技术分享│内浮顶储罐浮盘选型指南

闫长岭 2024-12-16

近几年来，关于罐区储罐浮盘的选型一直是储运行业的热点问题，尤其是对内浮顶储罐而言，内浮顶储罐的浮盘选型，不仅仅牵涉到安全问题，还要牵涉到环保问题。甚至一些浮盘选型包括密封的强制性规定，都是环保部门提出的要求。另外随着GB50160-2018的实施和GB50074修订稿的出台，更是将储罐浮盘选型打上了一个持续性热点话题的标签。这里面的热点话题，包括老旧浮盘类型的淘汰和新型材料和结构浮盘的更新换代，之所以成为热点，是因为油气储运本来就是行业安全的一个重点IP，再加上环保VOC限排的加持，以及现在推崇源头治理的安环理念，无不倒逼着罐区加快整改，尤其是储罐的浮盘问题，由于一些技术上的问题有待进一步澄清，对标准的理解还存在个别误区，所以导致很多企业的整改无从下手，一片茫然。

本篇文章结合标准规范和当前技术的发展，跟大家探讨一下内浮顶储罐的选型，以及该如何理解“易熔材料制成的浮盘”这个概念。

由于本篇文章只限定在内浮顶储罐的浮盘选型，对于外浮顶储罐不在本文讨论范围内，另外为了文章的严谨性和可参考性，文章中所有的标准规范以现行有效规范为准。

现行的标准中，对于储罐浮盘的选型，主要就是根据以下两个标准条款：

请注意一下，上述两个标准并非完全一致，而是存在不小的差别，差别如下：第一，GB50160是以罐容大小作为区间界限，而GB50074是以介质毒性和罐体直径大小作为区间界限，二者的区间界限值换算一下是不一致的；第二，GB50160对浮盘类型的界定只限于易熔材料浮盘和钢浮盘，其他新类型浮盘被排除在外。而GB50074在接纳新类型浮盘上开了口子（通过安全评估后可以采用）。

为了准确对比GB50160和GB50074对内浮顶储罐浮盘选型的区别，我参照上述两个标准，制作了如下的一个表格，方便大家理解：

在上述表格内容的适用性方面，各个企业可以根据自己企业的行业属性，来选择适用哪一个规范。不建议企业出于苛刻的要求（或专家要求），直接筛选两个标准体系中最严格的条款执行，毕竟这不是防火间距。

对上述表格中的内容进行研究分析后，有两个问题比较棘手，第一，到底易熔材料浮盘指的是哪些浮盘，或者易熔材料浮盘的定义到底是什么？第二，新型浮盘到底该怎么使用？从合规性方面该如何看待新型浮盘呢？我们先说第一个问题，什么是易熔材料浮盘。

易熔材料浮盘这个词汇首先出现在标准中，是GB 50074在2014版修订过程中出现的。距今也刚好十年。在2002版的GB50074和2008版的GB50160都没有易熔材料浮盘这个说法。那么为什么在2014年修订GB50074的时候，才开始首次提及易熔材料浮盘这个概念呢？这中间有着比较复杂的历史因素。因为标准的修订及发布是阶段性的，不可能每年都修订，而事故的多发却是持续性的，甚至有的年份会出现好几次油罐火灾事故。也就是说，标准的发布实施带有天然的滞后性，这是无法避免的。

自从2002版GB50074实施以后，国内外有关油罐火灾爆炸的事故也是持续不断，比较经典的有2003年某石化污油罐“4.19”闪爆事故、2005年英国邦斯菲尔德“12.11”火灾事故、2007年某石化石脑油罐“6.29”火灾事故、2009年某石化石脑油罐“5.22”闪爆事故、2010年某石化石脑油罐“5.9”闪爆事故、2010年某公司“7.16”火灾事故、2013年某公司苯罐“6.2”闪爆事故等，之所以会选择这几起事故，和文章的主题是息息相关的。

尤其是2010年发生的某公司“7.16”原油储罐火灾事故，事故发生后，国务院事故调查组要求尽快完成修订《石油库设计规范》GB50074-2002，目的是提高油库各方面的安全标准。由于《石油库设计规范》GB50074-2002由中国石化工程建设有限公司（SEI）主编，SEI在修订《石油库设计规范》的过程中，分析总结了大量的事故案例，并且还实地调研考察了国内和国外在油库、储罐方面存在的差异，并撰写了7份长达100多页的考察报告和专题报告。内容很多并且较为全面，其中关于内浮顶储罐浮盘选型的缘由就来自上述报告中。

