甲醇儲(chǔ)罐的蒸發(fā)損耗分析及對(duì)策

徐 丹

（藍(lán)星工程有限公司，北京 102208）

1 存儲(chǔ)損耗分析

1.1 自然通風(fēng)損耗

自然通風(fēng)是甲醇出現(xiàn)揮發(fā)比較常見的問題之一，主要原因在于罐頂密封性不足，在灌頂上存在著孔眼，而由于介質(zhì)密度與空氣的密度不同，所以會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，罐內(nèi)的氣體不斷向外排放，與此同時(shí)，儲(chǔ)存罐外的氣體也會(huì)通過上面的缺口進(jìn)入到罐內(nèi)部，所以由于儲(chǔ)罐的缺陷引起了內(nèi)外氣體相互交換，通常把這種情況叫作自然通風(fēng)損耗。主要產(chǎn)生的原因在于儲(chǔ)罐在焊接的過程中存在著焊接缺陷。由此可知出現(xiàn)了自然通風(fēng)損耗可能是儲(chǔ)罐本身存在的問題，也可能是人為方面的原因，所以可以根據(jù)儲(chǔ)罐的損耗原因進(jìn)行針對(duì)性處理解決。

1.2 “小呼吸”損耗

小呼吸損耗指的是儲(chǔ)存罐內(nèi)部處于靜止的狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的壓強(qiáng)是不變的，但是，外界的環(huán)境會(huì)隨著時(shí)間改變而改變，對(duì)于內(nèi)部的溫度壓強(qiáng)等也不斷增強(qiáng)，而導(dǎo)致了隨著空氣的進(jìn)入內(nèi)部，甲醇也就不斷被消耗，這就是“小呼吸”消耗，通常也被稱為禁止儲(chǔ)存消耗，主要的原因往往在于隨著時(shí)間的變化，溫度也在發(fā)生改變，尤其是在中午的時(shí)間段溫度變化會(huì)更大，溫度的增高導(dǎo)致了罐內(nèi)的溫度也在不斷增高，當(dāng)達(dá)到臨界值的時(shí)候，“小呼吸”損耗也就無法避免了。

1.3 “大呼吸”損耗

儲(chǔ)罐在開始工作的時(shí)候，比如說是存放甲醇，就會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)部的液體高度會(huì)下降，這就會(huì)引起氣體壓力的變化，而內(nèi)部的大氣壓小于外部的大氣壓，儲(chǔ)存罐內(nèi)外部產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，也就會(huì)形成外部的空氣或者是其他氣體不斷被吸入，“小呼吸”損耗相比“大呼吸”損耗要大得多，也叫作動(dòng)態(tài)損耗。除此之外儲(chǔ)罐的耐壓等級(jí)或者是周轉(zhuǎn)的頻率，以及地域的情況都有很大的關(guān)系。

2 蒸發(fā)損耗分析

2.1 通氣部分造成的蒸發(fā)

一般來說，化工企業(yè)對(duì)于甲醇的利用率是非常高的，利用甲醇來生產(chǎn)一些環(huán)保用品，比如說聚乙烯等產(chǎn)品，但是即使通過良好的封閉也會(huì)存在一些蒸發(fā)，其原因在于罐頂部分以及周邊的通氣設(shè)施并沒有達(dá)到完全隔絕空氣，所以也就導(dǎo)致了內(nèi)部的甲醇不斷揮發(fā)，除此之外，空氣部分造成的蒸發(fā)還與其他因素有關(guān)。比如說：在運(yùn)輸以及裝料的時(shí)候溫度的變化以及外部空氣不斷進(jìn)入，而此時(shí)甲醇也能夠通過空氣向外進(jìn)行排放。這就進(jìn)一步導(dǎo)致了內(nèi)部的損耗問題。

2.2 設(shè)備老化造成的蒸發(fā)

除了以上還存在著設(shè)備本身的問題，由于設(shè)備使用時(shí)間比較長，沒有進(jìn)行及時(shí)更換，或者當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題也是修修補(bǔ)補(bǔ)，久而久之設(shè)備不斷老化，同時(shí)內(nèi)浮盤與罐壁之間的一些密封材料也會(huì)由于時(shí)間的原因?qū)е旅芊庑圆蛔悖瑹o法去阻擋外部的氣體或者是內(nèi)部的氣體。除了技術(shù)上的原因或者是人為方面的原因之外，和設(shè)備本身出現(xiàn)的老化問題也有很大的關(guān)聯(lián)性，可為今后降低甲醇損耗提供一些經(jīng)驗(yàn)性的方案。

2.3 晝夜溫差造成的蒸發(fā)

