淺析儲罐內(nèi)浮盤治理發(fā)展

肖 聰

（大慶煉化公司儲運部，黑龍江大慶 163411）

1 儲罐內(nèi)浮盤技術(shù)

國外從20世紀50年代開始建造內(nèi)浮頂油罐，在國內(nèi)浮盤發(fā)展起步較晚，20世紀80年代傳統(tǒng)淺盤鋼制浮盤開始制作進行安裝，以鋼制淺盤式、單盤式、雙盤式（中凸）、浮艙式（中間為拱形）內(nèi)浮頂為主。浮盤整體由鋼板及鋼梁拼裝后全焊接形成，浮盤整體剛性高、強度大，但強度太高也存在剛度隨之變差的不利后果。由于淺盤敞口大，上面沒有遮蓋，油氣極易進入浮盤內(nèi)，浮盤上積液不能及時排除，內(nèi)浮頂儲罐的罐內(nèi)氣相空間組分復(fù)雜、環(huán)境濕度較高，易造成鋼制浮盤發(fā)生腐蝕，且內(nèi)浮盤的日常檢查和維護都較為困難，難以及時發(fā)現(xiàn)浮盤泄漏情況，只要一處泄漏，就會使浮盤沉沒。

國內(nèi)20世紀80年代開始鋁制浮盤設(shè)計研制工作，鋁制浮盤的特點是由單獨的部件用螺栓連接組裝，采用標準化部件安裝、維修。浮盤是鋁制或不銹鋼制浮筒，質(zhì)量僅為鐵浮艙浮盤的1/20左右,節(jié)省材料，增加浮盤浮力。其存在的主要缺點是：早期的鋁浮盤采用的都是厚度0.5～1 mm的蒙皮，浮筒式內(nèi)浮盤表面結(jié)構(gòu)強度低，焊接性能差，連接不牢固、不持久。在持續(xù)反復(fù)的升降交變載荷下，很容易斷裂變形，由于液面波動變形而受力不均，容易發(fā)生、損壞、卡盤、塌盤等事故。在浮盤蒙皮蓋板下方存在油氣揮發(fā)空間，儲罐付油時，當(dāng)浮盤落于支腿上或支腿接觸罐底，隨著液位繼續(xù)下降時浮盤上方的空氣通過浮盤呼吸閥、密封等其他未密封位置進入浮盤與油面的氣相空間。在進油時，大部分氣相通過浮盤呼吸閥、密封等其他未密封位置排出，但浮盤下方浮筒間仍存在氣相空間，按照鋁浮盤的安裝及設(shè)計，鋁浮筒DN150浸沒50%時能夠保證浮盤浮起，因此在浮盤鋁板與油面有大約75 mm由浮筒隔開的氣相空間，進油過程中未排出的空氣與可燃氣體混合，給儲罐安全運行帶來隱患。當(dāng)儲罐運行一定年限時罐內(nèi)油氣濃度通常在2000 ppm（2×10-3）以上，濃度值超過10 000 ppm（10-2）現(xiàn)象普遍存在，通過浮盤縫隙及附件設(shè)施散逸至浮盤上方，最終外排大氣，油氣揮發(fā)量很大，也無法滿足工業(yè)污染物排放要求。

自2014年安監(jiān)總管三〔2014〕68號文件及2017年安監(jiān)總政法〔2017〕15號文件頒布以來，規(guī)定了“正常操作嚴禁內(nèi)浮頂浮盤和物料之前形成空間”，全接液浮盤進入了一個全新的發(fā)展周期。浮盤以模塊單元為基本單位，單位模塊內(nèi)置蜂巢芯，每個蜂巢孔獨立不連續(xù)，將浮盤浮力單元分散為2500個/m2左右；放置蜂巢芯的模塊殼體下蓋板及四周立邊為一體式結(jié)構(gòu)，無任何漏點或密封點，不存在浸潤滲漏情況；但箱式全接液和蜂巢粘接全接液式可維修性較差，箱體泄漏之后，拆卸難度大，增加了儲罐的檢修風(fēng)險。如5·12上海賽科苯罐檢維修閃爆事故，浮盤共由359塊箱體組成，其中180塊發(fā)生泄漏，泄漏率＞50%。

全接液鋁制浮盤雖然符合標準API650及NFPA115.4規(guī)定，但是隨著GB 50160—2018修訂版的下發(fā)執(zhí)行，鋁合金材料已經(jīng)不適用，用易熔材料制作的內(nèi)浮頂，其安全性比鋼制內(nèi)浮頂要差，儲罐一旦發(fā)生火災(zāi)，容易形成儲罐全截面積著火，且直徑越大越難以撲救。

2 新型浮盤的應(yīng)用

新型復(fù)合材料玻璃鋼浮盤是全浸液設(shè)計，浮盤底部全部進入介質(zhì)中，無任何氣象空間，有效防止介質(zhì)揮發(fā)，鑒于國外玻璃鋼浮盤有較多應(yīng)用，國內(nèi)也有部分企業(yè)引進了玻璃鋼浮盤且應(yīng)用情況良好，在相關(guān)規(guī)范標準中也允許采用耐火極限不低于2 h的非金屬內(nèi)浮頂，其浮盤耐火試驗達到浮頂在模擬儲罐內(nèi)部浮頂上方氣相空間發(fā)生爆炸事故以及在模擬內(nèi)浮頂密封圈和局部著火試驗條件下，浮頂不沉沒、不失效、整體結(jié)構(gòu)保持完好且能連續(xù)覆蓋液面。

