Bồn không cần phải cứu: bốn lớp bảo vệ thay cho việc sửa chữa không hồi kết

Kho bồn là tài sản đắt nhất và dễ tổn thương nhất của một kho xăng dầu hay một cảng xuất nhập. Đồng thời, xét về an toàn công nghiệp, đó cũng là tài sản bị xem nhẹ nhất. Người ta chỉ nhớ đến bồn hai lần: khi lập ngân sách sơn và khi cơ sở bên cạnh xảy ra cháy. Giữa hai thời điểm ấy, kho bồn sống cuộc đời riêng của nó: gỉ từ bên trong, thở hơi ra ngoài, tích nước trên mái phao và tích điện tĩnh ở các ống nối.

Trong bài này tôi muốn bàn không phải “chữa cháy bồn thế nào”, mà làm sao để bồn thôi là nguồn chi phí thường trực và rủi ro thường trực. Những năm gần đây trên thị trường xuất hiện các công nghệ làm thay đổi chính logic vận hành: không chống lại hậu quả của kết cấu mà loại bỏ nguyên nhân. Một phần trong số đó chúng tôi đã xem xét cho kho bồn của mình, một phần thì thấy ở các đồng nghiệp trong ngành. Ở đây tôi trình bày những gì tôi cho là quan trọng với người phụ trách bộ phận an toàn công nghiệp và bảo hộ lao động, chứ không phải với người thiết kế.

Ba đối thủ mà chúng ta phải đối phó hằng năm

Một bồn thép có mái phao ngoài có ba đối thủ kinh niên, và cả ba đều nằm sẵn trong kết cấu.

Khí quyển. Tuyết, mưa và tia cực tím tác động trực tiếp lên mái phao. Mái phải chuyển động được, trong khi trên đó lại có nước và băng. Gioăng làm kín và vỏ bọc cột dẫn hướng bị lão hóa dưới nắng chỉ sau vài mùa.

Ăn mòn bên trong và tổn thất. Phía trên sản phẩm luôn có hỗn hợp hơi và không khí. Nó thoát ra khí quyển khi bồn “thở lớn và thở nhỏ”, ngưng tụ hơi ẩm lên kim loại, tạo môi trường dễ nổ và nuôi dưỡng cặn tự cháy.

Tĩnh điện và sét. Khi xuất hàng, sản phẩm tích tụ điện tích. Kho bồn ngoài trời là mục tiêu tự nhiên của sét. Cả hai yếu tố đều không nhìn thấy bằng mắt và không lộ diện cho đến khi đã muộn.

Với mỗi yếu tố ấy chúng ta đều có câu trả lời ở cấp vận hành: sơn, làm sạch, sửa gioăng, đo điện trở, kiểm tra định kỳ. Nhưng tất cả những việc đó là chi phí vận hành không bao giờ kết thúc, bởi nguyên nhân vẫn còn nguyên tại chỗ.

Giải phẫu các hư hỏng của mái phao

Khi rà soát danh mục khiếm khuyết của vài bồn mái phao ngoài, bốn điểm lặp lại hết lần này đến lần khác.

Hình 1. Bốn điểm hư hỏng điển hình của mái phao ngoài: thang trượt, gioăng làm kín vành, ống thoát nước mềm, vỏ bọc cột dẫn hướng

Thang trượt bị kẹt sẽ chặn chuyển động của mái. Tiếp theo là hoặc tràn, hoặc phao bị nghiêng. Biến dạng của gioăng làm kín vành là vùng thoát hơi chính, và do đó cũng là vùng bắt lửa chính khi bị sét đánh. Ống thoát nước mềm bị tắc trong những đợt mưa dài đồng nghĩa với mái bị ngập. Vỏ bọc cột dẫn hướng bị phá hủy dưới tia cực tím là chuyện nhỏ, nhưng nó mở đường cho nước và hơi.

Không điểm nào trong số này là lỗi lắp đặt hay vận hành. Đó là hệ quả của việc một kết cấu duy nhất phải làm hai công việc không tương thích: che chắn thời tiết và giữ hơi. Chừng nào hai chức năng ấy chưa được tách ra, danh mục khiếm khuyết sẽ còn lặp lại.

