李 松，駱培新，劉超鋒

（1. 武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430223； 2. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院過程裝備系，河南 鄭州 450002）

20 000 m3兩段式橡膠膜型干式氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其事故防范

李 松1，駱培新1，劉超鋒2

（1. 武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430223； 2. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院過程裝備系，河南 鄭州 450002）

以煉油廠用的儲氣量為20 000 m3兩段式橡膠膜型干式氣柜為例介紹橡膠膜型干式氣柜的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的事故隱患，并對在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題進(jìn)行了細(xì)致的討論。

橡膠膜；干式氣柜；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

煉油廠低壓尾氣的流量和壓力一般隨裝置操作的調(diào)整而劇烈波動，且大多數(shù)尾氣不能直接回收利用，常通過火炬系統(tǒng)燃燒后排放到大氣中，既污染環(huán)境又浪費(fèi)了能源。因此如何合理有效的利用這部分能源，節(jié)能降耗，增加經(jīng)濟(jì)效益，便成為近年來煉油廠挖潛增效的的主要途徑之一。氣柜的主要作用便是回收、儲存低壓尾氣，并通過壓縮機(jī)將低壓尾氣增壓后送至高壓燃料氣系統(tǒng)，以調(diào)整燃料氣系統(tǒng)壓力平衡和需求波動，保證各燃?xì)庋b置的正常運(yùn)行，同時(shí)將低壓尾氣回收利用，實(shí)現(xiàn)了煉油廠節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的目的，提高了社會效益[1，2]。

氣柜的結(jié)構(gòu)根據(jù)儲氣容量的不同分為一段式和兩段式氣柜。氣柜按其密封結(jié)構(gòu)的不同分為濕式和干式兩大類。干式氣柜又分為稀油密封型、干油密封型和橡膠膜密封型三類。橡膠膜型干式氣柜（以下簡稱氣柜）又稱為卷簾型干式氣柜，它在運(yùn)行中具有無潤滑油消耗、無動力消耗、無人看管、活塞升速高、安全可靠性高、使用壽命長以及密封結(jié)構(gòu)更合理等特點(diǎn)[3]。但是，橡膠膜型干式氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，操作不當(dāng)，都會有事故隱患。以目前煉油廠較為常用的儲氣量為20 000 m3兩段式橡膠膜型干式氣柜為例來進(jìn)行討論。

氣柜的主體結(jié)構(gòu)由外側(cè)板（即壁板）、抗風(fēng)桁架、柜頂系統(tǒng)、通風(fēng)帽、活塞系統(tǒng)、活塞架、T圍欄、密封裝置、調(diào)平系統(tǒng)、放散系統(tǒng)和柜容指示等部分組成。如圖1。

圖1 兩段式橡膠膜型干式氣柜示意圖Fig.1 The diagram of the dry gas holder with rubber seal

氣柜在未進(jìn)氣時(shí)，活塞落在柜底板上，橡膠密封膜全部處于自然垂落狀態(tài)，該狀態(tài)可有效減少柜內(nèi)死空間，保證氣柜容積。當(dāng)有燃料氣由進(jìn)氣口進(jìn)入柜內(nèi)時(shí)，下段密封膜和活塞在氣體壓力的作用下開始提升，當(dāng)活塞上升至T擋板位置時(shí)，此為第一段儲氣狀態(tài)。當(dāng)氣柜繼續(xù)進(jìn)氣，活塞開始帶動放置在T圍欄架臺上的T圍欄一起提升，當(dāng)T圍欄和活塞上升至最高位置時(shí)，上下兩段密封膜被完全拉直，氣柜儲氣量達(dá)到最大值[2]，此時(shí)繼續(xù)進(jìn)氣則會觸發(fā)自動放散裝置，進(jìn)行自動放散，保護(hù)氣柜的安全。在氣柜排氣時(shí)，T圍欄、活塞和橡膠膜發(fā)生與上述相反的動作。

1 橡膠膜型干式氣柜的設(shè)計(jì)

氣柜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 氣柜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 The main design parameters of the gas holder

1.1 底板、側(cè)板、柜頂設(shè)計(jì)

氣柜的底板、側(cè)板和柜頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)與一般大型儲罐的罐體結(jié)構(gòu)類似。但是，以下幾點(diǎn)應(yīng)予注意：

（1）底板的敷設(shè)方式、順序及焊接程序要有利于抑制焊后收縮、邊位和柜內(nèi)冷凝水的順利排出[3]。

（2）側(cè)板可分為上部呼吸系統(tǒng)和下部儲氣部分，下部儲氣部分應(yīng)保證氣密性良好，不得漏氣。側(cè)板間的焊接推薦采用搭接焊，以保證側(cè)板焊后成型。

