重質(zhì)油罐，作為儲運裝置直供、轉(zhuǎn)運和銷售寄存的重要設(shè)備，不僅能暫存物料、節(jié)省設(shè)備投資，也有利于調(diào)節(jié)運行負荷、降低物料能耗[1]。近年來，無論是新建的石油化工，還是煤化工裝置，一般都設(shè)置數(shù)量不等的重質(zhì)油罐。由于重質(zhì)油具有比重大、黏度高、沸點高、凝固點高等特點，為便于轉(zhuǎn)運和輸送，在生產(chǎn)、儲運等環(huán)節(jié)一般需要設(shè)置較高的作業(yè)溫度，操作條件也較為嚴苛。一旦重質(zhì)油罐的安全防護措施設(shè)置不嚴密或者操作不當，油品突沸現(xiàn)象是比較容易發(fā)生的，甚至是著火、爆炸事故[2]。這些對油品罐區(qū)的安全、穩(wěn)定、清潔運行，以及操作人員的人身健康都具有非常大的威脅。 

 

本文對重質(zhì)油罐突沸事故的發(fā)生進行系統(tǒng)、科學(xué)的分析，查找造成突沸的有關(guān)因素，并結(jié)合重質(zhì)油品儲運的客觀規(guī)律和生產(chǎn)實際，提出了針對性的預(yù)防建議措施，防患于未然，這些對有效防范重質(zhì)油罐區(qū)的突沸事故發(fā)生具有十分重要的理論參考意義和現(xiàn)實指導(dǎo)價值。 

 

1 突沸的原理 

1.1 突沸的概念

客觀上說，突沸在重質(zhì)油品儲運的生產(chǎn)操作和日常管理過程中是比較常見的現(xiàn)象。突沸的基本原理是指油品在儲存過程中，由于質(zhì)量上的差異或生產(chǎn)過程水的意外竄入，當遇高低溫油品混合或油料溫升時，產(chǎn)生的大量能量集聚和釋放[1]。具體表現(xiàn)為，聚集了大量能量的高溫油品將熱量傳遞給了低沸點物料（主要指竄入的水或其它輕質(zhì)油品），低沸點物料處于過熱狀態(tài)并達到一定程度后，在罐內(nèi)劇烈汽化。特別當遇到黏度大、表面張力大的重質(zhì)油時，產(chǎn)生大量的高溫油氣泡沫，體積迅速劇增，較終造成油罐的憋壓。如不能及時卸壓，極易導(dǎo)致油罐內(nèi)重質(zhì)油料、水汽混合物出現(xiàn)爆炸式擴散，發(fā)生油罐突沸、撕裂或者冒罐等事故，嚴重時甚至發(fā)生著火、爆炸事故。 

 

1.2 有關(guān)突沸的膨脹倍數(shù)估算

重質(zhì)油品突沸過程的水汽膨脹是異常劇烈的，以 1 kg冷凝水進入重質(zhì)油罐汽化后的體積擴大倍數(shù)進行估算[3]： 

（1）為使計算簡化，假設(shè)竄入的冷凝水處于標準狀態(tài)下，即溫度：273.15 K（0 ℃），壓力：101.325 kPa。在該標準狀態(tài)下，水的摩爾質(zhì)量為 18 g/mol, 1 kg 的冷凝水體積約等于 1 L。同時，設(shè)定發(fā)生突沸事故的重質(zhì)油罐中油料溫度為 383.15 K（110 ℃）。1 kg 的冷凝水完全汽化成水蒸汽的物質(zhì)的量為：n=1 000/18=55.56 mol。

（2）假設(shè)冷凝水在高溫重質(zhì)油中汽化到383.15 K（110 ℃）時的蒸汽狀態(tài)，符合理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT。其中，重質(zhì)油罐為常壓罐，蒸汽壓強取 1 個標準大氣壓，P=101.325 kPa，水蒸氣溫度 T=383.15 K（110 ℃），1 kg 水蒸氣所具有的物質(zhì)的量 n=55.6 mol。 