Tách chức năng: mái vòm ở trên, phao nổi ở trong

Giải pháp mà tôi coi là có tính nguyên tắc nghe rất đơn giản: giao thời tiết cho một bộ phận, giao hơi cho bộ phận khác.

Hình 2. Mái vòm trắc địa bằng nhôm gánh chịu mưa, tia cực tím và tải trọng gió. Phao nổi bên trong che kín bề mặt sản phẩm

Mái vòm trắc địa bằng nhôm là kết cấu nhẹ, tự mang tải, lắp bằng bu lông, không hàn và không cần cẩu hạng nặng. Nhôm không bị ăn mòn trong điều kiện của chúng ta và không cần sơn. Mái vòm chặn mưa, tia cực tím và tải trọng gió. Phao nổi bên trong, nằm dưới mái vòm, làm việc trong điều kiện khô: nó không cần ống thoát nước, không cần vỏ bọc, không cần chống tuyết. Nó chỉ làm đúng một việc — che kín bề mặt sản phẩm và giảm bay hơi một cách triệt để.

Điều đó mang lại gì về mặt con số và về mặt tổ chức thì tiện nhất là tóm lại trong một bảng.

Theo ước tính của các nhà cung cấp, việc tách chức năng loại bỏ khoảng 90 % nguyên nhân hư hỏng nêu ở hình 1. Tôi coi con số này là mốc tham chiếu chứ không phải bảo đảm, nhưng nguyên tắc thì đúng: cái gì không có trong kết cấu thì không thể hỏng.

Tôi muốn nhấn mạnh riêng dòng về công việc sinh nhiệt. Với một kho bồn đang vận hành, đây thường là lập luận quyết định. Lắp đặt không hàn nghĩa là không phải dừng và thổi sạch các bồn lân cận. Với một cảng có dòng hàng liên tục, đó là khác biệt giữa một dự án một tháng và một dự án cả mùa.

Nếu bồn đã cũ: dùng lớp lót thay cho đại tu

Không phải bồn nào cũng trụ được đến lúc hiện đại hóa mái. Tình huống điển hình: giám định an toàn công nghiệp đưa ra kết luận không đạt đối với đáy hoặc các tấm thành dưới, khu vực cấm mọi công việc sinh nhiệt, mà vài ngày nữa lại cần bồn hoạt động. Câu trả lời cổ điển là dừng vận hành hàng tháng trời, hàn, sơn và giám định lại.

Hình 3. Chọn giải pháp nào cho một bồn cụ thể: ba nhánh tùy theo tình trạng thành bồn và khoảng thời gian có thể thi công

Giải pháp thay thế đã xuất hiện trong ngành là lớp lót polyme. Đó là một vỏ kín bằng PVC hoặc polyurethane nhiệt dẻo, chế tạo riêng theo hình dạng của từng bồn, từ 1 đến 5000 mét khối. Nó được đưa vào bên trong và gánh toàn bộ chức năng làm kín. Thành thép cũ trở thành kết cấu chịu lực chứ không còn là bể chứa. Lắp đặt từ ba ngày, không hàn. Tuổi thọ công bố là hai mươi năm trở lên.

Với chúng tôi có hai điều quan trọng. Thứ nhất là pháp lý. Theo kinh nghiệm của các nhà cung cấp, bồn có lớp lót vượt qua giám định an toàn công nghiệp với kết luận đạt mà không cần bộ hồ sơ cấp phép mới. Điều này cần kiểm tra trước với tổ chức giám định cho chính cơ sở của mình, chứ không phải sau khi đã lắp. Thứ hai là vật lý, và theo tôi thì phần này thú vị hơn.

Hình 4. Bên trái: hỗn hợp hơi và không khí phía trên sản phẩm, tổn thất do “thở” và sự ngưng tụ hơi ẩm. Bên phải: lớp lót mềm áp sát sản phẩm, không còn khoảng không hơi

Lớp lót mềm áp sát bề mặt sản phẩm và hạ xuống cùng mức chất lỏng. Không còn khoảng không hơi. Sản phẩm trên thực tế được đóng gói chân không. Từ đó lập tức có ba hệ quả: không có pha hơi và không khí, tức là bên trong không có môi trường dễ nổ; không có ngưng tụ, tức là không có nước đáy bồn; không có “thở”, tức là không có tổn thất và phát thải. Với bộ phận an toàn công nghiệp, điều đó nghĩa là cả một nhóm kịch bản trong kế hoạch ứng cứu sự cố biến mất khỏi bồn.