浮盤的設(shè)計范圍取決于存儲產(chǎn)品，化學(xué)抗性，抽運率以及其他附屬設(shè)備等。為實現(xiàn)無縫結(jié)構(gòu)，浮盤在罐內(nèi)制作，所有制作材料通過標準的24英寸人孔進入。制作新型復(fù)合材料浮盤，只能使用優(yōu)質(zhì)乙烯酯，根據(jù)不同的介質(zhì)，采用不同的化學(xué)配方模式?！叭髦巍辈Ａт摳”P由多層復(fù)合材料構(gòu)成（圖1），包含一個蜂窩核心材料，夾在玻璃纖維層中間，該浮盤主要由玻璃鋼和PP蜂巢式核心板組成，整體浮盤無拼接，無縫隙，可以保證浮盤的零泄漏，浮盤平貼在油面上，與液面形成全接觸狀態(tài)，沒有油氣揮發(fā)空間。

圖1 全接液玻璃鋼浮盤結(jié)構(gòu)示意

玻璃鋼是一種新型材料，具有耐腐蝕、強度高等特點，不僅堅固耐用、抗沖擊能力強，具有可靠的安全性能，而且很好地起到了火災(zāi)預(yù)防的效果。玻璃鋼浮盤采用的玻璃鋼和核心板均具有較好的強度，與其他浮盤相比強度更高，收付油過程中穩(wěn)定性更好，更能保證浮盤底部無氣體空間，可有效阻絕油汽揮發(fā)。浮盤密封選用全補償氣密性一級膜密封；密封裝置補償大于±100 mm環(huán)向空間間隙尺寸偏差，具有良好的密封性能[2]，儲存介質(zhì)的蒸汽壓力PV將主膜壓緊在整個接觸板上，因此，將罐殼和全接觸板之間的距離減少，提高其密封性能。

目前市場上普遍采用裝配式內(nèi)浮頂，主要有鋁或不銹鋼制井字形、三角形、浮箱式（全浸液蜂巢、空箱、槽盆）和現(xiàn)場整體澆注玻璃鋼內(nèi)浮頂?shù)龋ū?），其中浮筒式內(nèi)浮盤市場占有率達到99%以上，2015年規(guī)定了石油煉制工業(yè)企業(yè)及其生產(chǎn)設(shè)施的水污染物和大氣污染物排放限值、監(jiān)測和監(jiān)督管理要求，各煉油企業(yè)通過對浮盤進行VOCs治理改造來滿足120 mg/m3的排放限值要求。

表1 內(nèi)浮盤性能比對

3 浮盤高效密封的應(yīng)用

浮盤密封圈目前主要分為舌形密封+囊式密封和彈性全補償性密封兩種密封形式。舌形密封密封帶斷面尺寸一般為兩種：310 mm×12 mm×5 mm和310 mm×8 mm×3 mm，密封帶厚的一邊固定在浮盤邊緣，薄的一邊貼在罐壁上，靠密封帶自身與罐壁的壓力實現(xiàn)密封。囊式密封帶厚度1～1.5 mm，內(nèi)包聚氨酯泡沫，利用泡沫的壓縮回彈力使密封帶貼緊罐壁，實現(xiàn)密封。舌形密封+囊式密封能夠充分彌補罐體直接偏差和局部缺陷，一般儲罐囊式密封帶采用海綿封圈外覆PU（復(fù)合聚氨酯）材料，使用壽命達到6年以上，舌形密封密封帶選用XPE（有伸縮彈性的聚乙烯發(fā)泡材質(zhì)）。也可以根據(jù)儲罐適用介質(zhì)選用丁晴橡膠、氟橡膠或三元乙丙橡膠等密封材質(zhì)，此種密封形式可以滿足儲罐±100 mm直徑偏差。

彈性全補償性密封材質(zhì)壓板為不銹彈簧鋼，內(nèi)置阻燃材料進行密閉，使用壽命可達20年。密封與罐壁貼合緊密，一次密封伸入到液面以下，對儲罐變形引起的浮盤邊緣補償量為-X～3X，根據(jù)變量X值不同，全補償儲罐形變，有效阻絕油氣通過罐壁處泄漏。同時適用罐壁3 cm內(nèi)凸起，儲罐罐壁平整度對密封沒有任何影響。由于其全補償性也解決了浮盤本體與罐壁之間的靜電導(dǎo)出問題。

4 結(jié)語

本綜合解決方案針對現(xiàn)有浮盤存在的泄漏問題進行綜合治理，可以通過全接液浮盤設(shè)計理念，鋁制浮盤、不繡鋼浮盤、玻璃鋼浮盤的配合選用合理的膜密封，均可以實現(xiàn)降低油氣揮發(fā)。此外，新型材料的選用等附屬設(shè)施的密封技術(shù)改進，使得浮盤性能更好，大幅度降低VOCS，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。