CN113003027B - 浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，在浮盘顶部设置的若干自动通气阀的外周设置有集气罩，集气罩通过自动通气阀与浮盘下气相空间连通，所述安全防护系统还包括检测单元和呼吸阀；在石油储罐内底部设置有注氮抽气组件，注氮抽气组件位于浮盘的下方且注氮抽气口靠近浮盘落底时的最低位置，注氮抽气组件与氮气回收供给系统相连。本发明针对浮盘在落底运行过程中气相空间易形成易燃易爆空间，利用氮气作为惰化填充剂，降低氧气含量，使该空间处于不燃不爆状态，实现了浮盘落底过程的安全防护；而且通过对氮气和VOCS进行有序收集，不仅减少了VOCS的无组织排放，实现了VOCS的集中处理，还实现了氮气的回收再利用，达到了环境保护和节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明属于石油储运安全技术领域，涉及到储罐的安全防护技术，具体是一种浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统及方法。
背景技术
目前，外浮顶石油储罐在收发油的过程中，浮盘落底的情况是基本不允许出现的。这是由于外浮顶储罐储存原油低于允许最低液位后，浮盘支腿会接触到储罐底部，在油面和浮盘之间形成气相空间，该空间存在大量易燃易爆混合气体，具有极大的火灾爆炸隐患。在随后的收油过程中，混合气体将会被排出到空气中，造成环境污染。同时严禁浮盘落底也会造成外浮顶储罐空间的利用率较低，降低企业的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效解决现有浮顶储罐浮盘落底过程中产生易燃易爆混合气体的问题，消除潜在火灾爆炸隐患，实现安全、环保运行，提高浮顶储罐的空间利用率，增加企业经济效益的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，包括石油储罐以及设置在石油储罐内的浮盘，其特征在于：在所述浮盘顶部设置的若干自动通气阀的外周设置有集气罩，所述集气罩通过自动通气阀与浮盘下气相空间连通，所述安全防护系统还包括检测单元，所述检测单元用于实时监测气相空间内压力的变化及自动通气阀的开闭状态；
在所述石油储罐内底部设置有注氮抽气组件，所述注氮抽气组件位于浮盘的下方，且所述注氮抽气组件的注氮抽气口靠近浮盘落底时的最低位置，所述注氮抽气组件与石油储罐外设置的氮气回收供给系统相连。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其所述浮盘顶部的每个自动通气阀外周设置有独立的集气罩，其在至少一个集气罩上设置有检测单元，所述检测单元为压力变送器或阀位动作传感器。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其在至少一个集气罩上设置有呼吸阀。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其所述注氮抽气组件与石油储罐下部的人孔连接，所述注氮抽气组件整体采用弯管结构，所述注氮抽气组件的弯管出口段呈竖直向上布置。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其所述氮气回收供给系统包括氮气回收装置、缓冲气罐以及比例混合装置，所述氮气回收装置设置在防火堤外，所述氮气回收装置的出口端通过管道与缓冲气罐的进口端连接，所述缓冲气罐的出口端通过比例混合装置与注氮抽气组件相连，所述氮气回收装置的进口端通过管道与注氮抽气组件相连，当所述注氮抽气组件与氮气回收装置的出口端连通时，通过注氮抽气组件向浮盘下的气相空间内注入氮气，当所述注氮抽气组件与氮气回收装置的进口端连通时，通过注氮抽气组件从浮盘下的气相空间内抽出气体。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其在所述氮气回收供给系统与注氮抽气组件之间设置有气液分离装置，所述气液分离装置用于对注氮时注氮抽气组件内残余的油液以及抽气时流入的油液进行分离和收集处理。