新材料應(yīng)用對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)推動(dòng)探討

(保定市新華石化設(shè)備制造有限公司， 河北 保定 071051)

新材料應(yīng)用對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)推動(dòng)探討

段冠軍

(保定市新華石化設(shè)備制造有限公司， 河北 保定 071051)

內(nèi)浮頂是一種安裝在石油化工液體儲(chǔ)罐中用來防止儲(chǔ)液揮發(fā)損失的裝置。隨著新材料的不斷出現(xiàn)及非金屬材料在性能及制作工藝方面的創(chuàng)新，對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝也產(chǎn)生一些變革。近幾年開發(fā)了很多可規(guī)?；a(chǎn)的新型材料，如發(fā)泡鋁合金、阻燃且含氧指數(shù)大大提高的玻璃鋼以及密度與發(fā)泡聚氨酯相當(dāng)、但不燃燒的酚醛發(fā)泡塑料，這些材料在儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂上的應(yīng)用必然對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)浮頂?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新起到推動(dòng)作用。

儲(chǔ)罐； 內(nèi)浮頂； 發(fā)泡鋁合金； 玻璃鋼； 酚醛發(fā)泡塑料； 應(yīng)用

內(nèi)浮頂是一種安裝在石油儲(chǔ)罐或其它化工液體儲(chǔ)罐中可以隨液面上、下浮動(dòng)的盤狀裝置。采用內(nèi)浮頂裝置可以完全覆蓋罐內(nèi)的液面，避免易揮發(fā)的液體表面暴露在空氣中，不僅可大幅度減少儲(chǔ)存液體蒸發(fā)造成的損失，而且可以減少對(duì)環(huán)境的污染，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。采用內(nèi)浮頂是世界公認(rèn)的降低固定頂油罐油品蒸發(fā)的最有效、最經(jīng)濟(jì)的方之一。

20世紀(jì)60年代以來，國(guó)內(nèi)外主要發(fā)展了3種類型內(nèi)浮頂裝置：①鋼制焊接內(nèi)浮頂，結(jié)構(gòu)形式主要有淺盤式、浮艙式和環(huán)艙式，材質(zhì)為4.5～6.0 mm鋼板，制造方法是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接。② 鋁合金、不銹鋼浮筒式內(nèi)浮頂、鋁合金浮箱式內(nèi)浮頂，其結(jié)構(gòu)形式為井字形與三角形，材質(zhì)為0.5～2.5 mm的不銹鋼板和鋁合金板，預(yù)先制造好后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配。③非金屬內(nèi)浮頂，其結(jié)構(gòu)形式主要有玻璃鋼內(nèi)浮頂及塑膠浮子金屬骨架內(nèi)浮頂兩種，其中玻璃鋼內(nèi)浮頂制造方式是在現(xiàn)場(chǎng)支撐模板后進(jìn)行層層刷涂成型，材質(zhì)主要為樹脂與玻璃氈。

任何產(chǎn)品的型式、結(jié)構(gòu)都與產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型時(shí)的材料、工藝、技術(shù)現(xiàn)狀有著直接的關(guān)系。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷推新，內(nèi)浮頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式必然會(huì)發(fā)生變化，使內(nèi)浮頂防止儲(chǔ)液揮發(fā)的效能更高，制作與安裝、維修更加快捷方便。文中對(duì)新材料的創(chuàng)新對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討，以供同行借鑒。

1 發(fā)泡鋁合金在儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用

發(fā)泡鋁合金屬是近年來發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)材料[1]。早在20世紀(jì)40年代初期，很多國(guó)家就對(duì)泡沫金屬材料進(jìn)行研究[2]，但由于發(fā)泡工藝很難控制， 一直未得到發(fā)展，直到80年代末期才取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，并可進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)泡鋁合金密度為0.2～0.4 g/cm3[3],可制成閉泡狀態(tài)，具有輕質(zhì)、不燃、隔熱及隔音等良好的性能，可制成板狀等型材，已應(yīng)用于航空航天、 高鐵、電子及軍工等高科技領(lǐng)域。

