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专家谈!大型油品罐区可燃气体探测技术研究深度探讨!

时间:2023-05-12 点击:20次

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目录

一、研究开展背景

二、主要研究内容

三、主要成果及意义

四、应用情况及效益

一、研究开展背景

石油作为世界重要战备资源,其储存和运输的安全性极其重要。我国油气长输管道总里程近20万公里,原油储运站库建设规模越来越大,油库安全问题也日益突出。

其中包括油品泄漏逸散规律不明晰,应急早期预警、应急响应等缺少技术支撑。特别是罐区设置的可燃气体探测器针对油品泄漏不报警,原油罐区尤为明显,给人的感觉就是探测器不管用,聋子的耳朵——摆设!

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安全生产,人命关天!

2005年12月11日,英国油库发生连环爆炸和持续5天左右的火灾。912# 储罐进油过量导致溢流,最终导致大约1万吨油品泄漏,直接经济损失数亿。油罐区的可燃气体探测器却未报警!

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1997年6月27日晚,北京东方化工厂发生特大火灾爆炸事故,死亡9人,伤39人,20余个1000m³~³的装有多种化工物料的球罐被毁,直接经济损失1.17亿元。

流程操作失误,石脑油溢罐。泄漏初期,不同区域职工都闻到了可燃气体怪味,但现场可燃气体探测器未报警!

2005年9月,位于河南某输油站原油外输泵房地下污油罐冒顶,人员巡检时发现原油泄漏地面过油面积50%以上,但现场安装的两台可燃气体探测器数值却显示为0(注:探测器检定合格),始终未报警。

2009年7月,位于湖北的某输油站原油外输泵房1号输油泵突然甩泵,泄漏原油油气满屋弥漫,但现场的3台可燃气体探测器竟也无一报警(注:探测器检定合格)

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为什么会出现这种情况?

探测器布设位置不对?探测器灵敏度不够?

原油泄漏、油气逸散到底遵循什么规律…

二、主要研究内容

针对原油储运站库现有可燃气体探测器无法检测到原油泄漏,极易造成火灾、爆炸等一系列安全与环保问题,采用更加系统科学方法对石油站库风险场景进行分析与评估,对典型原油站库罐区、泵区等典型泄漏风险区域原油泄漏方式及受风力、风向、地势等环境因素影响下的油气逸散规律进行研究。

通过现场勘查、定性、定量风险评估,对库区风险场景进行筛分,提出同时满足覆盖风险区域、避免冗余基于CFD多场景的最优探测器布置方法,并紧密结合生产安全需求,研制出高灵敏度固定式(多功能)油气探测器,并进行工业化应用。

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1 典型泄漏风险场景分析选取

基于HAZOP与FMEA对油库的泄漏分析,结合LEAK软件进行定量模拟,分析泄漏场景的特点、泄漏原因、高风险设备及区域部位,从而确定典型泄漏场景并进行分析及选取。

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2典型风险场景构建及验证

针对地形、气象和典型泄漏情景,选取典型泄漏源发生泄漏及油气云团扩散进行模拟,构建CFD数值模型。

一是,利用实验室等比例储罐建造物理模型,验证模型泄漏模拟的可靠性;

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二是,通过对比实测油库风场和CFD模拟风场,说明模型风场的可靠性,验证模型油气逸散规律的可靠性。

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3油气逸散规律分析探究

在构建模型基础上,对原油储罐、泵区不同典型场景(泄漏孔径、高度等因素)下的原油泄漏量、流散规律等进行模拟分析;对泄漏后典型场景(不同风速、风向等因素)下油气逸散规律进行模拟分析,从而分析出不同泄漏场景下泄漏量、流淌规律、油气逸散规律。

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4 油气探测器布置优化研究

对选定罐体至防火堤区域进行划分编号(1~80),对不同典型泄漏场景下原油泄漏油气逸散覆盖(20%LEL)区域基于覆盖率的高低进行排序,找到涵盖最多蒸汽云覆盖场景区块布置 1号探测器,删除这些场景并找到剩余场景涵盖最多场景的区块布置2号探测器,依次类推,布置3号和4号探测器。综合考虑管汇、阀门,从而得出可燃、有毒气体探测器的布置方法。

