浅谈拱顶罐改造为内浮顶罐的节能增效

浅谈拱顶罐改造为内浮顶罐的节能增效

随着油气机的不断开发和扩建，油气机的改造任务之一就是将油气机转换成多个设备。在油罐的改造过程中,将拱顶罐改造为内浮顶罐具有很大的经济价值,它具有减少油品蒸发损耗及着火的危险性、减轻对空气的污染及对罐底和罐壁的腐蚀、延长油罐的使用寿命以及节约用水等优点。美国石油学会认为,设计完美的内浮盘是迄今为止控制固定顶油罐蒸发损失所研究出来的最好的和投资最少的方法,美国环境保护机构(EPA)也建议炼油厂使用内浮顶油罐储存易挥发油品。因此,将拱顶罐改造为内浮顶罐是降低成本节能增效的一项有效措施。文中主要介绍将旧拱顶罐改造为内浮顶罐时结构设计中的相关问题及注意事项。1拱顶罐的转换期1.1浮盘直径的测量旧罐由于投用时间长短不一,存储介质不同,罐体本身不同程度都出现或多或少的变形、腐蚀现象。故当旧罐经吹扫及化验分析合格达到人可进入罐内的条件后,需对旧罐进行全面检验,具体可以从下几方面考虑:(1)实测旧罐直径及其偏差罐壁的变形是影响密封间隙变化的主要原因,所以对旧罐改造前必须实测罐壁径向偏差,以决定内浮顶直径的大小,如偏差太大则不具备改造的条件。储罐直径的测量一般以距罐底1800mm高度的圆周为基准。被测参数见图1。内浮顶罐合理的浮盘设计半径必须满足下式:Rmin-Cmin>R0>Rmax-Cmax(1)Rmin=R-(ΔR-ΔRmin)-δ1(2)Rmax=R+(ΔRmax-ΔR)-δ2(3)式中,Cmin为最小允许密封间隙,其值一般不小于80mm;Cmax为最大允许密封间隙,一般取软泡沫密封块自由状态断面宽度尺寸减20mm;Rmin为罐壁实际最小内半径,ΔRmin为所有罐壁径向偏差的最小值,Rmax为罐壁实际最大内半径,R为基准位置上的罐外壁半径,ΔR为基准位置上各个测点的罐壁径向偏差的平均值,δ1为具有最小径向偏差值的壁板厚度,δ2为具有最大径向偏差值的壁板厚度,mm。若罐壁的实际变形(Rmax-Rmin)超过密封材料的允许使用范围(Cmax-Cmin),则式(1)无法满足,说明无法找到合理的浮盘直径,即使使用肯定会出现密封不严或浮盘卡住的现象。若Rmax-Rmin<Cmax-Cmin,即满足式(1),则浮盘的设计半径R0可由下式得到:R0=(Rmin-Cmin+Rmax-Cmax)/2(4)(2)检查罐底与罐顶的垂直线罐底与罐顶的垂直线最大偏差应小于罐壁总高的5%。(3)测量储罐基础沉降差储罐基础沉降差的允许值见表1。沉降差超过表1允许值的储罐则不具备改造的条件。1.2罐壁修复和旋转关键(1)对罐顶和罐壁腐蚀严重的储罐,应进行局部更换。(2)拆除原罐内不再使用的附件,修复罐壁圆度。如割除罐内壁上的角钢等焊接件,修复矫正罐壁凹凸部位,使罐壁圆度偏差控制在±40mm以内。对旧拱顶罐内存在的搭接焊接结构的焊缝凸棱部位,需打磨至使其圆滑过渡。罐内壁应无焊瘤,无毛刺,表面光滑,以免影响改造后浮盘密封装置的密封效果。2浮盘及浮顶罐原有的拱顶罐经检验或修复后确认有将其改造为内浮顶罐的价值时,即可实施改造。内浮顶罐主要由固定罐顶、罐壁、罐底、内浮顶、密封装置、量油导向柱、罐壁通气孔、静电装置及消防设施等部分组成,浮盘基本为定型产品,制作已趋向于标准化。最常用的是铝制浮盘,已在国内大量使用。对旧罐改造,标准储罐一般选标准浮盘定型产品,非标准罐采用特殊定做的办法。