（3）將上述數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程，得出 1 kg 冷凝水在高溫重質(zhì)油罐中汽化后，所具有的體積為：V=55.6×8.31×383.15 /101 325 =1 747.98 L。

（4）由以上式估算可以得出，進入高溫重質(zhì)油罐的冷凝水汽化后，體積可巨增至少 1 700 多倍。

 

2 重質(zhì)油罐突沸的原因分析 

2.1 油罐存水

2.1.1 上游加工裝置送料中夾帶水 

由于自上游油品加工裝置輸送來的重質(zhì)油中不可避免會夾帶少量水汽，加之目前重質(zhì)油罐多采用液下進料的方式，開工初期的管線、儲罐中也可能存有少量水汽[4]。這些夾帶入罐的水份，如不能及時從油罐頂部揮發(fā)，常常會導(dǎo)致在罐底的積聚。 

 

2.1.2 油罐內(nèi)加熱器泄漏 

油罐加熱器一般為列管式或盤管式加熱器，多使用飽和蒸汽作為熱媒進行交換加熱。油罐加熱器一旦泄漏，熱源蒸汽可通過油路竄入罐內(nèi)。特別當罐內(nèi)溫度較低時，加熱器泄漏出的飽和蒸汽會大量

凝結(jié)成液態(tài)水，停留在油罐底部。 

 

2.1.3 油罐呼吸凝聚水 

重質(zhì)油罐向外發(fā)油時，罐壓會相應(yīng)降低。當罐頂呼吸閥控制的真空度大于罐壓時，油罐會通過呼吸閥吸入外部新鮮空氣。由于新鮮空氣的吸入，可能造成外部水汽的侵入和凝聚。同時，隨著外界氣溫、壓力等周期性變化，油罐中的油汽溫度、壓力、濃度和蒸發(fā)速率也會相應(yīng)改變，油罐也會相應(yīng)吸入濕潤空氣或者排出過多油氣，這些影響都會造成油罐內(nèi)的水汽凝聚[5]。 

 

2.1.4 油罐頂部封蓋不嚴 

油罐頂部采光孔、量油孔等封蓋不嚴，雨雪水進入罐內(nèi),特別當罐內(nèi)溫度較低時，雨雪水就會從油面沉降至罐底部。 

 

2.1.5 脫水口設(shè)置過高 

重質(zhì)油罐脫水口高度距罐底的距離不宜過高，脫水口高度以下的罐底存水一般是無法切除的，而這些存水也是完全足夠引發(fā)突沸事故的。 

 

2.2 溫度異常變化

2.2.1 加熱器控溫過高 

由于加熱器工況操作不當，導(dǎo)致重質(zhì)油罐溫度過高，接近甚至超過突沸得臨界狀態(tài)。 

 

2.2.2 切、付料操作不當 

在送付料或者切換送付料過程中操作不當，或上游油品加工裝置工況發(fā)生異常波動，部分高溫油品竄入重質(zhì)油罐，導(dǎo)致罐內(nèi)油品組分發(fā)生擾動，引發(fā)突沸事故的發(fā)生。 

 

2.3 油罐液位變化

油罐液位是會產(chǎn)生靜壓的。尤其在重質(zhì)油罐底存有積水的情況下，隨著罐內(nèi)油位的升降，積水的沸點也會相應(yīng)發(fā)生變化。一般油位升高，罐底的壓強會增大，水蒸氣的飽和溫度也會增加，相應(yīng)狀態(tài)下水的沸點也會提高[6]。 

（1）以某重質(zhì)油罐為例，假設(shè)該罐液位的安全高度為 16 m，抽空高度為 4 m，重質(zhì)油密度 ρ 為1 000 kg/m3。根據(jù)有關(guān)公式計算得，罐內(nèi)液體靜壓強 Pj=ρgh=1 000 ×9.8×16=0.157 MPa；油罐底部壓強 P=Pj+ Patm =0.157+0.101 =0.258 MPa。

