卷簾型干式氣柜橡膠密封膜使用管理

王孝忠， 蘇同君， 李偉娟， 田付海， 王 博

(中國石油化工股份有限公司 石家莊煉化分公司， 河北 石家莊 050099)

氣柜在煉油企業(yè)用作生產(chǎn)裝置低壓瓦斯的收集設(shè)備。按密封型式，氣柜主要分為干式氣柜和濕式氣柜。濕式氣柜采用水密封，干式氣柜采用潤滑油、潤滑脂或橡膠膜密封。濕式氣柜由于耗水量大、維護(hù)困難，已經(jīng)被逐漸淘汰。干式氣柜中的卷簾型氣柜亦稱威金斯氣柜，具有節(jié)水、節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、自重輕、升降靈活、壓力穩(wěn)定、對(duì)地基要求不高、不受寒冷氣候影響及腐蝕風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)90年代末開始在石化行業(yè)大量推廣應(yīng)用[1]。氣柜的投用避免了瓦斯通過火炬直接燒掉，具有平衡全廠瓦斯、節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的多重作用，是煉油企業(yè)長周期運(yùn)行的重要保障之一[2]。

卷簾型氣柜以橡膠膜為主要密封裝置，橡膠密封膜的平穩(wěn)運(yùn)行是制約氣柜能否長周期運(yùn)行的主要因素。某煉油廠于2000年新增1臺(tái)處理能力2萬m3的卷簾型干式氣柜，文中結(jié)合日常工作實(shí)踐對(duì)該氣柜橡膠密封膜的使用管理情況進(jìn)行探討。

1 氣柜基本結(jié)構(gòu)及部件功能

1.1 基本結(jié)構(gòu)

某煉油廠卷簾型干式密封型氣柜儲(chǔ)存介質(zhì)為瓦斯氣，公稱體積20 000 m3，儲(chǔ)存壓力3～4 kPa，儲(chǔ)存溫度-15～60 ℃，活塞行程22.5 m，柜體直徑34.3 m，檐口高度28.5 m，柜體全高33.8 m，側(cè)板段數(shù)19，密封段數(shù)2，底面積928 m2。該氣柜主要由柜體、活塞、T型擋板、橡膠密封膜、波紋板和其他附屬部件組成，見圖1[2]。

圖1 卷簾型干式氣柜結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 部件功能

1.2.1 柜體和活塞

柜體是氣體存儲(chǔ)的主要空間，也是氣柜的結(jié)構(gòu)主體，必須同時(shí)具備嚴(yán)密性和適當(dāng)?shù)膭偠?，以防氣體泄漏和抵抗自重及其調(diào)平等系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力，因此是一個(gè)焊接的鋼結(jié)構(gòu)整體，由支柱、底板、壁板和頂板組成?；钊ㄟ^上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣柜對(duì)瓦斯氣的吞吐，其周邊布置水泥塊配重用于保持氣柜的壓力穩(wěn)定，在氣柜首次投用時(shí)通過調(diào)整配重保證活塞不發(fā)生傾斜。

1.2.2 T型擋板和波紋板

T型擋板是分段式氣柜的關(guān)鍵部件。分段式氣柜適用于橡膠膜氣柜使用受限的應(yīng)用場(chǎng)合，由T型擋板在結(jié)構(gòu)上接力橡膠膜以實(shí)現(xiàn)氣柜儲(chǔ)量的提升。T型擋板為桁架結(jié)構(gòu)，由角鋼、工字鋼等焊接而成。T型擋板的下端為環(huán)形鋼結(jié)構(gòu)密封槽，上端為環(huán)形外伸支架。在活塞圍欄和T型擋板的外側(cè)安裝有波紋板,波紋板的作用是保護(hù)橡膠密封膜，使之在上下折疊運(yùn)動(dòng)中不被鋼結(jié)構(gòu)劃傷。

1.2.3 橡膠密封膜

橡膠密封膜為干式氣柜的核心部件，包括外密封膜和內(nèi)密封膜。內(nèi)密封膜的一端與活塞外圈密封連接，另一端與T型擋板密封槽的內(nèi)圈密封連接；外密封膜的一端與T型擋板密封槽的外圈密封連接，另一端與柜壁11 m高度處密封連接。這樣，活塞—內(nèi)密封膜—T型擋板密封槽—外密封膜—11 m高度下方氣柜壁面—柜底，組成了一個(gè)密閉的空間用于儲(chǔ)存低壓瓦斯。