5 新型多功能探测器及传输模式预警研究

以上研究是基于CFD模拟蒸汽云扩散达到 20% LEL(0.0036)后果范围得出的。但经过测试,一般情况下油品(特别是原油、柴油、煤油)泄漏油气挥发性较差,加之空气流通,现场(较小泄漏)远达不到1%LEL,现有探测器大都基于“测爆”原理设计,所以才会有探测器没反应,更不会报警…

针对市场痛点及需求,历经10余年的反复比对验证,最终选择相对廉价的半导体传感器并攻克其线性化、稳定性及同一腔体多传感器防干扰3项关键技术,开发出高灵敏度固定式(多功能)油气探测器,简称“三合一” (测漏、测爆、测毒),为油品泄漏早期预警提供了最优解决方案。

半导体传感技术检测原理

半导体传感器材料由珍贵稀土材料与强酸反应制成金属氧化物,其导电性跟其表面吸附的氧气负离子成反比例,清洁的空气中,半导体材料吸附了大量的氧负离子,吸附的氧负离子越多,自由电子的数量越少,半导体材料的导电性越差,如下左图所示:

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三、主要成果及意义

主要成果

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东部储运公司组织的对比试验(2022年12月 武汉)

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知识产权情况

.4-一种基于模拟的油库罐区风场探测布点方法.6-一种基于软件的原油储罐泄漏模拟方法

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项目意义

意义1:GB/T 50493-2019《石油化工可燃和有毒气体检测报警设计标准》4.1.1 款规定:但实际上国内大多设计单位都没有开展“扩散模拟计算”,本项目研究工作,填补了国家新标准要求空白,为下一步设计单位开展“扩散模拟计算”也提供了有益参考

意义2:项目成果《可燃和有毒气体探测器探测性能分析及布设方法》既能覆盖可能泄漏风险区域,又可减少冗余北京可燃气体探测器市场,避免经济浪费,为储运站库油气探测器设计布设提供了更科学的指导。

意义3:研制的可同时(任意组合)检测可燃气体、硫化氢和低浓度(0.01ppm)油气的“三合一”固定式气体探测器,解决了油品泄漏不报警问题,价格、性能等方面具有许多优势。项目开展具有重要意义

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四、应用情况及效益

应用情况及前景

本项目(论文、专利、方案等)系列研究成果在日照油库工业应用一年以上,特别是新型高灵敏度“固定式(多功能)油气探测器”在国家管网东部储运公司沧州首站、仪征站、黄岛油库、大榭岛油库、滨州站、武汉站应用计55台(套),成果进入国家管网集团公司、东部储运公司科技成果推广目录,多家输油生产单位(油库)正在组织定货(已收到60余台订单),国内多家设计单位、研究院所及科技公司正在洽商合作推广事宜。新型高灵敏度“固定式(多功能)油气探测器”能够作为真正独立保护层降低目标区域风险等级,减少油气探测器的冗余布置,降低企业运营成本,实现管用、好用,针对原油泄漏实现早预警、早发现、早处置,最大限度避免泄漏扩大和着火、爆炸等一系列事故的发生,开我国低成本高灵敏度检测之先河,应用前景相当广阔!

成果被多家媒体报告

经济和社会效益

本项目研究成果(专利技术、论文等)填补了多项国内空白,为油品储运站库安全生产及应急处置提供了更加科学的依据参考。新型高灵敏度“固定式(多功能)油气探测器”及其总线制信号传输方式,对于老旧站库油气探测器更新(改造)在布线和土建成本可节省70%以上。国外同等探测精度(10ppb)产品价格在2~3万元,本产品就高灵敏度检测这一功能综合成本仅为其1/10。及时发现油品泄漏,早预警、早处置,减少和有效的规避事故的发生,旦能避免一起事故北京可燃气体探测器市场,保持社会和谐、稳定,其经济、安全和社会效益更是无法估量的。

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