（2）當重質(zhì)油罐底部壓強為 0.258 MPa 時，計算得到相應(yīng)水的沸點為 135 ℃。

（3）參照以上計算過程，當重質(zhì)油罐液位降低至 4 m 時，可計算得到罐底壓強為 0.136 MPa，此時水的沸點則降低至 108 ℃。

（4）由此可見，在同等儲存工況和環(huán)境溫度下，重質(zhì)油罐液位降低，罐底存水的沸點也會降低，也會導(dǎo)致突沸事故的發(fā)生。

 

3 有效防范措施 

防范重質(zhì)油罐突沸的有效措施，根本上是要嚴控罐內(nèi)物料溫度，減少罐內(nèi)存水，堅決避免形成能量突然釋放的前提條件。具體可有以下五項措施： 

 

3.1 減少罐內(nèi)存水

（1）改為罐頂部進料。將重質(zhì)油罐進料改為罐頂部進入，進料管進罐后可沿罐壁再向下延伸 2 m 左右。這樣的好處是，即使油料中夾帶少量水汽也不容易在底部積聚，而是可以通過罐頂呼吸閥排出罐外。 

（2）降低脫水口高度。將重質(zhì)油罐脫水口高度盡可能改至較低點，一旦積水，這樣也有利于較大程度切水排出。同時定期做好脫水工作，避免罐內(nèi)明水積存。

（3）確保設(shè)備完好性。重點檢查重質(zhì)油罐加熱器是否內(nèi)漏，如果油罐加熱器內(nèi)漏，將嚴重導(dǎo)致油品帶水。檢測的簡易方法，可采取先關(guān)閉加熱器熱媒入口，再打開加熱器熱媒出口，目測是否伴有油料逸出。若有油料逸出，則證明加熱器內(nèi)漏，應(yīng)立即停用，切出檢修。同時，罐頂呼吸閥等開口處使用完畢后，也應(yīng)及時關(guān)閉。

（4）調(diào)合用的蠟油及重柴油的水份，必須控制在 0.5%（質(zhì)量分數(shù)）以下，否則應(yīng)采取適度升溫、沉降、切水等脫水措施。實踐證明，含水小于 0.5%（質(zhì)量分數(shù)）的油品進入重質(zhì)油罐，一般不會發(fā)生突沸[7]。

（5）嚴格禁止各類油品的罐底油向重質(zhì)油罐中進行調(diào)合。因為通常罐底含水和各類雜質(zhì)都比較多。 

 

3.2 保證合理的儲存溫度

3.2.1 嚴控進罐油品的較低溫度 

為保持重質(zhì)油品的流動性且不發(fā)生凝固現(xiàn)象，同時盡可能減少罐內(nèi)水汽的積聚，必須嚴控進罐油品的較低溫度。此較低溫度應(yīng)高于重質(zhì)油罐底水汽的飽和蒸汽壓對應(yīng)的溫度。保持在這樣一個合適的罐溫情況下，即使罐內(nèi)存少量水汽，也可以通過不飽和蒸汽等形式逸出罐外，不會在罐內(nèi)形成明水。對于重質(zhì)油而言，渣油凝固點較高約 60 ℃[8]。因此，一般重質(zhì)油罐的進料溫度不低于 75 ℃，就可以滿足儲運要求。 

 

3.2.2 防止儲存溫度過高 

在保持一定罐溫下限的基礎(chǔ)上，也要防止過度溫升。特別是達到或超過罐內(nèi)積水的突沸溫度后，會引發(fā)突沸事故發(fā)生。重質(zhì)油品出油品加工裝置的溫度較高，一般在 100 ℃左右，其中減壓渣油甚至達到 150 ℃。綜合考慮能耗的情況下，應(yīng)盡可能采取措施，嚴格控制一般重質(zhì)油罐儲存溫度和收料油品溫度低于 95 ℃。這樣即使有液態(tài)水存在，也不至于發(fā)生突沸事故。 

 

