浅议几种常见密封在浮顶罐中的应用

浅议几种常见密封在浮顶罐中的应用,油品的蒸发损耗主要分为大呼吸损耗和小呼吸损耗；收发油作业过程中产生的损耗叫大呼吸损耗：当收油时，随着油面的上升，罐内气体空间被压缩，混合气体溢出罐外，产生蒸发损耗；发油时，随着液面的下降，罐外新鲜的空气被吸入罐内，罐内油品蒸汽浓度下降，促使液面的加速蒸发。停止发油时，随着蒸发的继续进行，罐内压力又不断提升，最终导致“回逆呼出”造成损失。小呼吸损耗是指罐内物料处于静止状态时，由于温度的变化，导致罐内混合气压力改变和油面的蒸发造成的损失。,蒸发损耗的主要类型,影响蒸发损耗的因素,影响蒸发损耗的因素有很多，归纳起来主要有如下几个方面：,油品的性质不同的油品，由于轻组份含量不同，挥发性各异，蒸发速度差别很大。储存温度储存温度越高，分子平均动能就越大，同时温度的升高也增大了液体的比容，拉大了分子间距，分子间的引力相应减弱，分子溢出液面的能力增强，蒸发损耗也随之增加。液体自由表面积自由表面积越大，液体分子逸入气相的机会就越多，蒸发速率就越大。与拱顶罐相比，浮顶油罐能大大降低蒸发损耗，正是基于这一原理。气相中蒸汽的浓度油蒸汽的浓度越低，分子逸出液面的几率就越高，直到达到饱和为止，此时从液面逸出的分子与被液面捕获的分子相当，只要平衡不被打破，蒸发损耗将不在发生。液面的压力液面的压力越高，分子逸出液面越困难，同时逸出的分子被液面捕获的概率也越高，蒸发损耗越小。气相空间的大小特别是对于拱顶罐，装满系数较低时的损耗远大于满罐时的损耗。,浮顶油罐损耗机理前言,浮顶油罐的浮盘直接漂浮在油面上，随着液位的变化移动，因此液体的自由表面积较小，而且气相空间体积相对恒定，降低了油品的蒸发损耗（对于挥发性较强的油品，浮顶罐相较于拱顶罐能减少蒸发损耗90%以上）。但是，由于浮顶外缘环板与罐壁之间存在环形空间，尽管环形空间中设有密封装置，但依然存在蒸发的可能，构成了浮顶罐的主要损耗源。此外，浮顶其他部位也可能与大气相同，构成蒸发空间。浮顶油罐损耗包括静止储存损耗和收发油损耗。,浮顶油罐损耗机理静止储存损耗机理及计算公式,造成浮顶罐静止储存损耗的原因很多，其中最主要的是由于环境中风的作用使环形气相空间产生强制对流带来的损耗，当风流过浮顶罐顶部时，迎风面罐壁内侧区域会形成负压区，背风面罐壁内测区域会形成正压区，空气从正压区域穿过密封进入环形气相空间，沿途不断与油面接触，成为饱和蒸汽后，从负压区逸出，造成损耗；另外，如果密封和罐壁之间存在缝隙，流动的风就会在缝隙内产生涡流，使新鲜空气进入气相空间，将低了油蒸汽的浓度，加速了液面的蒸发。,浮顶油罐损耗机理静止储存损耗机理及计算公式,美国石油学会推荐的内浮顶罐损耗公、式与上述公式大体类似，只不过是在考虑、浮顶边圈气相间的静止罐损耗基础上，还对浮顶附件等对损耗的影响进行了考虑，在这里不再介绍。从上述公式可以看出，风致损耗除了与储罐的结构形式（内浮顶、外浮顶）、风速有关以外，还与油罐的密封形式、罐壁的凸凹不平程度密封与罐壁间隙、密封与罐壁垂直接触面高度以及气相空间的大小等有关。除了风致损耗以外，由于油气的热膨胀和气压的改变导致油气从罐内排出，也是静止罐损耗的一个因素。静止损耗除了与储存环境、储存介质的性质有关外，最主要的影响因素是密封系数，与密封的结构形式直接相关。