1.2.4 其他附屬部件

氣柜的附屬部件主要包括平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)和放散系統(tǒng)。平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)沿柜體均布，總共有4組，通過8根 ?20 mm鋼絲繩一端連接活塞，另一端連接配重坨，以氣柜頂上的大滑輪為支點(diǎn)，保證活塞在上下運(yùn)行過程中的自動(dòng)平衡。放散系統(tǒng)是氣柜的安保設(shè)施，在氣柜的頂部設(shè)有4個(gè)機(jī)械式放散閥，當(dāng)氣柜液位高于最高報(bào)警液位時(shí)，活塞就會(huì)頂開放散閥頂桿使氣體放空，保證氣柜的安全。

2 橡膠密封膜使用管理

2.1 選型

選型時(shí)要熟悉橡膠密封膜的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量控制要求[3-5]。橡膠密封膜通常為膠料(介質(zhì)側(cè))+膠布+膠料(大氣側(cè))3層結(jié)構(gòu)。膠布由雙層浸膠簾線布按左右45°垂直交叉粘合而成，由于目前的膠布生產(chǎn)線不可能生產(chǎn)特別寬的膠布，該產(chǎn)品無法一次成型，故采用多塊膠布拼接。單塊膠布的寬度為2 600 mm，一般搭接長度為100 mm，要求搭接部分的機(jī)械強(qiáng)度不低于常規(guī)部位。橡膠密封膜的兩面均使用專門研制的NBR+PVC+HNBR共混膠料，接觸介質(zhì)側(cè)為PVC+HNBR，接觸空氣側(cè)為NBR+PVC。出廠的橡膠膜要有質(zhì)量合格證明，其各項(xiàng)性能指標(biāo)需滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求[6-7]。

2.2 安裝

安裝過程中應(yīng)重點(diǎn)做好運(yùn)輸、吊裝和緊固環(huán)節(jié)的管理及控制[8-10]。在向氣柜內(nèi)運(yùn)輸橡膠密封膜前，應(yīng)咨詢廠家了解包裝的整體尺寸，并依據(jù)包裝箱尺寸在氣柜壁開適宜的檢修門孔，拆除波紋板，留出檢修通道，預(yù)制運(yùn)輸導(dǎo)軌過橋?；钊砻嬗妹薏急Ｗo(hù)，防止損傷新膜。吊裝可采用卷揚(yáng)機(jī)、手動(dòng)倒鏈、內(nèi)部吊裝等多種方式，推薦采用電動(dòng)葫蘆整體吊裝。電動(dòng)葫蘆整體吊裝需在氣柜柜頂?shù)?8個(gè)透光孔上方先焊接好門型支架，然后在支架上設(shè)置電動(dòng)葫蘆。電動(dòng)葫蘆鋼絲繩下端與密封膜夾具固定。18套電動(dòng)葫蘆采用控制柜集中控制，可一起啟動(dòng)，也可以單獨(dú)啟動(dòng)，能最大程度地滿足橡膠密封膜起吊時(shí)的平衡和均勻受力需求。

在安裝前要仔細(xì)檢查波紋板、側(cè)板等與橡膠密封膜摩擦接觸處有無棱角、尖銳物等缺陷。各個(gè)密封面要打磨干凈，不允許有嚴(yán)重的變形，密封膠要清理干凈，所有螺栓孔應(yīng)平滑，不允許有卷邊、毛刺等存在。檢查橡膠密封膜與密封圈上螺栓孔的個(gè)數(shù)及螺栓孔的間距， 必須保證一一對(duì)應(yīng)，不得偏斜和錯(cuò)位。安裝時(shí)首先找到上端密封圈上的基準(zhǔn)點(diǎn)，再使用線墜確定下端密封圈及橡膠密封膜上對(duì)應(yīng)的螺栓孔。在密封槽的螺栓孔中有一段非標(biāo)孔，孔距不一致，要留到最后安裝以吸納最后的安裝誤差。

密封膜到貨型式為圓筒狀，上下兩端直徑一致，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)固定端與活動(dòng)端在直徑方向上有約 600 mm的間隙，因此在周長方向上端要比下端長約 2 m。由于橡膠密封膜有很好的彈性，周長為 100 m時(shí)，約 2 m的變形可以自行吸收。因此在安裝上端時(shí)應(yīng)適當(dāng)拉伸，安裝下端時(shí)要防止產(chǎn)生褶皺。安裝時(shí)要沿著同一方向安裝，而且上下端安裝要保持同步進(jìn)行。 密封膩?zhàn)右迟N均勻，不能有間斷，不得用力拉伸，按照∞形狀布置。緊固螺栓時(shí)，第一遍要預(yù)緊，待整套膜都固定好后再整體緊固，緊固力的大小以將膩?zhàn)訑D出為宜。