用發(fā)泡鋁合金制造內(nèi)浮頂，完全可用成型的發(fā)泡鋁合金板材作為覆蓋液面的浮力元件，但發(fā)泡鋁合金彈性模量較低[4]，需在內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)中用鋁合金型材做主副梁，以承受浮頂運(yùn)行中的力荷載。由于直接覆蓋油面(屬于浸入式)，消除了浮筒式內(nèi)浮頂浮筒與蒙皮間產(chǎn)生的油氣空間，發(fā)泡鋁合金內(nèi)部是閉泡結(jié)構(gòu)，其浮力是自重的近4倍，因此發(fā)泡鋁合金制作的內(nèi)浮頂不會(huì)沉盤。

發(fā)泡鋁合金制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 發(fā)泡鋁合金內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示圖

2 非金屬材料在儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用

2.1玻璃鋼

國(guó)外已有用玻璃鋼制作內(nèi)浮頂?shù)南壤?，其專利技術(shù)歸荷蘭DM Tank Systems 公司所屬，中海殼牌南海石化項(xiàng)目10萬m3原料油罐中引進(jìn)了玻璃鋼內(nèi)浮頂技術(shù)[5]。

玻璃鋼內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)由中間層蜂巢板和加強(qiáng)型玻璃鋼上、下面層組成，其主要材料為環(huán)氧乙烯樹脂、無堿短切玻璃纖維氈和聚丙烯蜂巢板，上、下兩層加強(qiáng)型玻璃纖維板由玻璃氈和樹脂組成。樹脂通過特殊的樹脂泵和噴槍噴涂在玻璃氈上，樹脂凝固后與玻璃氈一起形成加強(qiáng)玻璃纖維板，也就是通常所說的玻璃鋼。中間層蜂巢板用來抵抗剪切變形并增加內(nèi)浮頂厚度和慣性模量，可以滿足重量輕、強(qiáng)度高、剛度大、隔熱及保溫等多項(xiàng)性能要求。

采用玻璃鋼制作的內(nèi)浮頂整體密度只有190 kg/m3(低于儲(chǔ)液的密度)，且整體鋪設(shè)在液面的表面，支撐浮頂及附加重量的浮力基本上可達(dá)自重的3.5倍。即使發(fā)生故障，內(nèi)浮頂仍浮于液面，不會(huì)有沉盤現(xiàn)象出現(xiàn)。

玻璃鋼內(nèi)浮頂具有導(dǎo)電性能好、能與多種化工溶液相容以及抗化學(xué)腐蝕性良好的顯著特點(diǎn)，可填補(bǔ)腐蝕性較強(qiáng)的儲(chǔ)液不能用鋁合金內(nèi)浮頂?shù)目杖薄２Ａт搩?nèi)浮頂?shù)牟蛔阒幨乾F(xiàn)場(chǎng)制作比較繁瑣，不僅需要預(yù)制玻璃鋼粘接成型模板，而且成型后還要用蒸汽對(duì)玻璃鋼進(jìn)行固化。隨著今后玻璃鋼類材料的創(chuàng)新及制作工藝的發(fā)展，玻璃鋼內(nèi)浮頂在防火、耐熱性能及使用壽命上都會(huì)得到提高，制作工藝會(huì)簡(jiǎn)化，廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)存各類介質(zhì)的玻璃鋼內(nèi)浮頂設(shè)計(jì)制造是完全可能的。

玻璃鋼制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 玻璃鋼內(nèi)浮頂示意圖

2.2酚醛泡沫塑料

酚醛泡沫塑料是近幾年發(fā)展起來的一種新型泡沫塑料[6]，是由酚醛樹脂加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。

酚醛泡沫塑料最為突出的特點(diǎn)是難燃、低煙以及抗高溫歧變，可以通過現(xiàn)場(chǎng)澆注發(fā)泡，可模制也可機(jī)械加工，可制成板材、管殼及各種異型產(chǎn)品，不僅克服了泡沫塑料型保溫材料易燃、多煙及遇熱變形的缺點(diǎn)，而且還保留了泡沫塑料型保溫材料質(zhì)輕、施工方便等特點(diǎn)。酚醛發(fā)泡塑料與聚氨酯發(fā)泡塑料性能比較見表1[7]。

