20 000 m3兩段式橡膠膜型干式氣柜結構設計及其事故防范

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構設計及其事故防范

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、設計要點和運行時應注意的事故隱患，并對在設計時應注意的問題進行了細致的討論。

橡膠膜；干式氣柜；設計；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，增加經濟效益，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，并通過壓縮機將低壓尾氣增壓后送至高壓燃料氣系統(tǒng)，以調整燃料氣系統(tǒng)壓力平衡和需求波動，保證各燃氣裝置的正常運行，同時將低壓尾氣回收利用，實現(xiàn)了煉油廠節(jié)能降耗、保護環(huán)境的目的，提高了社會效益[1，2]。

氣柜的結構根據(jù)儲氣容量的不同分為一段式和兩段式氣柜。氣柜按其密封結構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構更合理等特點[3]。但是，橡膠膜型干式氣柜結構設計不合理，操作不當，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行討論。

氣柜的主體結構由外側板（即壁板）、抗風桁架、柜頂系統(tǒng)、通風帽、活塞系統(tǒng)、活塞架、T圍欄、密封裝置、調平系統(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

氣柜在未進氣時，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)可有效減少柜內死空間，保證氣柜容積。當有燃料氣由進氣口進入柜內時，下段密封膜和活塞在氣體壓力的作用下開始提升，當活塞上升至T擋板位置時，此為第一段儲氣狀態(tài)。當氣柜繼續(xù)進氣，活塞開始帶動放置在T圍欄架臺上的T圍欄一起提升，當T圍欄和活塞上升至最高位置時，上下兩段密封膜被完全拉直，氣柜儲氣量達到最大值[2]，此時繼續(xù)進氣則會觸發(fā)自動放散裝置，進行自動放散，保護氣柜的安全。在氣柜排氣時，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計

氣柜的主要設計參數(shù)如表1所示。

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

1.1 底板、側板、柜頂設計

氣柜的底板、側板和柜頂?shù)慕Y構與一般大型儲罐的罐體結構類似。但是，以下幾點應予注意：

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

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

（3）側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，通過角鋼與側板連接，起到抗風、抗震，增強柜體穩(wěn)定性的作用。常用的立柱與側板的連接型式有兩種。

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

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

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

圖2 螺栓連接結構Fig.2 Bolted structure

圖3 焊接結構Fig.3 Welded structure

1.2 活塞系統(tǒng)設計

活塞系統(tǒng)主要包括活塞板、活塞擋板及臨時活塞支柱?；钊到y(tǒng)是整個氣柜設計運行的關鍵，設計良好的活塞系統(tǒng)尤其在氣柜的檢修過程中更能體現(xiàn)出省時，省人工的優(yōu)勢。

目前國內氣柜設計中主要采用的活塞系統(tǒng)[3]有以下兩種結構：

（1）活塞板是下表面無剛性梁支撐的柔性結構，單純的由鋼板鋪設而成。活塞周邊設一圈活塞擋板，用于盛裝混凝土配重、架設活塞環(huán)梁支撐和下部密封結構用波形板。活塞板上開設121個（2 000 m3氣柜）活塞支柱套筒，以便在安裝或檢修時利用活塞支柱支撐住活塞板，方便活塞板下部施工。活塞支柱安裝時需要施工人員在進氣狀態(tài)下逐個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。因為活塞板有一定斜度，活塞支柱在安裝時具有方向性與唯一性，需逐個對準不得出現(xiàn)差錯。檢修完成后又需要逐個拆除，并重新用法蘭蓋密封。該過程費時費力，且效率不高。

（2）活塞板為下表面有剛性梁支撐的剛性結構。此時支撐活塞的立柱數(shù)量就可由121個縮減為只保留周邊的36個，大大降低了檢修的人工和時間成本，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成了氣柜的第二段密封結構。

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

1.4 調平系統(tǒng)

