原油罐组呼吸阀排放油气危险性与补氮关联度分析

张东许; 多英全; 褚云; 吴宗之; 魏利军

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2505195

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (14) :6224-6234 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2505195

环境科学、安全科学

原油罐组呼吸阀排放油气危险性与补氮关联度分析

张东许 ¹ ,
多英全 ²^,³^,⁴ ,
褚云 ³^,⁴^,^* ,
吴宗之 ⁴^,⁵ ,
魏利军 ³^,⁴

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Correlation between Hazard of Oil and Gas Emissions from Breathing Valves in Crude Oil Tank Groups and Nitrogen Supplementation

ZHANG Dong-xu ¹ ,
DUO Ying-quan ²^,³^,⁴ ,
CHU Yun ³^,⁴^,^* ,
WU Zong-zhi ⁴^,⁵ ,
WEI Li-jun ³^,⁴

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摘要

为提高原油贮存过程的安全,采用fluent模拟2、4、6个贮罐在外界风干扰下不同排放浓度的油气,通过呼吸阀正常排放在罐组形成的爆炸危险性区域及所需监测时间。结果表明:通过呼吸阀的排放危险性随着补氮程度的增大而减小,形成爆炸危险所需的时间随之增大。外界风速在罐顶形成的旋涡对罐组内各个罐顶呼吸阀均起到顺风向加速扩散和稀释作用,风速越大,加速扩散和稀释作用越强,顺风向距离罐顶中心越大稀释作用增长速度强于加速扩散。罐组内各个罐底安装的针对呼吸阀排放危险性的监测设备无法有效监测,呼吸阀排放的爆炸下限浓度监测以顺风向为主,两侧的1号罐体后有罐体干扰时能够纵向扩散但扩散效果有限。距离罐顶中心0.1 m处安装的监测设备监测效果最好,罐外监测设备应优先考虑罐顶中心位置,监测到危险浓度应采取综合措施治理。

Abstract

To enhance the safety of crude oil storage process, a simulation was conducted using Fluent to analyze the emission concentrations of oil and gas from 2, 4, and 6 storage tanks under external wind interference. The oil and gas were normally discharged through the breathing valve within the explosive hazardous area formed by the tank group, and the required monitoring time was evaluated. The results indicate that the emission hazard from the breathing valve decreases as the nitrogen supplementation level increases, with a corresponding extension in the time required for an explosive hazard to develop. The vortex formed by the external wind speed at the top of the tank accelerates the diffusion and dilution in the downwind direction for each breathing valve on the top of the tanks within the tank group. Higher wind speed strengthens these accelerated diffusion and dilution effects. As the distance downwind from the center of the tank top increases, the dilution effect grows more rapidly than the accelerated diffusion. The monitoring equipment installed at the bottom of each tank in the group was found to be ineffective in detecting breathing valve emission hazards. The monitoring of the lower explosive limit concentration of breathing valve emissions primarily occurs in the downwind direction. When there is tank interference on both sides behind the No.1 tank, longitudinal diffusion occurs, though the effect is limited. The optimal monitoring performance was achieved with equipment installed 0.1 m from the center of the tank top. For external tank monitoring, priority should be given to the center of the tank top, and comprehensive measures should be implemented to control detected hazardous concentrations.

Graphical abstract

关键词

呼吸阀 / 监测设备 / 补氮程度 / 排放浓度 / 爆炸下限

Key words

breathing valve / degree of nitrogen supplementation / monitoring equipment / emission concentration / lower explosive limit

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张东许, 多英全, 褚云, 吴宗之, 魏利军. 原油罐组呼吸阀排放油气危险性与补氮关联度分析[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(14): 6224-6234 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2505195

ZHANG Dong-xu, DUO Ying-quan, CHU Yun, WU Zong-zhi, WEI Li-jun. Correlation between Hazard of Oil and Gas Emissions from Breathing Valves in Crude Oil Tank Groups and Nitrogen Supplementation[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(14): 6224-6234 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2505195