2.3 氣密試運(yùn)行

橡膠密封膜安裝完畢，檢查質(zhì)量合格后要進(jìn)行氣密試運(yùn)行，充空氣使活塞上下運(yùn)行幾次，調(diào)節(jié)活塞的水平度，調(diào)節(jié)活塞與側(cè)板、T擋板與柜壁面之間的間隙，使之符合規(guī)定[11]。氣柜的氣密試運(yùn)行要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)泄漏試驗(yàn)與理論核算綜合進(jìn)行。在充氣的過程中，要用發(fā)泡劑對(duì)4圈密封進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏及時(shí)處理，另外還要對(duì)氣柜的人孔、介質(zhì)出入口法蘭、放空管線上的法蘭等部位作靜密封檢查?；钊瘸槌龊?，要對(duì)活塞支腿法蘭密封情況進(jìn)行檢查。以上所有部位檢查無泄漏后，對(duì)氣柜進(jìn)行90%體積充氣，然后靜置7 d，進(jìn)行理論核算。氣柜的泄漏率用體積變化率來表征,計(jì)算公式如下[12]。

A=(V0初-V0終)/V0×100%

其中V0=273Vt(pt-p分+p)/(273+t)×760

式中,A為泄漏率，%；V0初為試驗(yàn)開始干空氣標(biāo)準(zhǔn)體積，V0終為試驗(yàn)終了干空氣標(biāo)準(zhǔn)體積，Vt為測(cè)量時(shí)大氣壓和溫度條件下的儲(chǔ)氣體積，m3；t為測(cè)量時(shí)氣柜內(nèi)空氣溫度，℃；pt為測(cè)量時(shí)的大氣壓力，p分為平均溫度條件下的水蒸氣風(fēng)壓，p為測(cè)量時(shí)氣柜內(nèi)的空氣壓力，kPa。

泄漏率A≤2%時(shí)，即可判定氣密試驗(yàn)合格。生產(chǎn)緊急時(shí)一般不需要靜置7 d， 2萬 m3的氣柜靜置48 h后物位下降小于 114 mm即為合格。

在活塞上下行過程中要測(cè)量活塞的水平度，通過活塞上的配重調(diào)整，保證活塞水平在±30 mm、活塞與T型擋板之間的間隙在(370±145) mm、T型擋板與氣柜壁面的間隙為(370±120) mm。要測(cè)量調(diào)平裝置連接活塞的鋼絲繩緊力，保證均勻。要測(cè)量鋼絲繩的垂直度，以保證鋼絲繩在氣柜頂上的固定點(diǎn)與活塞上的點(diǎn)在一條垂線上。如果不在一條垂線上, 鋼絲繩在引導(dǎo)活塞及T型圍欄上下運(yùn)動(dòng)過程中, 就會(huì)使活塞及T型圍欄逐漸旋轉(zhuǎn)及偏移, 這樣就使橡膠密封內(nèi)膜或外膜發(fā)生扭曲拉扯等現(xiàn)象, 同時(shí)會(huì)使活塞與T型圍欄碰撞或使T型圍欄與壁板相碰撞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞密封膜。

2.4 腐蝕介質(zhì)控制

工藝介質(zhì)是影響橡膠密封膜安穩(wěn)運(yùn)行的重要因素之一。瓦斯中影響橡膠密封膜的有害氣體主要有3種，第1種是酸性氣(如H2S、CO2等)，第2種是具有很強(qiáng)滲透力的H2，第3種是苯、甲苯等溶劑類物質(zhì)。這幾種氣體通過對(duì)橡膠大分子的反應(yīng)、滲透、溶解等作用使橡膠密封膜變硬、脆化、失去彈性。因此必須嚴(yán)格控制瓦斯中腐蝕氣體含量[13]。

某煉油廠瓦斯成分采樣分析結(jié)果見表1。

表1 某煉油廠瓦斯成分采樣分析結(jié)果

從表1可以看出，H2S質(zhì)量濃度一直較高，大約15 000 mg/m3，H2是一種不穩(wěn)定因素(含量由上游裝置決定)。要解決介質(zhì)對(duì)橡膠密封膜運(yùn)行的影響，在日常操作中一是要加強(qiáng)對(duì)腐蝕介質(zhì)的監(jiān)控，定期對(duì)瓦斯氣進(jìn)行采樣分析，二是要嚴(yán)格控制介質(zhì)溫度，介質(zhì)溫度的升高會(huì)加速橡膠密封膜的老化。

