汽油储罐内浮顶的应用

汽油储罐内浮顶的应用

1进展之一:塑料浮顶与钢铁内浮顶近年来，存储油的消耗受到了人们的关注。以汽油储存为例，拱顶罐蒸发损失可达9%。因此,人们不断采取新的措施,以降低油品的蒸发损失。例如,最早利用成胶剂在液面上形成1层隔绝大气的凝胶状浮盖、利用聚酰胺小圆盘覆盖液体自由表面、利用惰性气体覆盖层及采用内浮顶结构等方法减少油品蒸发损失,其中,内浮顶储罐的使用最广泛。自上世纪50年代以来,非钢内浮顶开始出现,其材料有铝、环氧及聚脂玻璃钢、聚氯乙烯塑料和聚氨脂泡沫塑料等。有些设计是浮顶与油品完全接触的,也有一些是内浮顶由浮筒支承,高出液面一段距离。美孚石油公司曾试图采用充满惰性氮气的空心塑料球作为覆盖层,埃克森公司试验过将1种外涂塑料的织物制成形似木筏的有空气室的浮顶。大约在1955年,人们第1次采用塑料浮顶,这个充气的救生筏形的构件漂在液面上,能减少汽油储罐蒸发损失的85%。法国还研制了由硬聚氯乙烯浮动盖板组成并以同样材料作为支承的内浮顶。前苏联从1961年起开始使用合成材料IIXB-1泡沫塑料做内浮顶,到1970年末,已有大量的储罐装配了合成材料做的内浮顶。它的特点是组件通过人孔进入罐内,装配不需动火,操作可靠且不会下沉。由于塑料浮顶耐温较差及使用寿命等问题,在20世纪60年代初又出现了铝制内浮顶,加拿大欧文炼厂在直径为28.65m油罐中就采用了全铝制的内浮顶。与钢制内浮顶相比,非钢内浮顶具有质轻、耐腐蚀等优点,但强度较差,有的价格较贵,使其应用受到限制,20世纪80年代以前以钢制内浮顶的应用为主。但此后,耐腐蚀能力和综合力学性能较好的铝合金在内浮顶制造上得以应用,用其制造的装配式铝制内浮顶油罐的降耗率能够达到96%,而且现场安装时的动火量比钢盘式内浮顶减少95%以上,因此得到广泛的推广应用。经过长时期的使用及探索,近年来,内浮顶的总体结构有了较大改进,相继开发了多种新型的装配式铝浮顶,使拱顶储罐内浮顶技术得到较快发展。2内浮顶结构及罐壁密封设计内浮顶的作用在于使罐内储液与大气隔绝,它浮于储液表面,随液面而升降。钢制内浮顶有多种形式,常用的有:带有周向边缘板的钢制盘式内浮顶,见图1a;钢制隔舱式内浮顶(为敞顶船舱),见图1b;钢制浮船式内浮顶(为封闭顶船舱),见图1c、d;钢制双盘式内浮顶(为上、下两层薄板并有内部隔舱),见图1e;浮子式钢制内浮顶(为浮子支承盘面),见图1f;钢制或塑料夹层内浮顶(以金属或塑料为夹层,外层为金属),见图1g。考虑到内浮顶不受风雨影响,也不需要转动浮梯,在使用中不易破损,为节省钢材,故推荐采用结构和制造较为简单的带边缘板钢制盘式内浮顶,或称钢盘式内浮顶,简称内浮顶,结构见图2。内浮顶是在1层薄的单盘板外侧围1圈边缘板焊制而成。为加强连接刚度,在单盘板与边缘板之间焊以筋板和加强环板,其中,加强环板起保证浮顶边缘板的圆度和浮顶整体形状的作用,筋板则主要是为了加强支腿支撑部分盘的刚度;盘板上装有支撑支腿,其作用是支撑整个内浮顶,支撑高度分为900mm和1800mm两种,前者用于操作状态,后者用于检修,浮顶下降时最终由支腿支撑于罐底,内浮顶支腿采用同心圆排列方式,以防止盘板在支腿支撑状态下产生较大的凸凹变形。内浮顶在正常漂浮状态下,因强度破坏的可能性很小,由于储液和周边的软密封相当于弹性基础,浮盘不易发生整体失稳破坏。