江光義

（中石化安慶分公司，安徽安慶246002）

石油化工企業(yè)液態(tài)介質(zhì)原料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品等均采用儲(chǔ)油罐儲(chǔ)存。油品在儲(chǔ)存過(guò)程中，造成油品損耗的主要原因是罐內(nèi)氣體產(chǎn)生的大小呼吸損耗。為減少介質(zhì)存儲(chǔ)損失，國(guó)內(nèi)廣泛采用鋁質(zhì)浮筒式浮盤和鋁質(zhì)浮箱式浮盤，密封形式采用機(jī)械彈性密封或囊式填充密封技術(shù)，但不能有效解決密封泄漏問題。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)，在石油儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，常壓儲(chǔ)罐所產(chǎn)生的油品蒸發(fā)損耗占油品儲(chǔ)運(yùn)及煉化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程總損耗量的60%以上。油氣蒸發(fā)損耗不僅給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)產(chǎn)生安全隱患，還會(huì)造成環(huán)境污染。2017年6月生效的新《環(huán)境保護(hù)法》，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的排放指標(biāo)有嚴(yán)格的規(guī)定，排放氣體中非甲烷總烴含量不大于120 mg/m3。根據(jù)《石油行業(yè)VOCs污染源排查指南》，現(xiàn)有的儲(chǔ)罐無(wú)組織排放已經(jīng)不能滿足法律要求，為達(dá)標(biāo)排放，急需實(shí)施儲(chǔ)罐VOC治理。因此，石化企業(yè)儲(chǔ)罐高效浮盤改造具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和安全環(huán)保效益。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 非全接液浮盤技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐廣泛采用浮筒式非全接液浮盤，浮筒式浮盤甲板與浮桶間存在油氣空間。由于油氣容易竄流逸散，形成“氣液轉(zhuǎn)換”條件，產(chǎn)生大量油氣，大量油氣通過(guò)浮盤零部件不密封處泄漏出去，最后散逸到空氣中；非全接液浮筒式浮盤下方有85%左右的揮發(fā)面積（浮筒僅能覆蓋15%左右），因此，損耗量極大，同時(shí)，油氣空間也存在安全隱患。主要有以下缺點(diǎn)：

（1）浮筒式浮盤非全接液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，造成浮盤零部件及附件存在大量泄漏點(diǎn)，最后散逸到空氣中，形成大量油氣揮發(fā)。

（2）浮筒式浮盤結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)構(gòu)弱，易損壞，最終造成浮盤損壞。浮盤壽命一般5年左右。浮筒式容易揮發(fā)，造成變形損壞。

（3）帶通風(fēng)孔結(jié)構(gòu)的浮頂罐，VOCs揮發(fā)損耗大于拱頂罐，且存在爆炸、著火風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 浮盤邊緣密封技術(shù)現(xiàn)狀

浮盤邊緣密封主要有以下幾種類型：囊式密封、機(jī)械鞋型密封、刮板式密封、全補(bǔ)償氣密性密封等結(jié)構(gòu)[1]。幾種典型的浮盤邊緣密封適用儲(chǔ)罐變形的范圍如圖1。

圖1 幾種浮盤密封形式

1.2.1 機(jī)械鞋型密封技術(shù)

機(jī)械鞋型密封通過(guò)金屬滑板與罐壁滑動(dòng)接觸，每塊滑板相互搭接，滑板部分鑲嵌于油面下；滑板通過(guò)浮盤邊緣的支撐彈簧機(jī)構(gòu)連接，油氣隔膜將浮盤與滑板密封，形成密閉油氣空間，實(shí)現(xiàn)浮盤密封。

主要缺點(diǎn)：

（1）機(jī)械密封的鋼滑板最大調(diào)整范圍±125 mm，適應(yīng)浮盤邊緣環(huán)形間距變形范圍小。

（2）密封滑板與罐壁間存在縫隙，易形成火花放電條件。

（3）機(jī)械密封滑板與浮盤間采用橡膠密封帶密封，當(dāng)油罐爆燃時(shí)易成為助燃物。

1.2.2 充液囊式密封技術(shù)

充液囊式環(huán)向密封因內(nèi)裝煤油或水而太沉重，無(wú)法安裝在浮盤高度較低的裝配式浮盤上，并致使罐體下垂，無(wú)法補(bǔ)足往罐壁的環(huán)向密封空間。因此下方須焊支撐角鐵去支撐沉重的充液式環(huán)向密封。