具體的腐蝕介質(zhì)控制方法有：① 禁止高質(zhì)量濃度H2S氣體進(jìn)入氣柜。在焦化裝置大吹氣過程中，瓦斯夾帶高質(zhì)量濃度H2S氣體、焦粉等成分進(jìn)入氣柜，為避免氣柜橡膠密封膜長期接觸高質(zhì)量濃度H2S氣體造成損壞，應(yīng)減少焦化大吹氣進(jìn)入氣柜，直接放火炬燃燒或增加脫硫設(shè)施。 ② 禁止含芳烴類組分氣體進(jìn)入氣柜。瓦斯組分中的芳烴類組分對(duì)氣柜橡膠密封膜接縫粘結(jié)劑有不良影響，重整芳烴裝置尾氣進(jìn)入氣柜量雖少，但對(duì)氣柜橡膠密封膜損害最大[14-15]。③ 禁止液態(tài)烴等重組分進(jìn)入氣柜。生產(chǎn)裝置大量放空引發(fā)進(jìn)入氣柜的氣量瞬間急增，造成氣柜活塞偏移。液態(tài)烴重組分還會(huì)對(duì)氣柜橡膠密封膜產(chǎn)生損害，威脅氣柜的安全運(yùn)行。在催化等裝置停工或事故狀態(tài)下大量放空時(shí)，應(yīng)關(guān)閉氣柜入口閥門，直接放火炬燃燒，減少液化氣組分對(duì)氣柜橡膠密封膜的損害。④ 禁止裝置掃線蒸汽等高溫氣體組分進(jìn)入氣柜。橡膠密封膜的正常使用溫度為-15～60 ℃，裝置大量掃線介質(zhì)溫度高，造成對(duì)橡膠密封膜的損害。

2.5 日常維護(hù)

日常維護(hù)不僅要對(duì)橡膠密封膜進(jìn)行檢查維護(hù)，還要對(duì)影響到橡膠密封膜安全運(yùn)行的其他部位進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。

2.5.1 平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)

平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生故障可間接損壞橡膠密封膜。定期檢查活塞與T型擋板、T型擋板與氣柜壁面的間隙，間隙過小就有可能造成橡膠膜的磨損。定期對(duì)滑輪、鋼絲繩等部件加注潤滑油，保證調(diào)平系統(tǒng)無卡阻。每年對(duì)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行一次綜合檢查，檢查鋼絲繩有無斷絲、松動(dòng)，檢查滑輪的磨損情況。要嚴(yán)格控制活塞的升降速度，活塞的運(yùn)行速度應(yīng)不大于1 m/min, 防止活塞的傾覆。

2.5.2 放散系統(tǒng)

放散系統(tǒng)是氣柜的安保系統(tǒng)，如果氣柜的放散系統(tǒng)發(fā)生故障, 不能有效地將柜內(nèi)氣體放散,活塞就會(huì)沖頂, 造成活塞傾斜和橡膠密封膜被拉壞等嚴(yán)重事故。應(yīng)定期對(duì)放散閥的腐蝕情況和導(dǎo)軌進(jìn)行檢查?？梢栽诜派⒌y關(guān)閉情況下檢查自動(dòng)放散閥的開啟靈活性，檢查手動(dòng)放散機(jī)構(gòu)滑輪、鋼絲繩的潤滑情況，根據(jù)需要及時(shí)加注潤滑油。

2.5.3 儀表監(jiān)控系統(tǒng)

儀表監(jiān)控系統(tǒng)日常巡檢中要關(guān)注瓦斯的壓力、溫度有無異常。對(duì)可燃?xì)饧傲蚧瘹鋱?bào)警儀定期進(jìn)行校驗(yàn)，保證儀表功能的完好。每年定期對(duì)氣柜避雷接地情況進(jìn)行測(cè)試，確保連接可靠。氣柜的各種報(bào)警、聯(lián)鎖要確保完好投運(yùn)。

3 結(jié)語

卷簾型干式氣柜橡膠密封膜的選型、安裝、氣密試運(yùn)行、介質(zhì)腐蝕物含量及日常維護(hù)相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，是一種相輔相成、互相影響和制約的關(guān)系。任何一處出現(xiàn)短板都會(huì)影響到整體使用效果，所以在橡膠密封膜使用管理中一定要全盤考慮，使其能夠長周期運(yùn)行。