橡膠密封膜型干式氣柜設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)探討

李 松

（武漢金中石化工程有限公司）

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的提高，石化行業(yè)對(duì)裝置尾氣和排放氣的回收越來(lái)越重視，橡膠密封膜型干式氣柜（簡(jiǎn)稱氣柜）在企業(yè)中的作用越發(fā)明顯。 氣柜儲(chǔ)存介質(zhì)一般為煉廠尾氣，具有易燃、易爆、有毒及腐蝕等特性，儲(chǔ)氣量至少達(dá)5 000m3，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全事故將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，甚至造成人員傷亡。 因此，氣柜的合理化設(shè)計(jì)、便捷化施工和人性化操作，是保障氣柜安全、經(jīng)濟(jì)和高效運(yùn)行的前提。 但是，國(guó)內(nèi)目前暫無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成氣柜的設(shè)計(jì)理念多樣化。 筆者將對(duì)氣柜設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的3 個(gè)細(xì)節(jié)性問(wèn)題進(jìn)行探討，如：氣柜內(nèi)部的活塞是否需要與氣柜本體（柜頂或柜壁）進(jìn)行跨接從而完成靜電導(dǎo)出；氣柜壁板（下端儲(chǔ)氣部分）間的連接型式對(duì)氣柜安裝、運(yùn)行有何影響；施工過(guò)程中有廠家反映一般設(shè)計(jì)采用的冷鍍鋅鋼板即便在空置情況下也易出現(xiàn)銹蝕，因此是否有必要將冷鍍鋅變更為熱鍍鋅。

1 活塞靜電導(dǎo)出

氣柜中的活塞在運(yùn)行過(guò)程中是否會(huì)產(chǎn)生和積聚靜電，是活塞是否需要與氣柜本體進(jìn)行跨接連接的前提［1］。

以典型的20 000m3氣柜為例，運(yùn)行時(shí)活塞在柜體中的位置（圖1）大致可分為兩個(gè)階段：第1階段，T 圍欄落在T 圍欄架臺(tái)上，活塞通過(guò)第1 段密封膜與T 圍欄連接， 此時(shí)活塞僅在柜底板和T圍欄頂板之間上下運(yùn)行； 第2 階段， 活塞頂在T圍欄架臺(tái)頂面上，T 圍欄通過(guò)第2 段密封膜與柜體連接， 此時(shí)活塞與T 圍欄可視為一個(gè)整體在T圍欄架臺(tái)頂面至其最大行程之間運(yùn)行。 由此可知，無(wú)論是哪個(gè)階段，運(yùn)行中的活塞與柜體均由導(dǎo)電性能極差的橡膠密封膜相連，一旦活塞上產(chǎn)生靜電， 將因沒(méi)有泄放途徑而出現(xiàn)靜電積聚現(xiàn)象，最終可能導(dǎo)致事故發(fā)生。

靜電產(chǎn)生的途徑有3 條：同類或不同類物體間緊密接觸后迅速分離，即物體間的摩擦；物體上附著了帶靜電的微粒； 通過(guò)感應(yīng)或極化作用，使不帶電的物體帶電［1］。 對(duì)氣柜而言，首先，煉廠尾氣在進(jìn)入氣柜之前已經(jīng)過(guò)了水封罐、分液罐和工藝管道的靜電接地，故尾氣本身不會(huì)帶有靜電荷；其次，活塞處于封閉的全鋼結(jié)構(gòu)柜體內(nèi)部，不會(huì)因外界電磁場(chǎng)感應(yīng)使之表面產(chǎn)生不平衡的靜電荷分布；最后，活塞隨尾氣的輸入和排出而上下運(yùn)行，儲(chǔ)存介質(zhì)與活塞之間的摩擦，密封膜本身的彎折狀態(tài)，尤其在事故狀態(tài)時(shí)因大量的尾氣涌入，活塞快速上升、摩擦加劇，靜電不可避免地產(chǎn)生，此時(shí)就需考慮活塞靜電導(dǎo)出的問(wèn)題。