内浮顶与罐壁之间的密封通常采用弹性材料密封结构,也称舌形密封结构,是由密封带、压条等组成,见图3。舌形密封是依靠密封带的弯曲变形来实现密封,不存在内浮顶卡住的问题。缺点是密封装置下存在一定的蒸气空间,蒸发损失大。1978年,国内设计施工的第1台内浮顶油罐建成投产,这是1台用老式拱顶罐进行改造的3000m3浅钢盘式内浮顶罐,投产后使用状况良好。经过标定,原拱顶式汽油罐大小呼吸量为每年203t,而内浮顶式汽油罐大小呼吸损失量为每年2.125t,1个油罐1a就可节省约200t汽油,其价值相当于改造此罐总费用的4倍。由于经济效益显著,得到了较长时间的应用。3装配式铝浮顶结构特点从20世纪70年代至80年代,钢盘式内浮顶油罐在国内得到推广使用,并取得了一定的成果。但是,钢盘式内浮顶往往是在生产罐区内施工,长时间大量焊接与切割的动火工作对生产罐区来说无疑是十分危险的。另外,钢盘式内浮顶结构没有安装浮子,完全靠动力系统把油品送入罐内,使钢盘式内浮顶整体漂浮起来,耗能较大,浮顶沉没现象时有发生,成为安全生产隐患之一。80年代初期,在引进国外先进技术的基础上,装配式铝浮顶在国内作为节能措施之一逐步推广开来。由于装配式铝制内浮顶实现了预制,全部零部件可以通过罐壁人孔送入罐内,用螺栓进行安装,安装时的动火工作量比钢盘式内浮顶减少95%以上,现场安装方便、迅速,1台5000m3油罐的装配式铝制内浮顶,可以在10d之内完成全部安装工作。装配式铝制内浮顶为大量的旧罐改造提供了安全方便的途径。装配式铝制内浮顶采用非焊接结构,主要由浮筒、构架、铺板及支腿等部件组成。构架和铺板位于油面以上,用卷制的铝合金筒作浮力构件,支撑整个构架,铺板与油面之间有一定的空间,除了铝浮顶与罐壁之间的环形空间以外,所有油面由铝浮顶覆盖。铝浮顶周边与罐壁之间的环形间隙采用舌形密封装置或填料式舌形密封装置加以密封。铝浮顶上设有量油孔、真空阀、人孔、防静电装置和防旋转装置等附件,见图4。装配式铝制内浮顶框架结构及铺板的平面关系见图5。主梁之间的间距为1200mm或1500mm,浮筒之间的间距约为3000mm。主梁、浮筒等之间的竖面关系见图6。装配式铝制内浮顶四周与罐壁之间的环形空间多数采用舌形密封装置加以密封,1种是舌形橡胶密封带,结构安装形式见图7,一般用在新罐上;另1种是填料式舌形密封胶带,与图3结构相似,一般用在旧罐上。从图中我们还可看到浮筒与主梁、主梁与边缘构件、主梁压条与主梁和铺板、密封压条与密封胶带和边缘压条等的相互结构关系。装配式铝制内浮顶的经济效益显著,国内某院在装配式铝制内浮顶的研制过程中,曾对国内某炼油厂5000m3装配式铝制内浮顶进行了蒸发测试,测试结果表明,1台5000m3装配式铝制内浮顶油罐进出油操作1次,比相同容量的拱顶油罐减少汽油蒸发损失3276kg,降耗率为96.3%。若计入小呼吸和调和损失后,则1台5000m3装配式铝制内浮顶油罐1a可以减少汽油蒸发损失187880kg。综上所述,装配式铝制内浮顶有钢制内浮盘无法比拟的优点,因此,近十几年来,装配式铝制内浮顶在国内得到了广泛应用。4碳及碳回收零部件20世纪90年代初,在装配式铝制内浮顶广泛应用的同时,国内某单位曾设计制造了塑料浮子内浮顶,这种内浮顶采用铝合金、普通钢材及硬质发泡塑料制造,硬质发泡塑料外包覆铝合金作浮子,主梁呈径向发散结构,大量规格一致的浮子镶嵌其中。