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石油化工是中国经济发展的支柱产业之一,且作为国家战略性产业链,石油贮存罐的大型集群化趋势越发明显^[1]。在此趋势下,石油贮罐的需求量必然随之增加。作为原油重要贮存设施的内浮顶罐,通过呼吸阀正常排放在贮罐组会形成爆炸性危险性。

诸多学者针对非正常泄漏形成的危险性监测及其失效危害后果进行了诸多研究。黄维秋等^[2-4]系统阐述了不同储存环境下油品蒸发规律和扩散规律,需要多方面协同控制减少油气蒸发扩散危害。炼化过程中原油破裂为液滴挥发表面积增大后的油气蒸发能力,原油挥发性有机物的蒸气成分对排放控制和风险评估的影响^[5-6]。通过研究氮封系统、减小蒸发面积、降低表面温度来抑制油品蒸发^[7-8]。许雪等^[9]基于风洞实验结果模拟得出防火堤会阻滞风流吹散油气浓度。Du等^[10]研究发现埋地汽油罐的挥发物在爆炸火焰和压力波之间反馈耦合影响下增加爆炸致损。Jiang等^[11]实验研究得出在封闭内非预混氮气对汽油-空气混合物爆炸致损具有抑制作用。Du等^[12]研究了引燃源温度确定时,影响油气爆炸的关键因素是环境湿度。引燃源温度确定时,影响油气爆炸的关键因素是环境湿度。任少云等^[13-14]采用混合物扩散模型开展了Fluent模拟,研究火灾场景下内浮顶罐泄漏扩散的危险区域分布,发现容器的长径比是丙烷爆炸的关键影响因素。Li等^[15]采用半封闭管道试验与模拟相结合的方法,分析障碍物对火焰结构、火焰位置和超压时程的影响。针对补氮程度对原油罐组呼吸阀排放油气危险性影响的关联度,为提高原油贮存过程的安全而采取呼吸阀排放危险性防治措施的基础研究有待提高。

鉴于此,基于文献[16]研究结果,现结合现场采集数据,建立通过呼吸阀排放不同补氮程度在气相空间形成的5%~100%体积分数油气(简称排放浓度)的模拟计算模型,开展Fuent模拟分析,以期得到补氮程度对原油罐组呼吸阀排放油气危险性影响的关联度,为监测设备的安装、启动应急措施、抽气与补氮稀释联动等呼吸阀排放危险性防治提供理论支撑。

1 呼吸阀排放模型的构建

1.1 排放扩散模拟研究可行性分析

张玉洁^[16]采用纯度为99.9%的高压压缩CO₂,以地面固定的输气软管作为释放源,并通过软管之间的节流阀控制CO₂的泄漏流量,开展试验,研究在泄漏源高度为0 m、泄漏流量为10 L/min、无风流扰动的常温环境中,泄漏20 min后,在距离泄漏源0.5、1.0、1.5、2.0 m处监测到的CO₂浓度。任少云等^[14]研究证明,Fluent模拟油气及其混合物的排放扩散是可行的。丁烷与油气、CO₂均属于重气,丁烷与CO₂的黏度系数均小于空气。在模拟条件下,丁烷始终处于气态,不涉及两相转化问题。

1.2 呼吸阀排放计算域模型构建

以南海炼化的10 000 m³原油罐为例,罐组内罐体直径均为28.24 m、高为18 m,相邻储罐间距为16 m,罐顶以y轴为对称轴,在x轴两侧安装有2个开口向下的DN300呼吸阀,如图1所示。罐底均匀布置4个油气探测器,进气口均布设在距离罐体壁面3 m、距离地面0.3 m的位置。原油为常温储存,氮封系统补充氮气的动作依据是罐内压力小于设定值,没有其他情况补充氮气的动作记录。根据《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T 3007—2014),10 000 m³的原油罐其呼吸阀排出的气体量应不小于3 000 m³/h^[18]。罐体内蒸发的油气与丁烷的相对分子量相近,因此,以丁烷代替油气开展试验。