Mái cố định: vì sao nó già đi nhanh hơn thành bồn

Còn một nhân vật nữa ít được nhớ đến hơn mái phao và đáy bồn. Đó là mái cố định và các cấu kiện chịu lực của nó. Chúng gánh tải lớn nhất, đồng thời mùa hè bị nắng nung nóng tới 60 °C.

Hình 5. Tốc độ ôxy hóa kim loại và hình thành cặn tự cháy tăng theo hàm mũ với nhiệt độ. Lớp cách nhiệt giữ kim loại mái gần với nhiệt độ sản phẩm

Hóa học ở đây rất đơn giản. Tốc độ ôxy hóa và hình thành cặn tự cháy phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm mũ: cứ mười độ thì tăng khoảng gấp đôi. Kim loại mái ở 60 °C già đi nhanh hơn một bậc so với thành bồn ở 20 °C. Sơn thông thường không chặn được dòng nhiệt này: nó bảo vệ khỏi ẩm, nhưng không bảo vệ khỏi nhiệt độ.

Giải pháp mà tôi cho là đúng đắn là bảo vệ mái bằng lớp composite.

Hình 6. Lá chắn composite của mái: thép, lớp bọt polyurethane 50 mm, màng polyurethane có ôxít sắt mica

Trên thép người ta phun một lớp bọt polyurethane cứng dày 50 mm, phía trên là màng polyurethane có thêm ôxít sắt mica. Về cách nhiệt, lớp bọt này thay thế 100 mm bông khoáng, và nhờ độ cứng, nó nâng khả năng chịu tải của mái lên khoảng một nửa. Màng tạo thành lớp phim đặc chắc, chịu mài mòn, không tan trong dầu, và thi công được trong dải điều kiện rộng: từ âm 5 đến dương 50 °C, với độ ẩm tới 98 %. Điều đó có nghĩa là công việc không bị bó hẹp trong khoảng thời gian ngắn ngủi của mùa hè.

Một chi tiết kỹ thuật đáng chú ý khi chọn nhà thầu là tỷ trọng của bọt. Ở tỷ trọng cơ bản 50-60 kg/m³, bọt polyurethane hút các sản phẩm dầu mỏ. Muốn chặn hoàn toàn sự thẩm thấu thì cần lớp trên có tỷ trọng cao hơn 80 kg/m³, hoặc một lớp men bảo vệ phủ ngoài. Nếu trong bản chào giá không có mục này, hãy tự hỏi nhà thầu. Một điểm cộng cho các cơ sở phía bắc: khi nhiệt độ giảm, khí trong các ô kín co lại và khả năng cách nhiệt còn tốt lên.

Mối đe dọa vô hình: tĩnh điện và sét

Tất cả những gì nói ở trên đều liên quan đến vật liệu. Tiếp địa lại là chuyện quy trình, và ở đây có hai điểm tôi muốn nâng lên tầm người phụ trách bộ phận.

Hình 7. Hai cấp bảo vệ: chống sét cho kho bồn và thoát tĩnh điện. Yêu cầu do Hướng dẫn an toàn cho kho xăng dầu quy định

Điểm thứ nhất là sự dịch chuyển của khung quy phạm. Nhiều quy trình kiểm tra tại các cơ sở đến nay vẫn viện dẫn РД 153-39.4-078-01. Yêu cầu hiện hành do Hướng dẫn an toàn cho kho xăng dầu và kho sản phẩm dầu mỏ quy định. Nếu quy trình của bạn viện dẫn РД thì nó đã lỗi thời, và khi thanh tra đó sẽ là nhận xét đầu tiên. Từ Hướng dẫn có thể rút ra nhiệm vụ kiểm tra rất cụ thể: cọc tiếp địa phải thay khi ăn mòn vượt quá 25 % diện tích tiết diện, việc kiểm tra dây xuống và cọc tiếp địa được thực hiện không ít hơn một lần trong năm năm. Thực tế cho thấy cọc tiếp địa nằm dưới đất sống cuộc đời riêng của nó: trên mặt đất mọi thứ vẫn ổn, còn dưới đất tiết diện đã không còn.

