多邊形稀油密封干式氣柜活塞油槽滲油的研究

許顯坤，劉明波，王愛(ài)菊，張旭東（新疆獨(dú)山子石化煉油廠第三聯(lián)合車間，新疆 獨(dú)山子 833699）

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多邊形稀油密封干式氣柜活塞油槽滲油的研究

許顯坤，劉明波，王愛(ài)菊，張旭東
（新疆獨(dú)山子石化煉油廠第三聯(lián)合車間，新疆 獨(dú)山子 833699）

對(duì)瓦斯回收裝置多線性稀油密封儲(chǔ)氣柜活塞油槽滲油速率加快的原因進(jìn)行分析及監(jiān)控運(yùn)行，并對(duì)活塞油槽進(jìn)行檢修，使其檢修完成后使用狀況良好，且經(jīng)過(guò)對(duì)油槽滲油影響因素的分析，給氣柜密封油系統(tǒng)運(yùn)行操作提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。

稀油密封干式氣柜；活塞油槽；密封機(jī)構(gòu)；密封油系統(tǒng)

獨(dú)山子煉油廠瓦斯回收裝置20 000 m3氣柜為稀油密封干式氣柜，采用西德MAN型，建造形狀為正十四邊型，就氣柜本身講，其構(gòu)造與內(nèi)浮頂罐相似，當(dāng)氣體進(jìn)柜后活塞上升（如同浮盤(pán)），氣體出柜時(shí)活塞下降，氣柜的工作要靠火炬水封壓力實(shí)現(xiàn)的，正常情況下，火炬水封罐水封壓力大于10 kPa，氣柜活塞上升的壓力為4.5±0.5 kPa，由于水封壓力大于氣柜工作壓力，瓦斯自行進(jìn)柜，當(dāng)氣柜不需回收瓦斯時(shí)關(guān)閉進(jìn)口閥，系統(tǒng)壓力上升，突破水封壓力，即可放火炬燃燒。而氣柜內(nèi)部瓦斯的密封是依靠氣柜活塞四周與柜壁直接接觸，儲(chǔ)存在油槽內(nèi)的密封油來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1 密封油密封系統(tǒng)概述

1.1 密封油密封原理

氣柜活塞的升降是隨著瓦斯的進(jìn)出而進(jìn)行的。當(dāng)瓦斯進(jìn)柜壓力能夠克服活塞本身重力（包括桁架和平衡塊）時(shí)，活塞就開(kāi)始上升。在我們使用的氣柜中，活塞的工作壓力為450±50 mm H2O，即當(dāng)瓦斯進(jìn)柜壓力大于450±50 mm H2O時(shí)，活塞上升。

而在活塞四周與柜壁接壤的部位，瓦斯逸出的壓力亦為450 mmH2O左右。因此，沿活塞底板上部一周，槽內(nèi)充滿密封油，以確保密封，只要讓活塞四周的油槽內(nèi)封油的壓力高于活塞的工作壓力，即可將活塞下部的瓦斯封住。

要求整個(gè)活塞油槽內(nèi)的油位為960 mm，封油比重約0.9左右，封油壓力為：960×0.9=860 mm H2O。

封油壓力為活塞工作壓力的1.7倍，因此完全可以起到密封的作用。

在實(shí)際操作中，只要測(cè)量活塞油槽內(nèi)油槽平臺(tái)至擋板的油位，即可確定封油油位的高度，如圖1所示：只要活塞油槽測(cè)量高度所測(cè)距離≥400 mm，就可以保證密封油位大于960 mm。

1.2 密封油循環(huán)系統(tǒng)