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其在所述气液分离装置与注氮抽气组件相连的管路上设置有第一电动阀，在所述比例混合装置与气液分离装置相连的管路上设置有第二电动阀，在所述氮气回收装置与气液分离装置相连的管路上设置有第三电动阀。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其所述氮气回收装置为移动式结构，在移动式的氮气回收装置的进出口端分别设置有第一管道接头和第二管道接头用于装置的连接，所述第一管道接头和第二管道接头处于常闭状态，当浮顶储罐进入浮盘落底收油时期，将石油储罐与移动式氮气回收装置连通。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统的防护方法，其特征在于：在浮顶储罐浮盘落底的发油时期，当浮顶储罐的浮盘支腿接触到储罐底部，浮盘不再下降，自动通气阀自动打开，随着罐内液面的降低，浮盘下形成气相空间并逐渐增加，并且气相空间的压力会逐渐降低；当压力变送器检测到气相空间的压力下降到设定的低压压力时，或阀位动作传感器检测到自动通气阀打开时，比例混合装置启动，缓冲气罐将会自动排出氮气与比例混合装置吸进的空气进行混合，使混合气体的氮气浓度达到需求浓度，混合气体再通过注氮抽气组件注入至浮盘下气相空间中；在整个发油、注氮过程中，压力变送器能够实时监测气相空间的压力值大小，缓冲气罐以及比例混合装置根据监测到的压力值变化情况调节注入气体的量，控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使注氮速度等于发油速度，防止外界空气通过呼吸阀进入气相空间内，使气相空间内的气体大部分为氮气而氧含量低，能作为保护气对气相空间进行惰化保护。
本发明所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统的防护方法，其在浮顶储罐浮盘落底的收油时期，随着储罐收油过程的进行，罐内液面在不断升高，浮盘下气相空间逐渐减小，气相空间内压力逐渐增高；当压力变送器检测到气相空间的压力上升到设定压力时，氮气回收装置将会启动，通过注氮抽气组件从浮盘下气相空间内抽气；在整个收油、抽气过程中，压力变送器会实时监测气相空间的压力值大小，氮气回收装置根据监测到的压力值变化情况调节抽气速度的大小，控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使抽气速度等于收油速度，防止气相空间的气体排放到空气中以及外界空气进入气相空间；抽出气体通过氮气回收装置进行加压、冷凝、吸附、净化处理，将气体中的油气成分进行分离、收集，再利用膜分离方法将剩余气体内的氮气分离出来，并注入缓冲气罐中；当缓冲气罐内的储存压力超过额定储存压力时，将会把多余气体直接排放至空气中。
本发明针对浮盘在落底运行过程中气相空间易形成易燃易爆空间，利用氮气作为惰化填充剂，降低氧气含量，使该空间处于不燃不爆状态，实现了浮盘落底过程的安全防护；通过采用氮气回收装置的方式对氮气和VOCS进行有序收集，不仅减少了VOCS的无组织排放，实现了VOCS的集中处理，还实现了氮气的回收再利用，达到了环境保护和节能减排的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明在落底发油期防护模式的工作示意图。
图3是本发明在落底收油期防护模式的工作示意图。
图中标记：1为石油储罐，2为浮盘，3为自动通气阀，4为集气罩，5为气相空间，6为注氮抽气组件，7为呼吸阀，8为人孔，9为氮气回收装置，10为缓冲气罐，11为比例混合装置，12为气液分离装置，13为第一电动阀，14为第二电动阀，15为第三电动阀，16为第一管道接头，17为第二管道接头，18为检测单元，61为注氮抽气口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示，本实施例主要针对一种外浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，包括石油储罐1以及设置在石油储罐1内的浮盘2，在所述浮盘2顶部设置的若干自动通气阀3的外周设置有集气罩4，在本实施例中，所述浮盘2顶部的每个自动通气阀3外周设置有独立的集气罩4，即采用集气罩将自动通气阀完全笼罩，所述集气罩4通过自动通气阀3与浮盘2下气相空间5连通，在至少一个集气罩4上设置有用于实时监测气相空间5内压力变化或自动通气阀开闭状态的检测单元18，在至少一个集气罩4上还设置有呼吸阀7。