主要缺點(diǎn)：

（1）適應(yīng)罐壁局部變形和浮盤偏移量有限，調(diào)整量為±100 mm，適應(yīng)浮盤邊緣環(huán)形間距變形范圍小。

（2）浮盤、罐壁與密封袋組成的氣體空間是動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。

（3）密封摩擦力大，耐磨性較差。

（4）密封材料容易老化變形。

（5）密封材料破損后，處理難度大，費(fèi)用高。

1.2.3 彈性填料囊式環(huán)向密封

囊式密封主要以彈性元件、橡膠帶、壓板、定位板、緊固件等構(gòu)成。橡膠密封帶由特種合成橡膠制成，彈性元件是由聚氨酯發(fā)泡成多種形狀的彈性件，如方形、梯形、圓形及多面體形等等。

主要缺點(diǎn)：

（1）依靠橡膠帶包裹的彈性泡沫塊的回彈力，補(bǔ)償罐壁與浮盤的微量變化（±100 mm）。

（2）橡膠帶容易被罐壁刮破，造成密封失效，更換處理彈性填料困難。

（3）密封與罐壁摩擦不均勻，易造成浮盤卡盤問題。

以上幾種主要應(yīng)用的邊緣密封結(jié)構(gòu)，屬于非氣密性邊緣密封，其工作補(bǔ)償范圍小，無(wú)法有效將浮盤邊緣環(huán)形空間密閉。

1.3 浮盤附件泄漏分析（圖2）

圖2 浮盤附件泄漏示意圖

浮筒式浮盤結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)的缺陷，造成浮盤零部件及附件存在大量泄漏點(diǎn)，形成大量油氣揮發(fā)，最后也散逸到空氣中。量油柱/導(dǎo)向柱、導(dǎo)向鋼絲繩、自動(dòng)通氣閥等附件密封結(jié)構(gòu)也存在缺陷，導(dǎo)致油氣揮發(fā)至浮盤上方。

首先，升學(xué)考試對(duì)英語(yǔ)習(xí)得有一定的負(fù)面反撥效應(yīng)。由于中考、高考的英語(yǔ)科目主要考察句型、語(yǔ)法規(guī)則、單詞等固化知識(shí)點(diǎn)，語(yǔ)言創(chuàng)造性應(yīng)用的分值比例不大，所以，中小學(xué)階段的基礎(chǔ)英語(yǔ)學(xué)習(xí)重心主要集中于機(jī)械式記憶（胡鈺衎,2016），缺乏個(gè)性化和樂趣，較難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性。

綜上分析，非全接液浮盤結(jié)構(gòu)，非氣密型邊緣密封，未密封的浮盤附件密封等，都會(huì)對(duì)浮頂罐整體密封效果造成影響。而全補(bǔ)償浮盤由于浮盤底部沒有油氣空間，浮箱單元可靠密封后，可實(shí)現(xiàn)浮盤盤縫無(wú)泄漏；全補(bǔ)償氣密型邊緣一次密封，可實(shí)現(xiàn)環(huán)形空間零泄漏；選用可靠的浮盤附件密封結(jié)構(gòu)，可大幅度降低附件損耗。因此，采用高效浮盤改造，可有效控制石化企業(yè)儲(chǔ)罐VOCs揮發(fā)。

2 儲(chǔ)罐高效浮盤改造方案

2.1 高效浮盤VOCs排放控制原理

在常壓環(huán)境下，儲(chǔ)罐VOCs散露揮發(fā)量根據(jù)馬扎克計(jì)算公式[2]：

式中：GS—VOCs散發(fā)量，g/h；V—風(fēng)速，m/s；Pa—常溫飽和蒸汽壓，Pa；F—散露面積，m2；M—平均分子量。

儲(chǔ)罐VOCs排放控制思路如下：

（1）減少散露液面面積F。

（2）降低液面上部風(fēng)速V影響。

（3）提高暴露液體表面的壓力，或者控制液體存儲(chǔ)溫度。

2.2 高效浮盤系統(tǒng)構(gòu)成

圖3 高效浮盤結(jié)構(gòu)

2.3 高效浮盤VOCs排放控制措施

2.3.1 采用全補(bǔ)償氣密型邊緣密封技術(shù)

工作原理：

（1）氣密型的浮盤周邊環(huán)形空間，為罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)提供了氣體聚積空間。

