大型油罐主动安全防护系统设计

徐 明

（国家能源集团神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

针对当前使用的大体积储油设备来说，都是采用整体的密封结构，而对于密封罐来说，其可以分为一次密封和二次密封。由于密封气体的存在会导致罐内具有大量的可燃气体，这些气体中主要包括甲烷、乙烷、丙烷等低分子链可燃气体等，而在当前的使用过程中，如果长时间将可燃气体在密封罐中进行保存，将会导致气体的浓度逐渐增加，最后超过有关的爆炸和燃烧临界点。如果在遇到外界的静电火花或者雷击等问题，极易发生大规模爆炸，所以结合相关的结构特点对其进行安全改良，能够降低发生爆炸等问题，最大程度地提升建设质量，确保大体积储油设备的安全防护等级不断提升。

1 安全保护系统设计存在的意义

石油是一个国家的经济命脉，并且其属于非可再生资源，所以石油被看作为战略资源，因此大多数发达国家与发展中国家都开始建立使用储备库，完成对使用的整体储备工作。当前我国在建设和拟定建设的石油储备库已经超过了100万立方米的数量级别以上，并且有的石油储备库的容量级别可能更大，因此对于石油储备库来说，其由于使用的多为密封罐体，所以会封闭较多的易燃易爆气体，这些都会带来较为严重的安全问题。石油本身的特点即为燃烧，而如果再发生较为严重的爆炸问题将会导致极为严重的经济损失，同时也会导致严重的人员伤亡问题出现，所以针对石油储存罐体进行综合保护，能够确保储备情况的安全。

石油产品通常都具有较强的挥发性和扩散性，遇到静电火花或者雷击等情况极易发生爆炸等问题，因此由于相关特点的存在需要对储备问题等进行合理的管理，全面提升综合有效的建设效果。而针对当前存在的气体问题，使用惰性气体完成中和设计也是较为重要的方法之一，通过相关的防护设计能够最大程度地降低有关危险发生的概率，进行全面综合的保护，同时减少危险发生概率能够保证企业的整体经济性，对于社会整体发展也有着较为重要的作用。

2 系统结构与功能

大体积储油设备的防护主要从三个角度入手，第一就是整体的系统建设，当前的有关保护系统可以分为控制系统、检测系统、供氮系统和有关的管网系统，同时也包括其他的配套设施构成。对于目前的主动保护系统来说，其主要优势在于能够将以往的先发生事故后抢救的情况进行改变，让其成为先救护或者先处理的方式，主动防护的优势在于对未发生的事故进行预防和保护，防止安全事故的发生。发生爆炸的主要原因为罐内气体密度较大，所以针对此问题可以对其进行中和，降低气体发生爆炸的可能性，同时在实际安排工作中降低工作人员的强度，保证大体积储油设备的运行安全。

2.1 控制系统

控制系统是大体积储油设备进行主动安全保护的核心，控制系统的核心在于对所有集成电路的运转进行全面的管理，主要由计算机、自动集成控制器、手动集成控制器和联动控制器等设备组成，控制系统主要采用双控制方式完成控制操作。在控制系统的开关上可以实现手动操作和远程手动操作，同时为了提升运行质量也可以完成无人自动操作。双控系统能够满足其实际的操作要求，第一在进行手动操作时自动操作会自动进入到微调状态，而整个控制系统会与其他构件进行紧密的联系，常规状态下控制系统多是有自动控制，不需要进行有关的人员操作，整个控制系统的运行过程中需要对有关的阀值都进行了解和掌握，然后实现自动连锁控制。当预设值发生变化，系统将会自动完成安全保护，而自动系统一旦出现质量问题，将会直接对操作中心进行数据回馈，提示工作人员完成手动处理。

2.2 检测系统

检测系统对于油罐保护来说有着重要的意义，其是整个系统的观察功能所在，检测系统的存在能够起到较好的保护效果，检测系统主要是对各个关键节点的数据进行检测，了解到其实际的数据，检测系统的主要构件都在集装房当中。通过对油气的采集和取样，然后进行有关的数据分析，同时将相关的信息都传到数据中心，然后完成分区控制。一套检测设备能够检测多个罐体，每个罐体的数据不同，所以会形成自己的独立子系统。在罐区的中心管理区域有相关的样本分析中心，这些分析中心的主要工作就是对罐内的气体进行分析，如果接近临界值就对其进行处理，通过中和反应的方式将安全问题扼杀在摇篮之中。

2.3 供氮系统

大体积储油设备的保护方式多为供氮方式，其可以将事故发生风险降到最低。供氮系统主要包括储氮系统、制氮系统和相关供氮管网组成，通过储氮系统将制氮设备生产的氮气进行储存，同时预留一小部分为后续保障做准备。制氮系统对整个生产氮气的过程中都要保证具有经济、安全、环保、可靠的原则，将空气作为主要的生产原材料，使用物理制造方法，通过分子筛的方式完成氮气的制造。再通过吸附和解的方式对氮气进行生产，制造成符合条件的高纯度氮气。供氮网络管道要与每个油罐进行连接，然后保证相互之间能够保证疏通，并且在各个关键阀上形成有关的控制作用。整个自动保护系统首先会通过检测系统获取样本进行检测，如果发现相关的样本不符合实际要求，自动控制装置会针对其进行防护处理，供氮系统会进行有关的氮气排放，完成对罐内的气体综合。

