磚式蜂巢內(nèi)浮頂技術(shù)在油品儲(chǔ)罐中的應(yīng)用

吳力明（中國石油哈爾濱石化公司儲(chǔ)運(yùn)車間 黑龍江 哈爾濱150056）

一、技術(shù)改造方案

1.技術(shù)參數(shù)

磚式鋁質(zhì)蜂巢板,由上板厚度為0.6mm，下板厚度為0.8mm的A5052(H 24)鋁合金或相等材質(zhì)及A3003(H 16)之蜂巢芯所組成,總高度50mm以上，每平方米1,500個(gè)以上不連續(xù)孔，形成一個(gè)獨(dú)立密封的浮力單元。直徑為20米的油槽由208塊獨(dú)立磚式蜂巢浮板所拼接組成。強(qiáng)度為API標(biāo)準(zhǔn)之七倍以上達(dá)每平方尺3,800磅以上的支撐力。設(shè)計(jì)在凈負(fù)荷下，總浮力至少3倍于浮頂設(shè)計(jì)重量。夾梁為高強(qiáng)度鋁合金擠型料A6063 T 3或同等材質(zhì)。支撐腿采用高強(qiáng)度鋁合金擠型料A6063 T 3，底部襯套為不銹鋼。封邊裙板采用高強(qiáng)度鋁合金A5052 T 1.5或同等材質(zhì)。螺栓、螺母、墊圈等鎖固件采用不銹鋼材質(zhì)。符合美國消防協(xié)會(huì) NF PA?11 2010年最新版的安全要求。設(shè)計(jì)依照國家GB標(biāo)準(zhǔn)及API650要求。所有部件均可以由人孔進(jìn)入，無須開頂。穿刺井密封圈材質(zhì)為XPE發(fā)泡材料。

2.安裝情況

主要安裝步驟：廠家做技術(shù)指導(dǎo)，施工人員由公司選擇有資質(zhì)的單位進(jìn)行施工。作業(yè)時(shí)需要符合集團(tuán)公司的相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)規(guī)范，符合車間作業(yè)許可的要求。安裝每一步需要車間專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收，安裝完畢后要進(jìn)行注水升降試驗(yàn)，確認(rèn)浮盤的相關(guān)參數(shù)是否達(dá)到指定標(biāo)準(zhǔn)。

依所附施工平面圖紙相關(guān)位置編號(hào)，依序組裝拼接即可，施工及后續(xù)維修簡易。（下圖僅供參考）

圖1:浮盤施工平面圖

（1）檢尺口、采樣口、呼吸口密封情況

1414#罐檢尺、采樣公用一個(gè)導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱與浮盤密封采用二次密封形式，一次密封采用囊式密封、二次密封采用舌形密封，經(jīng)過兩次密封后，密封效果將大大提高。浮盤呼吸口采用雙向呼吸口方式，使用XPE化學(xué)交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料與鋁制邊緣口壓合密封，密封效果可以保證。

（2）浮盤板連接處密封情況

全接液磚式浮盤每個(gè)磚式模塊連接上下均有壓條固定，且在浮盤上部壓條使用膠密封，使整個(gè)浮盤處于密封狀態(tài)，且浮盤全接液、不會(huì)產(chǎn)生變形，密封效果更好。

（3）浮盤與罐壁密封情況

全接液磚式浮盤與罐壁采用兩次密封方式，一次密封采用浸液式、二次密封采用舌形，兩次密封效果要好于一次密封效果。

（4）浮盤支腿

全接液磚式浮盤支腿穿過浮盤，與外浮頂罐支腿形式一致，支腿管造成浮盤上下貫通，采用T PU熱縮性聚氨酯對(duì)支腿上部進(jìn)行密封，達(dá)到良好的密封效果。另外，浮盤支腿與罐底接觸處采用了白鋼墊片形式，有效地保護(hù)了浮盤不對(duì)罐底產(chǎn)生沖擊，設(shè)計(jì)更合理。

（5）浮盤重量

浮筒式浮盤總重量一般為2噸，鋁質(zhì)浮盤凈重1.8噸，全接液磚式浮盤總重量4.5噸，鋁質(zhì)浮盤凈重3.8噸，從重量上可以看出，全接液磚式浮盤用料更多，加之特殊的磚式蜂巢設(shè)計(jì)，也使浮盤結(jié)構(gòu)更加牢固。

（6）使用壽命

全接液磚式鋁質(zhì)浮盤使用壽命10-15年，傳統(tǒng)浮筒式浮盤一般使用壽命在10年以內(nèi)，且重復(fù)使用效果差，拆下后的已變形蒙皮需更換。

