淺談全接液浮盤故障原因分析及改進(jìn)建議

嚴(yán)偉德

（中石油第二建設(shè)有限公司，甘肅 蘭州 730060）

全接液裝配式不銹鋼浮盤是一種新型浮盤，采用不銹鋼折彎焊接成型結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固耐用，抗沖擊能力強(qiáng)，使用壽命在20 年以上，具有可靠性高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。利用全平面整體密閉浮箱組裝成大面積浮盤，能夠使浮盤浮箱緊貼在油面上，與罐內(nèi)液面形成全接觸狀態(tài)，沒有油氣揮發(fā)空間，因而能大大降低油品儲(chǔ)存損耗，減少VOC 排放。

1 故障經(jīng)過

某化工廠常壓罐區(qū)于2018 年開始進(jìn)行全接液蜂巢式浮盤的更換工作，對6 臺(tái)非氮封罐逐臺(tái)進(jìn)行浮盤更換。生產(chǎn)廠家擁有全接液蜂巢式浮盤的相關(guān)專利，其專利可以降低罐頂可燃?xì)怏w的揮發(fā)量，增強(qiáng)了儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全性和環(huán)保性。從2018 年4 月開始逐臺(tái)進(jìn)行施工，歷時(shí)2 年，2019 年5 月完成全部6 臺(tái)儲(chǔ)罐的浮盤更換工作。6 臺(tái)儲(chǔ)罐投入運(yùn)行后，相繼出現(xiàn)浮盤傾覆、泛液情況，最短運(yùn)行時(shí)間為185 天。

2 全接液浮盤結(jié)構(gòu)

全接液式浮盤主要由浮力單元、連接梁、密封裝置、自動(dòng)通氣閥、立柱、人孔等組成。全接液蜂窩式浮盤其設(shè)計(jì)目的一是為了增加單個(gè)蜂窩箱的強(qiáng)度；二是為了保證當(dāng)單個(gè)蜂窩箱出現(xiàn)蜂窩板穿刺或邊緣角焊縫開裂時(shí)，液體不會(huì)從進(jìn)液的蜂窩芯擴(kuò)散到其他蜂窩芯。

2.1 浮力單元

浮力單元采用全接液蜂窩結(jié)構(gòu)，箱體材質(zhì)為不銹鋼304，內(nèi)置鋁合金3003 蜂窩芯，上板厚度為1.0mm，下板厚度為1.0mm，蜂窩芯以熱壓黏接在箱體內(nèi)，箱體采用全焊接方式連接。浮盤的浮力單元（蜂窩箱）應(yīng)滿足氣密性要求，蜂窩浮板焊縫須逐個(gè)進(jìn)行不小于0.2MPa 的氣壓性泄漏實(shí)驗(yàn)。蜂窩箱可拆卸更換，任何箱體泄漏后，浮盤應(yīng)能漂浮在液面上且不產(chǎn)生任何傷害。蜂窩箱內(nèi)置鋁制蜂窩芯，每個(gè)蜂窩芯之間產(chǎn)生獨(dú)立空間，即使受到穿刺性傷害，液體也只能充滿單個(gè)蜂窩孔的空間，不會(huì)流入其他蜂窩孔內(nèi)，不影響浮盤整體浮力。

圖1 蜂窩示意圖

2.2 連接梁

連接梁以T 型結(jié)構(gòu)承重，上面采用壓條與蜂窩箱壓接形式，同時(shí)，采用螺栓與T 型梁相連接。

2.3 環(huán)向密封

采用軟泡沫囊式一次密封，采用浸液式結(jié)構(gòu)，密封在升降時(shí)，密封部分始終與介質(zhì)溶液接觸，減少浮盤與儲(chǔ)罐的氣相空間。

2.4 浮力計(jì)算

設(shè)計(jì)儲(chǔ)液密度按儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)表，儲(chǔ)液密度高于700kg/m3按700kg/m3算，低于700kg/m3按實(shí)際密度算，浮盤的設(shè)計(jì)浮力不小于總重的2 倍和浮盤上升時(shí)產(chǎn)生的摩擦力之和。浮頂處于漂浮狀態(tài)時(shí)，下表面應(yīng)與儲(chǔ)液全面接觸。 浮盤在落底或漂浮狀態(tài)下，浮盤任何部位（0.1m3）均能承受2200N 的集中載荷，保證兩人在內(nèi)浮頂上任意走動(dòng)，無論內(nèi)浮盤漂浮或落在支柱上，保證浮盤不受損傷和產(chǎn)品不濺到浮盤上，且任意兩塊浮板泄漏后，浮盤仍能漂浮在液面上不產(chǎn)生附加的危害。

1)方案1：選取PLC為控制器傳遞控制信號，以電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)源，驅(qū)動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)口徑調(diào)節(jié)，齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，并通過滑移小車在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)前后位移調(diào)節(jié)。

3 故障原因分析

3.1 支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足

主梁及其支撐件厚度為2 ～3mm，整個(gè)浮盤只有支撐主梁，缺少垂直方向的次梁；

次梁與主梁間沒有進(jìn)行有效連接；

基于以上原因，支撐結(jié)構(gòu)只能起到局部加強(qiáng)作用，無法起到整體支撐的作用，導(dǎo)致浮盤的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。

在收發(fā)油過程中，浮盤隨油面上下浮動(dòng)，在儲(chǔ)罐與浮盤密封摩擦力作用下，主梁翼板的螺栓連接位置就會(huì)因反復(fù)升降產(chǎn)生交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致主梁翼板折彎，這是傾盤的主要原因。