2014年GB50074-2014正式发布实施，第6.1.7条首次提及“易熔材料制成的浮盘”，但是标准中并没有给出“易熔材料制成的浮盘”的明确定义，而是以列举的方式，将“铝及铝合金浮盘”、“不锈钢浮筒式浮盘”直接定义为“易熔材料制成的浮盘”，什么原因呢？第一，早期浮盘的类型就这么几类，掰着指头数，不超过一只手。第二，基于事故统计的分析结果（详见下文）。

《石油库设计规范》规范编制组在修订过程中，曾撰写了一份名为《储油罐区重大火灾风险及防范措施研究》的专题报告，报告内容较为详实和具体，其中列举了共8个事故案例（其中7个案例是我上文中提到的），在对这8个事故案例进行原因解析之后，一个共同的特点就是事故中的储罐浮盘均采用的是铝制浮筒式浮盘，这种浮盘类型一个显著缺陷就是密封性能差，油气泄漏相对较多。且大部分储罐储存的介质都是闪点在45℃以下的甲B、乙A类液体。组分相对较轻，饱和蒸气压普遍较高，所以就造成油气挥发量相对较大。大大增加了气相空间爆炸性混合气体的形成。一旦遇到任何的静电、雷击、火花等，就会发生爆炸。

那么易熔材料制成的浮盘，究竟是如何导致闪爆事故发生的呢？标准及条文说明，并没有给出相应的原因说明，只是基于事故统计分析的结果，断定该类型浮盘安全性能差，强度低，密封性差等，那么安全性能差到底差在哪？强度低又到底低在哪呢？我们有必要对此进行深入探讨一下。

我们知道铝制浮盘（包括铝合金浮盘），早期都是采用浮筒式作为浮力元件，浮筒式浮盘在储罐正常运行过程中，其液面覆盖是这样的，如图所示：

浮筒式浮盘由于其先天性结构，导致其自始至终都会在浮盘和液面之间形成气相空间的，并且这层气相空间基本上都达到了爆炸极限。所以外界的任何火花、静电、雷击等都可能会引爆这层气相空间。那么一旦闪爆之后就造成两个后果：第一，浮盘结构遭到严重破坏，完全丧失液面覆盖功能；第二，持续性火灾将铝制浮盘高温熔化（铝的熔点较低，约在500℃~600℃），进而形成全液面火灾，导致后期几乎无法灭火，只能任其燃烧而束手无策。所以规范中将铝制浮筒式浮盘定义为易熔材料制成的浮盘，就是由于该类型浮盘具有以上的后果特点。

那么铝制浮筒式浮盘是由于铝材质的熔点较低，不耐火焰高温而造成全液面火灾，如果将材质换成不锈钢（熔点约为1300℃~1500℃），是不是就不会形成全液面火灾呢？答案是否定的。因为只要存在大量气相空间结构的浮盘类型，闪爆这一关是避免不了的。闪爆产生的后果，我在上文中已经说了，首先是破坏了浮盘的结构，爆破瞬间产生的强大冲击波，无论是不锈钢还是铝，都是无法承受的。因为它考验的是浮盘的安装强度和结构稳定性，而不是材质的熔点。什么意思呢？按照木桶短板理论，在一股强大的冲击波下，最先遭到破坏的就是结构的薄弱处，那么浮筒式浮盘的结构薄弱处在哪里呢？在连接处。因为这种装配式的浮盘，是靠大量的螺栓、梁、支腿、耳板、焊缝等相互连接而构成一个整体，这些连接处也是最容易发生应力集中的部位。所以当强大的冲击波来临时，首先遭到破坏的就是这些连接点。

