外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗

1、外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗何丽娟(中国石油股份有限公司哈尔滨分公司, 黑龙江哈尔滨150056摘要:分析了外浮顶油罐的油气损耗机理和估算方法, 列举了国内外常用的浮顶边缘密封结构型式, 并对其优缺点进行了分析对比, 同时对密封型式的选择及一次密封与二次密封的搭配提出了建议。关键词:外浮顶油罐; 边缘密封型式; 选用中图分类号:TE97文献标识码:B文章编号:100628805(2002 03200392031前言外浮顶油罐是目前地上储存原油的主要设施之一。外浮顶油罐从原理上讲很简单, 就是在敞口圆筒形容器内有一个能在油面上浮动的罐顶来控制挥发性液体蒸发损耗。由于浮顶的存在, 大大减

2、少了石油损耗以及对环境的影响。但是, 经过对现役外浮顶油罐的调查分析, 发现有时会因选用边缘密封形式和结构不合理而造成挥发性液体损耗, 因此会给用户造成经济损失。本文根据作者多年来的设计经验, 并参考国内外有关资料, 重点介绍了外浮顶油罐的各种密封形式与损耗, 并进行了综合比较分析, 同时提出了优先选用的几种形式, 供有关读者参考。2边缘密封损耗机理分析以及边缘密封与储液之间气相空间的大小。另外, 在边缘密封上方流动的风, 使在边缘密封和罐壁之间的任何缝隙中的空气产生涡流, 涡流可使新鲜的空气与缝隙中的油气相混合, 结果降低了缝隙中的油气浓度, 使更多的液体蒸发, 以再建立相近的平衡状态。在这

3、种情况下, 液体蒸发的程度取决于边缘密封与罐壁之间的缝隙面积以及边缘密封与罐壁垂直接触面的高度。通过上述分析可以看出, 边缘密封损耗与密封本身的密封性、密封与罐壁之间缝隙、密封与储液之间气相空间大小及密封与罐壁垂直接触面高度等因素有关。3边缘密封损耗估算(注:以下算式为原文书中的算式, 本文未改动, 故各量的单位仍用英制由于边缘密封引起的损耗主要由二部分组成, 即边缘密封静止蒸发损耗和抽出损耗。静止蒸发损耗主要指发生在边缘密封处油气的蒸发损耗; 抽出损耗主要指储液被抽出时粘附在罐壁上的储液蒸发所造成的损耗。边缘密封引起的静止蒸发损耗可按式(1 估算:(1 L S =F r D PM v K c

4、 抽出损耗可按式(2 估算:L W =01943Q CD边缘密封油气损耗的机理比较复杂, 通过试验研究发现风是导致边缘密封损耗的主要因素。国外进行的风洞试验表明, 向上流过浮顶油罐顶部的空气在储罐的上风侧浮顶上方产生一个低压区, 导致空气从浮顶的下侧沿着浮顶周边向上边缘密封方向移动。稳定的风可在浮顶上下风侧建立压差, 高压在下风侧, 低压在上风侧。浮顶上下风侧形成的压差和空气流动的模式是两种基本风致损耗产生的原因。一种是压差引起空气进入浮顶下风侧边缘密封正下面的连续边缘气相空间, 然后空气沿周边流过边缘气相空间, 在浮顶的上风侧使空气与油气混合物通过边缘密封吹出, 因此降低了气相空间油气浓度,

5、 使更多的液体蒸发出来, 以重新建立起相近的平衡状态。在这种情况下, 液体蒸发的程度取决于边缘密封系统的密封性、边缘密封与罐壁之间缝隙的大小(2收稿日期:2002201221, 女, 黑龙江人,1984年毕业于大作者简介:何丽娟(1963庆石油学院化工机械专业, 获学士学位, 毕业后一直从事石油化工设备与机械设计工作, 工程师, 已发表论文2篇。式中:L S 边缘密封静止损耗,lb/a ;F r 边缘密封损耗系数, 与边缘密封结构和严密程度有关,lb mol/ft a ;D 储罐直径,ft ; P 蒸气压函数, 无因次;M v 储料蒸气的平均分子量,lb/lb mol ; K c 产品系数;

6、L W 抽出损耗,lb/a ; Q 每年净流出量,bbl/a ; C 罐壁粘附系数,bbl/1000ft 2; W 1在平均储存温度下的储液平均密连接起来形成一个环。钢滑板一般高为900mm1500mm , 与罐壁形成了较大接触面积, 钢滑板的下端延伸到液面以下, 以封闭钢滑板和浮顶之间的环形气相空间。钢滑板、浮顶边缘和液面所包围的环形空间与大气的密封, 是通过螺栓和夹子在钢滑板到浮顶边缘之间固定一条有涂层的编织物来完成的, 实现了一次密封。为了减少气相空间, 一般要求固定在钢滑板和边缘板上的密封纤维尽量接近液面, 并在浮顶上提供呼吸阀来消除边缘气相空间中的超压和真空。对于约200mm 宽的环