3.2 連接方式不合理

采用自攻螺絲連接，破壞了蜂窩箱板的嚴(yán)密性，油品介質(zhì)通過自攻絲邊緣和底板黏接邊緣滲入蜂巢內(nèi)部，最終導(dǎo)致蜂窩板內(nèi)部灌滿液相介質(zhì)，蜂窩失去浮力。生產(chǎn)廠家改進(jìn)后的蜂窩箱采用螺栓連接，每個(gè)蜂窩箱至少有10 個(gè)以上的螺栓預(yù)留孔，泄露點(diǎn)較多，存在大量潛在進(jìn)液點(diǎn)。

圖2 黏接的蜂窩芯脫開

3.3 黏接劑不相容

API650 中規(guī)定，若使用黏接劑，說明書中必須有黏接劑黏結(jié)性質(zhì)的測試數(shù)據(jù)，黏結(jié)材料應(yīng)與儲(chǔ)罐介質(zhì)、連接材料及使用工況相容，其工作可靠性與元件本身相當(dāng)，接頭的尺寸和強(qiáng)度應(yīng)能承受內(nèi)浮頂?shù)脑O(shè)計(jì)載荷而不破壞、不泄漏，其預(yù)期壽命要和內(nèi)浮頂?shù)氖褂脡勖嗟?。黏合劑?yīng)與接觸的儲(chǔ)液和進(jìn)行浮動(dòng)測試用的水相容。

箱、板之間使用的黏接膠為不耐芳烴的環(huán)氧樹脂類產(chǎn)品，極易被介質(zhì)中的苯類所溶解失效。生產(chǎn)廠家改進(jìn)后的浮盤螺柱與浮板上下面采用銅墊+彈簧墊+防松螺帽方式，密封不可靠，罐內(nèi)油品氣相揮發(fā)依舊可以從間隙處溢入浮盤上部。

3.4 密封與儲(chǔ)罐摩擦力大

內(nèi)浮頂加上其所要求的內(nèi)部浮力應(yīng)支撐至少兩倍其自重的重量（包括浮艙、密封件和其他所有浮頂及附件的重量），加上額外浮力，其抵消了在進(jìn)料過程中罐壁和密封所產(chǎn)生的摩擦阻力。更換浮盤的多為投用多年的儲(chǔ)罐，因制造誤差，使用過程中的變形，導(dǎo)致造成儲(chǔ)罐罐壁圓度超差。廠家測繪時(shí)，未將罐壁的變形因素考慮在內(nèi)，新浮盤與罐壁間密封間距預(yù)留不夠，導(dǎo)致浮盤與罐壁摩擦力過大，是儲(chǔ)罐卡盤的主要原因。

4 全接液蜂窩浮盤的迭代更新

6 臺(tái)儲(chǔ)罐浮盤發(fā)生故障后，生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)更新，具體改進(jìn)措施如下。

4.1 第一代產(chǎn)品

蜂窩箱制造壓制成型后用膠黏接而成，箱體厚度為65mm，連接方式為自攻螺絲連接，頂部壓條與浮盤間采用環(huán)氧膠黏接。

4.2 第二代產(chǎn)品

在第一代的基礎(chǔ)上將箱體厚度增加到100mm，其他形式未做調(diào)整。

4.3 第三代產(chǎn)品

材質(zhì)為鋁合金，蜂窩箱制造時(shí)提前預(yù)留貫穿浮板的螺栓孔，所有封板全部采取焊接成型，箱體厚度為100mm。安裝時(shí)，頂部壓條與浮盤間采用螺栓連接，并采用了防松動(dòng)螺帽、黃銅墊圈等防泄漏措施。

4.4 第四代產(chǎn)品

在第三代的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級，材質(zhì)為不銹鋼金，整體厚度為220mm，其他形式未做調(diào)整。

其中第二代產(chǎn)品在投用后，仍發(fā)生故障，第三代和第四代產(chǎn)品仍在使用觀察中。

5 改進(jìn)建議

5.1 準(zhǔn)確測繪

從測繪設(shè)計(jì)入手，確定合理的浮盤邊緣密封間隙；逐臺(tái)對儲(chǔ)罐內(nèi)壁變形情況進(jìn)行測繪，制造貼合實(shí)際的浮盤邊緣件，確保浮盤上下沉浮不卡澀。

5.2 改進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)

改進(jìn)浮盤結(jié)構(gòu)，浮盤主梁、次梁要完全連接，使整個(gè)浮盤保持相同的受力結(jié)構(gòu)，提高浮盤整體強(qiáng)度。

5.3 選擇合理密封形式

改進(jìn)密封形式，黏接劑極易老化或溶于油品介質(zhì)；后續(xù)改進(jìn)的密封形式采用銅墊+彈簧墊+防松螺帽方式，密封不可靠，建議采用其他有效的密封方式。

5.4 可維修性

浮盤進(jìn)液時(shí)，無法查找、判斷具體哪塊蜂窩箱進(jìn)油，儲(chǔ)罐正常的工藝處置無法滿足檢修要求，人工開孔放油的難度極大，檢修人員始終可能在油氣狀態(tài)下作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)太大，建議蜂窩箱增加泄油孔。

5.5 防止泛液

增加浮盤邊緣圍板高度和量油孔高度，防止泛液。

6 結(jié)語

在浮盤的設(shè)計(jì)選型中，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)、儲(chǔ)罐幾何尺寸，尤其是儲(chǔ)罐的變形狀況進(jìn)行綜合考慮，合理布置支撐結(jié)構(gòu)，確定密封型式。目前，市場上全接液浮盤產(chǎn)品較多，但缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，尚處在產(chǎn)品的研發(fā)或迭代更新階段，各生產(chǎn)廠家為了迅速占領(lǐng)市場，產(chǎn)品尚未定型、成熟就推廣應(yīng)用，給罐區(qū)帶來了新的安全隱患。