（2）浮盤底部各種原因形成的氣體最終都會(huì)進(jìn)入浮盤邊緣的密閉空間內(nèi)。

（3）周邊環(huán)形空間積聚氣體產(chǎn)生壓力會(huì)逐漸增大，當(dāng)超過(guò)安全的設(shè)計(jì)值后，需要主動(dòng)進(jìn)行釋放，保證浮盤的運(yùn)行安全。

2.3.2 采用全接液箱式浮盤技術(shù)

全接液浮盤是一種新型浮盤技術(shù)，材質(zhì)可選用不銹鋼、鋁合金，利用全平面浮箱單元組裝成大面積的浮盤，運(yùn)用全封閉空腔板強(qiáng)力支撐結(jié)構(gòu)及浮力，平貼在油面上，沒有油氣揮發(fā)空間[3]。

全接液浮盤采用浮箱板作為浮力元件，緊貼液面，不管是靜止還是運(yùn)行時(shí)，內(nèi)浮頂本體與儲(chǔ)液之間均無(wú)油氣空間，降低因油氣泄漏造成火災(zāi)爆炸的可能性。

3 高效浮盤密封技術(shù)的應(yīng)用

高效浮盤主要采用密閉全接液浮盤盤縫，密封浮盤附件及全補(bǔ)償氣密型邊緣密封，將浮盤與儲(chǔ)存介質(zhì)的散露面積減少到最小，達(dá)到降低揮發(fā)量的目的。

3.1 全接液箱式浮盤的密封技術(shù)

全接液箱式浮盤采用不銹鋼S304板折彎焊接成型結(jié)構(gòu)，或者采用鋁合金擠壓模成型結(jié)構(gòu)，浮箱單元為矩形箱體成型，浮箱單元間通過(guò)螺栓連接成整體浮盤，無(wú)梁安裝結(jié)構(gòu)。浮箱單元采用連接邊條，不銹鋼浮箱壁厚規(guī)格為1.5 mm，鋁合金浮箱壁厚規(guī)格為2 mm，浮箱單元間通過(guò)螺栓相互連接為整體浮頂結(jié)構(gòu)。浮盤強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，具有安全性能好等特點(diǎn)。

每個(gè)浮箱單元都經(jīng)過(guò)氣密性打壓合格出廠，浮箱單元具有泄漏檢查設(shè)施和吹掃浮箱單元設(shè)施，浮箱單元的密封性能好。

浮箱之間，浮箱與浮盤附件間，浮盤與邊緣密封間均加有聚四氟乙烯彈性墊。浮盤上表面邊緣板角縫處，采用密封膠密封，浮盤密封性能優(yōu)異。

3.1.1 浮盤裝配結(jié)構(gòu)（圖4）

不銹鋼浮箱單元的各面壁厚為1.5 mm，浮箱高度不小于140 mm，寬度不大于365 mm。鋁合金浮箱單元的各面壁厚為2 mm，浮箱高度不小于100 mm，寬度不大于200 mm。浮箱結(jié)構(gòu)為全密閉式，浮箱核心部分完全不接觸儲(chǔ)存油品，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

圖4 浮盤裝配結(jié)構(gòu)

3.1.2 浮箱單元間密封

浮箱間采用聚四氟乙烯彈性密封墊實(shí)現(xiàn)箱板間密封，浮盤浮箱單元通過(guò)邊條螺栓相互連接，將所有浮箱連接成整體，成為一體型浮盤結(jié)構(gòu)，類似于雙浮盤結(jié)構(gòu)，浮艙隔板為浮箱板，符合GB 50341對(duì)內(nèi)浮盤浮力單元螺栓連接型式要求；浮箱間通過(guò)聚四氟乙烯彈性墊的密封性處理，可以達(dá)到浮盤整體的密封性能；每個(gè)浮箱單元均可進(jìn)行氣密性檢測(cè)，打壓20 kPa，氣密檢測(cè)合格出廠；每個(gè)浮箱單元上表面開有泄漏檢查口，油罐一個(gè)檢修周期時(shí)，可通過(guò)檢測(cè)口檢測(cè)每個(gè)浮箱是否泄漏，避免上海賽科“5.12”事故的出現(xiàn)。每個(gè)浮箱安裝有吹掃口，發(fā)現(xiàn)泄漏可直接處理浮箱，避免檢修時(shí)出現(xiàn)事故。

3.2 浮盤附件密封技術(shù)

（1）量油柱/導(dǎo)向柱密封技術(shù)