3.工作原理

當(dāng)油品進(jìn)罐后，油品充滿在罐底、罐壁與內(nèi)浮頂之間，當(dāng)油品液位高度達(dá)到淹沒浮筒的1/2時(shí)，內(nèi)浮頂便在浮筒產(chǎn)生的浮力作用下漂浮在油面上，隨著油面升降而升降，有效地減小了油品上部的氣相空間，同時(shí)，始終將油品與空氣保持隔離狀態(tài)，從而大量減少了油品的蒸發(fā)損耗，節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染，提高了儲(chǔ)罐使用的安全性。

利用全平面磚式蜂巢浮板組裝成大面積的浮頂，運(yùn)用蜂巢強(qiáng)力支撐結(jié)構(gòu)及浮力，平貼于儲(chǔ)存介質(zhì)面上，形成全接液狀態(tài)，以有效達(dá)到最佳的防揮發(fā)作用。見下圖：

圖：工作原理

二、應(yīng)用效果

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，如何減少儲(chǔ)罐油品的蒸發(fā)已越來越受到人們的重視。磚式蜂巢浮頂在油品車間1414#罐進(jìn)行安裝試用，在降低油品蒸發(fā)、節(jié)能、環(huán)保等方面起到了很好的作用。在安裝簡便、重量輕、動(dòng)火少、成本低、施工周期短等方面，是鋼制內(nèi)浮頂所不可比擬的。

以一臺(tái)5000m3罐為例，由于浮盤安裝大部分為鉚接，動(dòng)火工作量比鋼制浮盤安裝要降低95%以上，滿足舊罐改造動(dòng)火少的要求。浮盤安裝簡單，一般有廠家技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)，由施工隊(duì)伍現(xiàn)場安裝，1414#罐施工凈工期為7天，現(xiàn)場技術(shù)人員介紹，該浮盤為首次安裝，如熟練安裝工期還可以縮短。

三、效益分析

1.節(jié)約損耗分析

浮筒式浮盤的5000m3儲(chǔ)罐一年的呼吸損耗如下：

L=365Ls+365Lw

Ls=Y ×Vn1×Px×D×M v×Ks×Kc×Ef

式中 Ls—小呼吸蒸發(fā)損耗，kg/a；

Y—系數(shù)，（外浮頂Y=3.1，內(nèi)浮頂Y=2.05）；

V—平均風(fēng)速，m/s；風(fēng)速取3.5；

n1—與密封有關(guān)的風(fēng)速指數(shù)，（外浮頂n1=0.9，內(nèi)浮頂n1=0.4）；

Px—蒸汽壓函數(shù)，（無量綱）； 0.0889

PvA—油品在平均儲(chǔ)存溫度下的真實(shí)蒸汽壓，31715.9Pa；

PA—儲(chǔ)罐所在地的平均大氣壓，1.0135*105pa；

D—儲(chǔ)罐直徑，20m；

M v—平均蒸汽分子量，80kg/kgmol；

Kc—油品系數(shù)，除原油外所有石油液體Kc取1.0；

Ef—二次密封系數(shù)，內(nèi)浮頂罐單層密封Ef取1.0。

經(jīng)計(jì)算Ls=336.788kg/a

每年損耗336.788*365=122927.62kg/yr

Lw=4Q*C*Wl/D

式中Lw—浮頂油罐大呼吸蒸發(fā)損耗，kg/a；

Q—平均發(fā)油量657m3/a；

C—管壁粘附系數(shù)，m3/1000m2；儲(chǔ)罐裝汽油有噴涂內(nèi)襯的C取0.26：

Wl—儲(chǔ)存液體平均密度，0.75t/m3

D—儲(chǔ)罐直徑，20m

經(jīng)計(jì)算Lw=25.623kg/a

每年損耗25.623*365=9352.395kg/yr

終上浮筒式浮盤的5000m3內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐每年損失為：

Ls+Lw=132.28t/yr

此次計(jì)算是依據(jù)石油工業(yè)出版社1997年10月出版的油品儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)手冊上冊第五章第三節(jié)油品蒸發(fā)損耗和結(jié)合儲(chǔ)罐使用實(shí)際情況得出的。

ISB N 7-5021-2178-1

而蜂巢式浮盤的5000m3內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐每年呼吸損耗如下：

1.正常工作狀況

1.1總損失可寫成 :

LT=LRLWDLFLD

LT總損失,lb/yr

LR邊緣密封損失,lb/yr

LWD出罐損失 ,lb/yr

LF浮盤部件損失,lb/yr

LD浮盤表面密封損失,lb/yr

1.1.1邊緣密封損失 LR

LRKRaKRbvn）D P*MVKC

實(shí)際上只要是內(nèi)浮頂,上面公式里面的v就是0,所以上面公式可以變成下面公式

LRKRaD P*MVKCD AT A英標(biāo) D AT A國標(biāo)

