干式橡膠膜氣柜檢修中的綠色低碳與降耗

屈曉禾屈威劉亞賢

（1.中國石油天然氣集團(tuán)公司云南石化分公司；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司；3.中國石油天然氣集團(tuán)公司華南化工銷售公司）

干式橡膠膜氣柜檢修中的綠色低碳與降耗

屈曉禾1屈威2劉亞賢3

（1.中國石油天然氣集團(tuán)公司云南石化分公司；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司；3.中國石油天然氣集團(tuán)公司華南化工銷售公司）

干式氣柜是煉化企業(yè)中節(jié)能降耗的關(guān)鍵設(shè)施，氣柜在運(yùn)行一定周期需進(jìn)行檢修。檢修主要涉及柜內(nèi)氣體置換、干式氣柜橡膠膜更換等內(nèi)容。氣體置換根據(jù)氣體特性選擇活塞落底進(jìn)行氣體置換，即可節(jié)約大量氮?dú)庥挚s短置換工期，還能夠保證置換質(zhì)量。對(duì)于橡膠膜這種干式氣柜主要部件更換應(yīng)根據(jù)運(yùn)行期間儲(chǔ)存物料性質(zhì)、橡膠膜運(yùn)行次數(shù)及勞損程度情況確定。在煉化企業(yè)整體檢修時(shí)，活塞落底后進(jìn)行氮?dú)庵脫Q并與系統(tǒng)一起置換方案，單臺(tái)2×104m3氣柜可節(jié)約氮?dú)?×104m3，減少燃料氣排放3×104m3。

氣柜；氣體置換；橡膠膜；化學(xué)清洗；升降；老化

干式橡膠膜（威金斯）氣柜（以下簡稱氣柜）以其占地面積小、有著無動(dòng)力消耗、無油潤滑、無需人員看管的“三無”優(yōu)點(diǎn)。本次檢修的氣柜為2臺(tái)2×104m3氣柜，是用于煉化裝置放空氣回收系統(tǒng)的主要設(shè)備。檢修前的氣體置換工作按慣例全程升起活塞以保證柜內(nèi)可燃?xì)怏w置換徹底，由于氮?dú)庥昧看?，耗時(shí)過長，會(huì)有一定量揮發(fā)性有機(jī)物（以下簡稱VOCs）排放大氣。最為關(guān)鍵的是橡膠膜的更換，它占?xì)夤駲z修絕大部分內(nèi)容與費(fèi)用。

1 燃料氣系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)流程

2臺(tái)2×104m3氣柜用于儲(chǔ)存裝置排出高低壓放空氣，兩者可互用。具體流程：來自放空氣管道的放空氣進(jìn)入干式氣柜，進(jìn)行緩沖收集儲(chǔ)存，氣柜內(nèi)壓3 kPa。柜內(nèi)氣由柜出口進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，升壓后的燃料氣經(jīng)冷卻器冷卻、低壓緩沖罐分液后，氣體進(jìn)入脫硫塔，脫除H2S后，并入全廠燃料氣管網(wǎng)供用戶使用。氣柜底部的凝液自流入氣柜的凝縮油罐，由凝縮油罐上的液下泵送出。

1.2 回收氣組成

設(shè)計(jì)高低壓燃料氣組分和實(shí)際運(yùn)行時(shí)高低壓燃料氣部分組分見表1、表2。

表1 高低壓燃料氣組分設(shè)計(jì)值

表2 實(shí)際運(yùn)行時(shí)高低壓燃料氣部分組分

對(duì)比表1、表2可以看出，實(shí)際運(yùn)行過程中儲(chǔ)存介質(zhì)的組成與設(shè)計(jì)有較大的差距，在氣柜設(shè)施的運(yùn)行、維護(hù)、檢修等方面要予以考慮。

2 氣柜所屬系統(tǒng)檢修

氣柜本體檢修主要內(nèi)容：柜體內(nèi)氣體氮?dú)庵脫Q（含支腿安裝）；化學(xué)清洗；橡膠膜拆換；其它設(shè)備檢修恢復(fù)（包括柜壁復(fù)原、調(diào)平）；氣密、投產(chǎn)。