（3）側(cè)板外沿柜體圓周均布有根據(jù)柜體直徑不同而型號不等的H型鋼立柱，通過角鋼與側(cè)板連接，起到抗風(fēng)、抗震，增強(qiáng)柜體穩(wěn)定性的作用。常用的立柱與側(cè)板的連接型式有兩種。

1）立柱距側(cè)板有150 mm左右的距離，通過分別焊接在立柱翼板和氣柜側(cè)板上的加強(qiáng)角鋼連接起來。此時(shí)氣柜側(cè)板排板的縱向焊接接頭分布在立柱左右兩側(cè)，如圖2。

該結(jié)構(gòu)在側(cè)板縱向焊接接頭氣密性檢測時(shí)較為方便直觀，較易察覺隱藏泄漏點(diǎn)，且立柱遠(yuǎn)離壁板為立柱地腳螺栓座的安裝提供了空間。缺點(diǎn)是安裝對施工要求較高，側(cè)板成型變形量、立柱安裝傾斜度等需要施工單位嚴(yán)格控制，且連接角鋼和側(cè)板加強(qiáng)角鋼的連接也是很大的工作量。

2）氣柜側(cè)板直接焊接在立柱翼板上，此時(shí)側(cè)板排板的縱向焊接接頭布置在H型鋼翼板的正中位置，如圖3。該結(jié)構(gòu)減少了連接角鋼和側(cè)板加強(qiáng)角鋼連接的工作量，且側(cè)板和立柱可在地面分塊預(yù)制后吊裝安裝，降低了現(xiàn)場施工難度；分塊的側(cè)板兩側(cè)有立柱固定，使側(cè)板成型變形量變得容易控制，提高了制造精度。但是側(cè)板縱向焊接接頭在立柱翼板中間，使得側(cè)板氣密性檢測不易直觀的發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，加大了檢測工作量；立柱地腳螺栓座的安裝也相應(yīng)采用埋入土建基礎(chǔ)或緊貼側(cè)板外壁的結(jié)構(gòu)，給螺栓安裝造成一定困難。

圖2 螺栓連接結(jié)構(gòu)Fig.2 Bolted structure

圖3 焊接結(jié)構(gòu)Fig.3 Welded structure

1.2 活塞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

活塞系統(tǒng)主要包括活塞板、活塞擋板及臨時(shí)活塞支柱?；钊到y(tǒng)是整個(gè)氣柜設(shè)計(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)良好的活塞系統(tǒng)尤其在氣柜的檢修過程中更能體現(xiàn)出省時(shí)，省人工的優(yōu)勢。

目前國內(nèi)氣柜設(shè)計(jì)中主要采用的活塞系統(tǒng)[3]有以下兩種結(jié)構(gòu)：

（1）活塞板是下表面無剛性梁支撐的柔性結(jié)構(gòu)，單純的由鋼板鋪設(shè)而成。活塞周邊設(shè)一圈活塞擋板，用于盛裝混凝土配重、架設(shè)活塞環(huán)梁支撐和下部密封結(jié)構(gòu)用波形板?；钊迳祥_設(shè)121個(gè)（2 000 m3氣柜）活塞支柱套筒，以便在安裝或檢修時(shí)利用活塞支柱支撐住活塞板，方便活塞板下部施工?；钊е惭b時(shí)需要施工人員在進(jìn)氣狀態(tài)下逐個(gè)打開支柱套筒上的法蘭蓋，再安裝上帶有法蘭蓋的活塞支柱。因?yàn)榛钊逵幸欢ㄐ倍?，活塞支柱在安裝時(shí)具有方向性與唯一性，需逐個(gè)對準(zhǔn)不得出現(xiàn)差錯(cuò)。檢修完成后又需要逐個(gè)拆除，并重新用法蘭蓋密封。該過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效率不高。

（2）活塞板為下表面有剛性梁支撐的剛性結(jié)構(gòu)。此時(shí)支撐活塞的立柱數(shù)量就可由121個(gè)縮減為只保留周邊的36個(gè)，大大降低了檢修的人工和時(shí)間成本，提高了檢修效率。

1.3 圍欄

T圍欄放置在T圍欄架臺上，與上段密封膜一起構(gòu)成了氣柜的第二段密封結(jié)構(gòu)。

在T圍欄的上下兩段均安裝有外圈粘結(jié)有橡膠層的導(dǎo)輥，其目的是防止T圍欄在升降時(shí)由于歪斜而發(fā)生與側(cè)板內(nèi)壁的撞擊，使其平穩(wěn)升降從而保護(hù)密封膜不被擠壓損壞。

