GQ_I型干式气柜用橡胶密封膜的开发及应用.docx

GQ2I 型干式气柜用橡胶密封膜的开发及应用郭其新1 ,莫少明1 ,卞玉峰1 ,蔡斌2(11 中国石化股份有限公司齐鲁分公司胜利炼油厂 ,山东 淄博 255434 ;21 中船重工集团七二五研究所 ,河南 洛阳 471003)摘 要 :介绍了橡胶膜密封干式气柜的研制开发过程和这种型式气柜的特点以及胶膜的研制生产要点 ,提出了 GQ2I 型气柜胶膜的推广应用价值 。关键词 :干式气柜 ;橡胶膜 ;开发 ;应用中图分类号 : T E969 文献标识码 :B 文章编号 :100628805 (2002) 03200092041 前言1999 年齐鲁石化公司加工进口原油优化乙 烯原料改扩建工程中的 2 号火炬回收设施需新上一台 10000m3 气柜 , 以便顺利地回收火炬气 , 达到节能和环保的双重目的 。在比较了各种气柜型 式的优劣之后 ,最终确定采用了橡胶膜密封的干 式气柜 。建设该种型式的气柜 ,橡胶膜的选用是 一个关键问题 ,居于胜利炼油厂火炬气氢气含量 高达 80 %的条件 , 国内厂家还无制造业绩 , 在与 国外厂商的技术交流中 , 仅英国 WA I KER 工程 有限公司一家能够满足胜利炼油厂提出的工艺条 件 ,但其价格太高 。在这种情况下 ,胜利炼油厂决 定与国内胶膜研究机构共同研制开发一种适合炼 油厂火炬气氢气含量高等特点的专用气柜胶膜 , 实现国产化 。经过慎重考虑 ,选择了中船重工集 团七二五研究所作为合作单位 ,历经 3 个多月的 研究 、实验 、试制 ,圆满实现了胶膜国产化 ,填补了 国内空白 。2 气柜型式比较目前 ,气柜型式主要有四种 :垂直升降式湿式 气柜 、螺旋升降式湿式气柜 、稀油密封式干式气柜 、橡胶膜密封干式气柜 。垂直升降式和螺旋升降式湿式气柜在胜利炼 油厂南区都使用过 ,但存在以下缺点 :a) 耗水量较大 : 10000 m3 湿式气柜消耗大量 新鲜水 ,水槽一次注入新鲜水就 6500t ,每年不少于二次 。此外 , 气柜日常补水量约为 480t / d , 损耗巨大 ;b) 排出污水的含硫量高 : 胜利炼油厂南区排 出的低压瓦斯气中 H2 S 含量最大达 3104 % ,湿式 气柜水槽排出的含硫污水处理难度大 ,水槽溢流 水散发出的难闻气味对环境 、对人身健康不利 ,影 响环境保护 ;c) 设备腐蚀严重 :从胜利炼油厂使用经验看 ,气柜良好的运行状态最多为 10 年 ;d) 螺旋式湿式气柜还有一个致命的缺陷 : 导 轨易卡住 ,导致气柜内压力上升 ,瓦斯气冲开水封外溢现象 ,存在不安全隐患 。胜利炼油厂南区在1980 年建成的螺旋式湿式气柜 , 就发生过此现 象 ,致使 1 名工人硫化氢中毒 ,久病未愈 。稀油式密封干式气柜结构复杂 ,附属设备多 , 密封油易被瓦斯气中凝缩油稀释 ,使密封油粘度 下降 ,质量变劣 ,需定期更换 ,每年至少二次 ,一次50t ,每吨按 4000 元计 , 一次需 20 万元 。而动力 设备复杂 ,电梯 、密封油泵等 ,需要消耗大量电能 ,这种稀油式干式气柜不太适应类似胜利炼油厂的 瓦斯气组成 。收稿日期 :2001212217作者简介 : 郭其新 ( 1960 ) , 男 , 山东省淄博市人。1982 年 毕业于石油大学化工机械与设备专业 ,获学士学位。现任齐 鲁石化分公司胜利炼油厂副厂长 ,高级工程师。毕业后长期 从事设备管理工作 ,发表论文多篇。10 石 油 化 工设 备 技 术2002 年橡胶膜密封干式气柜在国内外主要应用于炼钢行业 ,是一种先进的新型气柜 。该型式气柜由 橡胶膜取代湿式气柜的水封及稀油密封气柜的油 封 。T围栏 、活塞围栏及活塞取代了湿式气柜的塔 体钟罩及稀油密封气相的活塞 ,设计新颖 ,结构科 学 。按橡胶膜结构通常分为一段式和两段式 ,一 段式与两段式相比安装难度较大 ,但运行更平稳 。 橡胶膜干式气柜的主要特点是 :a) 自定中活塞体 ,密封膜保持活塞体居中 ,并 防止其转动 ,活塞体自动实现导向 ,无需导轮导机导架 ;b) 调平系统对称布置的钢索 、配重可防止活 塞体倾斜 ,并自动调平 ,有利于活塞体平稳上升 ;c) 通风良好 ,罐壁密封角钢以下部位做成密 封结构 ,其上部则开有通风孔 ,保证活塞体上方空间通风良好 ;d) 活塞升降速度最大可达 3 m/ s , 压力可达2000 Pa ,通常情况下取 2000 Pa4000 Pa 。e) 与前三种气柜相比还独具以下优点 : 运行 无动力消耗 ,无需耗水或耗电 、耗油 ,且附属设备少 ,维护量小 ( 若橡胶膜无损坏 , 可连续运行多 年) ,是一种新型的储存瓦斯气的节能设备 ,其运 行及维护费用远低于湿式及稀油密封式干式气 柜 。