表1 酚醛發(fā)泡塑料與聚氨酯發(fā)泡塑料性能比較

本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)有企業(yè)采用硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠作為浮力元件，制成全鋪式硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠浮子鋼骨架內(nèi)浮頂[7]，主要由鋼骨架、用薄鋁板包裹的硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠浮子組成。塑膠浮子呈全鋪方式并浸入液面，無油氣空間，節(jié)能效果明顯。此結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)石油儲(chǔ)罐工程中有應(yīng)用實(shí)例，但因聚氨酯阻燃及靜電導(dǎo)出問題而未能推廣。

若采用酚醛發(fā)泡板作為浮力元件，阻燃問題可能會(huì)得到解決。酚醛發(fā)泡板強(qiáng)度比其他發(fā)泡塑料材料都高，可以任意切割，在制作上比聚氨酯發(fā)泡材料更方便快捷。隨著近幾年對(duì)酚醛發(fā)泡材料的不斷研究與發(fā)展，酚醛發(fā)泡材料的性能及制作工藝都會(huì)提高和簡(jiǎn)化，在石油儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂上會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

酚醛發(fā)泡塑料制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 酚醛發(fā)泡板內(nèi)浮頂示圖

3 結(jié)語

儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂使用的材料需要滿足阻燃與導(dǎo)靜電性能這兩個(gè)基本性能。

泡沫鋁合金板本身不燃燒，用其制作的內(nèi)浮頂能和浮筒式鋁浮頂?shù)淖枞夹孕阅芟嗤?，防火性能達(dá)到DIN5510-2:2009《軌道車輛防火措施-第二部分：材料和構(gòu)件的燃燒特性和燃燒并發(fā)現(xiàn)象》的要求[8]。泡沫鋁合金為金屬導(dǎo)體，相互連接至導(dǎo)靜電裝置接入儲(chǔ)罐導(dǎo)出。

玻璃鋼阻燃性能已得到很大提高，可制成氧指數(shù)超過35%、力學(xué)性能好的自熄性聚酯[9]。導(dǎo)電性能是將石墨摻在樹脂中，將靜電導(dǎo)出[10]。

酚醛發(fā)泡塑料具有閉孔結(jié)構(gòu)均勻、導(dǎo)熱系數(shù)低及阻燃性能好的顯著特點(diǎn)，在火焰的直接作下具有結(jié)炭熔化現(xiàn)象[11,12]，抗火焰穿透時(shí)間可達(dá)1 h。導(dǎo)靜電性能可在制作發(fā)泡板時(shí)在中間放置金屬格網(wǎng)，使靜電導(dǎo)出至內(nèi)浮頂框架。

一種新材料的使用是逐漸被認(rèn)識(shí)的過程，文中所述材料終會(huì)用于內(nèi)浮頂。

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(許編)

DiscussionofDevelopmentTrendofNewMaterialforInnerFloatingRoofStorageTankStructure

DUANGuan-jun

(Hebei Xinhua Petrochemical Equipment Manufacturing Corp. Ltd., Baoding 071051， China)

The internal floating roof is a device which is installed in the oil or chemical liquid storage tank to prevent the loss of liquid storage. With the emergence of new material and non metal materials in the process and performance of innovation, inevitable internal floating roof structure design, manufacturing processes to produce change, from the development in recent years and large-scale production of new materials, such as foamed aluminum alloy, flame retardant and containing oxygen index greatly enhance the glass steel, density and the polyurethane foam quite, but not burning the phenolic foam plastics, these materials in storage tank floating roof application inevitable technological innovation on the traditional internal floating roof to promote, some discussion on the application of the floating roof from the new material.

storage tank； internal floating roof； foamed aluminum alloy; glass fiber reinforced plastics; phenolic foam; application

TQ050.4； TE977

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.011

1000-7466(2017)02-0051-04

2016-10-12

段冠軍(1953-)，男，河北保定人，高級(jí)工程師，多年從事儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂?shù)脑O(shè)計(jì)及研究工作。