现场试验中,贮罐区域为图1(a)中圈定区域,监测点布置在储罐罐顶的J1、J2、J3处。在外界风速为4 m/s、气相空间内油气体积分数为60%的条件下,监测到爆炸下限所需时间与外界风速为4 m/s、体积分数为60%的丁烷模拟监测到的时间相差<2 s。

模拟计算域长为240 m、宽为160 m、高为60 m。本次模拟计算涉及3个不同的计算域,分别包含2、4、6个平行罐体。计算域的A侧是位于计算域中轴线上方的罐体,B侧是位于计算域中轴线下方的罐体,排放源均为罐顶2个开口向下的呼吸阀,如图1(b)所示。采用ICEM-CFD软件中的四面体结构性网格划分得出模拟计算网格,网格质量≥0.6。本次模拟设定计算域温度为35 ℃,并将丁烷-氮气混合气体视为理想气体。罐顶面设定为光滑且绝热,呼吸阀排放口为速度入口,罐壁、呼吸阀壁面、罐底地面均为壁面,其余为压力出口。由于丁烷气体的密度大于空气和氮气的密度,混合物从排放口排出后,在丁烷自身重力作用下,会沿着罐顶向四周扩散。计算模型中罐体监测点的布置如图2所示。研究排放出的油气横纵向扩散的监测点均设置在距离罐顶0.1 m高度的位置。在罐顶中心布置S₁点、距离罐顶中心向右5 m布置S₂点、距离罐顶中心向右10 m布置S₃点,距离罐顶中心向左5 m布置S₇点、距离罐顶中心向左10 m布置S₈点用于监测混合气体在罐顶横向形成的爆炸危险性区域。在距离罐顶中心向上5 m布置S₄点、距离罐顶中心向上10 m布置S₅点、距离罐顶中心向下5 m布置S₁₁点、距离罐顶中心向下10 m布置S₁₂点用于监测纵向形成的爆炸危险性区域。在距离罐顶中心向上1 m的位置布置S₆点用于监测罐顶中心垂直向上形成的区域,在罐底距离壁面向右3 m距离地面0.3 m布置S₉点和在罐底距离壁面向下3 m距离地面0.3 m布置S₁₀点用于监测罐底的爆炸危险性。各个贮罐组的监测点布置方式相同。

2 不同补氮程度的排放危险性分析

2.1 不同补氮程度排放模拟条件设定

原油在贮存过程中无法避免油气挥发,内浮顶罐内挥发的油气在气相空间内逐渐积聚,贮存的温度越高,挥发的油气积聚速度越快^[2-4]。气相空间的油气随时可能会通过呼吸阀排放,如在进油作业时通过呼吸阀排放,贮存温度较高时会通过呼吸阀进行“小呼吸”排放等。纯油气通过呼吸阀排放必然会在贮罐组形成爆炸危险性区域。本次旨在探索纯油气通过呼吸阀排放后,形成爆炸危险性区域及其监测到爆炸下限所需时间在外界2、4、6 m/s干扰风速下的变化情况,不同补氮程度对爆炸危险性区域及监测到爆炸下限所需时间的影响。

气相空间内补充氮气后油气浓度便会降低,以呼吸阀排放浓度为80%、60%、40%、20%、10%、5%代表补氮程度逐渐提高。不同排放浓度的油气通过呼吸阀排放后在2、4、6 m/s外界风速影响下形成的爆炸危险性区域及监测到爆炸下限所需时间,其与纯油气排放对比检验补氮程度降低危险的能力。呼吸阀排放速率设定为3 m/s^[16],模拟时长为3 600 s。

模拟计算时,设置左侧壁面为外界风入口,其他4个口均为压力=0的压力出口,待2、4、6 m/s的外界风贮罐组稳定后,开口向下的呼吸阀排放口开始排放不同排放浓度的油气。模拟计算域模型如图3所示。