1.4 調(diào)平系統(tǒng)

調(diào)平系統(tǒng)主要包括調(diào)平配重、導(dǎo)向輪、調(diào)平支架和連接鋼絲繩等。調(diào)平裝置共4組，布置在柜頂圓周上，通過鋼絲繩一端連接調(diào)平配重，另一端連接在活塞板上，使兩端的鋼絲繩張力始終保持相等，從而起到自動調(diào)整活塞升降時(shí)的水平狀態(tài)。

調(diào)平裝置為了保持活塞能夠均勻水平的升降，其連接鋼繩上各點(diǎn)須在軸向、切向受力平衡。若受力不均，且不能及時(shí)矯正，結(jié)果會導(dǎo)致活塞在柜內(nèi)扭轉(zhuǎn)偏斜，影響活塞運(yùn)動甚至擠壞橡膠膜、撞壞柜內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)[4]。

1.5 放散系統(tǒng)

放散系統(tǒng)主要包括放散管、阻火器和放散閥等。氣柜的放散方式有以下兩種，且同時(shí)設(shè)置在柜體上：

（1）自動放散，即通過柜體的自身運(yùn)行打開放散閥的放散方式。其原理是當(dāng)活塞達(dá)到其有效行程時(shí)，T圍欄便與柜頂?shù)?套頂桿接觸，活塞及T圍欄繼續(xù)上升時(shí)，頂桿隨其一起上升。頂桿垂直上升的距離再通過柜頂定滑輪傳送到放散閥桿，使其也同時(shí)上升，當(dāng)活塞達(dá)到最大行程時(shí)，放散閥自動打開[4]。

（2）手動放散，主要用于氣柜檢修時(shí)殘存氣體的吹掃。通過設(shè)置在氣柜底部的手動卷揚(yáng)機(jī)、柜壁、柜頂?shù)幕喖跋尬粚?dǎo)向裝置等，通過手動卷揚(yáng)機(jī)卷繞的鋼繩長度轉(zhuǎn)化為放散閥桿的上升距離，從而完成手動放散的過程[4]。

1.6 密封裝置

密封裝置主要包括橡膠密封膜、波紋板、側(cè)板密封角鋼、活塞板和T圍欄密封槽鋼及密封緊固件等。密封裝置中的橡膠密封膜是氣柜設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

橡膠密封膜應(yīng)根據(jù)氣柜儲氣介質(zhì)的成分含量不同而采用不同材料，要求橡膠密封膜內(nèi)外層均具有耐介質(zhì)腐蝕、耐老化、耐油、耐水、氣密性好等特點(diǎn)，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、良好的彈性、范圍較廣的使用溫度范圍等性能。目前常用的有丁腈橡膠（NBR）和氫化丁腈橡膠（HNBR），其中氫化丁腈橡膠的抗H2S、苯介質(zhì)腐蝕性能更強(qiáng)，使用壽命較長。橡膠密封膜的理化性能指標(biāo)和檢驗(yàn)方法[5]可參看HG/T4074-2008《貯氣柜用橡膠密封膜》。

波紋板和密封緊固件等部件均應(yīng)經(jīng)過鍍鋅處理（有條件的可采用不銹鋼），增強(qiáng)抗腐蝕能力，延長使用壽命。

1.7 氣柜的防腐

氣柜的防腐主要分為接觸介質(zhì)部分和不接觸介質(zhì)部分兩類。

（1）接觸介質(zhì)部分的防腐：與介質(zhì)接觸部分主要包括側(cè)板密封角鋼以下的氣柜內(nèi)壁，氣柜底板上表面、活塞底板的下部、T圍欄架臺、T圍欄底板的下表面等。一般采用氣柜用環(huán)氧玻璃鱗片防靜電類防腐涂料。

（2）不接觸介質(zhì)部分的防腐：除（1）以外的均可認(rèn)為是不接觸介質(zhì)部分，但根據(jù)部位不同仍有少許差別，此為一般鋼結(jié)構(gòu)防腐，這里不再細(xì)分。該部分一般采用環(huán)氧富鋅類底漆、環(huán)氧云鐵類中間漆及高氯化聚乙烯類面漆防腐涂料。

由于氣柜所儲尾氣中還有大量硫化氫、氫氣、甚至一定含量的苯等，對鋼材有很強(qiáng)的腐蝕性，因此氣柜防腐對氣柜長期有效的運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，很多關(guān)于氣柜泄漏的事故都是由于防腐不到位而引起的，需要引起特別重視。