7、形空间, 机械滑板式密封通常设计成能适应130mm 的局部变化, 以满足密封环形空间间距的变化。机械滑板式一次密封具有如下特点:1 钢滑板与罐壁有很长的接触长度, 其密封效果好;2 钢滑板浸入液体内, 与边缘环形气相空间实现了隔离, 更好地控制了液体蒸发损耗。3 密封压紧力在使用期间变化很小, 能够保证长期的密封效果;4 整体结构有较长的使用寿命, 一次密封纤维可随时更换;5 金属结构可采用不锈钢材料以适应较严重的腐蚀场合;6 使用很少的非金属材料, 并且不接触储液, 几乎没有由于产品破损造成的二次污染, 更换、废弃处理方便, 并可回收, 处理费用低;7 制造、安装精度要求较高。b 弹性填充式

8、一次密封弹性填充式一次密封是用有涂层的弹性纤维密封袋与罐壁滑动接触。密封袋内可填充液体(管式密封 、弹性泡沫(弹性泡沫密封 等材料, 与罐壁实现接触密封。密封袋安装在浮顶的边缘, 它既可与液体接触, 也可在密封件与液面之间保留一定的边缘气相空间。弹性填充式密封的储罐经常装有挡雨板或二次密封。弹性填充式密封比较柔软, 对于约200mm 宽的环形空间, 弹性填充式一次密封通常设计成能适应100mm 的正常变化, 以满足密封环形空间间距的变化。弹性填充式密封具有如下特点:1 弹性填充式密封比较柔软, 能够适应罐壁局部的形状突变;度,lb/gal 。由上述公式可以看出, 在特定地区储存特定产品的外浮顶

9、油罐, 其边缘密封静止损耗主要影响因素是边缘密封损耗系数F r , 此系数与边缘密封结构和严密程度有关; 抽出损耗主要影响因素是每年净流出量Q 和罐壁粘附系数C , 罐壁粘附系数C 取决于罐壁内表面粗糙程度及边缘密封的严密程度。通常抽出损耗比边缘密封静止损耗小的多, 因此决定边缘密封损耗的主要因素为边缘密封损耗系数F r 。边缘密封损耗系数F r 按式(3 计算:F r =K r V n(3式中:K r 边缘密封损耗系数,lb mol/(mile/h n ft a ;4边缘密封系统结构型式与损耗分析边缘密封系统主要有三种型式:a 只有一次密封:常用的一次密封有两种基本形式:1 机械滑板式密封;

10、2 弹性填充式密封; b 一次密封+挡雨板; c 一次密封+二次密封。411一次密封结构型式与损耗分析a 机械滑板式一次密封机械滑板式一次密封是比较常用的密封形式, 目前机械密封主要有两种常用结构:重锤式和弹簧板结构。机械密封主要用轻型金属带与罐壁作滑动接触, 金属带由机械装置支撑并顶向罐壁。金属带用薄钢板制成(称之为滑板 , 钢滑板互相第23卷第3期何丽娟. 外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗412 制造、安装的精度要求比较低;3 耐磨性较差, 罐壁内凹凸不平可能磨损或降低其使用寿命, 因此该种密封主要应用在罐内壁有涂层的场合;4 密封接触面积较小, 容易造成蒸发损耗; 5 在某些情况下

11、有涂层的纤维密封袋与同类烃类产品接触, 会降低寿命, 增加维护成本;6 虽然设计成浸液式结构, 但在操作过程中很难做到全程浸液, 容易造成更大的蒸发损耗;7 弹性泡沫密封短期效果非常好, 随着弹性元件老化及过分变形, 弹性下降, 密封效果降低;8 弹性泡沫密封破损容易造成二次污染, 被油品污染的泡沫很难处理, 无法回收, 环保性较差, 处理费用高;9 密封袋一旦破损即全部失效, 因此对密封袋性能要求很高。管式密封破损会造成储罐内储液污染。412二次密封与挡雨板二次密封可分为两类:滑板安装式和边缘安装式。滑板安装式二次密封只与机械滑板式一次密封一起使用, 它对于降低因滑板和罐壁之间的缝隙造成的损