氣柜密封油循環(huán)流程如圖2所示：閃后油泵→柜上部溢流油箱→活塞油槽→柜底油溝→油水分離器→閃前油泵→閃蒸系統(tǒng)→閃后油泵。

在整個(gè)封油循環(huán)過(guò)程中，活塞油槽封油正常通過(guò)油槽帆布滲油的泄漏速度，小于供油泵的送油速度，因此閃后供油泵往氣柜內(nèi)活塞上油槽補(bǔ)油是間歇的?！禖ECS186：2005 多邊形稀油密封儲(chǔ)氣柜工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程》中規(guī)定，多邊形稀油密封干式氣柜單臺(tái)油泵每晝夜開(kāi)啟次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：環(huán)境溫度≥10℃時(shí)，40次；環(huán)境溫度≤10℃時(shí)，24次。由于該氣柜設(shè)計(jì)為4臺(tái)供油泵交替或同時(shí)對(duì)油槽進(jìn)行補(bǔ)油，據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，正常情況下每晝夜，油泵往油槽補(bǔ)油次數(shù)為6~10次。

圖1 活塞油槽油位示意圖

圖2 氣柜密封油循環(huán)流程圖

1.3 活塞油槽密封機(jī)構(gòu)及油槽滲油

活塞油槽內(nèi)密封油由整個(gè)密封機(jī)構(gòu)上帆布盛裝，密封機(jī)構(gòu)內(nèi)通過(guò)彈簧將滑塊壓緊緊貼氣柜柜壁，正常運(yùn)行過(guò)程中，密封油通過(guò)滑塊與柜壁間隙（＜0.5 mm）及帆布布間間隙滲油（圖3）。

圖3 氣柜活塞油槽密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2 活塞油槽滲油速率加快的原因分析及監(jiān)控運(yùn)行

2.1 活塞油槽滲油速率加快的原因分析

瓦斯回收裝置4#氣柜2015年停工檢修期間對(duì)氣柜密封裝置、防回轉(zhuǎn)裝置、導(dǎo)輪等部件進(jìn)行了檢修。其中，密封裝置內(nèi)帆布、內(nèi)外彈簧、壓木、壓板、滑板等主要密封部件進(jìn)行了全部更換，于5月17日對(duì)氣柜進(jìn)行全升降及密封試驗(yàn)（表1）。

上表為該氣柜升降試驗(yàn)中活塞上四個(gè)油槽油位（LI103/104/105/106）滲漏記錄，上升過(guò)程中滲油速度最快0.88 mm，下降過(guò)程中滲油速度最快1.625 mm。正常生產(chǎn)運(yùn)行中，活塞上升下降速度較緩慢，因此滲油速率遠(yuǎn)小于試驗(yàn)值，正常滲油速率≤0.5 mm/ min。

裝置開(kāi)工后一個(gè)月氣柜運(yùn)行良好，但6月20日左右，氣柜活塞南側(cè)1邊帶板處能明顯聽(tīng)到活塞上部密封油流入油溝聲響，活塞上部密封油油槽油位下降速度明顯變快。據(jù)初步判斷，氣柜投入運(yùn)行一段時(shí)間后，活塞上部油槽內(nèi)的內(nèi)外室分隔帆布和滑板與柜壁的間隙增大，造成此邊油槽內(nèi)密封油下滲速度加快。

由于活塞上4個(gè)油槽相對(duì)聯(lián)通，因此，單邊滲漏影響了整個(gè)活塞油槽油位下降速度。異常情況下，每晝夜油泵往油槽補(bǔ)油次數(shù)由6~10次上升至24~30次。

表1 活塞上升、下降過(guò)程中停止補(bǔ)油后油槽滲油記錄

經(jīng)3個(gè)月的統(tǒng)計(jì)，不同的環(huán)境溫度對(duì)油槽滲油速率的影響也較大，且滲油速率與環(huán)境溫度成正比關(guān)系如圖4所示。