圖1 氣柜中活塞運(yùn)行位置示意圖

在全國(guó)已投產(chǎn)且工作狀態(tài)良好的氣柜中，極少有活塞與氣柜本體進(jìn)行跨接連接的，分析其原因可能有兩點(diǎn)：一是活塞在柜體中運(yùn)動(dòng)，至少需要3 組調(diào)平裝置進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，每組調(diào)平裝置均通過(guò)兩根連接在活塞上的鋼絲繩與柜外調(diào)平配重相連（線接觸且非靜電接地標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的靜電接地連接方式）， 構(gòu)成了至少6 個(gè)活塞與柜體的連接點(diǎn)，此時(shí)的調(diào)平鋼絲繩可能起到臨時(shí)導(dǎo)靜電的作用；二是柜體儲(chǔ)存的介質(zhì)為氣體，而通常純氣體或氣體混合物（與空氣混合）的分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的靜電很少［2］，且在實(shí)際生產(chǎn)中氣柜一般運(yùn)行平穩(wěn)，大多將活塞上的靜電量控制在安全范圍內(nèi)或者為活塞提供了足夠的靜電靜置時(shí)間，使它在進(jìn)行下一步動(dòng)作前，已將所帶靜電消散至安全值以下。 即使是事故狀態(tài)也會(huì)通過(guò)系統(tǒng)的聯(lián)鎖機(jī)制將裝置區(qū)泄放的大部分尾氣轉(zhuǎn)向火炬系統(tǒng)燃燒，消除了活塞快速升降的風(fēng)險(xiǎn)，目前來(lái)看，活塞不與柜體進(jìn)行專門的靜電跨接尚能滿足安全生產(chǎn)的要求。 但是，從設(shè)計(jì)原則（考慮最危險(xiǎn)工況）和思路（防患于未然）的角度，筆者認(rèn)為設(shè)置活塞靜電導(dǎo)出是有必要的， 僅需增加幾根跨接用連接線，并未增加更多建設(shè)成本，但卻構(gòu)成保障氣柜安全運(yùn)行的重要元素。 隨著技術(shù)的發(fā)展和安全生產(chǎn)意識(shí)的提高，例如可測(cè)量出運(yùn)行中的活塞靜電量，就能通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)確定最危險(xiǎn)工況下是否需設(shè)置靜電導(dǎo)出， 及時(shí)排除安全隱患，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)有據(jù)可依、生產(chǎn)安全有保障。

2 柜壁連接型式

氣柜壁板的排板型式與大型儲(chǔ)罐的罐壁排板基本相同，但又有點(diǎn)差別。 氣柜的壁板除自身的連接外，還需通過(guò)連接角鋼或直接焊接等型式與柜體周邊均布的若干H 型鋼立柱相連，這些立柱除承受地震載荷和風(fēng)載荷外，還會(huì)分擔(dān)一部分的柜壁自重，且氣柜內(nèi)部介質(zhì)均為氣體，即使全部充滿，其內(nèi)部壓力一般也不會(huì)超過(guò)4kPa，所以氣柜壁板并不會(huì)像大型儲(chǔ)罐壁板要受罐體自重、自然條件及儲(chǔ)存介質(zhì)等載荷的影響，厚度較薄僅需滿足順風(fēng)向風(fēng)載荷和剛度要求即可。 因而，柜壁的連接型式除縱、環(huán)焊接接頭均為對(duì)接連接的連接型式外，還有縱、環(huán)焊接接頭均為搭接連接，縱向焊接接頭為對(duì)接、環(huán)向焊接接頭為搭接的連接型式。 目前，設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的氣柜壁板連接型式大多參照大型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用縱、環(huán)向焊接接頭均為對(duì)接連接，但有施工方反映因氣柜壁板厚度較?。ㄒ话?.5～6.0mm），對(duì)接連接變形量大、難以保證成型質(zhì)量，希望改用搭接連接。

表1 列出了4 種規(guī)格氣柜不同壁板連接型式的用材狀況。 可以看出，隨著氣柜容積的增大，搭接式所耗鋼材量呈逐步上升趨勢(shì)，若要改變柜壁的連接型式，必然會(huì)導(dǎo)致材料費(fèi)的增加；氣柜不同于大型儲(chǔ)罐的另一個(gè)方面就是其壁板僅需進(jìn)行焊縫密封性的檢測(cè)，這方面的費(fèi)用搭接與對(duì)接并無(wú)不同；從施工的難易程度上來(lái)說(shuō)，搭接式在壁板焊接成型質(zhì)量控制方面比對(duì)接式采用的工序少且施工便捷，施工費(fèi)用少，但據(jù)文獻(xiàn)［2］中表1-4 （搭接式與對(duì)接式拱頂油罐罐體工程費(fèi)用及差額計(jì)算表）所列的變化趨勢(shì)來(lái)看，容積越大，搭接式在工程費(fèi)用上所占的優(yōu)勢(shì)會(huì)越小。

表1 不同壁板連接型式的用材狀況

另外， 氣柜的安裝目前普遍采用倒裝法，即在柜底板、活塞底板鋪設(shè)完成后，再在地面組裝柜頂，然后利用吊車將柜頂?shù)跗鹨欢ǜ叨龋瑥纳现料轮鹑Π惭b壁板，直至安裝完成。 這種安裝方法對(duì)壁板的連接型式無(wú)特定要求，因此搭接式與對(duì)接式的主要差別就在于成型質(zhì)量的控制。 氣柜壁板厚度一般為4.5～6.0mm， 若要將此薄板的焊接變形量控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，則要合理安排焊接工序。 對(duì)接焊因不像搭接焊那樣在焊接接頭處有壁板的重疊加強(qiáng)， 焊接變形量更加難以控制，而大的焊接變形量就容易導(dǎo)致柜筒體圓度不易滿足要求，致使活塞在運(yùn)行過(guò)程中刮擦內(nèi)壁或擠壓橡膠膜，危害氣柜的安全運(yùn)行。