12、耗是有效的, 但是不能降低由于一次密封缺陷产生的损耗。边缘安装式二次密封盖住了整个边缘气相空间故更能有效地减少损耗。二次密封除了可以保护一次密封免遭风雨等的破坏, 延长一次密封的寿命外, 还可以减少挥发性液体的二次蒸发。挡雨板为叶片型结构, 可用机械或铰链把挡雨板连接到浮顶上。挡雨板可以保护一次密封免遭风雨等的破坏, 延长一次密封的寿命。413边缘密封系统的使用情况液相安装(或气相安装 的弹性填充式一次密封与二次密封一起使用在我国也比较常见, 此种型式可以把蒸发损耗减小到比较低的程度, 但由于不可避免地有一定的气相空间存在, 液体蒸发损耗稍大。5各种边缘密封型式综合分析通过以上介绍, 并根据使

13、用经验, 对各种边缘密封型式进行综合比较分析, 如表2所示。表2边缘密封型式综合比较一次密封寿命使用、维修机平衡结械重锤较长构, 需清密动臂式罐维护封安装简弹簧较长单, 可修板式复弹泡沫式适中可修复性填充式安装较密充液式适中难, 维护封较复杂性能业绩造价推荐产品较好多国外较高国外较好初期较好, 易失弹性多国外较高国外国外较高, 国内国内低多较好少国外较高国外二次密封结构形式橡胶刮板型舌型寿命使用、维修性能业绩造价推荐产品适中操作简单好多适中国内适中操作简单好少适中国内6选用建议目前广泛使用的边缘密封系统是一次密封加二次密封型式, 一次密封单独使用在国内外已经非常少见, 一次密封加挡雨板的组合使

14、用在国内外也比较少见。目前国内正在将原先的挡雨板改为二次密封。机械滑板式一次密封与边缘安装式二次密封一起使用, 能够非常有效地减少损耗, 因为边缘安装式二次密封又一次盖住了整个边缘气相空间, 故能非常有效地减少液体蒸发损耗。目前这种型式的密封在国内外使用经验较多, 尤其在国外外浮顶油罐大部分都使用机械密封。密封效果好、经济耐用是选用密封型式的前提。为了降低油气蒸发损耗、减少污染物的排放、保护环境、节约能源, 设计者在设计外浮顶储罐时对边缘密封结构型式的选用应慎重, 尽量选用国内外使用经验多, 技术成熟可靠的产品。通过以上分析, 建议参照以下顺序进行选用:a 机械滑板式一次密封加边缘安装式二次密

15、封;b 液相安装的弹性填充式一次密封加边缘安装式二次密封;c 气相安装的弹性填充式一次密封加边缘安装式二次密封。EXPAN DER UN DER SPECIAL CON DITIONJi Jiang , et al. S IN O PEC Beiji ng design i nsti 2t ute , P. C Beiji ng , 100011Song Q uanxi. L uoyang branch com pany , ref i n 2ery , P. C L uoyang , 471012Abstract In accordance with the high failure rat

16、e of ammonia gas compressor of finishing system in sewage stripping unit , and affecting seriously the long period operation of system ,the reason was analized. The corre 2sponding countermeasures were proposed.K eyw ords Sewage stripping ,Ammonia gas compres 2sor ,Failure analysis ,CountermeasureAb

17、stract In accordance with two typic conditions of the valve closing time being respective 115s and 6s ,be 2ginning at the overspeed limit of flue gas turbine 2ex 2pander , the overspeed situation under special working condition of coupling rupture for flue gas turbine 2ex 2pander is analized. Finall

18、y , the protection of flue gas turbine 2expander under special condition is proposed. K eyw ords Flue gas turbine 2exspander ,Special work 2ing condition , Protection , Closing time , Constant pow 2er ,Variable powerAPPL ICATION OF VARIAB L E FREQUENCY SPEE DREGU LATIONTECHN OLOG YONFEE DING PUMP OF

19、 STEAM POWER PLANTY ang Guang. Daqi ng pet rochem ical com pany , steam power plant , P. C Daqi ng , 163714THE APPL ICATION OF E 2138FL UE G AS TUR 2BINE 2EXPAN DER ON FCCUW ang Xi nw u , et al. S IN O PEC L uoyang branch com pany , P. C L uoyang , 471012K eyw ords Variable frequency speed regulatio

20、n , Mo 2tor ,Frequency converterAbstract The feature , type selection and actual ap 2plied effect of E 2138flue gas turbine 2expander are men 2tioned emphatically. In combination with the problems existed in energy recovery of flue gas turbine 2expander , the corresponding solutions are made. Same m

21、easures and proposal to secure the long period operation of ma 2chine set are given.K eyw ords Main air compressor ,Flue gas turbine 2ex 2pander ,Catalytic cracking ,Energy recoveryTHE INSPECTING EVAL UATION AN D APPL I 2CATIONOFH YD R OGENATE DREACT ORWITH OVERPR OOFE D FERRITE CONTENTMeng Qi ngji

