浮頂罐密封裝置專利分析

尚萬 朱新新

摘 要：文章從專利分析的角度對國內外浮頂罐密封裝置的專利進行統計分析，對專利申請量年度發展趨勢、主要技術分支和重點申請人、以及浮頂罐密封裝置專利技術的發展演進等方面進行了分析，為國內相關企業進行浮頂罐密封裝置的專利技術開發、布局提供一定的參考。

關鍵詞：浮頂罐密封；專利分析；重點申請人；技術演進

中圖分類號：TQ053.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0022-02

Abstract： From the point of view of patent analysis， this paper makes a statistical analysis on the patents of the sealing device of floating roof tank at home and abroad. The annual development trend of patent application， the main technical branches and key applicants， and the development and evolution of patent technology for floating roof tank sealing device are analyzed. It provides a certain reference for domestic enterprises to develop and layout the patent technology of floating roof tank sealing device.

Keywords： floating roof tank seal； patent analysis； key applicant； technical evolution

引言

在化工行業中，通常采用儲罐形式存儲原油等化工產品，由于浮頂儲罐設置了漂浮在液面的浮頂，使得油氣的揮發損耗減少到最低程度，因而被廣泛應用。浮頂是一種覆蓋在油面上，由鋼材制成的并隨油面升降的盤狀結構物。但由于制造以及運行浮頂的需要，在罐壁與浮頂間有一個環形空間，其成為浮頂儲罐油氣損耗、污染以及引發火災的主要源由。據統計，1951年至1995年直徑超過30mm的浮頂儲罐火災事故中密封圈火災占72.8%。由此可見，浮頂與罐壁之間的環狀縫隙需要采取合理有效的密封方式，從而確保儲罐的正常運行，最大程度地降低原油損耗，為罐區的安全提供有效保障[1][2]。本文從專利分析[3]的角度對浮頂罐密封裝置的專利進行統計分析。

1 浮頂罐密封裝置專利申請量年度發展趨勢

國外對于浮頂儲罐密封的研究已經非常成熟，國內從1987年提交一份專利申請開始，到目前為止，浮頂罐密封裝置也取得了快速的發展。浮頂罐密封裝置的專利申請量年度發展趨勢如圖1所示：

從圖1可以看出，浮頂罐密封裝置的專利申請最早出現在20世紀初，從20世紀20年代至80年代取得了快速的發展，期間受全球經濟形勢的影響，在20世紀60年代中期以及80年代末期，申請量有所減少，從20世紀90年代之后一直處于平穩的發展。而中國關于浮頂罐密封裝置的專利申請最早出現在1987年，到2010年都一直處于平穩發展階段，從2011年開始，浮頂罐密封裝置的專利申請量呈現快速增長的趨勢。

2 浮頂罐密封裝置專利主要技術分支及重點申請人

浮頂罐密封裝置的專利主要涉及5個技術分支，即機械密封、彈性泡沫（或填料）密封、流體密封、舌形密封以及磁力密封。在全球范圍內前10位重點申請人的專利申請及其主要技術如圖2所示：

從圖2中可以看出，全球范圍內前10位申請人所涉及的技術主要是機械密封以及彈性泡沫（或填料）密封以及流體密封領域，舌形密封和磁力密封所占比例較小。其中，芝加哥橋梁鋼鐵公司重點在機械密封，同時還涉及彈性泡沫（或填料）密封以及流體密封，并涉及少量的舌形密封；JOHN HENRY WIGGINS和格雷弗油罐制造公司的研究方向主要集中在機械密封；ELECTRICITE DE FRANCE公司的研究方向則非常專一，僅涉及流體密封；中石化重點研究彈性泡沫（或填料）密封，也涉及機械密封、流體密封、舌形密封以及磁力密封。

3 浮頂罐密封裝置專利技術演進

浮頂罐密封裝置專利技術發展演進路線如圖3所示。

從圖3中可以看出，浮頂罐密封裝置專利申請的發展大致經歷了三個階段，即1970年之前各技術分支不斷發展階段，1970年至2000年的安全節能的二次密封階段，以及2000年之后的更有效密封階段。

3.1 各技術分支不斷發展階段

機械密封起源最早也是研究最多的技術分支，該領域第一份專利申請就是彈簧式機械密封，在之后的幾十年時間里，相繼出現了密封效果更好的彈簧式機械密封裝置（US1892144、DE1759513）和炮架式、滾輪式以及重錘式等（US1662225、US2897998）其他機械密封裝置。