2.1 氣柜柜底沖洗

氣柜柜底為高拱形中央底板結(jié)構(gòu)，使得氣柜能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化吹掃、凝液自動(dòng)排放、檢修方便，屬節(jié)能環(huán)保型設(shè)備。

在將氣柜內(nèi)可燃回收氣徹底置換達(dá)到檢修標(biāo)準(zhǔn)前，必須考慮氣柜內(nèi)殘存凝液大致清理，以免因凝液存在而不斷揮發(fā)，增加氣柜氣體置換效果與置換氣體用量。氣柜回收燃?xì)饨M成上看含有極少量C4以上的組分，將以揮發(fā)性油類凝液的形式殘存于柜底?；厥杖?xì)庵写嬖贖2S并有單體S析出，根據(jù)氣柜有別于一般儲(chǔ)罐的罐底結(jié)構(gòu)分析：凝液或可能出現(xiàn)的S基本上積存于氣柜內(nèi)柜壁周邊柜底板起拱角之前的3 m寬圓周區(qū)域。氣柜出入口管徑DN500，管底距罐底650 mm，燃料氣回收系統(tǒng)在進(jìn)行氣體置換時(shí)還將處于在用狀態(tài)。噴入霧狀水[1]雖可以最高效吸收氣柜空間中的油氣，但水霧有可能通過氣柜出口進(jìn)入壓縮機(jī)造成壓縮機(jī)損壞。因此，選擇氣柜出入口之間與之水平的返氣口向氣柜中心柜底部沖入清水約150～200 mm（遠(yuǎn)低于氣柜出口下邊緣），進(jìn)行柜底預(yù)洗，沉降后排入密閉凝縮油罐。為阻止水進(jìn)入氣柜出口管道，對(duì)氣柜內(nèi)殘存輕質(zhì)凝液進(jìn)行予沖洗，防止了氣柜進(jìn)行氮?dú)庵脫Q時(shí)殘存凝液因氮?dú)鈹噭?dòng)或自我不斷揮發(fā)造成氣柜置換次數(shù)增加。

2.2 氣柜內(nèi)氣體的氮?dú)庵脫Q

氣柜內(nèi)氣體氮?dú)庵脫Q合格與否決定著氣柜檢修能否安穩(wěn)進(jìn)行。常規(guī)氮?dú)庵脫Q采用方式：用氮?dú)鈱⒒钊cT擋板充頂至行程的上限，由緊急放散閥開啟排入高空或排入火炬。進(jìn)行幾次達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后完成置換工作。但氮?dú)夂牧烤薮?，單次置換氮?dú)饩涂蛇_(dá)2.06×104m3（標(biāo)）以上，柜內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體全部排放大氣或燃燒，不利于環(huán)境保護(hù)。

為此采用氣柜活塞落底后進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，置換氮?dú)饨?jīng)由回收系統(tǒng)后進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)，不排入大氣的置換方案。具體內(nèi)容是將柜位落底，T型圍欄所連接的外側(cè)橡膠膜與活塞所連接的內(nèi)側(cè)橡膠膜都處于向下拉伸垂直狀態(tài)，氣柜內(nèi)油氣空間不存在死角。進(jìn)行氮?dú)庵脫Q與T型圍欄活塞同時(shí)全量程升起的置換效果基本一致。置換氮?dú)猓?.6 MPa）進(jìn)入柜內(nèi)產(chǎn)生較高速的攪動(dòng)形成湍流狀態(tài)，很容易達(dá)到混合均勻，使得柜內(nèi)各死角均能被氮?dú)庵脫Q，消除了柜內(nèi)燃?xì)獾拇媪簟?/p>