圖4 不同溫度下活塞油槽油位下滲速率圖表

經(jīng)觀測(cè)計(jì)算，該氣柜在此異常情況下，活塞油槽油位下滲速率如等于3 mm/min，則4臺(tái)供油泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)補(bǔ)油速率剛好等于油槽油位下滲速率，氣柜油槽油位將維持不變。但由于氣柜活塞始終在上升或者下降運(yùn)行，活塞油槽密封機(jī)構(gòu)滑塊也一直與氣柜進(jìn)行平行滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程，受氣柜柜壁垂直度、平整度、滑塊下部彈簧彈力等因素影響，滑塊與柜壁間隙始終保持動(dòng)態(tài)變化，油槽滲油速率也不能始終維持在同一值。因此，當(dāng)需要4臺(tái)補(bǔ)油泵同時(shí)工作才能維持油位時(shí)，運(yùn)行狀況已經(jīng)惡化到極限，隨時(shí)有油位不足、瓦斯從活塞上部溢出的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 活塞油槽油位監(jiān)控運(yùn)行

在異常情況下，從影響活塞油槽油位幾個(gè)因素著手，對(duì)各方面影響因素進(jìn)行了摸索與控制。

2.2.1 環(huán)境氣溫

由于氣柜活塞上部密封油運(yùn)動(dòng)黏度受環(huán)境溫度影響有變化，溫度越高流動(dòng)性越好，從油槽密封機(jī)構(gòu)及帆布滲油速率越高。因此，降低氣柜柜壁溫度將能減低油槽油位滲油速率。但氣柜柜外壁表面積較大（2.6 萬(wàn)m2）且密封油流經(jīng)的柜壁位置較高（10~50 m左右）。所以，無(wú)論從對(duì)氣柜柜壁直接降溫或采取柜外遮陽(yáng)降溫等措施投入成本較大，較難事實(shí)，此方案不可行。

2.2.2 提升供油泵性能

由于此氣柜設(shè)計(jì)密封油補(bǔ)油泵為直接抽取閃蒸塔底密封油輸送至氣柜頂部再流至活塞上油槽。因此，閃蒸后補(bǔ)油泵抽出性能受閃蒸塔真空度影響較大，真空度越高，泵輸出流量就越低，直接反應(yīng)到補(bǔ)油過(guò)程中活塞油槽油位下降速率上，則油槽油位補(bǔ)油速度變緩。經(jīng)多次操作調(diào)整，將密封油閃蒸塔真空度由-0.08 MPa降低至-0.05 MPa，活塞油槽補(bǔ)油速度有明顯上升趨勢(shì)（圖5）。

圖5 不同真空度下活塞油槽平均補(bǔ)油時(shí)間圖表

通過(guò)降低閃蒸塔真空度，可提高油槽補(bǔ)油速度，也能從另一方面控制住油槽滲油帶來(lái)的影響，維持油槽油位高油位運(yùn)行，降低風(fēng)險(xiǎn)。但當(dāng)閃蒸塔真空度低于-0.06 MPa之后，溶于密封油中的瓦斯輕烴、凝縮油組分閃蒸不徹底，又隨密封油輸送至氣柜頂部油槽，暴露于大氣之中，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。降低閃蒸真空度可行，但有局限性。

2.2.3 控制氣柜活塞運(yùn)行速度

由于氣柜活塞上部密封油油槽位于活塞四周，因此，在氣柜運(yùn)行過(guò)程中，油槽隨活塞上下運(yùn)動(dòng)。在活塞上升、下降過(guò)程中，與氣柜柜壁直接接觸的密封油會(huì)附著在柜壁表面形成油膜，這也減少了油槽內(nèi)的密封油，且上升下降速度越快，油槽內(nèi)油暫時(shí)損耗也會(huì)增快。

從穩(wěn)定氣柜柜容、限制活塞上升下降速度著手，活塞油槽油位在同一工藝條件及環(huán)境溫度下，確實(shí)能減小活塞油槽滲油速率0.1~0.3 mm/min，但作用效果不明顯，在氣柜滲油速率異常情況下，不足以完全控制住油槽滲油速率較快帶來(lái)的影響。

2.2.4 減小氣柜活塞油槽與柜壁間隙，對(duì)密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修

