内浮顶盖的发展与应用

内浮顶盖的发展与应用

为了减少存储产品的蒸发损失，最简单、最经济的方法是将浮顶盖覆盖在裸露的液体表面。浮顶盖有2种结构形式:外浮顶和内浮顶。外浮顶储罐为敞顶罐,贮液质量易受到外界气候的影响,在严寒地区还会因低温导致密封圈冻结而难以使用。因此,浮顶盖多采用内浮顶形式。1维内浮顶的推广比较简单的内浮顶罐采用钢制盘式外浮顶加1个防雨固定顶。为避免盘式浮顶漏损或沉没,采用带有球形隔舱的内浮盘,或采用双层板制成的双盘式内浮顶,其目的都是为了增加浮盘的浮力和安全性。在20世纪50年代出现过非钢制的内浮顶,其材料有铝、环氧和聚酯为主的玻璃钢、聚氯乙烯塑料和聚氨酯泡沫塑料等。例如,美国俄亥俄美孚石油公司曾试用过充满惰性氮气的空心塑料球作为覆盖层;埃克森公司试验过一种外涂塑料织物制成的形似木筏的有空气室的浮顶,并于1955年第1次采用了塑料浮顶。充气的救生筏形的浮顶漂浮在液面上,减少了85%的汽油蒸汽损失。法国也研制了硬聚氯乙烯浮动盖。原苏联1961年曾使用过泡沫塑料内浮顶,但由于玻璃钢、塑料浮顶耐温性能差,且不导静电,故在20世纪60年代初便出现了铝制内浮顶。加拿大欧文炼厂在直径为28.65m的油罐中采用了全铝质的内浮盘。美国Uitraflote公司和西德Rheinfelden公司早在20世纪60～70年代就制造了4000多套铝合金装配式内浮顶,用于储存原油、汽油、石脑油、航空煤油、苯和丙酮等产品的储罐。我国在20世纪60年代末开始采用装配式铝制内浮顶,同时根据介质腐蚀要求也采用过装配式不锈钢制内浮顶。目前装配式铝制内浮顶发展迅猛,已得到广泛采用,各种各样的高效节能结构形式不断涌现。钢盘式内浮顶由于减少了储容量,且存在施工周期长、动火量大、易于沉底、安全性能差、维修成本高等不利因素,因此其发展趋势下降。玻璃钢、泡沫塑料内浮顶由于静电导出问题难以解决,目前国内一般也不予采用。2槽型支承梁内浮顶结构装配式铝制内浮顶结构简单,它是由周边框架及槽型支承梁组装成一个整体框架,然后用0.5mm金属板铺盖在框架的上方,整个框架与浮管相连接,由浮管提供上下浮动的浮力。浮顶装有固定支腿或可调式支腿,空罐时浮顶下落并由支腿支撑在储罐底板上。在框架周边与罐壁之间装有橡胶密封带密封,以防止介质挥发。槽型支承梁的结构形式多种多样,有井字形、蛛网式三角形,同心圆形等,见图1～图8。目前内浮顶一般都采用浮管作为浮力构件,故选用重量轻、浮力大的浮筒是降低内浮顶成本的关键。浮筒主要有2种形式:①板材卷焊浮筒,其焊缝有泄漏隐患;②无缝铝合金浮筒,采用棒材拉制成形。如需拉制出直径大而管壁薄的浮管,则成本较高。目前国外已研制出更先进的无支撑框架、无浮筒、无盖板的铝制蜂巢芯板内浮顶,它直接漂浮在液面上与储罐内贮存的液体完全接触,可完全遮蔽液体表面,使液体无挥发空间。这样可以将罐内贮存介质的挥发损失减少到最小。该结构是将铝合金板冲压成蜂巢状并采用密封胶粘结为一整体,然后装上支腿即成为新型内浮顶。该内浮顶的浮力是由无数个蜂巢产生的,即使部分蜂巢损坏,蜂巢状芯板也不会下沉。此内浮顶采用的密封胶国内暂无生产,多为国外引进,价格较高,故采用较少。目前国内大多采用装配式铝制内浮顶。