Điểm thứ hai là các cấp độ khác nhau cho những mối đe dọa khác nhau. Chống sét là cấp vĩ mô. Với kho bồn từ 100 nghìn mét khối trở lên cần cột thu sét độc lập, chứ không phải kim thu sét đặt ngay trên bồn. Điện trở của các mối hàn dây xuống không được vượt quá 0,05 ôm. Tĩnh điện là cấp vi mô. Một hệ tiếp địa thống nhất của cơ sở với điện trở thoát tĩnh điện dưới 10 ôm, tiếp địa xe bồn và toa xe trước khi bắt đầu thao tác, hạn chế tốc độ xuất hàng cho đến khi ống nối chìm dưới lớp sản phẩm.

Một chi tiết then chốt với những ai làm việc với nhiên liệu hàng không: khi xuất hàng bắt buộc phải dùng cần xuất khớp nối bằng nhôm. Khớp thép có thể phát tia lửa ở chỗ nối, còn khớp nhôm thì không. Đó là chuyện nhỏ gần như không tốn kém, nhưng đóng lại một trong những kịch bản khó chịu nhất.

Tất cả hợp lại thành một hệ thống như thế nào

Mỗi công nghệ kể trên đều hoạt động độc lập. Nhưng hiệu quả thật sự xuất hiện khi chúng che chắn cho nhau.

Hình 8. Bồn tích hợp: mái vòm, mái composite, phao nổi bên trong hoặc lớp lót, tiếp địa hai cấp

Logic của chuỗi này như sau. Mái vòm bảo vệ lớp phủ của mái khỏi mưa và tia cực tím, nhờ đó lớp phủ bền hơn. Lớp phủ giữ nhiệt độ kim loại và tăng khả năng chịu tải. Phao nổi hoặc lớp lót loại bỏ khoảng không hơi, và sét không còn gì để đốt cháy. Tiếp địa bảo hiểm cho toàn hệ thống phòng khi một khâu trước đó không phát huy tác dụng. Không bộ phận nào thay thế bộ phận nào, nhưng mỗi bộ phận đều giảm tải cho bộ phận kế tiếp.

Với bộ phận an toàn công nghiệp và bảo hộ lao động, điều đó thay đổi nội dung công việc. Thay cho chu kỳ hằng năm “đã sơn, đã làm sạch, đã thay gioăng, đã đo điện trở” là chu kỳ “đã kiểm tra, đã ghi nhận, đã lên kế hoạch”. Đó là một mức tải khác cho nhân sự và một cấu trúc rủi ro khác trong kế hoạch ứng cứu sự cố.

Kinh tế: đầu tư một lần so với chi phí không hồi kết

Câu hỏi đầu tiên sẽ là: hết bao nhiêu tiền và để làm gì, khi bồn vẫn đang chạy. Tôi trả lời bằng cấu trúc chi phí chứ không bằng những con số cụ thể, bởi mỗi kho bồn có những con số riêng.

Hình 9. Bồn truyền thống đòi hỏi chi phí vận hành tăng dần suốt vòng đời. Bồn đã hiện đại hóa chỉ cần một khoản đầu tư và các đợt kiểm tra theo kế hoạch

Ở bồn mái phao truyền thống, chi phí vận hành tăng lên khi thép già đi: sơn dày hơn về tần suất, sửa gioăng thường xuyên hơn, dừng hoạt động nhiều hơn, và suốt thời gian đó sản phẩm vẫn bay hơi. Ở bồn đã hiện đại hóa, chi phí dồn vào giai đoạn đầu, sau đó là các đợt kiểm tra theo kế hoạch. Điểm mà chi phí lũy kế bằng nhau phụ thuộc vào khí hậu, sản phẩm và tình trạng kho bồn, nhưng nó luôn tồn tại, và vượt qua điểm đó thì mỗi năm đều có lợi cho phương án hiện đại hóa.