浮盘制作要求按相关标准及有关厂家资料执行。内浮顶罐的结构见图2。旧罐底、罐壁、罐顶一般可以继续使用,对除此之外的一些设计内容介绍如下。2.1通气管和通气口(1)浮盘和拱顶设置由于浮盘密封装置随罐内油面液位上下移动,它与罐壁有相对运动,当密封不好时,会引起油气泄漏。当浮盘下降时,附着在罐壁上的油膜也会蒸发变成油蒸气。当油面在浮盘处于最低操作位置进行操作时,由于浮盘上的自动通气阀处于打开状态,大量的油气会进入浮盘和拱顶之间的空间,如不及时排出此空间的油气,随着时间的延长会压沉浮盘。因此,在固定顶最高部位处必需设置公称直径不小于200mm的通气管,以便及时排出浮盘上面的油气。对1000～5000m3的储罐,一般选DN250mm的通气管即可。(2)罐壁通气孔安装位置内浮顶储罐要求储罐在最高液位时,在罐壁从上向下数第一层壁板上需安装环向通气孔,环向通气孔的总面积应不小于0.06D。罐壁通气孔通常为220mm×350mm的3个连续开口组成一个通气孔,其间距为20mm。罐壁通气孔安装位置见图3。罐壁通气孔下沿至罐顶包边角钢的距离H与储罐体积有关。当公称体积为100～400m3时,H为500mm;当公称体积为500～2000m3时,H为570mm;当公称体积不小于3000m3时,H为620mm。公称体积小于5000m3的储罐,通常设置6～8个通气孔,通气孔沿罐壁圆周均匀布置即可满足要求。设计通气管和环向罐壁通气孔时需考虑设置防雪罩并需加设3～4目的粗钢丝网以防鸟类进入。为确保浮盘上部空间形成气体对流,保证充分的通风条件,及时疏散稀释油气,防止油气累积产生爆炸,以上这些通气设施是必不可少的。2.2罐顶防旋装置设计浮盘长期漂浮在油品上面,当罐内进料或出料时,受油品冲击或流动的影响,会产生旋转,为了防止浮盘的旋转,必须设置浮盘的防旋转设施。常见的防旋转设施有防旋钢丝绳及防旋导向柱2种。对旧罐改造而言,因其已经过多年使用,基础有不均匀沉降或施工偏差等原因,罐体已发生一些变形,它不同于新设计罐。而导向柱作为防旋装置,其刚性要优于防旋钢丝绳。设计时一般是用2根防旋导向柱对称布置,其中一根做量油孔兼导向管,另一根则是专用防旋导向柱。通常量油孔兼导向管的公称直径为150mm,对公称体积大于5000m3储罐可取DN200mm。罐顶导向柱开孔与浮顶防旋中心的同心度允差应小于10mm,量油导向管和导向柱与罐底的垂直度偏差应不大于10mm,以利浮盘升降及计量检测。公称体积大于10000m3的浮顶罐需配置3套防旋装置。量油孔兼导向管多用DN150mm的无缝钢管制作,尽量用一根无缝钢管制成,对储罐高度较高者应尽量减少其对接焊缝。对小储罐也可采用防旋钢丝绳做为防旋装置,但其松紧度控制指标为钢丝绳的摆幅小于50mm。2.3罐顶内部小梯或带芯人孔对于旧罐顶,通常已有一个罐顶人孔,改造设计时只是根据旧罐体积的大小和人孔所处位置考虑是否需再增设一个罐顶人孔,条件允许者可再增设一个罐顶人孔。设计时应考虑当浮盘上升到液面最高位置时,人由罐顶人孔下到浮盘上需有一个通道。在原罐顶人孔或新增罐顶人孔内增设一个罐顶内部小梯,小梯长约1000mm,这样检修或操作人员即可由内部小梯到达内浮盘上工作。浮盘固定支撑高度通常分为1800mm及1300mm两种,旧罐罐壁人孔通常是600mm的人孔,一般位于从罐底向上数第一层罐壁板上且处于浮盘支撑位置以下(高度小于1300mm),此人孔仍可使用。