2 橡膠膜型干式氣柜運(yùn)行事故防范

氣柜在日常運(yùn)行過程中，需要定期檢修及維護(hù)，以減少或杜絕下列事故隱患的發(fā)生：

（1）橡膠密封膜破裂或排凝管閥門損壞導(dǎo)致氣體大量泄漏[1]；

（2）調(diào)平裝置或放散裝置滑輪部位銹蝕或卡死，導(dǎo)致不能及時(shí)調(diào)平或放散；

（3）氣柜高度過高或過低時(shí)，仍然在進(jìn)氣或抽氣；

（4）氣柜區(qū)域可燃?xì)怏w報(bào)警儀表失效。

氣柜的防范措施是：

（1）定期對氣柜外接閥門進(jìn)行監(jiān)測是否有漏氣現(xiàn)場，如有異常應(yīng)立即停氣處理；密封膜在檢修時(shí)應(yīng)著重檢查褶皺易被腐蝕部位，如有泄漏需修補(bǔ)完好，或者更換新密封膜。

（2）應(yīng)定期給調(diào)平裝置和放散裝置滑輪及鋼絲繩加注適量的潤滑油，確保運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。檢查調(diào)平裝置鋼絲繩松緊度是否一致，不一致時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整，避免造成活塞傾斜量過大。

（3）設(shè)置高高、低低液位警報(bào)儀表，還應(yīng)在氣柜運(yùn)行時(shí)注意觀察儀表數(shù)據(jù)及現(xiàn)場直觀指示數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)冒頂及抽真空事故的發(fā)生。

3 結(jié) 論

橡膠膜型干式氣柜在煉油廠的應(yīng)用，回收低壓尾氣，降低了能耗，減少污染的排放，為煉油廠提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

橡膠膜型干式氣柜是一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜、操作條件嚴(yán)格的儲氣設(shè)備。設(shè)計(jì)時(shí)要尤其注意結(jié)合實(shí)際，要求不但能保證氣柜的安全穩(wěn)定性，還應(yīng)考慮在實(shí)際生產(chǎn)中的可操作性和經(jīng)濟(jì)性。在以后的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）氣柜鋼結(jié)構(gòu)材料的消耗量與投產(chǎn)后維護(hù)成本的衡量。以氣柜活塞板的兩種結(jié)構(gòu)為例，柔性結(jié)構(gòu)比剛性結(jié)構(gòu)要少消耗約十幾噸鋼材，但在投產(chǎn)后的運(yùn)行維護(hù)中增加了檢修成本，長期比較剛性結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性更好。

（2）氣柜有效空間的利用。如氣柜立柱與側(cè)板的兩種連接型式，圖3結(jié)構(gòu)即可節(jié)省部分場地空間或在保證柜容的前提下，將柜體外部構(gòu)件移至柜內(nèi)，也可增加柜體外部的可利用空間。

（3）氣柜結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。目前氣柜在國內(nèi)煉油廠已經(jīng)呈現(xiàn)出大面積應(yīng)用的態(tài)勢，但氣柜所采用的結(jié)構(gòu)已經(jīng)沿用將近十幾年，對現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)來說還有很大的創(chuàng)新改進(jìn)空間，希望廣大設(shè)計(jì)、操作人員不斷創(chuàng)新，使氣柜的應(yīng)用更經(jīng)濟(jì)、更安全。

［1］ 趙鳳翔,李宗林.卷簾型干式氣柜在瓦斯回收系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2006,26(3):56-58．

［2］ 申麗萍. 煉油廠低壓瓦斯氣回收系統(tǒng)干式氣柜的安全設(shè)計(jì)[J].石油化工設(shè)計(jì),2009,26(3):62-64．

［3］ 谷中秀.橡膠膜型干式煤氣柜[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010-07．

［4］ 席高平,鄭軍.提高干式氣柜回收瓦斯的平穩(wěn)性和安全性[J].石油化工安全技術(shù),2006,22(2):49-52;7．

［5］ 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.HG/T4074-2008:貯氣柜用橡膠密封膜[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

Design and Maintenance of 20 000 m3Dry Gas Holder With Rubber Seal

LI Song1，LUO Pei-xin1，LIU Chao-feng2
（1. Wuhan Jinzhong Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Hubei Wuhan 430223，China；2. Zhengzhou University of Light Industry, Henan Zhengzhou 450002，China）

Taking 20 000 m3dry gas holder with rubber seal for the refinery as an example, characteristics and design points of the dry gas holder with rubber seal were introduced as well as potential accidents during running. And attentive problems in the design were discussed.

Rubber seal; Dry gas holder; Design; Innovation

TQ 051

： A

： 1671-0460（2014）04-0614-03

2013-09-13

李松（1985-），男，河北石家莊人，工程師，2008年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，從事石油化工壓力容器設(shè)計(jì)工作。E-mail：snowch@126.com。