要徹底降低活塞油槽油位滲油速率，需從根源解決。對(duì)氣柜進(jìn)行了停工檢修，并對(duì)滲油量明顯的1邊帶板密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆檢。發(fā)現(xiàn)此帶板處密封滑塊出現(xiàn)了變形，與氣柜柜壁間隙＞10 mm（圖6）。

圖6 故障段滑板變形實(shí)物圖

由于此處滑板變形，造成與氣柜柜壁間隙增大，油槽內(nèi)密封油從縫隙中大量流出，造成了氣柜活塞油槽整體滲油速率上升。滑板變形原因主要為，變形部位兩側(cè)三個(gè)帆布掛鉤脫落，在密封油的重力作用下，帆布將滑板拉彎變形。

滑板上帆布掛鉤與滑板連接方式為卯接，制造商在滑板制作過(guò)程中避免采用焊接方式，為了避免焊接熱力對(duì)滑板平整度帶來(lái)的影響，但卯接方式牢固性能較差，造成了掛鉤脫落。

在對(duì)此滑板重新修整回裝后，氣柜重新投用，投用后由于密封機(jī)構(gòu)與柜壁間隙減小，氣柜活塞油槽滲油速率也下降了，在同等環(huán)境溫度及工藝條件下，滲油速率由1.5~2.5mm/min下降至0.3~0.5 mm/min，每晝夜，油泵往油槽補(bǔ)油次數(shù)降低至6~8次。氣柜恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 影響氣柜活塞油槽滲油速率的因素及處理

通過(guò)正常及異常情況下氣柜油槽滲油速率的調(diào)節(jié)、處理，可以總結(jié)出影響氣柜活塞油槽滲油速率的因素主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 密封油物化性質(zhì)

氣柜密封油運(yùn)動(dòng)黏度受環(huán)境溫度、柜壁溫度影響較大，且成正比關(guān)系。運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)控制油溫等手段來(lái)控制黏度。條件允許的話，更換黏溫特性好的密封油，將弱化溫度對(duì)密封油黏度的影響。

密封油運(yùn)動(dòng)黏度還受溶解于油中的瓦斯輕烴、凝縮油等介質(zhì)影響，提高密封油閃蒸效率，定期對(duì)密封油進(jìn)行化驗(yàn)分析，若達(dá)不到各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)及時(shí)排查或更換密封油。

3.2 供油速率

氣柜正常運(yùn)行過(guò)程中，若供油速率始終大于滲油速率，則滲油速率的變化將不會(huì)對(duì)氣柜正常運(yùn)行造成影響?？梢酝ㄟ^(guò)提高供油泵流量、適當(dāng)降低密封油閃蒸真空度等措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 油槽密封機(jī)構(gòu)可靠性

油槽密封機(jī)構(gòu)的密封性將直接影響油槽滲油速率，因此，保證密封機(jī)構(gòu)的完好，且對(duì)密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)改造，如將滑板掛鉤連接方式更改為焊接后平整或一次成型等連接方式，使密封機(jī)構(gòu)更加牢固可靠，將能保證氣柜油槽長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

多邊形稀油密封干式氣柜一般用于儲(chǔ)存和配送煤氣、瓦斯氣等有毒有害、易燃易爆介質(zhì)，若沒(méi)有密封油，氣柜無(wú)法儲(chǔ)存煤氣，密封油的效果差、不僅漏油、漏煤氣、瓦斯，而且嚴(yán)重影響著環(huán)境及安全生產(chǎn)，因此對(duì)氣柜密封油系統(tǒng)油槽滲油的研究尤為重要，密封油系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行，不僅可以確保氣柜安全運(yùn)行，而且還具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

[1] 曹開(kāi)朗等. CECS186：2005 多邊形稀油密封儲(chǔ)氣柜工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.10.

[2] 薛金賢，許顯坤.獨(dú)山子石化分公司第三聯(lián)合車間瓦斯回收裝置操作規(guī)程［M］.新疆：中石油獨(dú)山子石化分公司發(fā)布,2015.

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1671-0711（2016）08（上）-0076-03