所有支腿、自动通气阀、量油孔等零部件采用碳钢制造。塑料浮子内浮顶没有设置边缘板,浮盘下面油气空间与罐壁四周环行空间是连通的,全部靠密封胶带来密封。国内某厂曾对2000m3塑料浮子内浮顶油罐进行了蒸发测试等试验,结果塑料浮子内浮顶减少油品蒸发损失的效率比铝制内浮顶低,特别是泡沫塑料的导热性远不如铝合金,作浮子用的泡沫塑料块是用镀锌铁丝网做保护,这样的结构难以承受高温,所以塑料浮子内浮顶的综合性能比装配式铝制内浮盘差。塑料浮子内浮顶可以看成是上世纪50年代曾经使用过的塑料内浮顶的转型产品,它也有其它浮盘无法比拟的优点:油品蒸发空间很小,几乎可以忽略不计,浮力分布均匀而且不易发生内浮顶沉没事故。缺点是塑料浮子内浮顶安装时间较长,在检修动火操作过程中,由于油品浸入泡沫塑料中,较容易发生火灾事故。5全面改进的普通型铝浮顶结构目前,装配式铝浮顶已被广泛应用在石油化工行业拱顶储罐上,是防止储存油品挥发损失的节能装置之一。它全部采用优质防腐铝合金和耐磨密封胶带制作而成,防腐蚀性能强,密封效果较好。近年来,在生产普通型装配式铝浮顶的基础上,经过长期的使用和探索后,总结了国内外各种浮顶的优缺点,相继开发了多种类型的新型装配式铝浮顶。它们的特点是对浮顶的总体结构作了较大的改进,使装配式铝浮顶在密封性能、结构强度、刚度以及升、降的稳定性方面都有较大提高,降低了油品蒸发损失,使效率也有所提高。新型装配式铝浮顶结构改进的形式多种多样,归纳起来,主要有以下2类较为典型的结构形式。(1)普通型铝浮顶的中幅区主体结构为主梁与浮筒按“#”字形排列,采用四边形网格进行划分,见图5。改进后的新型装配式铝浮顶,一是增加了加强副梁,二是主梁、加强副梁、中间浮筒三者之间按等边三角形排列,主梁、副梁、浮筒、铺板和压条等平面关系见图8,它们之间的竖面结构参见图6。浮筒既有良好的加强作用,同时也有连接中间支腿的作用。这种结构比普通型铝浮顶好得多,因为对铝浮顶来说,三角形网格分布结构从整体的强度、稳定性、受力性能方面均优于四边形网格分布结构,所以,采用这种结构的新型装配式铝浮顶,其中幅区的强度及稳定性得到大幅提高,明显改善了普通铝浮顶的整体结构。有的浮盘还在一次密封的基础上加设了二次密封结构,将一次密封泄漏的油气控制在二次密封之内,更好地提高了边缘密封的密封效果。二次密封的结构形式多样,对于是否采用二次密封,笔者认为,要以经济效益的对比结果确定。(2)另一类典型的新型装配式铝浮顶结构关系见图9和图10,从图中可以看到,中间浮筒均匀分布在相邻2个主梁之间,对浮顶整体构架的强度、稳定性起到了加强作用。这类新型铝浮顶的结构特点是中间浮筒规格相同,有良好的互换性。液面有所下降,减少了蒸发损失空间。支腿均匀分布,检修状态下浮盘更加稳定。中间浮筒的这种分布结构,使得浮盘的浮力分布比上述装配式铝浮顶结构更加均匀,浮盘的升、降更加平稳。液面的降低(铺板与油面之间的空间高度约100mm,降低了约60mm)减少了油品的蒸发损失,提高了经济效益。支腿是用于安装、检修时支撑浮顶的装置。当铝浮顶降至最低位置处于静止状态时,铝浮顶的所有质量均由支腿来承受。新型铝浮顶主体结构采用了均匀分布的等边三角形排列(也有采用同心圆均匀分布形式的,与轻型浅盘式浮顶的支腿分布形式相同),使支腿在浮盘上也得到均匀分布,浮顶的质量均匀地分布于每1个支腿上,使浮顶在非工作状态的承载能力得以提高,