浮頂儲罐在核電廠的應(yīng)用

富會佳+蔡汝旭+丁華龍

摘 要 本文介紹了核電廠內(nèi)浮頂儲罐的應(yīng)用，并針對核電廠的特殊性，研究該浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)、作用及其必要性。同時探討該浮頂儲罐的易發(fā)問題和解決方法。

關(guān)鍵詞 浮頂；儲罐；核電；薄膜

中圖分類號 TL4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0202-02

浮頂產(chǎn)生與20世紀(jì)50年代，當(dāng)時的材料為塑料等非金屬，而我國于20世紀(jì)60年代末開始采用鋁制浮頂。而今，浮頂經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，已在油罐領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在核電領(lǐng)域，浮頂儲罐也在逐步擴(kuò)大其應(yīng)用。

1 浮頂儲罐的介紹

金屬儲罐的分類方法有很多種，但是根據(jù)頂部結(jié)構(gòu)，基本上可以分為固定頂儲罐，外浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐。下面分別對3種頂部結(jié)構(gòu)的儲罐進(jìn)行介紹。

1.1 固定頂儲罐

固定頂儲罐也叫拱頂儲罐，其罐頂大都為球冠狀，罐體為圓筒形，罐頂靠其周邊支撐于罐壁上的一種金屬容器。根據(jù)介質(zhì)壓力等要求，拱頂儲罐配備一定的附件比如呼吸孔或者氣體穩(wěn)壓系統(tǒng)等。但是拱頂儲罐制造簡單、造價低廉的優(yōu)點，使其在國內(nèi)外許多行業(yè)應(yīng)用最為廣泛。

1.2 外浮頂儲罐

外浮頂儲罐其灌頂為漂浮在介質(zhì)表面上的浮頂，罐體一般為立式圓柱形罐壁。浮頂可以隨著罐內(nèi)介質(zhì)儲量的增減而上下升降。一般情況下，浮頂?shù)耐饩壟c筒體內(nèi)壁之間有環(huán)形密封裝置，確保了罐內(nèi)始終只有介質(zhì)，減少了介質(zhì)與空氣或其他保護(hù)氣體的接觸，從而減少介質(zhì)揮發(fā)。

1.3 內(nèi)浮頂儲罐

內(nèi)浮頂儲罐是在拱頂儲罐內(nèi)部增設(shè)浮頂，三拱頂儲罐和外浮頂儲罐的組合。其包含了外浮頂?shù)膬?yōu)勢，減少介質(zhì)的揮發(fā)損耗；同時，外部的拱頂又可以防止浮頂部件的灰塵沉積，室外罐體還可以防止日曬、雨水、積雪等條件，保證罐內(nèi)介質(zhì)清潔，降低了內(nèi)部橡膠材質(zhì)的老化和金屬材質(zhì)的腐蝕。

2 核電廠浮頂儲罐

根據(jù)浮頂儲罐隔絕介質(zhì)與氣體的接觸等特點，核電廠的部分儲罐也使用浮頂儲罐，但是相比于普通的浮頂油罐，核電廠所使用的浮頂儲罐有其特殊性。浮頂油罐主要是減少揮發(fā)，而核電廠主要是減少儲罐內(nèi)介質(zhì)與空氣等氣體的接觸，保證介質(zhì)氧含量等指標(biāo)，因而核電廠主要使用了隔絕空氣最好的具有薄膜套[1]的浮頂結(jié)構(gòu)（如圖1），且由于該儲罐容積較小，安置于室內(nèi)，以及便于巡檢與維修，采用的是外浮頂儲罐。主要涉及的儲罐設(shè)備有補給水罐、蒸餾液監(jiān)測槽和濃縮液監(jiān)測槽。

2.1 密封的必要性

核電廠對于補給水的質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，主要要求電導(dǎo)率（25℃）≤0.1μS/cm（回收處理后蒸餾液要求≤0.5μS/cm）、溶解氧濃度（>120℃）≤0.1ppm、懸浮物濃度≤0.1ppm，鹵素濃度≤0.1ppm，至于其他礦物離子如鉀、鈉、鎂、鈣二氧化硅等等都有要求。而補給水經(jīng)水箱儲存后，高純度的補給水極易受空氣中的二氧化碳、氧和灰塵等污染，導(dǎo)致水質(zhì)變差，影響系統(tǒng)運行，甚至發(fā)生嚴(yán)重后果。

空氣中的CO2進(jìn)入補給水后立即形成各種含碳化合物（H2CO3、HCO3-、CO32-），導(dǎo)致水質(zhì)PH下降，會造成設(shè)備管道的腐蝕。而空氣中的O2進(jìn)入補給水后會使其溶解氧濃度大幅提升，而氧濃度的提升會加速設(shè)備管道的腐蝕，另外補給水還用于沖洗部分設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)的氫氣，若溶解氧濃度提升后，容易導(dǎo)致氫氧混合，發(fā)生爆炸等隱患。

