糠醛原料罐区T500/3失效研究及修复

摘 要：通过对储罐变形失效原因进行分析，针对存在的问题进行快速修复，提出解决方法和预防措施。

关键词：储罐瘪陷；失效分析；充水复原；局部修补

1 前言

立式圆柱拱顶储罐是石油化工行业应用十分广泛的常压储罐，其设计压力较低，罐壁、罐顶板均较薄，使用过程中很容易因罐内负压超过设计要求而大面积瘪陷。本文以某公司糠醛原料罐区的T-500/3为例，从理论上分析了储罐瘪陷的原因，探讨了储罐瘪陷后的修复问题。

T-500/3储罐2010年12月份建成投用，工作容积为1500立方，储存介质为减四线油，工作压力为常压。2011年7月25日，T-500/3罐在扫线过程中，突降大雨，当班人员听到有异常声响，检查时发现T-500/3罐体瘪陷。

2 目的及意义

原储罐在扫线过程中突遇大雨，发生了严重的负压失效变形。很有必要从储罐变形机理进行深入的研究分析，并制定针对性的预防措施，以杜绝此类事故再次发生。

原储罐变形严重，直接威胁着该厂罐区的安全生产，将直接影响全公司减四线油品的正常储存，很有必要对该储罐进行快速修复，将安全风险降低、损失降低至最小程度。

3 储罐失效原理研究及修复方案选择

3.1 糠醛原料罐区T-500/3产生真空的原因分析

T-500/3罐为常压立式拱顶圆筒储罐，规格为￠13500mm×13000mm，材质为Q235B，容积为1500方，设计压力为常压，设计温度为150℃，公称直径为12.65米，带拱顶高度15.1米。2011年7月26日下午四点半左右该罐处于扫线状态。顶部有通气孔（DN100）与大气相通。使用爬顶线（DN50）为蒸汽线。

下午16：35开始下暴雨，T-500/3罐正在扫线，罐顶无保温，在雨水冲刷之下，罐内蒸汽急剧降温凝结，造成油罐负压，由于通风孔有效通风面积小，来不及平衡罐内外压力，在外界大气压作用下将罐压瘪，是造成该次事故的直接原因。具体分析如下：

（1）吹扫情况：液面高度1.1米。据此计算出当时蒸汽体积为1363m³，吹扫蒸汽温度在装置内为280℃左右，罐内按照175℃考虑，压力为0.65MPa（考虑部分损失）。

（2）遭受大雨后，罐顶急速降温，罐内蒸汽温度降低（按照整体25℃）。为保证罐内外压力平衡，气体体积开始收缩。

计算过程及依据为：依据理想气体方程式，盖吕萨克定律，

V1/T1=V2/T2 ，

得到：1363/448= V2/298.15。

得出：V2 =917m³。

需要向罐内补充气体为：ΔV=1363-917=446m³；

ΔV/Δt=446/15=29.73m³/min，即1784m³/h。需要DN100通气孔在正常大气压下的流速达到63.12m/s或者正常流速下反应时间较长。当时仅直径DN100通气孔与大气相连，短时间内无法满足进气要求；

（3）假设罐前后温度变化，体积不变。由查理定律可以计算出，

P1/T1=P2/T2 ，

得到：0.65/448= P2/298.15，

得出：P2=0.433 MPa。

罐内实际负压值最大为P2- P1=-0.217 MPa=-217000Pa。该罐设计压力值为-490Pa～2000Pa之间，远远超出罐设计的承受负压能力。在负压部位形成瘪罐。

（4）故障原因分析。1）操作过程存在问题。依据GB50341-2003（立式圆筒形钢制油罐设计规范）：该罐设计压力、抗风压能力、以及通气装置等符合通常条件下设计规范要求；但该规范未考虑极端天气下通风要求。依据SY/T6673-2006（常压与低压储罐通风的推荐作法）中5.2.5.14 条要求：“水蒸气冷凝，如果低温储罐未绝热部分充满水蒸气，环境冷却导致的水蒸气冷凝速度可能会大于本标准规定的通风量。为防止储罐内真空度过高有必要采取其他措施，包括采用大口径通风口（打开透光孔）和减缓储罐冷却速度”该罐吹扫期间，车间未按照本要求执行，未打开其余通风口，储罐内产生真空。2）管理原因。在2011年7月22日，该公司刚发生一起T-506罐因扫线罐内蒸汽突沸，造成罐顶局部撕裂变形事故，根据公司安排，虽然车间对所有罐的通气孔进行了检查，但没有完全吸取T-506罐变形事故的教训，对天突降大雨，吹扫罐时因外部环境变化产生的极限温差的破坏性认识不足，也没有一套应对恶劣天气变化的有效防范措施。该公司在管理上存在不到位，是造成该起设备事故的管理原因。

3.2 修复方案选择

储罐罐壁修复方案一般有3种：（1）机械法。在罐内搭设脚手架，用机械方法校正或更换部分钢板来修复，国内有些单位曾用此方法成功修复过储罐。（2）充气法。将储罐其余管口封闭，通过充气管口加压来修复。（3）注水加压法。在常压状态下向储罐充水，待液位到达一定高度后利用水压来修复。

对于该储罐，如采用机械法修复，需拆除保温结构进行焊接，并要搭设脚手架，必然造成施工费用高、劳动强度大、施工周期长。如采用充气法，罐底板可能因承受上举力而上翘，而且对修复后的储罐有无裂纹漏损或其它导致焊缝开裂的情况下不便观测和及时发现。综合分析，采用注水加压法可避免机械法和充气加压法的不足，但采用充水加压法时要注意，当罐内压力达到一定数值时，要防止因罐顶包边角钢承压环的应力将达到屈服强度而发生的塑性失稳。

进行方案可行性论证、核算，在确保该储罐修复后可正常使用的前提下，采取简单、经济、安全可行的修复方案：先对储罐进行充水复原，使该储罐瘪陷部位尽可能的回位，再对局部撕裂部位进行补焊修复，对变形严重的部位做骨架进行贴补处理，对其它变形部位进行修复，试压无异常后对储罐进行保温，核算新的安全高度，投用后效果良好，该储罐运行平稳，无泄漏。

4 主要修复内容

（1）对该储罐进行充水加压，使其在充水状态下底部自然复位、储罐瘪陷部位尽可能的回位；（2）储罐四周搭设满堂脚手架，拆除罐壁保温；（3）充水试漏，对储罐撕裂部位进行补焊；（4）对变形严重部位进行挖补，做骨架使其和原储罐形成一个整体，用钢板进行贴补；（5）修复处理储罐其它变形部位；（6）灌水试压合格后，重新核算新的安全高度为8±0.5米后允许开始投用。

5 应用时间及效果

2011年9月T500/3储罐修复投用后，效果明显：对T500/3储罐瘪陷进行了快速修复，及时消除了重大的安全隐患，保障了糠醛原料罐区其它设备的安全；并对失效机理进行了研究分析，并提出预防措施，避免了同类事故的再次发生；该储罐修复施工方案经济、高效，施工周期短，不影响罐区的正常物料储存，解决了困扰糠醛原料罐区物料平衡难题；修复后完全满足了储罐的使用条件，达到了快速修复储罐的目的。

6 结束语

由于本次采用冲水复原、局部加固法对T500/3大面积瘪陷部位进行的修复，对储罐当时存在的最大安全隐患进行了快速、适应性整改，保障了糠醛原料罐区正常的物料储存。修复投用三年多来，该储罐运行良好。

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