与湿式气柜相比 ,无水槽 ,腐蚀不严重 ,不设 防冻防凝设施及上水线 。全空时“死藏”容量小 ,不足总容积的 015 % 。无污染废水排出 , 对环境 污染小 。罐基础轻 ,该型干式气柜基础工程量与 湿式气柜基础之比约为 1 15 , 尤其是非软弱地 基 。检查方便 ,所有升降结构皆在活塞体上方空 间 ,有上下直梯 ,通风良好 ,检查方便 。检查时无需停止作业 。从投资方面进行比较 ,橡胶膜密封干式气柜 并不比湿式气柜和稀油密封干式气柜高多少 。以10000 m3 气柜为例比较如下 :a) 橡胶膜密封干式气柜总投资约 750 万元 ,工程费约 680 万元 , 其中含钢材 470t , 橡胶膜约800 m2 及电气 、仪表费用 (胶膜按进口胶膜 230 万 元计 ,采用国产胶膜约 84 万元) 。b) 垂直升降式湿式气柜总投资约 650 万元 , 其中含气柜本体钢材 290t ,气柜排放污水 ( 含硫) 处理配套管道及设施 、电气 、仪表费用 。c) 稀油密封干式气柜总投资约 670 万元 ( 不 含基础费用) ,工程费约 560 万元 ,其中含气柜本体钢材 500t 及电梯 、油泵 、电气 、仪表 、密封油再生系统等费用 。从上述比较可看出 ,三种型式气柜总投资基 本相当 。可以得出这样一个结论 : 在瓦斯回收系 统采用橡胶膜密封干式气柜是最佳选择 ,而且一 段式气柜更优于两段式 。但是在胜利炼油厂这样 的瓦斯气组成的条件下应用橡胶膜密封干式气 柜 ,国内无此先例 ,橡胶膜的研究制造无疑是最关 键的问题 。3干式气柜密封胶膜的研制开发胜利炼油厂北区 3 号火炬瓦斯气组成胜 利炼油厂北区3号火炬瓦斯气组成见表1 。311表 13 号火炬瓦斯气实测数据(1998 年 4 月 21 日4 月 23 日)从表 1 可看出 ,胜利炼油厂北区瓦斯气存在三个特点 :a) 氢气含量高 , 瓦斯气中平均氢气含量约80 % ,渗透能力强 ;b) 含苯类物质 ,对胶膜有溶解 ;c) 硫化氢含量高 ,对胶膜的抗腐蚀要求高 。 如此复杂的火炬气组成决定了干式气柜橡胶膜必须在抗渗透 、抗溶胀 、耐疲劳 、耐腐蚀等方面 具有优异的性能 。尤其是要能够满足氢气含量高 达 80 %的条件 。针对这些条件 ,对国内外情况进 行调查 ,并根据调查情况做出了决策 。组分( 体积分数)%取 样 时 间三项 平均值4 月 21 日9 :304 月 22 日14 :004 月 23 日9 :00氢气8611921806814082143空气910231131813110115甲烷1159116931292119乙烷0176016821241123丙烷0178015621681134异 丁 烷0130011111130153正 丁 烷0135013011540173异 戊 烷0117011101460125正 戊 烷0112011201400121硫 化 氢0152013401760154二氧化碳0128011701740140合计100100100100第 23 卷第 3 期郭其新等. GQ2I 型干式气柜用橡胶密封膜的开发及应用11 312 调查情况a) 国内钢厂已建设了若干橡胶膜密封干式气 柜 ,其中部分气柜采用了国产胶膜 ,但这些采用国 产胶膜的气柜盛装的瓦斯介质中 ,氢气含量仅在20 %30 % ,硫含量非常低 。b) 上海宝钢建设的 5 104 m3 干式气柜盛装 焦炉煤气 ,氢气含量在 50 %左右 , 采用的是进口 丁腈胶膜 ;c) 针对胜利炼油厂瓦斯气高氢含量 、高硫含 量的特点 , 询问国内厂家 , 均不能提供适应的产品 。调 查 国 外 厂 家 , 只 有 英 国 CL A YTON WAL KER L IM I T ED 公司能够提供适应的产品 , 但该公司要价高达 35 万美元 。在进行了上述详细的调查与比较后 ,决定走 国内试制的道路 ,寻找合作伙伴共同研制开发适应高氢含量 、高硫含量瓦斯气的干式气柜用橡胶 密封膜 。313 GQ2I 型干式气柜用橡胶密封膜的研制与开 发经过综合考察和对比选定中船重工集团七二五研究所作为开发研制合作伙伴 。 目前国内钢厂采用的国产橡胶膜材质煤气侧为丁腈胶 NB R 或丁腈胶 + 氯丁胶 。根据胜利炼 油厂尾气特点 , 参考英国 WAL KER 公司提供的 一些资料 ,确定胶膜采用 NB R + PV C 共混胶 。在橡胶密封膜的研制过程中 ,分别从胶料配 方 、胶布结构 、产品结构 、胶粘剂等方面着手 ,最终 控制胶膜的性能优良 。