導(dǎo)向柱密封采用液體鑲嵌式可滑動(dòng)套管密封裝置，將導(dǎo)向柱井內(nèi)較大油氣揮發(fā)空間，通過(guò)鑲嵌于儲(chǔ)液中的導(dǎo)向柱套管與固定于浮盤之間的密封膜，轉(zhuǎn)化為氣密性靜密封空間，及套管和導(dǎo)向柱動(dòng)密封間隙。同時(shí)，套管與導(dǎo)向柱之間設(shè)置密封圈，可減少此處間隙泄漏。密封裝置主要材質(zhì)為SS304不銹鋼，密封材質(zhì)為聚四氟乙烯。

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5。

圖5 導(dǎo)向柱/量油柱密封

（2）自動(dòng)通氣閥密封技術(shù)

自動(dòng)通氣閥的結(jié)構(gòu)主要由閥體、閥蓋和閥桿組成，閥體與閥蓋間有密封材料，自動(dòng)通氣閥在浮盤上對(duì)稱分布。自動(dòng)通氣閥的閥蓋由兩層金屬板、一層橡膠密封墊圈組成，并通過(guò)如圖6所示的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，最大限度提高密封效果。三腳型閥座可保證閥蓋運(yùn)行平穩(wěn)，關(guān)閉嚴(yán)密。

圖6 自動(dòng)通氣閥結(jié)構(gòu)

（3）帶芯人孔密封技術(shù)

帶芯人孔裝置（圖7）減少了浮盤人孔下部氣體空間，減少了揮發(fā)面積，進(jìn)而減少了介質(zhì)的揮發(fā)。人孔裝置正常工作狀態(tài)下為靜密封狀態(tài)，人孔蓋板和人孔接觸部分采用較軟的PTFE發(fā)泡密封墊密封，浮箱形式蓋板。較重的箱蓋保證了密封的可靠性，鎖緊機(jī)構(gòu)保證了人孔可以很方便的從浮盤上方和下方順利打開，從而方便浮盤的檢修等工作。

圖7 浮盤人孔結(jié)構(gòu)

3.3 全補(bǔ)償氣密型邊緣密封技術(shù)

全補(bǔ)償氣密型密封技術(shù)，采用《歐洲工程設(shè)備與材料用戶協(xié)會(huì)（EEMUA159）》儲(chǔ)油罐檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，浮盤與儲(chǔ)油罐邊緣距離R(-X/+3X)(X=R-Rn，R為浮盤與罐壁平均邊緣間，Rn為浮盤至罐壁的最小距離;密封的“X值”是根據(jù)儲(chǔ)罐橢圓度決定的。X需要至少等于儲(chǔ)罐平均直徑與最小中心線的差值。X值越大，彈性鋼板及其有效工作區(qū)間越大），解決了儲(chǔ)油罐極端橢圓或風(fēng)力、晃動(dòng)等變形下浮盤的密封泄漏問題；彈性鋼板密封結(jié)構(gòu)可以達(dá)到阻隔罐內(nèi)油品作用，避免油罐著火爆炸風(fēng)險(xiǎn)。該型密封使用壽命長(zhǎng)，油罐全壽命周期內(nèi)免維護(hù)，降低了油罐清罐損失。

密封為液體鑲嵌式全補(bǔ)償靜密封結(jié)構(gòu)，浮盤與環(huán)形氣密空間零泄漏，邊緣密封與罐壁間接近零縫隙[3]。如圖8所示。

圖8 全補(bǔ)償邊緣密封結(jié)構(gòu)

3.3.1 液封技術(shù)

氣密型邊緣密封鑲嵌在液位以下，任何工況下，邊緣的密封膜浸液深度不小于100 mm，保證浮盤與罐壁間環(huán)形空間始終為液封狀態(tài)，零泄漏。

3.3.2 密封與罐壁面接觸技術(shù)

氣密型邊緣密封與罐壁始終保持面接觸，截面長(zhǎng)度不小于200 mm，適應(yīng)罐壁腐蝕、局部變形及環(huán)形焊縫凸起。

3.3.3 全補(bǔ)償罐壁技術(shù)

密封工作范圍R(-X/+3X)，可以在任何不規(guī)則罐壁（如不圓或凸起膨脹）的狀況下，能夠時(shí)刻保證其與罐壁緊密貼合。其在自身彈力、靜密封空間內(nèi)的氣體壓力、介質(zhì)液體壓力的多重作用下，為緊貼儲(chǔ)油罐罐壁，保證密封與罐壁趨近于零縫隙。

3.3.4 密封氣密性檢測(cè)技術(shù)