因而控制補給水的水質(zhì)極為重要，從而其儲罐對空氣的密封性顯得非常重要。

2.2 浮頂儲罐的密封結(jié)構(gòu)

普通油罐的浮頂密封主要有舌型密封，囊狀密封[2]、填料式密封[3]等等如圖2。整體來說，密封組件安裝在浮頂四周，浮頂升降時，密封組件與罐體內(nèi)壁有相對滑動，為動密封。該浮頂結(jié)構(gòu)雖然大大降低了儲油罐內(nèi)部介質(zhì)的揮發(fā)，但是其密封效果還是會使得部分空氣進(jìn)入油罐內(nèi)部。

核電廠采用的是具有薄膜套的浮頂結(jié)構(gòu)，其密封件為隔膜套，隔膜套的一端密封固定在筒體（一般在中部），另一端密封固定在浮頂邊緣如圖3。浮頂在儲罐內(nèi)的上下升降時，隔膜隨著浮頂移動，而兩端的密封條不動，屬于靜密封。儲罐內(nèi)的介質(zhì)與空之間被隔膜隔開，而連接處的密封，可以通過普通的靜密封即可達(dá)到良好的密封效果。

2.3 薄膜套浮頂?shù)谋硥核?/p>

大部分普通油罐浮頂，由于其密封組件的原因，導(dǎo)致其浮頂需要單獨設(shè)計一個浮筒或浮船結(jié)構(gòu)。而核電廠所使用的薄膜套浮頂結(jié)構(gòu)因而其背壓水的存在（如圖1），無需單獨設(shè)計制造浮力組件。

而背壓水的存在不僅僅是保證浮頂?shù)母×Γ匾氖谴_保薄膜套處于自由或拉伸狀態(tài)。若無背壓水或背壓水不足則會在浮頂上下升降的過程中，薄膜套堵塞通道，甚至?xí)沟帽∧ぬ妆桓№敂D碎的風(fēng)險。而背壓水過多則會導(dǎo)致在浮頂處于地位的時候，背壓水過多溢流，因而產(chǎn)生浮頂下沉或者傾翻的風(fēng)險。

因而背壓水的存在及其控制對浮頂儲罐的正常運行具有重要意義。

2.4 核電廠浮頂儲罐的易發(fā)問題及處理

沉盤和卡盤是普通浮頂油罐的嚴(yán)重問題[4]，而核電廠使用的薄膜套浮頂由于浮頂結(jié)構(gòu)不同，發(fā)生概率也大大降低。而且誘發(fā)原因除設(shè)備質(zhì)量問題外，基本上源于背壓水、薄膜鼓包變形及浮頂傾斜。所以預(yù)防及及時處理以上問題，即可避免事故的發(fā)生。

針對背壓水，由于背壓水一直存在已浮頂薄膜套上，正常運行時只有揮發(fā)消耗，而且與空氣接觸面較小，揮發(fā)量少，只要定期適當(dāng)補充即可避免背壓水引起的問題。

薄膜鼓包和浮頂傾斜問題一般會同時發(fā)生，其主要由于一定量的氣體進(jìn)入薄膜套中段位置引起的。處理時，打開相應(yīng)位置的排氣閥進(jìn)行排氣，若氣體無法排除，則將儲罐內(nèi)的介質(zhì)排到最低液位，然后打開排氣閥，并充入介質(zhì)，即可將氣體排除恢復(fù)浮頂?shù)乃胶捅∧さ淖杂苫蚶鞝顟B(tài)。

另外針對核電廠的特殊性，保證介質(zhì)的含氧量等指標(biāo)，必須保證浮頂?shù)慕^對密封（圖3密封條處的密封）。即使發(fā)生意外泄漏也需進(jìn)行密封條更換，確保介質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)論

浮頂儲罐有其獨有的優(yōu)勢，而薄膜套浮頂儲罐即保證了儲罐介質(zhì)隔絕空氣的密封性，又保證了儲罐內(nèi)介質(zhì)充排時儲罐的安全。而其在核電廠多年的使用一直良好。相信隨著浮頂?shù)牟粩喟l(fā)展，其在核電廠的應(yīng)用也將更加廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]賈艷波，左樹春.具有薄膜套浮頂結(jié)構(gòu)的容器[J].廣州化工，2013，41（7）：142-144.

[2]孔昭瑞.我國組裝式浮盤的發(fā)展與建議[J].油氣儲運，2010，29（11）：801-805.

[3]付宏翔，劉國紅.內(nèi)浮頂油罐淺析[J].節(jié)能技術(shù)，1999，93（1）；22-23.

[4]趙紅海，程麗芬，趙東海.浮頂罐沉盤、卡盤故障淺析[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2008，29（3）：23-26.