2.2 呼吸阀排放模拟计算结果分析

2.2.1 两个平行罐体时模拟结果分析

1)外界风在两个平行罐体形成的绕流情况

外界风对2个平行罐体形成的绕流影响分析。由图4可知:在A侧罐体的迎风侧罐壁附近,流动到罐顶的风流与罐体两侧的风流共同作用,形成的漩涡风流对2个呼吸阀形成顺风向吹扫。同时,在A侧罐顶中心内侧和上部,风流形成向罐顶方向的共同挤压,这种挤压作用随着外界风速的增大而增强。外界风在罐体背风侧形成1个旋涡区域,旋涡导致油气扩散到罐体背风侧后积聚能力减小,且随着外界风流速度的增大进一步减小。

在外界风速作用下,平行的A、B两侧罐体形成的绕流形式绝大部分相同。不同之处在于,平行罐体在A、B两侧罐体之间形成了交汇加强的风流。这种交汇加强的风流对垂直于中轴线并向中轴线纵向扩散的油气具有吹扫作用,导致油气向中轴线方向的扩散能力较弱。

2)2个平行罐体时不同排放浓度排放危险性分析

A、B两侧罐体的S₁监测点在外界风速为2 m/s时,均能在5 s内持续监测到排放浓度为5%100%的爆炸下限。当外界风速≥4 m/s时,S₁监测点也能在5 s内持续监测到排放浓度为10%100%的爆炸下限。

A、B两侧罐体的S₂监测点均在S₁监测点之后持续监测到爆炸下限。在排放浓度≥20%时,S₂监测点才能持续监测到爆炸下限。当排放浓度≥40%时,A、B两侧罐体的S₃监测点开始能够持续监测到爆炸下限。在外界风速为2 m/s且排放浓度≥20%时,S₃监测点可持续监测到爆炸下限。对于2个平行罐体的S₁、S₂、S₃监测点,当外界风速相同时,排放浓度越大,所需监测时间越短;当排放浓度相同时,外界风速越大,所需监测时间越短。

A、B两侧罐体的其他监测点在模拟条件下无法持续监测到爆炸下限。2个罐体在不同外界风速下,各监测点监测到爆炸危险性所需的时间如图5所示。

根据模拟结果及分析,2个平行罐体在外界风作用下呈现的呼吸阀排放危险性与补氮关联度为:①未对气相空间进行补氮时,通过呼吸阀排放的油气能够快速形成距离罐顶中心10 m以上的爆炸危险性区域。通过呼吸阀的排放危险性随着补氮程度的增大而减小,形成爆炸危险所需的时间随着补氮程度的增大而增大,补氮稀释到排放浓度为5%排放后仍会形成一定的爆炸危险性;②针对不同补氮程度的原油罐组呼吸阀排放油气危险性的罐外监测设备不应安装在罐顶。外界风速越大,正常排放的纯油气扩散速度越快,正常排放的经过补氮稀释的油气扩散过程中被稀释得较为明显,距离排放口越远稀释越明显;③在3种外界风速下,不同补氮程度形成的排放浓度排放后均可以在S₁点快速监测到爆炸下限浓度,在距离罐顶中心0.1 m处安装油气监测设备可以快速监测到排放危险性。油气浓度20%及以上时,监测点S₂可以快速监测到爆炸下限浓度。因此,在实际生产中针对两个平行罐体的罐顶呼吸阀排放危险性的罐外监测设备应优先考虑罐顶中心安装。

2.2.2 4个平行罐体时模拟结果分析

1)外界风对4个平行罐体形成的绕流影响分析

由图6可知,在外界风流作用下,A侧1号罐(1号罐背风侧旋涡区域除外)形成的扰流与2个平行罐体时A侧的扰流情况相同。外界风在受到A侧1号罐干扰后,风流运移到2号罐体的迎风壁面,并在此处分成3部分:一部分向上流动,一部分向罐体两侧流动,还有一小部分折返回流。

向上流动的风流对A侧1号罐体背风侧形成的漩涡区域起到了向上吹扫的作用,且这种作用随着外界风速的增大而更加明显,不利于油气监测设备的监测。向上流动的风流与A侧1号罐顶交汇后运移到A侧2号罐顶迎风侧的风流共同作用,在2号罐顶形成旋涡区域,对2个呼吸阀排放产生顺风向加速扩散和稀释作用,且外界风速越大,这种加速扩散和稀释作用越强。在A侧的2个罐顶,外界风与上部交汇风流形成挤压风流,对纵向扩散的通过呼吸阀排放的油气起到稀释作用,外界风速越大,稀释作用越强。