調平系統(tǒng)主要包括調平配重、導向輪、調平支架和連接鋼絲繩等。調平裝置共4組，布置在柜頂圓周上，通過鋼絲繩一端連接調平配重，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，從而起到自動調整活塞升降時的水平狀態(tài)。

調平裝置為了保持活塞能夠均勻水平的升降，其連接鋼繩上各點須在軸向、切向受力平衡。若受力不均，且不能及時矯正，結果會導致活塞在柜內扭轉偏斜，影響活塞運動甚至擠壞橡膠膜、撞壞柜內鋼結構[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，且同時設置在柜體上：

（1）自動放散，即通過柜體的自身運行打開放散閥的放散方式。其原理是當活塞達到其有效行程時，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，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，使其也同時上升，當活塞達到最大行程時，放散閥自動打開[4]。

（2）手動放散，主要用于氣柜檢修時殘存氣體的吹掃。通過設置在氣柜底部的手動卷揚機、柜壁、柜頂?shù)幕喖跋尬粚蜓b置等，通過手動卷揚機卷繞的鋼繩長度轉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計的核心內容。

橡膠密封膜應根據(jù)氣柜儲氣介質的成分含量不同而采用不同材料，要求橡膠密封膜內外層均具有耐介質腐蝕、耐老化、耐油、耐水、氣密性好等特點，還應有足夠的強度、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、苯介質腐蝕性能更強，使用壽命較長。橡膠密封膜的理化性能指標和檢驗方法[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經過鍍鋅處理（有條件的可采用不銹鋼），增強抗腐蝕能力，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部分和不接觸介質部分兩類。

（1）接觸介質部分的防腐：與介質接觸部分主要包括側板密封角鋼以下的氣柜內壁，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）不接觸介質部分的防腐：除（1）以外的均可認為是不接觸介質部分，但根據(jù)部位不同仍有少許差別，此為一般鋼結構防腐，這里不再細分。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，對鋼材有很強的腐蝕性，因此氣柜防腐對氣柜長期有效的運行有著至關重要的作用，很多關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行事故防范

氣柜在日常運行過程中，需要定期檢修及維護，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致氣體大量泄漏[1]；

（2）調平裝置或放散裝置滑輪部位銹蝕或卡死，導致不能及時調平或放散；

（3）氣柜高度過高或過低時，仍然在進氣或抽氣；

（4）氣柜區(qū)域可燃氣體報警儀表失效。

氣柜的防范措施是：

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

（2）應定期給調平裝置和放散裝置滑輪及鋼絲繩加注適量的潤滑油，確保運轉靈活。檢查調平裝置鋼絲繩松緊度是否一致，不一致時應及時調整，避免造成活塞傾斜量過大。

（3）設置高高、低低液位警報儀表，還應在氣柜運行時注意觀察儀表數(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 論

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

橡膠膜型干式氣柜是一個構造復雜、操作條件嚴格的儲氣設備。設計時要尤其注意結合實際，要求不但能保證氣柜的安全穩(wěn)定性，還應考慮在實際生產中的可操作性和經濟性。在以后的設計中應注意以下幾點。

（1）氣柜鋼結構材料的消耗量與投產后維護成本的衡量。以氣柜活塞板的兩種結構為例，柔性結構比剛性結構要少消耗約十幾噸鋼材，但在投產后的運行維護中增加了檢修成本，長期比較剛性結構經濟性更好。

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

（3）氣柜結構的創(chuàng)新。目前氣柜在國內煉油廠已經呈現(xiàn)出大面積應用的態(tài)勢，但氣柜所采用的結構已經沿用將近十幾年，對現(xiàn)在的結構來說還有很大的創(chuàng)新改進空間，希望廣大設計、操作人員不斷創(chuàng)新，使氣柜的應用更經濟、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)干式氣柜的安全設計[J].石油化工設計,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,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].中國標準出版社.

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)于陜西科技大學過程裝備與控制工程專業(yè)，從事石油化工壓力容器設計工作。E-mail：snowch@126.com。