其中，在所述石油储罐1内底部设置有注氮抽气组件6，所述注氮抽气组件6位于浮盘2的下方，且所述注氮抽气组件6的注氮抽气口61靠近浮盘2落底时的最低位置，所述注氮抽气组件6与石油储罐1外设置的氮气回收供给系统相连。在本实施例中，为了充分利用石油储罐的现有结构设计，所述注氮抽气组件6与石油储罐1下部的人孔8连接，所述注氮抽气组件6整体采用90°弯管结构，所述注氮抽气组件6的弯管出口段呈竖直向上布置，所述注氮抽气组件的另一端通过法兰固定在储罐罐壁人孔上。通过采用注氮抽气管与石油储罐的人孔连接，能够在不改变现有石油储罐结构的情况下，实现注氮抽气管在石油储罐内的安装，并进一步通过对注氮抽气管的具体结构设计，以满足注氮抽气管的注氮抽气口能够尽可能靠近浮盘落底时浮盘与油液空间开始形成气相空间的位置，以使气相空间形成的初期即将注氮抽气管与气相空间形成连通状态，从而有效实现对浮盘落底过程的安全防护目的。
具体地，所述氮气回收供给系统包括氮气回收装置9、缓冲气罐10以及比例混合装置11，所述氮气回收装置9设置在防火堤外，所述氮气回收装置9的出口端通过管道与缓冲气罐10的进口端连接，所述缓冲气罐10的出口端通过比例混合装置11与注氮抽气组件6相连，所述氮气回收装置9的进口端通过管道与注氮抽气组件6相连，当所述注氮抽气组件6与氮气回收装置9的出口端连通时，通过注氮抽气组件6向浮盘2下的气相空间5内注入氮气，当所述注氮抽气组件6与氮气回收装置9的进口端连通时，通过注氮抽气组件6从浮盘2下的气相空间5内抽出气体，从而构成氮气循环利用系统。
其中，在所述氮气回收供给系统与注氮抽气组件6之间设置有气液分离装置12，所述气液分离装置12用于对注氮时注氮抽气组件6内残余的油液以及抽气时流入的油液进行分离和收集处理，在所述气液分离装置12与注氮抽气组件6相连的管路上设置有第一电动阀13，所述第一电动阀通过罐壁人孔法兰与储罐内的注氮抽气组件连通，用于防止罐内油液流出，在所述比例混合装置11与气液分离装置12相连的管路上设置有第二电动阀14，在所述氮气回收装置9与气液分离装置12相连的管路上设置有第三电动阀15。
在本实施例中，为了提高氮气回收供给系统的灵活性和适用性，所述氮气回收装置9为移动式结构，在移动式的氮气回收装置9的进出口端分别设置有第一管道接头16和第二管道接头17用于装置的连接，所述第一管道接头16和第二管道接头17处于常闭状态，当外浮顶储罐进入浮盘落底收油时期，将石油储罐1与移动式氮气回收装置9连通。
本发明还涉及一种外浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统的防护方法，如图2所示，在外浮顶储罐浮盘落底的发油时期，当外浮顶储罐的浮盘支腿接触到储罐底部，浮盘不再下降，自动通气阀自动打开，随着罐内液面的降低，浮盘下形成气相空间并逐渐增加，并且气相空间的压力会逐渐降低；当压力变送器检测到通过自动通气阀与浮盘气相空间相连的集气罩内空间压力低于设定压力时或阀位动作传感器检测到自动通气阀打开时，比例混合装置启动，并打开第一电动阀和第二电动阀，缓冲气罐将会自动排出氮气与比例混合装置吸进的空气进行混合，使混合气体的氮气浓度达到需求浓度，混合气体再依次通过第二电动阀、气液分离装置、第一电动阀和注氮抽气组件注入到浮盘下气相空间中；注氮抽气组件的残余油液会流入气液分离装置内被分离、收集。
在整个发油、注氮过程中，压力变送器会实时监测气相空间的压力值大小，缓冲气罐以及比例混合装置根据监测到的压力值变化情况调节注入气体的量，最终控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使注氮速度等于发油速度，防止外界空气通过呼吸阀进入气相空间内，使气相空间内的气体大部分为氮气而氧含量低，能作为保护气对气相空间进行惰化保护；当发油结束，且压力变送器检测到气相空间压力值高于设定压力时，停止氮气输送，关闭比例混合装置、第一电动阀、第二电动阀以及防护模式。