橡胶胶布用胶料配方是本研究课题的关键技 术之一 ,结合国外同类产品的技术指标提出内外层胶采用同一配方 ,最关键的指标为耐介质性能 、 耐臭氧老化及热氧老化和动态屈挠性能 。因此选 择丁腈胶为主体胶料 ,并在丁腈胶中并用聚氯乙 烯 。胶膜在使用中 ,需经受反复蠕动变化 ,为确保 安全可靠 ,并具有较高强度及耐屈挠性 ,根据其技术要求 ,选择帘布作骨架材料 。帘布经持胶后按45方向裁断搭接 ,满足了胶带在 45方向强力高 的要求 ,而且由于帘布没有经 、纬线之间的相互挤 压 ,使胶带的屈挠性能大大提高 ,柔软性好 ,满足 了胶带在使用中反复屈伸的变化要求 。由于目前的胶布生产线不能生产特别宽的胶 布 ,该产品不可能一次成形 ,故采用多块胶布拼接(若干块 112 m 宽的胶布在垂直方向拼接) 而成 。与国外同类产品比较 , GQ2I 型干气柜橡胶密 封膜在结构 、生产工艺 、技术参数等各方面都达 到了国外同类产品的先进水平 。详见表2 和表3 。表 2橡胶密封膜结构及生产工艺比较- 01464 主体胶膜的生产与安装411 生产工艺要点胶布的挂胶及裁剪搭接是关键工序之一 ,要 求帘布挂胶均匀 。同时胶帘布表面不能有掉皮 、胶疙瘩等缺陷 。面胶按混炼工艺要求严格执行 ,为了保证胶带外观质量 ,混炼的加工等级要高 ,面 胶出片时要用干净垫布隔离 。胶帘布按工艺要求的宽度经 45裁剪后搭接 ,搭接后轻拉缓卷 ,避免 受较大拉伸而变窄 。成型贴合在贴合机上进行 , 先将搭接好的帘布分左 、右 45相贴 ,随后两面分项目GQ2I 型干式气柜 橡胶密封膜英国 WAL KER 工程 有限公司胶膜胶膜主材丁腈橡胶2聚氯乙 烯共混胶 ,即以丁腈 橡胶为主掺入一定 数量的聚氯乙烯树 脂共混制得的丁腈橡胶2聚氯乙 烯共混胶 ,即以丁腈 橡胶为主掺入 30 %50 % 的聚氯乙烯 树脂共混制得的胶膜厚度/ mm3100 + 0143100 + 0100操作温度/ - 40 + 90- 40 + 80操作压力/ Pa40004000帘子布材质专用尼龙帘子布RU SHEL 帘子布( 专门设计)搭接工艺高温高压硫化 一次完成高温高压硫化 一次完成生产工艺PVC/ 丁腈橡胶混 合料先在帘子布两 侧进行贴和 ,后将两 层帘子布胶线按左45右 45进行复合 , 最后在高温高压下 硫化将混合胶料压 贴上PVC/ 丁腈橡胶混 合料先在帘子布两 侧挤塑较薄的一层 , 以防气体影响结合 力 ,然后在高温高压 下硫化将 PVC/ 丁腈 橡胶混合料挤塑上橡胶粘接材特制 ,拉伸强度超 过基体材料特制 ,拉伸强度超 过基体材料胶膜宽度/ m1121125胶膜与壳体 结合部胶膜双倍加强胶膜双倍加强粘合宽度/ mm6050是否有水平接缝无无密封最大高度按要求23m胶膜执行 标准ISO9001( 企业标准)ISO9001( 产品码 C1615)12 石 油 化 工设备 技 术2002 年别贴上里 、外胶 。成型过程中保持辊筒温度 45 5 ,保持在 014M Pa 的压力 ,贴合时必须使帘 布之间 、帘布与胶片之间压实 ,避免出现胶层分层 现象 ,同时掌握合适的卷取速度 。硫化时上下用 耐热较好的垫布作布纹 ,控制压力和温度 。整个 橡胶密封膜有数千个安装孔 ,如何保证在具有弹 性的橡胶密封膜上准确定位打孔是一个重要的工 艺问题 ,经反复计算和试验 ,采用了分区 、划线的办法来保证打孔定位的准确性 ,为胶膜顺利安装提供了先决条件 。气柜运行情况气柜基本参数 : 气柜气体压力 :2940 Pa ; 气柜进气流量 : 3600 m3 / h ; 放散管阀杆行程 : 300 mm ;橡胶膜面积 :805 m2 ; 有效容积 :10503 m3 ; 柜体直径 :29000 mm ; 柜体高度 :25500 mm ; 活塞直径 :28300 mm ;活塞高度 :8200 mm ; 活塞行程 :16320 mm ; 活塞调平装置 :4 组 ; 调平配重铸铁块重 :10028 kg ; 柜壁板厚度 :415 mm ,6 mm ;柜底板厚度 :415 mm ; 柜顶板厚度 :4 mm ; 活塞底板厚 :415 mm ; 活塞波形板厚 :215 mm 。自 2000 年 1 月开车成功 ,至今保持很好的运行状态 ,气柜本身未出现任何故障 ,对气柜顶部膜 外空间进行连续采样分析 ,未发生泄漏现象 。6 经济效益胶膜实现国产化 ,与进口胶膜最低价比较 ,直 接节约资金 150 万元左右 。由于 GQ2I 型气柜的运行可靠 ,为压缩机的长周期运行提供了必要条 件 ,运行 21 个月以来 ,瓦斯回收所创造的效益为1200 万元左右 。