液态烃球形储罐的清罐工艺及安全探讨

宋琦（中国石化镇海炼化公司，浙江 宁波 315207）

石油化工企业中，日常情况下，压力球形储罐均需进行定期检验检修（不大于6年），那么清罐工作即成为了一项常规工作。如何安全、快速、高效、低能耗进行清罐，是目前石油化工行业面临的一个技术难点。

1 普通清罐工艺

1.1 原始工艺：水置换法

此方法操作过程是，泄压完成后，将球罐灌满水用以排尽罐内液态烃气相，然后再排掉水，同步引入空气，待罐内水排尽时空气也已100%充满，清罐置换就此一步完成。此法避免了重复多次置换，水充满后，罐内将无液态烃气相存在，确保了空气不会与液态烃气相直接接触，不会产生具有爆炸性的混合气体。因此，此法具有安全可靠、成功率高、操作简单等优点，但是它要求球罐基础条件较好，即球罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换时间相对较长（因上水和放水时间均较长）；对于1000m3以上球罐清罐，考虑到球罐基础条件（因球罐投运年份）和置换用水量等因素，一般不宜采用此法[1.2]。

1.2 更新工艺：氮气置换法

此方法操作过程是，泄压完成后，将氮气充满球罐，增压到一定程度，泄压置换出液态烃气相，重复数次，直至罐内可燃气体浓度达到预定的置换标准为止（一般为可燃气体浓度＜0.1%）。此法操作略复杂，会耗用大量氮气，同时其置换频次多、工作量大，但是它可以确保进入罐内的液态烃气相不会与空气接触，不会形成具有爆炸的混合气体。因此，此法可靠性好、安全系数高、成功把握大，但置换周期多，清罐时间长。对于本身有制氮气手段和条件的工业、石化行业普遍采用这一成熟的传统置换方案[3.4]。

2 创新清罐工艺

2.1 创新工艺

鉴于水置换和氮气置换法清罐均存在所需时间长的缺点，本文根据实际生产经验，原创一种新式清罐方法，称之为氮气/蒸汽置换法，具体介绍如下。操作过程是泄压完成后，将氮气充满球罐，泄压置换出液态烃气相，泄压同时从罐底引入蒸汽，重复数次，直至罐时可燃气体浓度达到预定的置换标准为止（一般为可燃气体浓度＜0.1%）。

蒸汽在清罐过程中发挥了几种作用：①稀释罐内气相液态烃；②对罐壁上挂壁的残留固态物质进行冲刷清洗，使得清罐更干净，干净就意味着更安全；③除异味，确保清罐完成开罐后无明显异味；④因泄压过程是一个吸热过程，正常泄压时罐内温度会下降至接近0℃，蒸汽的注入可以补充罐温，确保快速泄压，缩短置换时间。

2.2 优化试验

（1）以同一清罐工艺作为技术支撑，因置换压力区间不同，所需的置换次数也不尽相同。试验1 以可燃气体浓度＜0.1%为置换目标值；选用2000m3液化气罐和4000m3混合C4 罐为试验储罐，置换压力区间分别设置为0.05～0.2 MPa、0.05～0.3 MPa、0.03～0.3MPa，试验数据如表1。

表1

（2）从表1 的试验数据可以看出，0.03～0.3Mpa 是一个相对最优化的压力置换区间，置换至合格所需的置换次数最少。以此压力区间进行试验2，选用不同组分的代表介质（乙烯、丙烯、液化气、混合C4、裂解C5），在1000、2000、4000m3球罐中进行置换试验，试验数据如表2。

表2

（3）经验与结论

①置换压力区间在为0.03～0.3MPa时，置换次数相对最少，可进行推广使用，基本可满足各类介质液态烃储罐工艺操作要求。

②从图表中可以看出，使球罐置换至合格标准所需置换次数基本不受罐容大小影响，介质中C组分含量影响也不大，说明此种创新型的氮气/蒸汽置换法具有通用性，适合各类型液相或气相烃类储罐清罐使用。

③注意：置换次数与首次泄压是否干净密切相关，首次泄压时液相介质泄压越干净，置换次数相对越少，置换基本可在5次内完成。

3 清罐安全与措施

3.1 清罐安全措施

（1）盲板隔离所有与液态烃、瓦斯线等连接的部位均需在阀门或法兰处进行隔离，隔离的过程是一个风险点，盲板隔离过程必须使用防爆工具，若出现阀门内漏影响施工安全的情况，可考虑扩大泄压范围以降低阀后管线背压。盲板示意图如下。

图1 液态烃球罐清罐盲板示意图

（2）数据分析：数据分析至开罐的分析，一般以可燃气体浓度（烃+氢）＜0.1%为目标值，此项工艺过程可确保开罐后VOCs气体接近零排放，保证环保异味受控。

（3）盲区管理：各液位计、压力表、引压管、脱水管线、采样管线、脱水罐为球罐清罐过程中的相对盲区，清罐过程中需对这些部位进行特别关注，必要时进行单独处理。

（4）安全验收：清罐完成后，工艺、设备、安全、仪表、电气五个专业对清罐安全，交付检修进行共同验收确认。

（5）明火试验：清罐验收通过后，进行测爆分析（分析数据：可燃气体、氧含量、H2S、CO，区别于开罐前的“烃+氢”分析），分析数据合格，进行明火试验，随后交付检修。

3.2 丁二烯介质清罐

丁二烯介质的化学性质非常活泼，在储运及生产过程中容易发生聚合，高温下极易由两个丁二烯分子聚合形成环状化合物丁二烯二聚体，故丁二烯介质开罐前，区别于其他液态烃介质，一般需进行酸洗钝化工艺处理，具体步骤如下[5]：

（1）球罐开罐前酸洗：为防止已使用储罐内存留聚合物与氧发生反应，开罐前需使用4.0～4.5%亚硝酸纳和硫酸亚铁混合液进行酸洗循环；喷淋循环蒸煮20～25℃。

（2）球罐检修过程：严格控制检修质量，检修过程中减少设备表面光洁度的损伤，同时将各管线设备的死角清理干净，消除丁二烯自聚物产生的“活性中心”（活性中心是指O2、Fe2+、以及由于O2的混入产生的过氧化自由基）。

（3）投用前酸洗钝化：检修结束后需严格执行球罐及系统管线钝化流程，先用3.5～4.5%柠檬酸进行初次酸洗。再用2.5～3.5%亚硝酸钠钝化液进行二次置换，随后用氨水（氢氧化钠，PH值10～11）进行中和钝化。

4 结语

液态烃球罐清罐已成为石油化工行业不可缺少的工作和环节，储罐清罐时间和效率、能耗是从业技术管理人员需进行思考和探索的。本文提出了球罐清罐的创新工艺，大大提升了清罐的效率和质量，同时对清罐安全和重难点方面进行了论述，从工艺和安全两方面对液态烃球罐清罐进行了全面的探讨。