儲(chǔ)罐在儲(chǔ)存的時(shí)候，也會(huì)隨著晝夜溫差的變化而發(fā)生變化，原因在于由于溫差變化，導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)部濃度發(fā)生改變，當(dāng)濃度降低的時(shí)候，甲醇就會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)損耗。對(duì)比之前，某一企業(yè)的生產(chǎn)情況來看，每天損耗甲醇大概在600 kg以上。如果算上整個(gè)廠區(qū)的甲醇損耗來看，那么一年下來，造成甲醇損耗的量將不計(jì)其數(shù)，如果再算上當(dāng)年的價(jià)格來看，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)將近700 000元。

3 蒸發(fā)損耗量計(jì)算公式

3.1 拱頂罐小呼吸計(jì)算公式

Lds指的是氣體排放量；KE指的是產(chǎn)品因子；P是指蒸汽壓力；D指的是儲(chǔ)存罐的直徑；H指的是蒸汽空間高度；T是平均溫度差；FP指的是圖層因子；C指的是調(diào)節(jié)因子；V指的是儲(chǔ)存甲醇的平均質(zhì)量。

3.2 拱頂罐大呼吸計(jì)算公式

LW指的是拱頂罐的工作損失；M指的是甲醇蒸汽的摩爾質(zhì)量；P指的是介質(zhì)溫度下的蒸汽壓力；KT指的是周轉(zhuǎn)系數(shù)；KC指的是產(chǎn)品因子。

4 拱頂儲(chǔ)罐的內(nèi)浮頂改造設(shè)計(jì)方案

通過對(duì)于以往情況的科學(xué)考察與研究來看，對(duì)于儲(chǔ)存罐出現(xiàn)的“小呼吸”消耗。與內(nèi)部氣壓相關(guān)，而隨著使用過程中，內(nèi)部的甲醇逐漸減少，液面也在不斷下降，“小呼吸”消耗也會(huì)越來越快，所以采用浮頂罐代替拱頂罐來儲(chǔ)存甲醇，能夠最大程度上減少甲醇的損耗問題，所以在解決的時(shí)候，優(yōu)先采用內(nèi)浮頂罐，通過科學(xué)的計(jì)算之后，能夠發(fā)現(xiàn)后者甲醇損耗率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于前者，減少率甚至達(dá)到了60%以上，可見采用內(nèi)浮頂罐帶來的優(yōu)勢(shì)比起傳統(tǒng)的固定頂儲(chǔ)罐來說是非常明顯的。

內(nèi)浮頂罐主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括：罐體、內(nèi)浮頂、密封裝置、通氣孔、高液位報(bào)警器、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置、靜電引出線等組成。

（1）罐體。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的對(duì)接焊縫，其內(nèi)表面必須光滑、無焊接毛刺。這是為了不妨礙內(nèi)浮盤的自由升降、防止損壞密封件。故固定頂儲(chǔ)罐改造成內(nèi)浮頂罐時(shí)應(yīng)將罐內(nèi)壁焊縫的毛刺、尖角鏟平磨光，以免運(yùn)行中刮破密封膠袋。大多數(shù)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐上部開均布的通氣孔，使內(nèi)浮盤上部氣體和大氣相通。（2）內(nèi)浮頂。內(nèi)浮頂使罐內(nèi)儲(chǔ)液與大氣隔絕，它漂浮于儲(chǔ)液表面，隨液面升降。在用的儲(chǔ)罐，當(dāng)需要改造為內(nèi)浮頂罐時(shí)，采用鋁制內(nèi)浮頂是最佳的選擇。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，浮頂浮力最小為浮頂質(zhì)量的兩倍，保證整體的安全系數(shù)，浮頂能夠承受的力一定要大于兩千牛。（3）密封裝置。內(nèi)浮盤與罐壁之間的密封通常采用彈性材料密封結(jié)構(gòu)，也叫填料式密封。密封后一定要嚴(yán)格進(jìn)行檢查是否會(huì)存在漏氣現(xiàn)象。可以用水探法，看是否有水流出，也可以采用光照法，利用光束照密封處，如果沒有漏光，說明密封性完好。

（4）內(nèi)浮盤。內(nèi)浮盤采用4 mm鋼板，同時(shí)設(shè)置立柱，支撐位置分為高低兩個(gè)檔次，在投用期間將浮盤降至700 mm處，最大程度增大內(nèi)浮頂罐的有效容積，檢修的過程中，浮盤要提高至1 800 mm，防止出現(xiàn)碰撞產(chǎn)生的火花，可以在鋼法蘭上加上一片鋁法蘭。

（5）罐頂透氣孔。罐頂透氣孔直徑27 mm一個(gè)，位于中心，利用儲(chǔ)罐頂部自帶的通氣孔兩者形成良好的空氣對(duì)流，罐頂部的三個(gè)通氣孔完全能夠滿足透氣要求。