此外 , GQ2I 型橡胶膜密封干式 气柜还具有很好的长期经济效益和社会环保效 益 。7 结束语GQ2I 型橡胶膜密封干式气柜完全可以替代 湿式气柜及稀油密封干式气柜 , 而且在环保 、节 能 、投资等方面更具有优越性 ;可以适用于任何复 杂的介质环境 。经近两年的运行实践表明 ,所采 用的密封主体 橡胶膜完全能够满足氢气含量高 、含苯类物质 、硫化氢含量高等苛刻条件 。2001 年 1 月 ,该项目通过了中国石化科技开 发部组织的鉴定 。有关技术专家认为 ,该项研究 成果达到了国内领先和国外先进水平 ,填补了国 内用于炼厂尾气的空白 ,具有极高的推广应用价 值 。该项目获 2001 年齐鲁石化公司科技进步二 等奖 。5表 3 与国外产品的技术性能比较( 50 5) 10412主体胶膜的安装针对胶膜的特点 ,为了做好安装工作 ,胜利炼 油厂安排施工单位和有关部门管理人员联合组成调查组 ,到上海等地对国内外胶膜安装进行调查 ,制定了详细的安装要求 。所以 ,在实地安装时 ,没 有出现任何安装损坏 ,一次安装成功 。进行活塞升降试验情况良好 ,柜体气密试验结果符合标准 要求 。项目GQ2I 型胶膜数据国外指标常规性能拉伸强度/ M Pa141412伸长率 , %560400硬度( 邵 A)6260 5100 72 h老化后性能拉伸强度/ M Pa1310伸长率 , %472300硬度变化+ 60 15耐油性能汽油 + 苯 ( 3 1 )m , %91525( 溶剂 B)2 号航空煤油 m , %- 015臭氧老化 性能臭氧浓度- 672 小时无龟裂无龟裂脆性温度/ - 35 无异常- 33 无异常扯断强度/kN(5mm) - 1垂直方向11801345 度方向915515疲劳试验室温 300 次/分自由态100 万次 无异常100 万次 无异常透气试验( m1 cm/ cm2sec cmHg)氮气介质 ,温度( 30 1 ) , 压差 3137 kg/ cm29 10 - 91 10 - 8P E TRO2CH EM ICAL EQ U IPM EN T T ECHNOL O GYABSTRACTS St art ed Publicatio n i n 1980 . Bi mo nt hly. May. 2002 Vol . 23 No . 3 EXPERIM ENTAL STUDY O N PERFO RMA NCEEVAL UATIO N O N HYD RO GENATED REAC2TO R IN SERVICEX u W ei don g . J i nl i n g pet roche m ical Co L t d al k yl2ben zene pl a n t , P. C N a n j i n g , 210046dry seal gas holder , t he feat ure of t his type gas holderand t he main point s for rubber film develop ment and p roductio n are reco mmended. The value of sp read appli2catio n for GQ2 t ype gas holder rubber film is p ro2posed.Key wordsDry seal gas holder , Rubber film ,Develop2AbstractThe experimental st udy o n t he perfor mancement ,Applicatio nof kerosene desulurizatio n hydrogenated hot wall reac2 to r ,af ter has been operated about t went y years ,was p ut into effect . By t he use of t he same material and mod2 elling met hod , t he perfor mances of ordinary tempera2 t ure , high temperat ure , hydrogen brit tleness , step cool2 ing temper brit tleness and it s co mp rehensive effect o n equip ment were analized. The