,根据上述损耗机理，在理论推导的基础上，美国石油学会推荐的外浮顶罐的静止储存损耗的计算公式为：,浮顶油罐损耗机理收发油损耗机理及计算公式,当浮船在起浮高度以下进行收发油作业时（比如储罐初次投用或进行抽罐底作业），其损耗机理类似与拱顶罐的“大呼吸”损耗；当浮顶完全起浮后，收油作业期间，环形气体空间的体积不发生变化，其损耗类似于静止罐储存损耗；进行付油作业时，除了发生上述损耗以外，随着油面的下降，粘附在罐壁上的残油暴漏在空气中迅速气化，由此引起“发油损耗”或称之为“粘附损耗”。,浮顶油罐损耗机理收发油损耗机理及计算公式,这种损耗同油品的粘度、罐内壁的粗糙程度、密封装置对罐壁的压紧程度、年周转量，以及发油作业期间裸露的罐壁面积等有关。,针对这种损耗，美国石油学会在实测的基础上给出了建议计算公式：,几种常见的一次密封,尽管由于浮顶（盘）的存在极大地降低了原油的蒸发损耗，但为了建造和运行的需要，在浮顶外缘环板和罐壁之间存在一个环形间隙，成为了浮顶罐的主要损耗源，这种损耗不但会造成油品数量的减少、质量的降低，而且也不利于储罐的安全运行。为了减少环形空间造成的蒸发损、耗，需采用各种密封装置对这部分空间进行有效的密封。目前，常用的一次密封主要有：机械密封、囊式密封、舌形密封与充液密封。,几种常见的一次密封-机械密封,密封原理：机械密封主要由金属滑板、压紧装置和橡胶织物三部分组成，金属滑板在压紧装置的作用下随浮船紧贴罐壁滑行，在金属滑板与浮船外边缘板上端以橡胶纤维织物相连，将环形气相空间与大气隔绝，根据压紧结构的不同，机械密封又分为重锤式机械密封、弹簧式机械密封和炮架式机械密封。优缺点：无论何种形式的机械密封，都没有从根本上消除气相空间，因此其优缺点非常明显，优点是滑板不易磨损，使用寿命长，缺点是加工、安装难度大，对罐体几何形状如罐壁椭圆度、垂直度等要求高，容易出现密封不严的情况，油气损耗大，近年来，这种密封已经逐步淘汰。,几种常见的一次密封-机械密封,几种常见的一次密封囊式密封,密封原理：囊式密封主要有橡胶密封袋、弹性元件以及固定部件组成，弹性元件多为发泡的聚氨酯类物质，如聚氨酯海绵等，这种密封靠弹性元件压紧罐壁，达到密封要求。优缺点：囊式密封对罐壁的椭圆度，垂直度要求相对较低，浮顶（盘）运行比较灵活，密封效果较机械密封为好。其缺点是耐磨性较差，容易破损，对罐壁的光滑度要求较高，同时，随着使用时间的延长，弹性元件容易发生塑形形变，密封效果将逐步降低。使用寿命相对较短，一般为68年，根据安装位置的不同，弹性填料密封又可以分为气托式密封和液托式密封两种，气托式密封的密封袋悬于油面之上，不容易老化，但密封装置与液面之间存在气相空间，蒸发损耗偏大；液托式密封的密封袋浸没在油品中，其密封效果优于气托式密封。胜利炼油厂的原油储罐大多采用的囊式填料密封就属于液托式弹性填料密封。,几种常见的一次密封舌形密封,密封原理：舌形带密封安装在浮顶边缘板上，由于舌形带的弹性与罐壁作滑动接触，利用自身的刚性或者机械方法将密封推向罐壁，形成密封。优缺点：相较于囊式密封，舌形密封安装方便，能够随浮顶运动方向的改变而发生翻转，不容易磨损，阻力较小，运动灵活，使用寿命较长，同时有效避免了囊式密封带破损油品进入囊中造成浮盘倾斜或沉没现象的发生；但舌形密封由于气相空间的存在，油气蒸发损耗较大，密封效果不如囊式密封，特别是对大型储罐。而且当油品流速过快或者压力较大时，容易溢出到浮盘之上。,几种常见的一次密封,囊式密封舌形密封,几种常见的一次密封管式充液密封,密封原理：管式充液式一次密封主要由橡胶耐磨吊带、橡胶软管及填充液体组成。耐磨吊带通过顶、底压板沿圆周安装，充液软管由耐磨吊带漂浮于浮顶外边缘板与罐壁环形空间的油品上。优缺点：橡胶耐磨吊带由增强材料及合成橡胶加工而成，充液软管也是有合成材料制作而成，具有高耐磨、耐老化、抗渗透性强等特点，软管中填充约60%的液体，通常为煤油、汽油或者是盐水，充液管与罐壁接触高度约为200mm。