如上图所示，这种结构遭到损坏的程度几乎是毁灭性的，基本丧失了液面覆盖功能，所以也会导致散发性的火灾，为什么在这里我用了散发性火灾这个词，而不是全液面火灾呢？因为毕竟是不锈钢材质，1500℃左右的熔点不是随便就能烧化的，所以撕裂后的残片还是局部覆盖在液面上的，如天女散花般星罗棋布在液面上，阻隔了火焰的连续性，最后呈现出散发性的火灾。这种散发性的火灾和全液面火灾相比，是不是意味着可以更快地扑灭呢？恰恰相反，这些支离破碎的不锈钢浮盘，由于其较高的熔点，事实上构成了其正下方油气持续燃烧的天然屏障，泡沫无法直接覆盖其液面，所以其可以持续燃烧，直至油尽火灭。

终上所述，关于“易熔材料制成的浮盘”，不仅仅包含由易熔材料（铝及铝合金）制成的浮盘，还包括由易熔结构（浮筒式等）制成的浮盘。归根结底就是，只要由于该浮盘自身材料及结构原因而导致可能发生全液面火灾的，都可以统称为“易熔材料制成的浮盘”。

以上介绍完“易熔材料制成的浮盘”之后，我们接着GB50074标准修订的时间线向下走，2014年正式发布后，由于GB50074适用范围只针对石油库，不包含石油化工企业的罐区，那么石油化工企业又该何去何从呢？石油天然气田企业又该何去何从呢？

时间转眼到了2016年，为了解决标准的适用性问题以及加快完善石油石化行业工程建设国家标准有关防火安全内容，进一步提升石油石化企业本质安全和防范事故水平，住建部标准定额司牵头召开了一个影响极其深远的会议-《石油石化行业国家标准协调会》，参会单位包括公安部消防局、安监总局、两桶油、天津消防研究所、《石油储备库设计规范》、《石油库设计规范》、《石油天然气工程设计防火规范》、《石油化工企业设计防火规范》、《储罐区防火堤设计规范》等规范编制组（这些标准规范几乎囊括了所有企业罐区），会议内容主要对公安部消防局提出的二十九条建议进行了逐条充分讨论，并形成了会议纪要。同时以建标标函〔2016〕第237号《住房城乡建设部标准定额司关于印发石油石化行业国家标准协调会会议纪要的通知》，对外公布。这是一个影响极其深远的会议纪要，直到今天，关于GB50074-2020的修订意见稿迟迟未发布实施，部分缘由就在这个会议纪要里（扯得有点远了，回归正题）。

但是237号文解决了标准的适用性问题，两年之后的2018年，GB50160-2018修订版正式发布实施，其中第6.2.2条的条文内容基本上承袭了237号会议纪要的精神。只不过考虑到石油化工企业罐区的复杂性和规模差异，以5000立方为罐容界限，当罐容小于5000立方时，在配置氮封的前提下，可以继续采用易熔材料制成的浮盘。

那么除了易熔材料制成的浮盘、钢制浮盘之外，对于一些新型材质浮盘（如玻璃钢浮盘）和新型结构浮盘（不锈钢全接液浮盘），这些浮盘并不属于传统意义上的易熔材料制成的浮盘，那么从合规性角度考虑，这些新型浮盘是否可以大量采用呢？很多企业担心如果采用了新型浮盘，专家说没有依据，不认可怎么办？

这个完全不必担心，基本上整个石油化工仓储储运行业，包括各类油库、设计院以及储运系统的专家们等，对此都基本达成了共识。另外环保部门在2021年发布的65号文《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》，文中还提倡和呼吁企业选用“全接液高效浮盘+二次密封”。

更具有说服力的还是2024年应急管理部发布的86号文《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第二批）》，其中第6项淘汰的就是老式浮盘，替代性的技术为“钢制内浮顶和装配式不锈钢全接液内浮顶”。

有了上述的这些依据，基本上给企业吃了一颗定心丸，企业可以放心大胆地改造就行了。

总结：

内浮顶储罐的浮盘型式也是跟随技术的不断进步而逐渐发展的，从早期的浮筒式到如今的全接液，体现的是时代和科技的进步，历史的车轮总是滚滚向前发展的，全接液浮盘的广泛使用，由于其极低的损耗性、高效的密封性和无气相空间的全接液特性，可以说其完美地体现了经济效益、环保效益和安全效益的有机统一，这也是石油化工行业安全生产的终极目标。

文章内容来源化工客栈，流程工业整理编辑，责任编辑：胡静，审核人：李峥