LR邊緣密封損失,lb/yr

KRa零風(fēng)速邊緣密封系數(shù),lb-mole/fr.yr1.1 1.637 kg-mole/m.yr

D罐體直徑,ft65.62 20m

P*蒸汽壓力，無量綱參數(shù)

PVA日均介質(zhì)表面溫度下的蒸汽壓力 4.631715.9pa

PA大氣壓力 ，psia 1.0135*105pa

MV平均蒸汽分子量，lb/lb-mole 80 80kg/kg-mole

KC介質(zhì)因數(shù) 1 1

經(jīng)計(jì)算LR=1.637*20*0.095*80*1=248.824kg/yr

1.1.2出罐損失LWD

LWD=（0.943）QCSWL[1+NCNF/D]

D

LWD儲(chǔ)罐損失，lb/yr

Q 年吞吐總量 1509600 240000m3

CS罐體污垢系數(shù)，bbl/1000ft20.00150.002852m3/1000m2

WL有機(jī)液體的平均密度，lb/gal 7.5750kg/m3

D罐體直徑,ft65.62 20m

0.943常數(shù)，1000ft3.gal/bbl20.9430.004752.1000m3.m3/m6

NC油罐頂支撐柱數(shù)量，無量綱參數(shù)11

FC有效支撐柱直徑，ft 1 0.3048m

經(jīng)計(jì)算LWD=112.10988kg/yr

1.1.3浮盤部件損失LF

LF=FFP*MVKC

LF浮盤部件損失,lb/yr

FF總浮盤部件損失系數(shù)，lb-mole/yr 60.78227.57069kgmole/yr

P* 蒸汽壓力，無量綱參數(shù)（前面計(jì)算得0.095）

MV平均蒸汽分子量，lb/lb-mole 80 80kg/kg-mole

KC介質(zhì)因數(shù) 1 1

經(jīng)計(jì)算LF=209.5372kg/yr

1.1.4浮盤表面密封損失LD

LD=KDSDD2P*MVKC

KD單位長度上的密封損失系數(shù)，lb-mole/fr-yr

0.14 0.208kg-mole/m-yr

SD浮盤表面密封系數(shù)，ft/ft2

P* 蒸汽壓力，無量綱參數(shù)（前面計(jì)算得0.095）

D罐體直徑,ft65.62 20m

MV平均蒸汽分子量，lb/lb-mole 80 80kg/kg-mole

KC介質(zhì)因數(shù)1 1

SD=Lseam/Adeck

Lseam浮盤密封的總長度，ft1345 409.96m

Adeck浮盤面積，ft23381.912 314.19m2

經(jīng)計(jì)算LD=825.0511kg/yr

正常工作狀況下總損失

LT=LRLWDLFLD

=248.824kg/yr+112.10988kg/yr+209.5372kg/yr+825.0511kg/yr

=1395.52218噸

1.2站立損失

LTL=LSL+LFL

LTL浮盤站立時(shí)的總損失，lb/站立時(shí)段

LSL閑置站立損失，lb/站立時(shí)段

LFL入罐損失，lb/站立時(shí)段

1.2.1LSL=ndKE（PVV/RT）MVKS

nd浮頂閑置時(shí)的天數(shù) 4848

KE蒸汽空間膨脹系數(shù)，無量綱參數(shù)

P 儲(chǔ)存液體的真實(shí)蒸汽壓力，psia4.6 31715.896pa

R 理想氣體常數(shù) 10.731 8307.23pam3/kg.mole.k

T 溫度，0R 536.67 298.39K

MV平均蒸汽分子量，lb/lb-mole 80 80kg/kg-mole

KS飽和系數(shù)，無量綱參數(shù)

VV=πD2HVO/4

D罐體直徑,ft65.62 20m

HVO蒸汽空間高度，ft

HVO=HS－HL+HRO

HS油罐殼體高度，ft52.493 16m

HL罐中介質(zhì)高度，ft49.213 15m

HRO罐中介質(zhì)斷供高度，ft

HRO=1/3 HR

HR罐體頂高度，ft

HR=SRRS

SR油罐頂部錐體斜率；如未知取0.0625

RS油罐殼體半徑，ft 32.8110m

經(jīng) 計(jì) 算 HR=0.625m；HRO=0.208m；HVO=1.208m；VV=379.312m3

KS=1/（1+0.053PVAHVO）

PVA日均介質(zhì)表面溫度下的蒸汽壓力，psia 4.6 31715.896pa

0.053常數(shù)，（psia-ft）-10.0532.52198E-0（5pa.m）-1

經(jīng)計(jì)算KS=0.5556

KE=0.0018△TV

=0.0018[0.72(TAX-TAN)+0.028αI

KE蒸汽空間膨脹系數(shù)，無量綱參數(shù)