22、u. S IN O PEC i nternational af f ai rs com pany , P. C Beiji ng , 100101Abstract The E3472l overlay welding layer of inside wall for hydrogenated reactor is diphase structure of austenite and ferrite ,according to standard , the ferrite content should be 3%10%,but the ferrite content of overlay wel

23、ding layer for hydrogenated reactor imported from French Famatong company is overproofed seri 2ouoly ,several points reached unexpectedly to 30%.By means of repair , nondestructive examination , metallo 2graphic analysis ,hardness testing and strength calcula 2tion ,the reactor can be used contineou

24、sly under design condition , but should enhance the monitor during ser 2vice.K eyw ords Hydrogenated reactor , E347L overlay welding layer ,overproofed ferrite content ,InspectionDOMESTICATION OF PV 525VAL VE FOR PTA UNITREGU LATINGHan Zhengmi n , et al. Jiangsu Yiz heng chemical f iber Co. L et , P

25、. C Yiz heng , 211900Abstract The serious wear corrosion of present PV525regulating valve of PTA unit imported from I 2taly for Y izheng chemical fiber works was occured after only three monthes operation. After the domestication regulating valve core was tried out ,the service life was prolonged ab

26、out one times ,the expense was cut down one half. This have considerable prospect for applica 2tion.K eyw ords PTA unit ,Valve core ,Regulating velveRIM SEAL T YPE SE L ECTION OF FLOATING R OOF TANK AN D ITS H YD R OCARB ON LOSSHe L ij uan. CN PC Haerbi n branch com pany , P. C Haerbi n , 150056FAI

27、L URE ANALYSIS AN D COUNTERMEA 2Abstract The hydrocarbon loss mechanism and its es 2timated method of floating roof tank are analized. TheSURE ON AMMONIA G AS COMPRESSORcommon structure types of floating roof rim seal at home and abroad are listed. Its strong and weak points are compared and analize

28、d. The seal type selection and the collocation of the first seal with secondary seal are proposed simultaneously.K eyw ords Floating roof tank , Rim seal type , Selec 2tionthe hydrogen sulfide content in storage medium being overproof , it is easy to make the storage vessel shell (inchuding weld sea

29、m and base metal occure hydrogen sulfide stress corrosion or hydrogen blister. The reasons of hydrogen sulfide stress corrosion crack on 1000m 3propylene spherical tank and hydrogen blister on 400m 3L PG spherical tank are analized in detail. The matters needing attention of design material selectio

30、n , tankRECONSTRUCTION OF CO WASTE B OI L ERFORHEAV YOI LCRACKING UNITHEAT manufacture , construction , installation and maintenace etc. are proposed.serviceCATALYTICK eyw ords Hydrogen sulfide stress corrosion , Hydro 2gen blister , Spherical tank , Design material selection , Construction and inst

31、alation ,Service maintenaceW ang B aogong , et al. S hengli oil f iel d pet ro 2chemical com plex , P. C Dongyi ng , 257000Abstract In accordance with the low steam produc 2tion and low superheat steam temperature ,a group of low temperature superheaters were provided at the e 2conomizer top fire bo

32、x to heat the additional saturated steam; and the ash blow method of waste heat boiler was improved. So the steam production and produced steam temperature was raised effectively.K eyw ords Heavy oil catalytic cracking , CO waste heat boiler ,Low temperature superheaterTHE CORR OSION AN D PR OTECTIO

33、N OF PR O 2CESS EQUIPMENTS REFINE D SOUR CRU DE OI LZuom i n. Zhenhai ref i ned chemcial Co L t d , P. C N i ngbo , 315207Abstract In refining (or mixed refinign import sul 2fur 2bearing high acid value crude oil ,the process equip 2ments and pipeline are caused serious corrosion. The corrosion situ

34、ation of equipments and pipeline of atomo 2spheric vacuum and gas desulfurization unit for Zhenhai refined chemical company in refining import crude oil are mentioned emphatically. The corrosion reason and corrosion mechanism are analized. Some corrosion pro 2tections are presented by the author com

35、bined with ac 2tual work.K eyw ords Sulfur 2bearing high acid value crude oil , Refinement ,Corrosion ,ProtectionDAMAGE REASON AN D STRUCTURE IM 2PR OVEMENT ON R OOF L INING OF ETH Y 2L ENE CRACKING FURNACEMeng Zhaoyue. Daqi ng pet rochemical com pany , the f i rst chem ical plant , P. C Daqi ng , 163714Abstract The reason of roof lining of