当整个系统处于故障状态时，呼吸阀作为保护措施对气相空间压力进行调控；当气相空间压力值低于呼吸阀的吸气压力时，呼吸阀将会从外界吸入空气保护储罐；当气相空间压力值高于呼吸阀的排气压力时，呼吸阀将气相空间的气体排放至空气中，保护储罐。
如图3所示，在外浮顶储罐浮盘落底的收油时期，随着储罐收油过程的进行，罐内液面在不断升高，浮盘下气相空间逐渐减小，气相空间内压力逐渐增高；当压力变送器检测到通过自动通气阀与浮盘气相空间相连的集气罩内空间压力高于设定压力时，即气相空间的压力上升到设定压力时，第一电动阀和第三电动阀打开，氮气回收装置将会启动，通过注氮抽气组件从浮盘下气相空间内抽气，抽出的气体依次通过第一电动阀、气液分离装置、第三电动阀后，再被氮气回收装置加压、冷凝、吸附、净化处理，将气体中的油气成分进行分离、收集，再利用膜分离方法将剩余气体内的氮气分离出来，并注入缓冲气罐中；当缓冲气罐储存气体的压力超过额定储存压力时，可将多余气体直接排放至空气中。
在整个收油、抽气过程中，压力变送器会实时监测气相空间的压力值大小，氮气回收装置根据监测到的压力值变化情况调节抽气速度的大小，最终控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使抽气速度等于收油速度，防止气相空间的气体排放到空气中，污染空气，以及外界空气进入气相空间；当浮盘开始上升，压力变送器检测的气相空间压力降低并低于设定值时，停止氮气回收装置，关闭第一电磁阀、第三电磁阀和防护模式。
其中，在系统第一次运行以及缓冲气罐内氮气量不足时，氮气回收装置可作为制氮机直接从空气中抽气，进行制氮。
当整个系统处于故障状态时，呼吸阀作为保护措施对气相空间压力进行调控；当气相空间压力值低于呼吸阀的吸气压力时，呼吸阀将会从外界吸入空气保护储罐；当气相空间压力值高于呼吸阀的排气压力时，呼吸阀将气相空间的气体排放至空气中，保护储罐。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，包括石油储罐(1)以及设置在石油储罐(1)内的浮盘(2)，其特征在于：在所述浮盘(2)顶部设置的若干自动通气阀(3)的外周设置有集气罩(4)，所述集气罩(4)通过自动通气阀(3)与浮盘(2)下气相空间(5)连通，所述安全防护系统还包括检测单元(18)，所述检测单元用于实时监测气相空间(5)内压力的变化及自动通气阀(3)的开闭状态；
在所述石油储罐(1)内底部设置有注氮抽气组件(6)，所述注氮抽气组件(6)位于浮盘(2)的下方，且所述注氮抽气组件(6)的注氮抽气口(61)靠近浮盘(2)落底时的最低位置，所述注氮抽气组件(6)与石油储罐(1)外设置的氮气回收供给系统相连；
在浮顶储罐浮盘落底的发油时期，通过注氮抽气组件(6)向浮盘(2)下气相空间(5)注气；在浮顶储罐浮盘落底的收油时期，通过注氮抽气组件(6)从浮盘(2)下气相空间(5)内抽气。
2.根据权利要求1所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：所述浮盘(2)顶部的每个自动通气阀(3)外周设置有独立的集气罩(4)，在至少一个集气罩(4)上设置有检测单元(18)，所述检测单元(18)为压力变送器或阀位动作传感器。
3.根据权利要求2所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：在至少一个集气罩(4)上设置有呼吸阀(7)。
