浮顶储罐二次密封油气空间放电分析_胡海燕

第21卷第3期2011年3月中国安全科学学报

China Safety Science Journal

Vol．21No．3

Mar．2011

浮顶储罐二次密封油气空间放电分析*胡海燕工程师刘宝全高级工程师刘全桢教授级高工张婷婷高鑫(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071)

学科分类与代码:6203099(安全工程技术科学其他学科)中图分类号:X933.4;TM862文献标志码:A 【摘要】为避免浮顶储罐在遭受雷击时由于导电片设施在二次密封油气空间中放电引起密封圈火灾，在实验室建立了2m直径油罐模型，开展导电片火花放电起始电流试验、导电片与罐壁形成空气间隙击穿放电初始电压试验，系统研究导电片在二次密封油气空间中的放电危险性。试验结果表明:导电片靠自身弹性与罐壁贴合时，雷电流大约在400A时导电片开始产生点燃性火花放电;如导电片与罐壁贴合不良形成空气间隙，雷击情况下雷电流泄放瞬时浮顶与罐壁之间的电位差足以使一定大小的间隙击穿放电，当间隙大小为20 30mm时，放电电压为26 40kV。因此，储罐在遭受雷击时，导电片火花放电现象不可避免。结合储罐的实际运行情况，提出取消二次密封导电片、液下刮蜡器与浮顶进行可靠电气连接的改进措施，避免导电片在二次密封油气空间中放电发生，大大降低浮顶储罐雷击火灾事故。

【关键词】浮顶储罐;二次密封;导电片;油气空间放电;放电间隙;刮蜡器Analysis on Second Sealing Oil and Gas Space Discharge in Floating Roof Tank

HU Hai-yan LIU Bao-quan LIU Quan-zhen ZHANG Ting-ting GAO Xin

(State Key Laboratory of Chemicals Safety，China Petroleum＆Chemical Corporation，

Qingdao Safety Engineering Institute，Qingdao Shandong266071，China)

Abstract:In order to avoid floating roof tank sealing ring fire caused by shunts discharge in the second sealing oil and gas space due to lightning，this paper established a2m diameter tank model and carried out a shunts spark discharge experiment and an air gap breakdown discharge experiment，so as to systemat-ically research shunts discharge risk in the second sealing oil and gas space．Experimental results show that Shunts attached to the shell by its own flexibility can generate sparks when the lighting current flow reaches a peak of about400Amperes;If there are gaps between shunts and the shell during lightning high voltage stock，potential difference between the roof and shell may break down the gaps and cause sparks，when the gap between20－30mm，discharging voltage is about26－40kV．Therefore，shunts spark dis-charge is inevitable as tank suffering from lightning．Finally，combined with the actual operation of the storage tanks，improvement measures were put forward，such as canceling shunts on the second seal and submerged paraffin scraper device reliable electrical connection with floating roof and avoiding shunts dis-charge in the second sealing oil and gas space，so as to greatly reduce floating roof tank lightning fire acci-dent．

Key words:floating roof tank;second seal;shunts;spark discharge in the oil and gas space;

discharge gap;paraffin scraper device

*文章编号:1003－3033(2011)03－0106－04;收稿日期:2010－12－22;修稿日期:2011－02－26

0引言

随着经济的高速发展，储罐大型化、规模化和集群化所带来的雷击风险逐渐增大。根据国外1951—2003年间统计的储罐火灾事故中，因雷击所造成的火灾数占总数的31%［1］。国内近几年也连续发生了数起浮顶储罐雷击着火事故［2］。经分析，浮顶储罐大多安装一、二次密封装置，雷击起火部位主要发生在浮顶边缘密封圈处［3］。而带油气隔膜二次密封上部每隔1.8 3m之间设置的导电片，在储罐运行过程中，往往与罐壁贴合不紧密形成缝隙间隙，当油罐遭受雷击时浮顶与罐壁之间的瞬时电压差可使一定大小的间隙击穿形成放电火花［4］，所以导电片成为浮顶储罐雷击火灾的主要点火源之一。因此，消除导电片在二次密封油气空间放电的条件才是有效降低浮顶储罐雷击火灾的重要措施。

经检索发现国内外在浮顶储罐二次密封油气空间放电相关领域研究甚少，仅API RP545在2007年提出浮顶储罐在遭受雷击时，导电片会产生大量火花，并针对导电片模型在空气中、水中等不同状态开展了一系列试验研究，并于2009年10月发布了《地上易燃液体储罐雷电防护推荐作法》，提出把导电片移入油品液面以下0.3m的替代方法［5－6］，但笔者认为这样虽保证了导电片不会产生火花放电，但却很难检查和维护，更无法保证长时间运行能与罐壁良好电气连接，起到有效泄放雷电流的作用。

笔者主要针对浮顶储罐导电片在二次密封油气空间中的放电问题开展系统研究，寻求更可靠的替代方法。

1导电片在二次密封油气空间放电理论分析

浮顶储罐二次密封上导电片由于以下一些原因，容易与罐壁之间形成放电间隙［7］:①原油中含有较高比例的蜡，油温降低时往往首先析出，并凝结在罐壁上，使导电片与罐壁之间形成绝缘;②在储罐的操作过程中介质、气候、温度以及储罐基础沉降等因素，会引起储罐和浮盘的几何形状和尺寸的变化，使浮盘在罐内产生“漂移”，导电片与罐壁之间形成放电间隙;③大部分橡胶密封条由于高温、硫化在长时间运行下出现严重变形(波浪式)，形成油气泄放点，尤其导电片采用包裹密封条的安装方式易出现放电间隙，且此处油气浓度最高。

因此，储罐在运行过程中，二次密封导电片往往与罐壁贴合不紧密，形成放电间隙，雷击瞬时浮盘与罐壁之间的电位差足以使一定大小的间隙击穿放电，如果此时密封圈处可燃气体浓度达到爆炸极限，就会引起储罐着火。

2导电片在二次密封油气空间放电试验研究

试验储罐模型如图1所示。内径2m，内浮盘1.6m，罐壁四周均布多个导电片，导电片采用1mm 厚300mm(长)ˑ15mm(宽)的弹性不锈钢条与罐壁贴合

。

图1储罐模型

Fig．1Figure of tank mode

2．1导电片火花放电起始电流试验

仅一个导电片靠自身弹性贴合罐壁，分别采用10/350μs，8/20μs标准雷电流波冲击导电片，试验模拟如图2所示，雷电流均约在400A时，导电片开始产生点燃性火花，随着雷电流增大，导电片火花放电程度增强

。

图2导电片火花放电试验模型

Fig．2Figure of shunts spark discharge experiment model

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第3期胡海燕等:浮顶储罐二次密封油气空间放电分析