△TV日蒸汽溫度變化區(qū)間，0R

TAX日最高環(huán)境溫度0R 518.67 288.38K

TAN日最低環(huán)境溫度0R 497.07276.37K

α罐體顏色的太陽能吸收系統(tǒng)，無量綱參數(shù) 0.68 0.68

I日單位水平面上的太陽吸收能量，B tu/（ft2day）

113512889708.45j/（m2day）

0.0018常數(shù)（，0R）-10.00180.00323741K-1

0.72 常數(shù)，無量綱參數(shù)0.72 0.72

0.028常數(shù)，（0Rft2day）/B tu

0.028 1.37084E-06(K m2day)/J

經(jīng)計(jì)算KE=0.06689

終上可得LSL=692.6005 kg/yr

1.2.2 LFL=（PVV/RT ）MVS

S 入罐飽和系數(shù)，無量綱參數(shù) 0.50.5

經(jīng)計(jì)算LFL=194.2626 kg/yr

所以站立損失LTL=LSL+LFL

=692.6005 kg/yr+194.2626 kg/yr

=886.8631 t/yr

浮盤的總損失為LT+LTL

=1395.52218 kg/yr+886.8631 kg/yr=2282.38528kg/yr

此浮盤損耗計(jì)算依據(jù)：

EPA AP-42，chapter7，organicliquidstorangtank.

美國環(huán)保局 AP-42號(hào)文件第七章，有機(jī)液體儲(chǔ)存罐

蜂巢浮盤組裝式內(nèi)浮盤是漂浮在油罐液面上隨油品上下升降的浮動(dòng)頂蓋。采用這種內(nèi)浮頂蓋覆蓋在液體表面是目前公認(rèn)的最理想的降低油品蒸發(fā)損耗的最經(jīng)濟(jì)、簡單的方法，從上面的計(jì)算可以看出，采用內(nèi)浮頂每年能夠減少油品損耗130噸，石腦油價(jià)格按5440元/噸計(jì)算，一年可節(jié)約損耗70.72萬元，8個(gè)月所減少油氣揮發(fā)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值相當(dāng)于內(nèi)浮頂安裝采購成本，即8個(gè)月可收回內(nèi)浮頂成本。磚式蜂巢內(nèi)浮頂可以使油品揮發(fā)降低95%。

新式內(nèi)浮頂把介質(zhì)即罐內(nèi)儲(chǔ)料和空氣有效隔絕從一定程度上也降低了發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)大氣污染也降到了最低，達(dá)到了環(huán)保要求。

2.浮盤成本分析

（1）浮筒式浮盤

一次投入成本低。一個(gè)5000立方米的油罐，鋁質(zhì)浮筒式浮盤成本在16萬元左右。重復(fù)利用效果差，油罐6年內(nèi)防腐需將浮盤拆除重裝，浮筒式浮盤拆除后，變形的蒙皮需更換，約6-7萬元的材料費(fèi)用。

（2）磚式全接液蜂巢浮盤

一次投入成本高。油品車間1414#罐磚式鋁質(zhì)全接液蜂巢浮盤成本為49.5萬元。磚式全接液浮盤以其堅(jiān)固耐用和減少油氣揮發(fā)為優(yōu)勢，在使用周期內(nèi)油氣揮發(fā)量非?？捎^，從而減少油品損耗成本。

重復(fù)利用效果好，油罐每六年內(nèi)防腐需將浮盤拆除重裝，磚式全接液浮盤拆除后，可以完全重復(fù)利用，增加費(fèi)用少。

小結(jié)

磚式鋁質(zhì)全接液蜂巢浮盤是一種新興的浮盤技術(shù)，以其特殊的蜂巢磚式接液設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使其更加堅(jiān)固耐用，沒有油氣揮發(fā)空間，具有更加可靠的安全性能，起到很好的火災(zāi)預(yù)防效果。浮盤設(shè)計(jì)注重細(xì)節(jié)，采用兩次密封，密封效果更好，減少油品揮發(fā)，降低油品揮發(fā)損失，經(jīng)濟(jì)效益可觀，減少環(huán)境污染，保障罐區(qū)作業(yè)安全。結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、抗物料沖擊能力強(qiáng)、沒有沉船危險(xiǎn)、施工簡單，具有比傳統(tǒng)浮筒式浮盤更多的優(yōu)勢。