4.根据权利要求1所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：所述注氮抽气组件(6)与石油储罐(1)下部的人孔(8)连接，所述注氮抽气组件(6)整体采用弯管结构，所述注氮抽气组件(6)的弯管出口段呈竖直向上布置。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：所述氮气回收供给系统包括氮气回收装置(9)、缓冲气罐(10)以及比例混合装置(11)，所述氮气回收装置(9)设置在防火堤外，所述氮气回收装置(9)的出口端通过管道与缓冲气罐(10)的进口端连接，所述缓冲气罐(10)的出口端通过比例混合装置(11)与注氮抽气组件(6)相连，所述氮气回收装置(9)的进口端通过管道与注氮抽气组件(6)相连，当所述注氮抽气组件(6)与氮气回收装置(9)的出口端连通时，通过注氮抽气组件(6)向浮盘(2)下的气相空间(5)内注入氮气，当所述注氮抽气组件(6)与氮气回收装置(9)的进口端连通时，通过注氮抽气组件(6)从浮盘(2)下的气相空间(5)内抽出气体。
6.根据权利要求5所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：在所述氮气回收供给系统与注氮抽气组件(6)之间设置有气液分离装置(12)，所述气液分离装置(12)用于对注氮时注氮抽气组件(6)内残余的油液以及抽气时流入的油液进行分离和收集处理。
7.根据权利要求6所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：在所述气液分离装置(12)与注氮抽气组件(6)相连的管路上设置有第一电动阀(13)，在所述比例混合装置(11)与气液分离装置(12)相连的管路上设置有第二电动阀(14)，在所述氮气回收装置(9)与气液分离装置(12)相连的管路上设置有第三电动阀(15)。
8.根据权利要求6所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统，其特征在于：所述氮气回收装置(9)为移动式结构，在移动式的氮气回收装置(9)的进出口端分别设置有第一管道接头(16)和第二管道接头(17)用于装置的连接，所述第一管道接头(16)和第二管道接头(17)处于常闭状态，当浮顶储罐进入浮盘落底收油时期，将石油储罐(1)与移动式氮气回收装置(9)连通。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统的防护方法，其特征在于：在浮顶储罐浮盘落底的发油时期，当浮顶储罐的浮盘支腿接触到储罐底部，浮盘不再下降，自动通气阀自动打开，随着罐内液面的降低，浮盘下形成气相空间并逐渐增加，并且气相空间的压力会逐渐降低；当压力变送器检测到气相空间的压力下降到设定的低压压力时或阀位动作传感器检测到自动通气阀打开时，比例混合装置启动，缓冲气罐将会自动排出氮气与比例混合装置吸进的空气进行混合，使混合气体的氮气浓度达到需求浓度，混合气体再通过注氮抽气组件注入至浮盘下气相空间中；在整个发油、注氮过程中，压力变送器能够实时监测气相空间的压力值大小，缓冲气罐以及比例混合装置根据监测到的压力值变化情况调节注入气体的量，控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使注氮速度等于发油速度，防止外界空气通过呼吸阀进入气相空间内，使气相空间内的气体大部分为氮气而氧含量低，能作为保护气对气相空间进行惰化保护。
10.根据权利要求9所述的浮顶储罐浮盘落底过程安全防护系统的防护方法，其特征在于：在浮顶储罐浮盘落底的收油时期，随着储罐收油过程的进行，罐内液面在不断升高，浮盘下气相空间逐渐减小，气相空间内压力逐渐增高；当压力变送器检测到气相空间的压力上升到设定压力时，氮气回收装置将会启动，通过注氮抽气组件从浮盘下气相空间内抽气；在整个收油、抽气过程中，压力变送器会实时监测气相空间的压力值大小，氮气回收装置根据监测到的压力值变化情况调节抽气速度的大小，控制浮盘下气相空间处于微正压状态，使抽气速度等于收油速度，防止气相空间的气体排放到空气中以及外界空气进入气相空间；抽出气体通过氮气回收装置进行加压、冷凝、吸附、净化处理，将气体中的油气成分进行分离、收集，再利用膜分离方法将剩余气体内的氮气分离出来，并注入缓冲气罐中；当缓冲气罐内的储存压力超过额定储存压力时，将会把多余气体直接排放至空气中。
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