当浮盘横向偏移或者升至变形位置时，罐壁与浮盘间距较小位置处充液管受到挤压，填充的液体向环形间距大的位置流动，充液管也随着罐壁形状的变化而改变，整套密封始终漂浮在油面上，并与罐壁始终保持良好的接触。管式充液式密封操作温度范围在-18至75，密封效果非常理想，对储罐变形的适应能力较强。当然这种密封也存在一定的缺陷，如填充盐水时耐低温性能差，北方非加温储罐不宜选用，填充煤油时虽克服了这一缺点，但也增加了油罐检维修的安全因患。,二次密封在浮顶罐中的应用,为了增强密封效果，进一步降低蒸发损耗，通常在一次密封的基础上增设二次密封，二次密封主要有承压板、气体阻隔摸、橡胶滑动片等组成，橡胶滑动片在承压板作用下，紧贴罐壁形成密封，既防止了油气泄漏，又阻止了雨水向罐内渗漏。气体阻隔摸在承压板的保护下环绕在浮盘与罐壁的环形空间上，很好的阻隔了一次密封泄漏的油气，有效阻止了蒸发损耗，此外，二次密封对一次密封还能起到很好的保护作用。根据前文介绍的外浮顶罐静止损耗的计算公式，临淄地区年平均风速取2.5m/s，不同密封的损耗如下表。,从上述计算结果可以看出，使用二次密封后，蒸发损耗降低了50以上，根据有关文献资料，当管式充液密封与二次密封相结合对储罐进行双重密封式时，其蒸发损失仅为普通填料密封加挡雨板的1/4。,管式充液密封二次密封,几种常见的密封,我厂浮顶罐密封的使用情况,内浮顶罐：我厂成品汽油罐区大多储罐使用的是舌行密封，根据密封带的材质分为氟橡胶舌行密封和丁晴橡胶舌形密封，氟橡胶舌行密封抗老化、耐硫化氢的能力较强，使用寿命也比丁晴橡胶舌形密封要长，但价、格偏高（约为丁晴橡胶舌形密封的23倍），两者在密封性能上不相上下。从使用效果看，这种密封比较理想，基本能满足要求。我厂14台储罐近十年来，共出现两次密封问题：一次是402罐丁晴橡胶舌形密封在寿命周期内老化断裂，后来对其进行了更换，目前使用正常；另一次是单独接收拔头油时，由于该油种中C4、C5含量较高，无法进行有效密封（当压力较高时，舌形密封效果较差），造成储罐周边可燃气体报警仪报警，后来与其它油种混输后，才恢复正常。,我厂浮顶罐密封的使用情况,密封类型及检测数据,我厂浮顶罐密封的使用情况,外浮顶罐：我厂原油罐区使用的一次密封有三种型式：机械密封、囊式密封、管式充液密封（非加温储罐填充的是煤油，加温储罐填充的是盐水），并且绝大多数储罐都有二次密封(国内原油002#罐为挡雨板）。囊式一次密封图例管式充液一次密封图例,我厂浮顶罐密封的使用情况,二次密封外观图挡雨板外观图,我厂浮顶罐密封的使用情况,从近年来的使用情况看，外浮顶罐加装了二次密封后，密封效果都比较理想，通过便携式可燃气体检测仪对二次密封外可燃气体进行检测，结果均为零，检测数据如下：,我厂浮顶罐密封的使用情况,为了进一步考查一次密封的密封效果，我们打开二次密封进行了检查：发现机械密封的橡胶纤维组织损毁比较严重，油面清晰可见，经检测一二次密封间可燃气体浓度高达9%，囊式一次密封大都比较完好（2009年，032#罐因罐体变形严重，导致密封撕裂，填充物掉入罐内，损毁段二次密封外可燃气体浓度严重超标，目前该罐已更换为管式充液式密封），一二次密封间可燃气体浓度为03%不等（002#罐为3%，介质为污油，组成比较复杂），管式充液式密封一二次密封间可燃气体浓度为0，正是基于充液式密封良好的密封效果，3月份，我们在筛选接收伊朗南帕斯凝析油储罐时，充分考虑到该油种轻组份、硫化氢含量高，挥发性强的特点，有针对性的选