现只需在距罐底高2500mm处根据每台旧罐所处具体位置及工艺专业要求增设一个DN600mm的带芯人孔,以便当内浮顶处于支撑位置时,检修人员可从带芯人孔进入内浮顶上。应注意带芯人孔的接管与罐壁接触处需圆滑过渡,带芯人孔的内芯板与罐壁内表面应平齐,以防止损伤浮盘密封装置,见图4。此外,在内浮盘上还需根据施工及检修要求开设2个人孔,以便操作人员上下、通风和透光。2.4顶储罐的改造油罐的消防通常使用空气泡沫产生器,安装在罐顶圈。一般根据储罐体积大小,采用2个或更多的泡沫器对称安装,一般炼油厂拱顶储罐多采用空气泡沫式或液下喷射装置作为消防设施。但改为内浮顶罐后都需改为空气泡沫式消防装置,如果旧罐为液下喷射装置,则需在从上数第一层罐壁板重新开口,安装泡沫产生器。在开孔时应尽量避开新增加的罐壁通气孔至少1.5m(弧长)以上,以保证灭火时大量泡沫冲破消防封隔玻璃,全部从罐壁流向下面油面,避免泡沫从通气孔中溅出,这是改造设计时容易忽视的环节。2.5法兰串联部位垫片的选择存放航空煤油或航空汽油等介质时,不允许有微量纤维混入储罐。因此,进料管、内部加热器和调和器等管线用法兰联接部位垫片不允许选用石棉橡胶板和其它纤维性垫片。计量用的光纤液位计内导向管不能用铜棒,储罐内类似问题均需按有关规定选取及制作。2.6保护带的密封内浮盘与罐壁之间的间隙一般为190mm左右,搭接罐的间隙应根据罐内实际几何精度确定,密封装置应具有良好的密封性能,且不妨碍浮盘随液位自由升降。对舌形密封带要控制舌尖端搭罐壁70mm,舌根端留出周边压条内侧10mm,密封长度应大于储罐内壁周长的95%,其透光部分不大于周长的5%。舌形带能翻转自如,没有不翻转的区段。密封可分为填料式密封结构和舌形密封结构,密封材料一般为丁晴橡胶密封袋填充聚氨脂软泡沫塑料。舌形密封结构由于使用寿命长且不易卡浮盘的优点经常被采用。具体选用时应根据旧罐的环境温度、储液特性、温度及耐磨性等因素综合考虑。2.7控制浮盘污染的措施(1)内浮顶支柱分固定式支柱和可调式支柱,特殊情况下可与浮盘厂家协商定做。当内浮盘降至最低操作位置时,内浮顶不得与罐内的附属设施如罐底加热器、进出口管线以及油品调合器等相碰,如相碰则设计时应采取降低进出口管线标高位置等相应措施解决。(2)当内浮顶罐内有油品调合器时,需考虑油品调合器工作时对浮盘的冲击作用。一般可在内浮盘底部增设防冲挡板,以减缓冲击作用。此外,对储罐具体操作时,则要求储罐内液位高度至少大于50%以上才能进行油品调合,防止产生波动对浮盘造成影响。(3)设计中需考虑设置静电导向装置,由于在实际操作过程中浮盘上可能聚积大量的静电荷,必须将静电导出,静电导线应采用截面积不小于25mm2的软铜复铰线,导线与铁件之间的导电性能必须良好。内浮顶上静电导线接头的间距不大于10m,静电导线的接头必须牢固。当储罐直径小于20m时,静电导线数量不少于2根;当储罐直径大于或等于20m时,静电导线数量不少于4根。3罐体试水的质量控制①所有被改造储罐的焊缝表面质量均应达到GB50236-1998《现场设备、工艺管线焊接工程施工及验收规范》中焊缝表面标准的Ⅱ级。②对罐壁厚度大于25mm的开孔接管焊缝应进行渗透或磁粉检测。③在罐体试水前应以0.1～0.2MPa的压缩空气对补强圈进行试漏检查。④充水试验时应采用无腐蚀性清洁水,并且当旧罐材质为碳素钢和16MnR时,水温不低于5℃。对材质为不锈钢的储罐,水中氯离子质量分数不大于25×10