A侧2号罐体的罐顶风流与A侧罐体两侧交汇风流共同作用,在罐体背风侧形成了漩涡区域,导致扩散到罐体背风侧的油气积聚能力较小,且外界风流速度越大,积聚能力越弱。

平行的A、B两侧罐体在外界风速下形成的绕流形式基本相同。不同之处在于,平行罐体在A、B两侧罐体之间形成了交汇加强的风流。这种风流对垂直于中轴线并向中轴线纵向扩散的油气具有明显的吹扫作用,且外界风流速度越大,吹扫作用越显著。

2)4个平行罐体时不同排放浓度排放危险性分析

A侧两个罐体的S₁监测点均能在5 s内持续监测到排放浓度为10%100%排放后的爆炸下限。当排放浓度为5%时,在外界风速≤2 m/s的条件下,A侧2个罐体的S₁监测点可以在6 s内持续监测到爆炸下限。

A侧2个罐体的S₂监测点能够快速监测到排放浓度为20%100%排放后的持续爆炸下限。然而,在排放浓度为20%时,随着外界风速的增大,所需监测时间先减少后增多。在A侧罐体中,相对于1号罐,2号罐的S₂监测点监测到爆炸下限所需的时间更长。A侧2个罐体的S₁、S₂监测点,当外界风速相同时,排放浓度越大,所需监测时间越短;当排放浓度相同时,外界风速越大,所需监测时间越短。

当排放浓度为40%100%时,A侧2个罐体的S₃监测点才能持续监测到爆炸下限。在外界风速≤2 m/s时,A侧2个罐体的S₃监测点均能持续监测到爆炸下限。在相同外界风速下,随着排放浓度的增大,所需监测时间先显著减少,随后逐渐降低。在相同排放浓度下,随着外界风速的增大,所需监测时间先减少后增加。这表明外界风速的稀释作用增强程度大于加速扩散作用。在A侧罐体中,相对于1号罐,2号罐的S₃监测点监测到爆炸下限所需的时间更长。A侧2个罐体的呼吸阀同时排放与单独一个罐体的呼吸阀排放在S₁、S₂、S₃监测点的监测情况相同。

A、B两侧罐体的监测情况基本相同,4个罐体在不同外界风速下,各监测点监测到爆炸危险性所需的时间如图7所示。

在A侧罐体上,监测点S₄和S₁₁在2号罐上无法持续监测到爆炸下限,而在1号罐上仅在100%浓度排放60 s后,才能持续监测到爆炸下限。在B侧罐体上,2号罐的S₄和S₁₁监测点均无法持续监测到爆炸下限,而1号罐在排放浓度为100%排放63 s后,可以持续监测到爆炸下限。其他监测点在模拟条件下均无法监持续测到爆炸下限。

根据模拟结果及分析,4个平行罐体在外界风作用下呈现的呼吸阀排放危险性与补氮关联度为:①补氮与否各个罐通过呼吸阀排放油气的危险性情况与两个平行罐时相同;②针对不同补氮程度的原油罐组呼吸阀排放油气危险性的罐外监测设备不应安装在罐顶;外界风速越大,正常排放的纯油气扩散速度越快,正常排放的经过补氮稀释的油气扩散过程中被稀释得较为明显,距离排放口越远稀释越明显。在后方有罐体干扰时,A侧1号罐的S₄点和B侧的S₁₁点可以监测到爆炸下限,排放的油气能够垂直中轴线向外扩散的能力;③在3种外界风速下,不同补氮程度形成的排放浓度排放后均可以在S₁点快速监测到爆炸下限浓度,其他点监测效果均不如S₁点,在实际生产中针对4个平行罐体的罐顶呼吸阀排放危险性的罐外监测设备应优先考虑罐顶中心安装。