置換的燃料氣與氮?dú)鈿怏w排入燃料氣管網(wǎng)，供正在陸續(xù)停工的生產(chǎn)裝置使用，實(shí)現(xiàn)了燃料氣系統(tǒng)的統(tǒng)一氣體置換。過高的氮?dú)馐欠駮?huì)影響生產(chǎn)裝置末期運(yùn)行，通過表1數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)查看，燃料其中氮?dú)饬吭黾訉?duì)生產(chǎn)裝置的影響極小，而且還有相應(yīng)的應(yīng)急措施（生產(chǎn)裝置陸續(xù)降量停工，燃料氣用量為零，僅僅鍋爐使用燃料氣約4000 m3/h，鍋爐以使用燃油為主）。置換氣去向排向燃料氣管網(wǎng)，直至合格后再改排火炬放空系統(tǒng)。

此次置換共計(jì)4次。最后一次將活塞提升至5 m。置換結(jié)果完全合格，氧含量小于1%[2]。2臺(tái)氣柜耗氮量比全量程升降活塞T型圍欄的置換方法（置換3次）節(jié)省氮?dú)?2×104m3（標(biāo)）。同時(shí)，氣柜內(nèi)燃料氣（接近6000 m3）全部送入燃料氣管網(wǎng)，消滅了VOCs的向大氣排放。

采用該置換方法，避免了多次全程置換充氮時(shí)間（尤其生產(chǎn)裝置陸續(xù)停工期間氮?dú)庥昧烤o張，充氮時(shí)間延長），節(jié)省時(shí)間及氮?dú)庥昧?。同樣進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，低柜位與全量程柜位情況下的耗氮量明顯立判。系統(tǒng)中壓縮機(jī)系統(tǒng)（包括換熱器等）、脫硫系統(tǒng)全部通過氣柜置換氮?dú)庵脫Q，節(jié)省了單獨(dú)置換的氮?dú)庀?。最大限度減少了VOCs排放大氣：置換的氣柜內(nèi)殘余燃料氣與氮?dú)饣旌蠚饨?jīng)由壓縮機(jī)、脫硫塔等設(shè)備送入燃料氣管網(wǎng)，供裝置消耗。消除了向大氣排。

為確定氣柜內(nèi)氣體是否置換合格關(guān)鍵在于氣體采樣點(diǎn)確定。采集樣品具有氣柜內(nèi)氣體代表性，就能確保置換成功。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[3]：大型儲(chǔ)罐氣體在不斷得到補(bǔ)充的情況下，通常以采取部位樣品或在氣體離開儲(chǔ)罐出口進(jìn)行間斷或連續(xù)采樣。確定出在儲(chǔ)罐出口附近采集間斷樣，在緊急放散閥處采取部位樣品。因?yàn)榫o急放散閥與罐壁接口處（6.600 m）處于T型圍欄托架的上緣、活塞密封膜的連接口處，具有代表性。

2.3 化學(xué)清洗

氣柜內(nèi)壁化學(xué)清洗目的是將易燃的硫化物或析出硫清除，防止與空氣接觸自燃。清洗時(shí)需將活塞支腿支起，活塞支起高度1.2 m，活塞環(huán)墻高0.9 m，活塞總重約130 t。注入清水及化學(xué)試劑混合液如過多，液體波動(dòng)會(huì)造成對(duì)活塞的沖擊，使支腿損壞或活塞漂移，沖擊T型圍欄托架，造成損壞托架或氣柜柜壁，化學(xué)清洗時(shí)清洗液充入量以低于支腿高度為宜。本次清洗液位高度為1.2 m。

2.4 氣柜檢修的橡膠膜更換

氣柜密封橡膠膜接觸大氣側(cè)采用丁晴橡膠+聚氯烯高溫共混膠料，接觸介質(zhì)側(cè)采用特種丁晴橡膠。骨架層為三維單層的多軸向織物結(jié)構(gòu)，兩側(cè)表面均為麻面。石化企業(yè)氣柜回收燃料氣含氫量高（滲透力強(qiáng)）、組分復(fù)雜（含烷烴、環(huán)烷烴、芳烴等）、硫化氫含量高[4]，要求橡膠膜具有嚴(yán)密性、耐磨性、抗腐性、耐久性、彈性與相當(dāng)強(qiáng)度[5]。