result s showed t hat : The co mp rehensive perfor mace of weld seam was droped ob2 viously by co mpariso n wit h base metal ; The hydrogen brit tleness ,first step cooling temper brit tle of 1125 Cr2015 Mo base metal were not sensitive ; By calculatio n ,t he minimum temperat ure of boosting p ressure for1125 Cr2015 Mo steel was 220 ,under t he co nditio ns of first step cooling embrit tlement and t he critical fissurelengt h 30 mm.THE D EFECT A NALYSIS A ND P REVENTIO NO N CO KE D RUMChen g X i a nbu . S I N O P EC A n qi n g bra nch com p a2n y , ref i ne ry , P. C A n qi n g , 246002AbstractTwo set s of co ke drum of Anqing branchco mpany refinery had been operated for 2110 p roduc2tio n periods since p ut into operatio n in 1987 . At p resent t he shell of co ke drum is balloo ning defor matio n at a lot locatio n ,and has many defect s of slag inclusio n ,gas cav2 it y ,lack of f usio n and fissure etc . On t he basis of CVDA“p ressure vessel defect evaluatio n code”,t he brit tle fail2ure analisis , leakage2before failure analysis and fatigue analysis of co ke drum were carried into effect . The re2 sult s show :All t he defect s may be kept ,under t he oper2 atio n co nditio n t he service is safe . The mat ters needing at tentio n for repair f ro m now o n and operatio n of co kedrum are p roposed.Hydrogenated reactor , Hydrogen brit tle2Key wordsness ,Step cooling testing , Temper brit tlenessD ESIGN OF S HELL SID E STRUCTURETUBUL A R FIXED2BED REACTO ROFCo ke drum , Balloo ning defor matio n , De2Key wordsfect ,AnalysisZhao Zen gh ui . B ei j i n g i nst i t u te of pet ro2che m icaltech nology , m echa nical en gi nee ri n g col lege , P. C B ei j i n g , 102600THE ENGINEERING P RACTICE OF HEATTREATM ENT FO R REGENERATO RDi Cha n gyou . S I N O P EC t he f ou rt h const r uct ionCo , P. C T i a n j i n , 300270Abstract The manufact ure , p ref bricatio n , erectio n and heat t reat ment of shell weld