（6）環(huán)向通氣孔位置。提供足夠的通風(fēng)條件，使內(nèi)浮盤上方空間的蒸汽濃度在爆燃范圍之外。應(yīng)該在罐壁設(shè)置若干個(gè)通氣孔，以達(dá)到內(nèi)外壓平衡，一般來說，數(shù)量上不得小于4個(gè)，通氣孔的總通氣面積應(yīng)至少滿足0.06倍儲(chǔ)罐直徑。位置應(yīng)根據(jù)泡沫消防管線的入口位置和內(nèi)浮盤的邊緣板高度來確定。

（7）進(jìn)出管的結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)浮頂罐的進(jìn)管距離罐子底部一般不小于200 mm，出管盡可能地靠近罐底部，中心部位或管口距離儲(chǔ)罐底部的距離盡可能地小，主要目的是為了增大使用容積，進(jìn)管采用合理的擴(kuò)散管的形式。

（8）實(shí)際案例分析及注意事項(xiàng)。本次要改造的儲(chǔ)罐為甲醇罐區(qū)的粗甲醇罐200 m3，精甲醇罐200 m3，直徑均為6 500 mm，高度均為6 000 mm，材質(zhì)為Q235B。改造方式為：在原有儲(chǔ)罐基礎(chǔ)上增設(shè)內(nèi)浮頂及氮封等安全設(shè)施，不改變儲(chǔ)罐原有尺寸。增設(shè)的內(nèi)浮頂采用不銹鋼浮盤形式，密封圈材質(zhì)選用囊式三元乙丙橡膠。把舊的固定頂儲(chǔ)罐改造成內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐需要注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)現(xiàn)有的罐體尺寸，決定內(nèi)浮盤的合理直徑，應(yīng)使罐壁的實(shí)際變形范圍落在彈性密封元件的許用彈性工作范圍之內(nèi)。②安裝前應(yīng)徹底清罐，去除罐內(nèi)所存在可燃、易爆的儲(chǔ)液及蒸汽。經(jīng)廠安全部門檢查合格后方可動(dòng)火。③舊罐罐底除設(shè)計(jì)時(shí)就存在一定坡度外，還存在因地基沉降而引起的變形，因此需要找平。④應(yīng)將罐內(nèi)壁焊縫的毛刺、尖角鏟平磨光，以免運(yùn)行中刮破密封膠袋。⑤控制內(nèi)浮頂安裝過程中的變形。⑥必須保證內(nèi)浮盤在全行程上能無障礙地正常運(yùn)行，在升降和靜止過程中均處于水平漂浮狀態(tài)。⑦全部安裝完畢后進(jìn)行充水試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)檢查罐壁有無異常變形，罐壁和內(nèi)浮盤各部位有無滲漏。并注意觀察內(nèi)浮盤升降是否平穩(wěn)，密封裝置配套工程有無卡住和異常變形，發(fā)現(xiàn)故障和缺陷后應(yīng)進(jìn)行返修，返修后應(yīng)重新充水試驗(yàn)。

5 其他降低甲醇儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗的有益方式

（1）罐表面采用隔熱涂料。溫度問題一直是儲(chǔ)存罐甲醇蒸發(fā)損耗的一個(gè)重要原因，所以在解決這類問題的時(shí)候，也可以通過降低溫度的方式來對(duì)癥下藥，如何降低溫度，來避免損耗的增多，可以在儲(chǔ)存罐外部涂上防熱材料。這樣，無論是在晝夜溫度差變化較大的地區(qū)還是在溫度比較高的時(shí)間段，都能夠最大程度上降低溫度，這樣就不會(huì)在內(nèi)外部產(chǎn)生溫度差，以保護(hù)內(nèi)部的甲醇不再向外揮發(fā)，這樣既達(dá)到了隔熱降溫的效果，也能夠減少了成本的損耗。

（2）安裝降溫設(shè)施。除了以上降溫的方式，也可以通過采用一些外部的設(shè)備來進(jìn)行輔助降溫，眾所周知，水的比熱容是最大的，體積相等的液體水的吸收熱量能力最大，所以也可以采用表面淋水的方式來進(jìn)行外部降溫，與涂料相比，淋水的方式，能夠在相同的時(shí)間內(nèi)將溫度降到最低，如果兩者能夠結(jié)合使用那么溫度降低的會(huì)更加明顯，尤其是對(duì)于夏季度高溫的時(shí)段來說，通過以上方式為儲(chǔ)存罐進(jìn)行降溫，能夠最大程度上降低甲醇蒸發(fā)損耗的難題，所以應(yīng)該根據(jù)天氣的情況以及地區(qū)的位置來考慮是否采用淋水降溫的方式。