（1）基本結(jié)構(gòu)?？稍诟”P邊緣密封安裝氣密性檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)安裝完成后對(duì)密封密閉氣體空間的油罐密封的氣密性檢測(cè)（圖9）。

圖9 氣密性檢測(cè)

設(shè)備主要包括以下幾部分：①引壓結(jié)構(gòu)：預(yù)留一個(gè)進(jìn)氣口、一個(gè)出去口；②打壓裝置：將空氣注入裝置；③壓力顯示：顯示連通器內(nèi)部壓力值。

（2）氣密檢測(cè)方法[2]。設(shè)備氣路如圖9所示。①氣密性檢測(cè)操作方法：將浮盤原有盲板卸下，更換為帶有進(jìn)、出氣口法蘭；②使用打氣筒打氣，同時(shí)觀察水柱液位差35 mm，即將其內(nèi)部壓力值預(yù)設(shè)為343 Pa；③持續(xù)觀察30 min其壓力值無(wú)任何變化，即其密封效果通過(guò)測(cè)試。由于其安裝在內(nèi)浮盤上，因此，只有在浮盤整體安裝完成后，通水試運(yùn)行時(shí)進(jìn)行氣密性檢測(cè)；或者清罐檢修時(shí)，對(duì)密封進(jìn)行氣密性檢測(cè)。

4 全接液浮盤密封技術(shù)的應(yīng)用效果

目前，多個(gè)地方政府發(fā)布了VOC無(wú)組織排放地方控制標(biāo)準(zhǔn)，北京地標(biāo)DB11-47-2015《煉油與化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》7.1.4規(guī)定“罐頂上方揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)濃度”不應(yīng)超過(guò)4 000 μmol/mol。天津地標(biāo)DB12-524-2014《天津市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)4.3.3.1揮發(fā)性有機(jī)液體儲(chǔ)罐的技術(shù)要求，采用內(nèi)浮頂罐或外浮頂罐，罐頂VOCs檢測(cè)濃度應(yīng)不超過(guò)2 000 μmol/mol(以甲烷計(jì))。檢測(cè)采用與“設(shè)備與管線組件泄漏檢測(cè)”相同性能的便攜式監(jiān)測(cè)儀器。內(nèi)浮頂罐檢測(cè)灌頂排氣口中心位置處的VOCs濃度，外浮頂罐檢測(cè)邊緣密封部位上方1 m高度處的VOCs濃度。

全接液浮盤密封技術(shù)屬于儲(chǔ)罐源頭治理技術(shù)方案，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有非全接液的浮盤結(jié)構(gòu)和囊式邊緣密封進(jìn)行改造，消除浮盤底部氣相空間，邊緣密封環(huán)形空間為氣密性液封空間，極大地減少油氣揮發(fā)空間。該技術(shù)通過(guò)改造儲(chǔ)罐浮盤和密封，減少源頭油氣的揮發(fā)，杜絕或降低VOC揮發(fā)量，增加存儲(chǔ)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和安全性，與儲(chǔ)罐油氣處理技術(shù)相比，簡(jiǎn)化VOCs治理工藝設(shè)備，減少運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用，可以達(dá)到天津地標(biāo)DB12-524-2014《天津市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》罐頂VOCs檢測(cè)濃度不超過(guò)2 000 μmol/mol的標(biāo)準(zhǔn)。

采用高效浮盤密封技術(shù)的浮頂罐，經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，罐頂VOCs檢測(cè)濃度不超過(guò)2 000 μmol/mol的標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 全接液浮盤VOC檢測(cè)數(shù)據(jù) 單位：μmol/mol

5 結(jié)論

通過(guò)采用全接液高效浮盤，全補(bǔ)償氣密型邊緣密封，密封浮盤附件，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐VOCs排放達(dá)標(biāo)控制。

（1）高效全接液浮盤密封技術(shù)可有效控制儲(chǔ)罐VOCs排放，相比傳統(tǒng)的浮盤密封技術(shù)，可達(dá)到VOCs揮發(fā)量減排，滿足國(guó)家儲(chǔ)罐排放控制標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足天津、北京地方排放控制標(biāo)準(zhǔn)。

（2）高效全接液浮盤密封技術(shù)可大幅度降低儲(chǔ)罐損耗，消除設(shè)備隱患，減少VOC排放，打造綠色化工廠，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全、環(huán)保目標(biāo)。

（3）高效全接液浮盤密封技術(shù)可改善儲(chǔ)罐及罐區(qū)周圍安全環(huán)境，避免儲(chǔ)罐著火爆炸風(fēng)險(xiǎn)。