Ba con số có thể dùng khi trao đổi với bộ phận tài chính. Tuổi thọ bảo đảm của bồn đã hiện đại hóa với lớp bảo vệ composite là 25 năm trở lên. Khối lượng hàn khi lắp mái vòm và lớp lót bằng không, các công trình lân cận không phải dừng. Phát thải hỗn hợp hơi và tổn thất do thở gần bằng không. Con số thứ nhất nói về vốn đầu tư, con số thứ hai nói về doanh thu mà cảng bị mất, con số thứ ba nói về các khoản phí môi trường và về việc mỗi mét khối sản phẩm bay hơi cũng đã có người trả tiền.

Tôi khuyên không nên bắt đầu bằng cả gói. Hãy chọn một bồn có danh mục khiếm khuyết dài nhất, tính chi phí vận hành hằng năm của nó trong ba năm và so sánh với báo giá cho mái vòm và phao nổi. Thường chỉ cần vậy là câu chuyện ngân sách chuyển từ “để làm gì” sang “làm theo thứ tự nào”.

Tự kiểm tra

• Quy trình kiểm tra hệ thống tiếp địa của bạn viện dẫn văn bản nào: Hướng dẫn an toàn cho kho xăng dầu, quy phạm an toàn liên bang hay РД 153-39.4-078-01?
• Lần gần nhất đào cọc tiếp địa lên kiểm tra là khi nào, thay vì chỉ đo điện trở từ trên mặt đất?
• Trong ba năm qua đã bao nhiêu lần nước đọng trên mái phao sau mưa, và điều đó có được ghi vào nhật ký không?
• Nhiệt độ kim loại mái vào giữa trưa tháng Bảy là bao nhiêu? Nếu chưa ai đo, hãy coi như khoảng 60 °C.
• Kế hoạch ứng cứu sự cố có kịch bản “ngập mái phao” hay không, và ban đêm ai là người xử lý theo kịch bản đó?
• Nếu ngày mai giám định đưa ra kết luận không đạt với đáy bồn, bồn sẽ ngừng hoạt động bao nhiêu ngày và có phương án dự phòng không?
• Khi xuất nhiên liệu hàng không, cần xuất khớp nối đang dùng bằng nhôm hay bằng thép?
• Bao nhiêu phần ngân sách hằng năm của kho bồn được chi cho những công việc lặp đi lặp lại chỉ xử lý hậu quả chứ không xử lý nguyên nhân?

Kết luận

Kho bồn không phải là bản án sửa chữa vĩnh viễn. Những công nghệ tôi liệt kê không hề xa lạ: mái vòm và phao nổi bên trong đã đứng tại các cơ sở nhiều năm, lớp lót và lớp phủ composite đang được dùng ở các cảng đang vận hành, còn yêu cầu về tiếp địa thì được ghi trong Hướng dẫn bắt buộc với tất cả. Ở đây chỉ có một điều mới — cách nhìn bồn như một hệ thống, trong đó mỗi lớp bảo vệ giảm tải cho lớp tiếp theo.

Nhiệm vụ của bộ phận an toàn công nghiệp không chỉ là phản ứng với sự cố, mà còn là loại bỏ khỏi cơ sở những nguyên nhân khiến sự cố có thể xảy ra. Một bồn không có khoảng không hơi, không đọng nước trên mái và có hệ tiếp địa nguyên vẹn là một bồn đơn giản là có ít cách để bốc cháy hơn. Đó chính là điều tôi gọi là quản lý rủi ro.

Các thông số kỹ thuật của những giải pháp nêu trên (mái vòm theo API 650 Annex G / AWWA D108, lớp lót polyme, lớp phủ composite cho mái, yêu cầu về tiếp địa) được dẫn theo số liệu của nhà sản xuất và Hướng dẫn an toàn hiện hành cho kho xăng dầu và kho sản phẩm dầu mỏ. Việc chọn giải pháp cụ thể cho một cơ sở đòi hỏi phải có giám định an toàn công nghiệp.