2.2.3 6个平行罐体时模拟结果分析

1)外界风对6个平行罐体形成的绕流影响分析

由图8可知,在外界风流作用下,A侧1号罐、2号罐(2号罐背风侧旋涡区域除外)形成的扰流与4个平行罐体时A侧的扰流情况相同。外界风在受到A侧2号罐干扰后,风流运移到3号罐体的迎风壁面,形成3种流向的风流,分别向上流动、向A侧罐体两侧流动以及小部分折返回流。其中,向上流动的风流向上吹扫2号罐体背风侧形成的漩涡区域,且外界风速越大,吹扫作用越明显,不利于油气监测设备监测。向上流动的风流与2号罐顶交汇后运移到3号罐顶迎风侧的风流共同作用,在3号罐顶形成旋涡区域,该漩涡区域对2个呼吸阀均起到顺风向吹扫和加速扩散作用,且这种作用会随着外界风速的增大而增强。在A侧的2个罐顶,外界风流与上部交汇风流形成挤压风流,挤压风流对纵向扩散通过呼吸阀排放的油气具有稀释作用,且外界风速越大,稀释作用越强。

在A侧3号罐体的罐顶风流与A侧罐体两侧交汇风流共同作用下,扩散到罐体背风侧的油气在旋涡区域的积聚能力较小,且外界风流速度越大,积聚能力越小。平行的A、B两侧的6个罐体在外界风速作用下形成的绕流形式基本相同。不同之处在于,平行罐体在A、B两侧罐体之间形成了交汇加强的风流。这种风流对垂直于中轴线并向中轴线纵向扩散的油气具有明显的吹扫作用,且外界风流速度越大,吹扫作用越显著。

2)6个平行罐体时不同排放浓度排放危险性分析

A侧3个罐体的S₁监测点均可以在5 s内持续监测到排放浓度10%100%排放后的爆炸下限。当排放浓度为5%时,2号罐和3号罐的S₁监测点在外界风速≤4 m/s时,可以在7 s以内监测到爆炸下限;1号罐的S₁监测点仅在外界风速≤2 m/s时可以监测到爆炸下限。

A侧3个罐体的S₂监测点可以快速持续监测到排放浓度为20%100%排放后的爆炸下限,在外界风速为4 m/s时,监测时间由减到增出现转折。在A侧罐体中,相对于1号罐,3号罐、2号罐的S₂监测点监测到爆炸下限所需时间依次增多。2号罐在油气浓度为10%、外界风速为2 m/s时,排放22 s后可以监测到爆炸下限。

当排放浓度为40%100%时,通过呼吸阀排放后,A侧3个罐体的S₃监测点才能持续监测到爆炸下限。在A侧3个罐体中,相对于1号罐,2号罐和3号罐的S₃监测点监测到爆炸下限所需时间增多。A侧3个罐体的呼吸阀同时排放与单独一个罐体的呼吸阀排放在S₁、S₂、S₃监测点的监测情况相同。主要表现:当外界风速相同时,排放浓度越大,所需监测时间越短;当排放浓度相同时,外界风速越大,所需监测时间越短。此外,A、B两侧罐体的监测情况基本相同,6个罐体在不同外界风速下,各点监测到爆炸危险性所需时间如图9所示。

在纵向扩散时,A、B两侧的2号、3号罐体罐顶的S₄、S₁₁监测点在设定时间内无法持续监测到爆炸下限。A侧1号罐体罐顶的S₄监测点在外界风速为2 m/s且排放浓度为100%时,58 s后可以持续监测到爆炸下限。B侧1号罐体罐顶的S₁₁监测点在外界风速为2 m/s且排放浓度为100%时,61 s后可以持续监测到爆炸下限。A、B两侧6个罐体的其他监测点均无法持续监测到爆炸下限。