（3）簡化周轉(zhuǎn)流程。當(dāng)儲(chǔ)存罐開始工作的時(shí)候，為了防止甲醇進(jìn)一步損耗，可以通過提前進(jìn)行降溫以弱化損耗的程度，同時(shí)，當(dāng)向罐內(nèi)充入甲醇時(shí)，應(yīng)該盡量保證流速上要有所提高，單位面積內(nèi)通過的甲醇體積在條件允許內(nèi)盡可能的多，這樣也是減少損耗的一種方式。除此之外，在充入甲醇時(shí)，應(yīng)該首先采用剛剛使用過的儲(chǔ)罐能夠減少損耗，也可以在呼吸閥的底部安裝擋板。

（4）采用回收裝置。對(duì)于儲(chǔ)存罐中的甲醇損耗問題，經(jīng)過了歷代相關(guān)人員不斷探索實(shí)驗(yàn)，但就目前來看想要讓儲(chǔ)存罐內(nèi)的甲醇達(dá)到零消耗是非常困難，甚至是不可能的，所以也要進(jìn)一步利用好揮發(fā)的甲醇，防止其擴(kuò)散到空氣中，可以將儲(chǔ)存甲醇的儲(chǔ)存罐中的氣體使用管道作為載體，另一頭連接到集氣罐中，這樣用于排放損耗的甲醇，就能夠及時(shí)的收緊，也進(jìn)一步了保護(hù)了環(huán)境保障了人員的身體健康。

（5）提高頂部承壓力。對(duì)于儲(chǔ)存罐而言，一般是儲(chǔ)存各類氣體和液體的主要場(chǎng)所，所以必須要有良好的承壓效果，因?yàn)閮?chǔ)存罐儲(chǔ)存無論是氣體，還是液體，其內(nèi)部的壓強(qiáng)往往大于外部的壓強(qiáng)，就會(huì)產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)差，如果此時(shí)儲(chǔ)存罐的剛性不足，承壓能力比較差，隨著時(shí)間的增長，將會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)存罐難以承受內(nèi)外大氣壓強(qiáng)，這也進(jìn)一步導(dǎo)致了本就是飽和狀態(tài)的甲醇液體不斷向外流出，所以在設(shè)備選擇或者制造上面，一定要根據(jù)所儲(chǔ)存的材料來進(jìn)行，對(duì)于甲醇儲(chǔ)存，需要提高儲(chǔ)存罐抗壓能力，不斷改善焊接工藝，以降低甲醇的呼吸損耗和蒸發(fā)帶來的損失。

（6）優(yōu)化工藝。通過優(yōu)化工藝的手段，精細(xì)到甲醇儲(chǔ)存的每一個(gè)環(huán)。弱化頻繁的流轉(zhuǎn)現(xiàn)象，優(yōu)化焊接工藝，焊接時(shí)，應(yīng)該采用自動(dòng)焊的方式，著重對(duì)儲(chǔ)存罐罐頂進(jìn)行焊接，保證頂部的方法，避免出現(xiàn)重焊、漏焊、未焊透等情況發(fā)生，也要避免出現(xiàn)晶間腐蝕，電流要控制，在合理范圍內(nèi)過大的電流和過小的電流，都容易導(dǎo)致在焊接的過程中出現(xiàn)缺陷問題，同時(shí)，在焊接的過程中也要進(jìn)行預(yù)焊，程序設(shè)置要科學(xué)。所以通過焊接手段防止儲(chǔ)存罐出現(xiàn)氣孔，也能進(jìn)一步降低甲醇的蒸發(fā)損耗。

（7）強(qiáng)化儲(chǔ)罐日常維護(hù)。因?yàn)閮?chǔ)存罐一旦投入使用，就很難進(jìn)行更換，一旦出現(xiàn)問題，也會(huì)采用及時(shí)維修的方式進(jìn)行解決，所以當(dāng)儲(chǔ)存罐出現(xiàn)問題的時(shí)候如果沒有得到及時(shí)解決，其內(nèi)部的甲醇依然會(huì)不斷外泄，那么就應(yīng)該派遣專業(yè)人士根據(jù)各企業(yè)的相關(guān)規(guī)章制度，遵循操作流程，及時(shí)對(duì)相關(guān)儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行定期查看、了解、維護(hù)和保養(yǎng)，檢查儲(chǔ)存罐的密封程度以及其他各部分的完整性。保證常態(tài)化的進(jìn)行跟進(jìn)，在儲(chǔ)存罐使用比較頻繁的時(shí)候，應(yīng)縮短維護(hù)和保養(yǎng)的周期，從根源上解決甲醇蒸發(fā)和損耗的問題。

6 結(jié)束語

對(duì)于甲醇蒸發(fā)損耗問題，一定不能掉以輕心，由于其損耗原因比較復(fù)雜，應(yīng)及時(shí)找到甲醇蒸發(fā)損耗的根本原因，進(jìn)行針對(duì)性的解決。采取科學(xué)有效的處理措施，并且將其損耗量降到最低，既能夠保證成本損失最小，又切實(shí)提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。