丁晴橡膠(NBR)具有優(yōu)異耐油性耐溶劑性，能有效地阻止氣體分子擴(kuò)散，但極性大的溶劑對(duì)它有溶脹作用，其耐臭耐候性差。但聚氯乙烯（PVC）較之有良好的耐臭耐候性，與丁晴橡膠（NBR）共混后，具有良好的耐溶劑型，同時(shí)可提高屈撓性能、耐H2S氣體、抗撕耐磨性。

儲(chǔ)氣柜用橡膠密封膜標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橡膠膜具體性能的具體要求見表3。

表3 密封膜物理性質(zhì)

橡膠膜更換是氣柜檢修的重要步驟，單柜膜費(fèi)用達(dá)120萬元，占?xì)夤駲z修總費(fèi)用的80%。鑒于橡膠膜已運(yùn)行6年，且煉制原油中含硫原油量較多，決定更換橡膠膜。在拆卸下的橡膠膜檢查中看出膜狀態(tài)完好，目測(cè)無任何異常。膜表面未發(fā)現(xiàn)氣泡、脫皮、褶皺打折情況。現(xiàn)場人力全力折疊膜未見異常，表明該橡膠膜仍處于完好狀態(tài)。

出現(xiàn)這一情況有以下原因：

1）未按設(shè)計(jì)工況對(duì)比。雖然設(shè)計(jì)說明給出大修期間隔年限約10年。但設(shè)計(jì)考慮可燃?xì)饨M成H2S含量遠(yuǎn)高于實(shí)際量。

2）未對(duì)氣柜橡膠膜進(jìn)行全面相重點(diǎn)結(jié)合的實(shí)地長期觀察。橡膠膜外觀檢查的項(xiàng)目主要有膜是否褶皺、脫皮、產(chǎn)生氣泡。褶皺、脫皮原因之一是活塞旋轉(zhuǎn)、偏移（包括T型圍欄）以及活塞快速升降時(shí)的漂移偏轉(zhuǎn)。從檢修實(shí)地觀察可看出氣柜防旋轉(zhuǎn)裝置狀態(tài)良好，T型圍欄上導(dǎo)向輪無任何接觸柜壁痕跡。從調(diào)平裝置的運(yùn)行靈活性表明活塞漂移情況幾近沒有；橡膠膜老化是由于長期反復(fù)運(yùn)行致使橡膠膜折疊次數(shù)超出橡膠膜疲勞極限所致。一般發(fā)生部位在氣柜外膜上部即T型圍欄頂升位置附近[6]；橡膠膜緊固件脫落致使橡膠膜密封升降過程局部膜受力不均，長時(shí)間運(yùn)行造成膜局部失效；以上情況完全可以在重點(diǎn)部位進(jìn)行經(jīng)常性的檢查，為橡膠膜的運(yùn)行壽命判斷提供有力依據(jù)。實(shí)際上卻缺少日常對(duì)這些部位檢查，在確定氣柜檢修項(xiàng)目內(nèi)容時(shí)無法提供參考。

3）日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目缺少，不能提供可靠的數(shù)據(jù)供借鑒。氣柜運(yùn)行過程都已實(shí)現(xiàn)了DCS控制。如柜位、活塞運(yùn)行上下限、柜內(nèi)壓力波動(dòng)、溫度等都設(shè)有監(jiān)控檢、測(cè)措施，滿足氣柜正常運(yùn)行需要。氣柜內(nèi)件升降次數(shù)卻少有記錄，無法核對(duì)氣柜實(shí)際內(nèi)件升降次數(shù)（與規(guī)范規(guī)定疲勞試驗(yàn)80萬次要求比對(duì)）；缺少柜底凝液的酸堿性分析，因?yàn)楹琒氣體進(jìn)入柜體形成酸性物對(duì)出現(xiàn)打折處橡膠膜腐蝕，在內(nèi)壓作用下造成膜開裂。