3.3 加裝防突沸油氣分離器

在重質(zhì)油罐體內(nèi)縱向固定安裝兩端貫通的油氣分離管 2（具體詳見圖 1）[9]，油氣分離管 2 和進油管 3 通過切線結(jié)構(gòu)聯(lián)接。重質(zhì)油品不直接進入儲罐體 1，而是通過進油管 3 從儲罐底部 4 進入后上行，再由油氣分離管 2 頂部切線進入儲罐體 1。重質(zhì)油緩慢旋轉(zhuǎn)向下流動，形成液膜。即使重質(zhì)油中夾帶水汽，也可通過油氣分離管 2 從液膜中有效脫出，再經(jīng)分離器后由儲罐體頂部揮發(fā)，從而可有效

解決重質(zhì)油儲罐突沸的問題。

3.4 規(guī)范和優(yōu)化儲運操作

3.4.1 收付料或裝車流程建立雙線 

重質(zhì)油罐停裝期間無需采用蒸汽掃線。同時冬季可使用熱油循環(huán)的辦法解決管線凍凝問題，這樣可有效減少裝車、發(fā)送料過程掃線蒸汽帶入重質(zhì)油罐的風(fēng)險。 

 

3.4.2 建立頂線掃線廢料罐 

一般來說，調(diào)合重油（或重蠟、重柴）罐的入料管線，使用完畢后必須用蒸汽掃線，這樣管線內(nèi)必然存積大量冷凝水。因此，可考慮單獨設(shè)立頂線掃線罐，下次使用調(diào)和管線前，可用無水油品將該管線內(nèi)的冷凝水進行多次置換，并將置換油頭切入頂線掃線廢料罐中，然后再改流程入調(diào)和重油（或重蠟、重柴）罐進行調(diào)合作業(yè)。 

 

3.5 其他合理應(yīng)對措施 

嚴格日常巡檢，對可能導(dǎo)致突沸事故的各類風(fēng)險和因素要及時管控。特別是在重質(zhì)油罐收付油、靜置儲存等過程中要定期巡檢，對重質(zhì)油罐的進料溫度、罐體儲存溫度、是否有水汽積聚等要重點排查，盡可能避免突沸事故的發(fā)生。 

（1）定期檢查罐內(nèi)是否有異常聲響。除加熱器偶爾因水擊會發(fā)出聲響外，如重質(zhì)油罐收油時夾帶水汽，油罐也可能會產(chǎn)生異常聲響。一旦出現(xiàn)此類情況，必須采取果斷處置措施。必要時要對上游油品加工裝置進行減負荷、打內(nèi)循環(huán)等措施，甚至中斷油罐進料，待徹底排除隱患后再收料。

 

（2）監(jiān)測液位計的異常變化。重質(zhì)油罐液位計一旦發(fā)生劇烈波動，這常常是油罐即將發(fā)生突沸的前兆。應(yīng)立即排查原因，并采取針對性的措施進行處置，這樣可有效避免突沸事故的發(fā)生。 

（3）定期檢查重質(zhì)油灌頂呼吸閥、檢尺口等部位是否有蒸汽逸出。如果有蒸汽逸出，證明罐內(nèi)由積水存在。應(yīng)及時查明異常水汽來源，采取必要的切水處理措施[10]。 

（4）一旦突沸事故發(fā)生，可往罐內(nèi)注入冷柴油（因柴油粘度小，表面張力小，一般不會產(chǎn)生突沸現(xiàn)象），能迅速降溫并破壞泡沫層，一定程度上可抑制突沸的發(fā)生。 

 

4 結(jié)束語 

通過對重質(zhì)油罐突沸發(fā)生的原因進行系統(tǒng)分析，科學(xué)采取改造進料方式、降低脫水口高度、加裝防突沸油氣分離器、合理確定重質(zhì)油罐儲存溫度、規(guī)范儲運操作和加強日常巡檢等有效措施，能夠有效防范重質(zhì)油罐突沸事故的發(fā)生，避免人身傷害和設(shè)備損失，保證重質(zhì)油罐區(qū)的安全、穩(wěn)定和清潔運行。

 

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