3 技术原理

保护即是对高浓度的可燃物处理，对于燃烧和爆炸来说，其如果发生较为严重的安全事故，同时在非明火状态下的主要情况即是受到电击或者是静电火花的易燃，两种易爆方式的主要特点就是需要罐内的气体浓度达到临界点，所以遇到外界火花就会发生爆炸问题，而在此过程中通过自动防护装置的设计能够较好地解决问题。自动防护装置的主要工作原理为保护系统中的检测系统会对罐内的压缩气体进行实施的检测，让数据中心可以实施的检测到相关的罐内气体浓度情况，同时对有关的火灾信号进行识别，通过相关的互联网技术可以对每个节点每个罐体当中的气体密度和可以引起灾害发生的因素进行实时的监控，操作人员的主要工作是对控制系统进行有关的临界值设定，当相关数值达到临界值之后就会对其进行氮气的输送，帮助易爆炸的气体降低整体临界值，全面降低安全事故发生的相关概率。

保护系统分为两种操作模式，第一就是自动操作模式，自动模式的过程中会添加警报提示系统，此系统的主要作用为对管理人员进行提升，自动系统的准确性无法得到整体保证，所以在实际的操作过程中需要对系统进行有效的保护和预警，当自动操作无法完成有关控制时需要对系统进行转换，让其能够完成手动操作，整个系统的提示过程中可以由信号灯完成提示工作，绿色灯代表运行正常、黄色等警示，红色灯链接声控装置，红灯亮起同时发送警报。工作人员根据灯的指示了解实际运行情况，然后完成具体操作，确保整个系统的安全性和灵活性。

4 相关防护方案的实施

4.1 系统方案的提出

在保护过程中可以使用相关的外浮顶油罐，顶盖漂浮在油面上，随着油面进行上下浮动。针对目前的防火设计来说，浮顶油罐具有较高的防火性，其整体的防火性能较好。浮顶油罐在危险区范围较小，同时储存油品的损耗较小，当前国外多使用此种油罐进行相关的防护设计，而在整体的主动性保护过程中需要考虑浮顶盖与油品蒸发空间中的气体浓度情况，所以在保护系统的建设过程中第一完成检测系统建设，需要建设一个由上自下的监控机位，保证合理的检测，第二建设一个主动的供氮防护网。主动防护网在油罐的外侧，同时两系统会与控制系统完成整体连接，控制站主要包括电气控制系统、气体分析系统、水箱、气罐和相关的供氮设备，在整体运行过程中主要依靠检测设备对气体浓度进行检测，如发现气体浓度出现变化，就要对其进行适当的供氮处理，全面保证整体防护质量。让其长期处于安全运行状态。

主动防护的设计方案为主动惰性保护系统安装在外侧，惰性气体完成整体的设计之后可以使用外部线路进行整体连接，控制线和相关气体检测线都是通过外部环节进行连接，而对于系统的检测分析装置需要布置在油罐的内部，内部同时会设计相关的氮气专用喷头，而密封罐的一级封闭与二级封闭都需完成氮气喷射点的设计，整体喷射口需要进行有效的安排，保证各地区能够分布的较为均匀，如果出现质量问问题，检测孔会完成前期的检查工作，然后对指挥中心进行报警，系统控制中心和下达指令，氮气的喷射孔会对罐内进行氮气加入，以此来综合相关的活性气体。同时在氮气的使用上会存在水与气态氮气，当罐内的气体密度符合实际要求时能够确保相关的管道关闭，不会向内部进行水体的喷射，而如果发生浓度超标的情况，其可以直接完成相关的灾情处理快速对罐区的火灾进行救护。

4.2 设计中的关键问题和解决方案

（1）现场信号采集要完整可靠

就目前的信号传输问题来说，需要保证整体质量，确保信号传输不会出现质量问题，针对相关的线路通讯需要做到多次检查，防止质量问题出现，同时建设前完成信息模拟工作，全面地保证可靠与有效传输。

（2）控制器的设计

控制器对于设备工作有着重要的意义，所以在实际的操作过程中需要安排好相关的设计工作，提升建设整体质量，同时对各种设备进行合理的处理，防止设备出现失灵的问题。

（3）可燃性气体浓度算法分析

为保证其整体运行质量的提高，需要对可燃气体的浓度进行合理的分析，所以在目前的建设过程中，应完成可燃气体计算公式，对可燃气体的实际情况进行有效的计算，并且建设浓度的多种安全曲线，合理采用科学方法进行模拟和分析，确保计算方法的正确性和稳定性。各设备需要依靠有关的数据浓度曲线来完成各种计算工作，提升整体的工作效率。

（4）各类通信接口设计

设计上使用的信息接口都需要保证安全和质量特性，防止出现接触不良的情况，同时各种信号连接口需要具有一定的扩充能力，整体的建设过程中为日后的发展提供相关的思考研究，确定各种有关质量能够符合实际使用需求，并且具有升级的可能性。

（5）系统上位机设计

设计安装有关的上位机，保证能够具有系统化处理方式，全面并且综合地制定各种处理计划，完成人机交换式处理，同时就目前的相关建设需要制定整体的管理计划，保证各管理质量的全面提升，全面保证其整体建设效果。

5 结语

综上所述，大体积储油设备的安全始终是石油生产环节需要谨防的大事。如果大体积储油设备发生较为严重的灾害将会直接导致严重的后果，所以结合当前的使用需求和安全需求，对大体积储油设备进行合理的保护是较为重要的方法之一，传统的有关保护方法为被动方式，主要的方法就是对产生的问题进行处理，但是其造成的后果仍然较为严重，所以在当前的整体设计过程中，需要完成主动性防御设计。针对油罐中的气体浓度进行合理的检测，然后完成对气体浓度的整体预测，整个主动防御系统存在较多优势，其能够降低发生事故的概率，同时对于相关的事故问题来说，可以全面综合地解决多种问题，防止安全施工的发生，并且在实际的管理过程中，可以结合实际要求完成建设，最大程度地满足具体的安全建设要求，全面保证建设施工的综合质量提升。