氣柜壁板在焊接完成后涂刷內(nèi)、外防腐漆之前， 下部?jī)?chǔ)氣部分需進(jìn)行焊接接頭的煤油試漏。搭接焊因外部連續(xù)焊、內(nèi)部間斷焊且壁板在搭接接頭重疊的特點(diǎn)，試漏時(shí)極有可能會(huì)導(dǎo)致泄漏點(diǎn)被遮蓋或被檢查人員漏查，如在氣柜施工完成后進(jìn)行的肥皂水試漏時(shí)才發(fā)現(xiàn)之前隱藏的泄漏點(diǎn)，而此時(shí)氣柜內(nèi)構(gòu)件和密封膜均已安裝到位，會(huì)對(duì)焊縫和內(nèi)部防腐漆的修補(bǔ)施工造成很大的困難。對(duì)接焊煤油試漏時(shí)，如有泄漏點(diǎn)則會(huì)被清晰地觀察到，可以避免后續(xù)肥皂水試漏時(shí)的漏查問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)多次更新?lián)Q版已完全取消了壁板搭接式焊接結(jié)構(gòu)，一方面說(shuō)明施工技術(shù)在不斷提高，另一方面也說(shuō)明搭接焊與對(duì)接焊相比有一定的劣勢(shì)。 氣柜壁板連接形式的設(shè)計(jì)也是如此， 采用對(duì)接焊型式符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律，施工單位應(yīng)積極提升安裝技術(shù)水平，建設(shè)出超越設(shè)計(jì)要求的高質(zhì)量氣柜。

3 波紋板鍍鋅

波紋板位于氣柜內(nèi)活塞圍欄和T 圍欄的外側(cè)（圖2），因該處為橡膠膜活動(dòng)時(shí)的折皺區(qū)，故將此處設(shè)計(jì)為波紋形狀（俯視），以適應(yīng)橡膠膜的折皺活動(dòng)， 避免活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生擠壓損傷。 另外，波紋板緊貼密封膜外側(cè)，采用鍍鋅鋼板可有效增加波紋板的耐腐蝕性和耐磨性， 杜絕密封膜因接觸鐵銹而提前老化的可能，延長(zhǎng)其使用壽命。

圖2 氣柜中波紋板示意圖

冷鍍鋅又稱電鍍鋅，其表面光滑，無(wú)鋅瘤、結(jié)塊等缺陷， 可有效保護(hù)橡膠膜不被劃傷磨損，但冷鍍鋅鍍層較薄，一般約5～15μm，在施工和搬運(yùn)過(guò)程中很容易損傷鍍鋅層， 施工時(shí)需嚴(yán)格保護(hù)；熱鍍鋅則是鋼板通過(guò)熱浸使其鐵基體和外部鋅液形成鐵-鋅合金層，成型表面較冷鍍鋅粗糙，易產(chǎn)生工藝水紋和滴瘤， 且熱浸時(shí)鋼板易發(fā)生變形，這對(duì)經(jīng)常與之接觸的橡膠膜是不利的，而熱鍍鋅鍍層較厚， 一般在60μm 以上， 甚至可達(dá)100μm［3］，在施工及生產(chǎn)階段的防腐蝕性能更強(qiáng)，成本也較冷鍍鋅更低。

目前，國(guó)內(nèi)熱鍍鋅工藝處于不斷完善和進(jìn)步階段，針對(duì)熱鍍鋅鋼板表面質(zhì)量和變形控制技術(shù)也有相應(yīng)的提高。 若能滿足設(shè)計(jì)要求，筆者建議盡可能采用經(jīng)濟(jì)性更佳的熱鍍鋅波紋板。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著1985 年我國(guó)第1 臺(tái)橡膠密封膜型干式氣柜的開(kāi)發(fā)， 至今已有30 余年的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，但氣柜的結(jié)構(gòu)僅經(jīng)歷了兩代變革，隨著設(shè)計(jì)和施工水平的提升，氣柜結(jié)構(gòu)的改進(jìn)還有很大的空間，比如：改變橡膠膜與柜體鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，以減少漏氣量；改進(jìn)活塞立柱的支撐型式，降低氣柜檢修時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用氣動(dòng)閥代替手動(dòng)閥，提高危險(xiǎn)工況下操作人員的安全保障。

盡管活塞靜電接地、壁板焊接型式、波紋板鍍鋅工藝及其構(gòu)件的改進(jìn)等在整個(gè)氣柜設(shè)計(jì)中屬于微小問(wèn)題，但卻對(duì)氣柜的便捷施工、安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。 因而，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)這些小問(wèn)題倍加重視，以完善氣柜結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低施工難度，維護(hù)業(yè)主利益。