裝置,即利用吸波裝置中的導磁體有效吸收過濾雷電流的高頻脈沖并將電磁感應有效地轉換成渦流;利用新型消磁消弧避雷針系統中的無感抑浪裝置,減小雷電電磁感應產生的峰值電流;通過防雷專用電纜疏導強大的雷電流,同時屏蔽雷擊電流所產生的電磁感應和閃絡。新型消磁與消弧避雷針與傳統避雷針相比,能夠減小雷擊電流產生的強大電磁感應和電弧火花,在防直擊雷的同時能夠有效地減小感應雷的破壞,抑制了雷電的二次感應