氣柜在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)考慮增加氣柜內(nèi)件升降次數(shù)記錄；進(jìn)行階段性的抽測(cè)柜底凝液酸堿性，對(duì)氣柜橡膠膜使用壽命的掌握及預(yù)防損傷的加大提供有利依據(jù)。通過實(shí)地更換橡膠膜的目測(cè)及運(yùn)行環(huán)境分析，可以判斷出橡膠膜實(shí)際仍可運(yùn)行一個(gè)周期（3年）。

綜上所述，對(duì)于有2臺(tái)氣柜或多臺(tái)氣柜的煉化企業(yè)，可以考慮對(duì)其中1臺(tái)氣柜先行檢修，對(duì)橡膠膜性能進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)，確定在用橡膠膜是否繼續(xù)使用，減少盲目更換造成的不必要浪費(fèi)。

3 節(jié)能效果

氮?dú)庵脫Q原采用方案是用6 kg/cm2氮?dú)獬淙胧拐麄€(gè)活塞全量程升起，通過緊急放散口放空。反復(fù)兩次后采樣分析，不合格繼續(xù)置換。以置換3次計(jì)耗氮?dú)饬考s13×104m3?？紤]充氮?dú)鈺r(shí)活塞在最低柜位，是保證活塞不落底，故以3 m柜位計(jì)入，單柜容積殘存VOCs氣體約2744 m3。

現(xiàn)在采用方案是活塞落地，進(jìn)行置換，最后一次升起5 m。用氮?dú)饬繛?000 m3/臺(tái)。柜內(nèi)剩余燃料氣全部進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)，達(dá)到零排放。將系統(tǒng)（壓縮機(jī)，脫硫塔、換熱器、分液罐）一并置換，可已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的檢修安全，消滅燃料氣外排，消除了環(huán)境污染。

由此可以得出采用活塞落底方式置換方案，較全量程置換方案可節(jié)約氮?dú)?2×104m3（標(biāo)），減少燃料氣排放近6000 m3。

4 結(jié)論

1）在氣柜檢修與企業(yè)整體檢修同步進(jìn)行時(shí)，要考慮整個(gè)燃料氣回收系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行整體氣體置換。即減少作業(yè)拆卸點(diǎn)，又共用置換氮?dú)鈿怏w，還可將氣柜內(nèi)殘存燃料氣全部利用。

2）氣柜進(jìn)行氮?dú)庵脫Q時(shí)，將柜位降至最低進(jìn)行。兩臺(tái)2×104m3氣柜置換消耗氮?dú)饬枯^全量程升降置換節(jié)省氮?dú)?2×104m3（標(biāo)）。

3）增加氣柜內(nèi)件升降次數(shù)與柜底凝液的酸堿性分析，為橡膠膜使用壽命確定確定提供可靠數(shù)據(jù)，避免盲目更換橡膠膜造成不必要消耗。

[1]郭維新.惰性氣體5.4萬m3氣柜檢修置換工藝方案選擇[J].山西科技，2015（1）：123-124.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程：GB 6222—2005[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005：1-29.

[3]全國化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).氣體化工產(chǎn)品采樣通則：GB/ T 6681-2003[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003：1-20.

[4]蔡斌.回收火炬用干式氣柜橡膠膜的研制與應(yīng)用[J].合成橡膠工業(yè)，2001，24（6）：365-367.

[5]賈留昌.卷簾型干式氣柜的泄漏分析[J].廣州石化，2013，41（2）：111-113.

[6]吳志偉，李輝.威金斯型煤氣柜泄漏原因分析及處理措施[J].冶金動(dòng)力，2013（2）：24-25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.006

2017-02-18

（編輯 賈洪來）

屈曉禾，2014年畢業(yè)于天津理工大學(xué)（國際工商管理專業(yè)），從事油氣儲(chǔ)運(yùn)操作工作，E-mail：936714830@qq.com，地址：云南省安寧市昆畹東路8號(hào)中國石油安寧大廈，650399。