3固定顶和内浮顶蒸发损失比较根据对蒸发损失的实际测量和计算,铝浮顶的投资费用一般回收时间为1年,挥发性高的介质和周转次数多的储罐,投资回收时间更短。德国RHEINFELDEN公司分别对固定顶油罐采用和不采用内浮顶的介质蒸发损失按EPA(美国环保局)推荐的计算公式进行了计算比较,结果见表1。从表1可以看出,固定顶与内浮顶油罐油品蒸发损失相比,在年周转次数相同时,直径越大,固定顶的蒸发损失越大,在相同直径时,年周转次数越多,固定顶的蒸发损失也越大。两数值之间的倍数从十几倍到五十几倍。也有人认为内浮顶节油率可达到98.2%。4内浮顶及罐壁密封(1)内浮顶浮力按SH3046-92《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》以及美国API《钢制焊接油罐》附录H内浮顶的规定,为内浮顶自重的2倍,即安全系数为2,即使部分浮管损坏,内浮顶仍能平稳升降。(2)储罐顶装有足够大的中心通气孔和罐壁通气孔,其数量≥4,间距<10m,确保了内浮顶上方不积存任何挥发气体,内浮顶不承受任何压力,不致损坏,不沉盘。(3)根据内浮顶直径的大小,设置1套或多套自动通气阀。为适应内浮顶的操作需要,自动通气阀一般做成自动调节式。正常操作时,自动通气阀处于关闭状态;当排液接近结束时,内浮盘处于最低位置而支撑在立腿上,此时通气阀自动打开,浮盘上方的空气通过自动通气阀进入浮盘下方,以防止排液时可能产生的过大负压;当开始进料时,自动通气阀尚未被贮液封住,浮盘下方的气体可通过阀体进入浮盘上方,以防止出现过大的正压。(4)贮罐容积≤10000m3的内浮顶装设2套防翻转装置,10000m3以上容积的内浮顶设置3～4套防翻转装置,以确保内浮顶升降平稳无翻转。(5)内浮顶盖板的密封性能良好。盖板采用多块0.5mm厚,1540mm宽的铝合金板搭接而成,搭接盖板之间涂抹密封胶或装设密封垫片,搭接处之上采用槽铝压紧,并且用螺栓紧固在其下部的支撑梁上,以确保密封,并确保盖板下的液体介质不外泄至内浮顶上方,以避免沉盘,且确保了挥发气体的密封。(6)内浮顶周边密封装置性能安全可靠,确保不发生漏液和沉盘。内浮盘与罐壁之间的密封结构及密封材料通常采用:①囊式橡胶密封带,由丁腈橡胶(用于油品)、氟橡胶(用于苯)、三元乙丙橡胶(用于醇类)等耐介质腐蚀的各类橡胶腔内填聚氨酯泡沫塑料制作而成,依靠泡沫塑料的压缩变形来实现密封;②舌形橡胶密封带,由各种耐介质腐蚀的橡胶密封包膜及泡沫塑料密封块压制而成,依靠泡沫塑料的弯曲变形来实现密封。(7)导静电性能优良,确保贮罐安全。贮罐在装油、卸油或调合时,在油面上会聚集大量静电荷,这些静电荷若不除掉,将会在内浮顶与贮罐之间产生电位差,容易引起火花。为保证安全,贮罐内径≤30m的内浮顶,每台设置2套导静电装置;贮罐内径>30m的内浮顶,每台装设3～4套导静电装置。导静电铜导线截面积不得小于25mm2,罐体下方安装有多块接地板与贮罐的接地装置相连接,实测接地电阻应小于10Ω。(8)铝合金及不锈钢具有优良的抗腐蚀性能,而且铝合金无磁性,撞击时不产生火花,铝合金及不锈钢制内浮顶使用年限在15a以上,橡胶密封带寿命可达8～10a。5安装和维护的基本5.1是否使用任何起重机械内浮顶的全部零部件可在制造厂车间预制,运到现场后,通过罐壁人孔送入罐内进行安装。