在機械密封出現不久之后，1924年GLASS CLIFTON A提出第一份彈性填料密封裝置申請（US1674038），其通過在擴張的分段管內填充沙礫等重物實現了浮頂罐邊緣與罐壁之間的密封。之后美國芝加哥橋梁鋼鐵公司的專利中公開了填充海綿狀橡膠的技術方案（US2523292），在此基礎上哈蒙德鋼鐵廠于1957年研發的密封裝置中填充海綿狀橡膠填充物（US2914212）、美國芝加哥橋梁鋼鐵公司于1960年研發了填充發泡材料的密封裝置，這些裝置適應性更為良好，具有更良好的密封效果。

1935年，芝加哥橋梁鋼鐵公司研究了一種充液式流體密封（US2085752），其在浮頂與罐壁之間設置內袋和外袋，并在內袋和外袋中填充不同液體，使內袋中的液壓大于外袋中的液壓，通過兩者的液壓差使得外袋可靠地密封浮頂與罐壁之間的空隙；之后該公司又對充液式流體密封的支撐以及液位保持等方面進行了改進。1962年，匹茲堡得梅因鋼鐵公司發明的充液式流體密封（US3116850）具有更強的適應性。

1945年芝加哥橋梁鋼鐵公司發明了舌形密封（US2459178），之后美國通用運輸公司提出了一種舌形密封（US3439829），提高了密封效果。

磁力密封出現比較晚，研究得也比較少，1960年匹茲堡得梅因鋼鐵公司首先提出了磁力裝置密封（GB917310），其在浮頂罐的罐壁與浮頂壁之間設置了兩條具有磁性的彈性帶，一條貼近浮頂罐罐壁，另一條則貼靠在浮頂壁上，還可以在兩磁性帶之間布置發泡材料，以使兩磁性帶保持間隔狀態；隨后，在上述方案的基礎上，增加了輔助磁性塊或磁性棒（US3033413）以提高密封效果。

3.2 安全節能的二次密封階段

隨著技術的發展，對浮頂罐的節能提出了更高的要求，同時浮頂罐發生火災等安全事故的現象也頻繁出現，因此，考慮安全和節能，浮頂罐紛紛都采用了“雙重密封”的密封方式。芝加哥橋梁鋼鐵公司率先在機械密封方式上增加一個二次密封裝置，有效的防止蒸發損失。之后，WO09620886、US4238953、US4130217以及US5560509等專利分別在機械密封、彈性泡沫或填料密封、流體密封上增加一個二次密封裝置，形成雙重密封，具有良好的適應性和密封效果，有效的防止了蒸發損失。另外，專利JPH08310592以及CN1079917等增設滅火裝置，確保儲罐運行安全。

3.3 更有效的密封階段

由于一、二次密封之間容易存在油氣，并且蒸發的油氣對環境有一定影響，因此，2000年以后，要求更為有效的密封出現。主要有兩種方式，第一種就是對原有的一、二次密封進行改進，如：CN201351035Y、CN202284031等專利對機械式二次密封進行改進，進一步確保機械密封的密封效果；專利JP2010247861對作為一次密封的流體密封進行改進來確保密封效果；專利CN104370002A通過對作為一次密封的彈性填料密封的密封橡膠帶進行改進，將其設置為整體式的T字形，并在一、二次密封之間填充占位的輕質填料，提高密封效果的同時還減少了一、二次密封之間的油氣聚集。第二種方式為多種密封方式的相互組合，如專利US6354488B1通過在管40內填充彈性發泡材料或液體或氣體，壓迫頂端密封件確保密封；專利CN201102752Y以及CN204549005U通過彈性泡沫（或填料）密封和舌形密封的結合，進一步提高密封效果；專利CN204226645U提出了一種復合軟密封裝置，結合流體密封與彈性泡沫密封，克服了彈性泡沫的彈性失效和充液密封袋破裂的問題，提高密封效果，并基本消除油氣蒸發的隱患。

4 結束語

本文從專利分析的角度重點分析了浮頂罐密封裝置的專利申請量年度發展趨勢、主要技術分支和重點申請人、以及浮頂罐密封裝置專利技術的發展演進。雖然浮頂罐密封裝置的專利技術發展已經比較成熟，但是對于更有效安全的密封裝置仍然值得去研究并進行專利布局，比如考慮徹底消除油氣空間或者研究新的密封方式。

參考文獻：

[1]馬文婷.大型外浮頂儲罐密封結構對比和安全性探討[J].化工裝備技術，2014（2）：31-33.

[2]胡建春.浮頂油罐密封分析[J].中國設備工程，2002（12）：45-46.

[3]楊鐵軍.專利分析實務手冊[M].北京：知識產權出版社，2012.