根据模拟结果及分析,6个平行罐体在外界风作用下呈现的呼吸阀排放危险性与补氮关联度为:①补氮与否各个罐通过呼吸阀排放油气的危险性情况与4个平行罐时相同;②针对不同补氮程度的原油罐组呼吸阀排放油气危险性的罐外监测设备不应安装在罐顶;外界风速越大,正常排放的纯油气扩散速度越快,正常排放的经过补氮稀释的油气扩散过程中被稀释得较为明显,距离排放口越远稀释越明显;在后方有罐体干扰时,A侧1号罐的S₄监测点和B侧的S₁₁监测点可以监测到爆炸下限,排放的油气能够垂直中轴线向外扩散的能力;③在3种外界风速下,不同补氮程度形成的排放浓度排放后均可以在S₁监测点快速监测到爆炸下限浓度,其他点监测效果均不如S₁监测点,在实际生产中针对6个平行罐体的罐顶呼吸阀排放危险性的罐外监测设备应优先考虑罐顶中心安装。

3 呼吸阀排放形成爆炸性危险性区域的防护措施

(1)预防形成爆炸危险性浓度。原油罐组通过呼吸阀排放油气的危险性与补氮程度密切相关。采取预先抽出危险性浓度的油气和充入氮气稀释油气浓度相结合的措施,确保气相空间内油气浓度不具有危险性。在实际生产中应增加持续高温天气下的预抽油气和补氮稀释的操作规定,做好系统的维修保养工作和操作规定的执行,确保持续有效运行以防止形成危险性浓度^[18]。建议在气相空间内安装监测设备,在油气浓度达到5%时,及时采取预抽混合气和补氮稀释措施。在日常管理中,应做好监测设备、预抽系统、氮封系统的维护保养工作,确保能够正常监测油气浓度,并在浓度达到5%时,及时预先抽出混合气并充入氮气稀释气相空间内的油气浓度。

(2)预防形成可排放的压力。呼吸阀正常工况时,排放浓度达到危险性浓度后,预先抽出气相空间内油气过程中等量补充氮气,确保气相空间内不吸入空气且压力稳定。未采取措施或措施未落实前应停止进油作业、减少油气晃动等有助于呼吸阀排放的作业^[19-20]。呼吸阀异常工况时,如出现缺油、无油、腐蚀性缝隙、裂缝等故障,导致呼吸阀未达到排放压力而提前排放。罐顶中心0.1 m处设置的油气浓度监测设备,监测到危险性浓度后应立即启动抽出油气直至呼吸阀不排放,并及时补充氮气确保不吸入空气且压力达不到异常排放压力。

(3)防止危险性油气浓度油气排放。罐外监测设备应以一级报警浓度(0.4%)作为气相空间抽气的动作依据^[18],并停止进出油作业、油面晃动等有利于呼吸阀排放的作业,以防止呼吸阀继续排放气相空间内的油气。抽气的过程中宜注入新鲜氮气防止气相空间内吸入外界空气。只有在罐外监测设备的读数低于一级报警浓度后,方可恢复作业。在日常工作中,应做好对呼吸阀、监测设备、充氮系统、抽气系统等的检查工作,确保在达到危险性浓度后能够正常运行。

4 结论

(1)未对气相空间进行补氮时,通过呼吸阀排放的油气能够快速形成距离罐顶中心10 m以上的爆炸危险性区域。通过呼吸阀的排放危险性随着补氮程度的增大而减小,形成爆炸危险所需的时间随着补氮程度的增大而增大,补氮稀释到排放浓度为5%排放后仍会形成一定的爆炸危险性。

(2)外界风速在罐顶形成旋涡对罐组内各个罐顶呼吸阀均起到顺风向加速扩散和稀释作用,风速越大加速扩散和稀释作用越强,顺风向距离罐顶中心越大稀释作用增长速度强于加速扩散。两侧的1号罐后有相同体积的干扰罐体时,排放后的油气具有一定的纵向扩散能力。

(3)罐组内各个罐底安装的针对呼吸阀排放危险性的监测设备无法有效监测,呼吸阀排放的爆炸下限浓度监测以顺风向为主,两侧的1号罐体后有罐体干扰时能够纵向扩散但扩散效果有限。距离罐顶中心0.1 m处安装的监测设备监测效果最好,罐外监测设备应优先考虑罐顶中心位置,监测到危险浓度应采取综合措施治理。

参考文献

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