装配式铝制内浮顶全部零部件都采用铝合金制造,十分轻便,因此在安装过程中不需使用任何起重机械。在安装时间上,以直径为21m,容积为5000m3的油罐为例,安装1台铝浮顶一般只需7～8人,在1周之内即可完成,特别有利于旧罐改造(即在已建成的拱顶油罐中加设内浮顶)。若安装1台同样规模的钢盘式内浮顶,需在底层罐壁上切下一大块钢板,开出通道,才能将钢板等材料和零部件送入罐内。这样至少需要20名工人,花费3周以上时间才能安装完毕。5.2罐壁内浮顶的安装旧罐改造往往是在罐区内进行施工,为了确保安全,要求在施工过程中尽量少动火,装配式铝制内浮顶能够满足这一要求。这是因为在施工过程中除开设罐壁通气孔和安装防旋转钢绳外,不需进行其他焊接和切割工作,其动火工作量比钢盘式内浮顶减少90%以上。而对钢盘式内浮顶来说,全部采用钢板和型钢在现场组焊,如前所述,为了把钢板等器材运入罐内,需在底层罐壁上切除一大块钢板,待内浮顶安装完毕后再将这块钢板焊接复原。可见钢盘式内浮顶的安装有大量的切割和焊接工作需在现场进行,这对于正在使用中的油库是极不安全的。5.3罐区被装而成钢盘式内浮顶在安装过程中有大量的焊接工作,会损坏罐底上的防腐涂层,而铝制内浮顶的安装是由螺栓、螺母、铆钉等紧固件完成,几乎无焊接工作,对涂刷了防腐涂层的罐底无破坏。铝制装配式内浮顶由各零部件组装而成,如有损坏需修复或更换,只需从储罐人孔出入维修即可。故障维修方法如下:(1)盖板破损则影响节能效果,应及时修复,如果破损范围在ϕ30mm以内,可用吸水性能好的软纸粘上密封胶,贴在破损部位,再涂上密封胶即可。如破损部位较大,则用相同材质、相同厚度能够覆盖破损部位的盖板涂上密封胶,用ϕ5mm×16mm抽芯铆钉紧固。(2)导静电装置接触不良用铁砂皮或挫板打磨接触点,将螺母压紧即可,如导线锈蚀,则应及时更换。(3)防旋转钢丝绳磨损锈蚀严重,应及时更换,如果钢丝绳张力松弛则需调节,可在储罐顶部将调节螺母旋紧。(4)密封橡胶带磨损严重或老化,可通过储罐人孔出入更换。6浮顶操作注意事项(1)内浮顶投用之前,应先将浮顶上的渣杂、灰尘等物清理干净,以免产生电化腐蚀。(2)为确保浮顶平稳升降,应安装扩散管,其流速应控制在≤1m/s。(3)内浮顶支腿分为可调式及固定式2种。可调支腿可以使浮盘处于高低不同的2种位置,正常操作时将内浮盘调到低位置,检修清扫时将内浮盘调到高位置。调节浮盘位置时,应相应调节自动通气阀开启位置,以确保浮盘运行至最低位置时自动通气阀打开150mm,待浮盘上浮150mm后,自动通气阀自动关闭。固定支腿不需调节。(4)采用内浮顶的贮罐应安装液位报警器,最高液位应保证内浮顶顶端距罐壁通气孔的距离至少有300mm,以避免发生溢油、损坏内浮顶等事故。(5)如果储罐中装有搅拌器或油品调合器等,必须在浮顶升到距搅拌器4m以上距离时方可启动,否则会损坏浮顶。(6)取样时,取样筒应慢慢地下落,以防砸坏浮顶盖板。(7)浮顶运行过程中应尽量减少下降到支撑高度的时间和次数,因此时自动通气阀全部开启,大量的油气从通气阀逸出,节能效果下降。(8)操作时不允许有人进入内浮盘,在油品排尽需到浮盘上进行检修时,支撑梁下需增加临时支撑,盖板上需搭跳板,不允许有人在浮盘盖板上行走,且在浮顶上的工作人员不可集中于一处,