某核電廠浮頂儲罐泄漏分析及缺陷處理

唐俊杰

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

0 引言

浮頂儲罐當前廣泛應用于石化行業，主要解決油品的蒸發損失問題[1]。經過多年發展，其在核電領域的應用也在逐步擴大。某核電廠采用一種具有薄膜套浮頂結構的除鹽水儲罐，用于防止除鹽水的蒸發及污染，保證系統的正常運行[2-3]。

1 浮頂儲罐泄漏

在調試期間，該核電廠對除鹽水儲罐進行充水，當水位到達約6 m 位置時，調試人員發現薄膜套與罐體密封連接部位發生泄漏（圖1）。

圖1 容器結構

浮頂儲罐薄膜套與罐體的密封主要依靠壓板將薄膜套與密封膠帶擠壓在罐壁上，250 顆均勻分布的開槽沉頭螺釘與容器外側的螺帽通過螺紋提供壓緊力（圖2）。密封膠帶作為密封元件，主要材料為丁腈橡膠，具有優異的密封性能[4]。其產品性能及安裝質量，對浮頂儲罐的密封性具有重要影響。

2 泄漏原因分析

傳統螺栓—法蘭—墊片密封結構，主要依靠螺栓預緊作用使墊片發生壓縮—回彈，將法蘭面的微小凹坑完全填充，并維持一定的比壓力，實現阻擋內部介質流出的目的。根據密封結構分析，浮頂罐發生泄漏的主要原因應為螺栓預緊力不足，導致墊片比壓力不足，無法保證密封效果。

2.1 螺栓緊固力

通過查閱該核電廠的操作文件，對于丁腈橡膠墊片，其操作程序要求墊片的壓縮率應在40%～70%，故螺栓壓緊力應按照W0=F0=EεA 計算。其中，F0為螺栓的拉力，E 螺栓材料的彈性模量，ε 為在翻轉力矩作用下的拉應變量，A 為螺栓測試段的截面積。

對丁腈橡膠取彈性模量為6.963 MPa、壓縮率為40%時，計算可得單顆螺栓最小壓緊力為4560 N[5]。

已知螺釘規格為M10 mm，故可計算螺釘的最小擰緊力矩T=KFD。其中，T 為扭矩，K 為扭矩系數，F 為軸向力或者角預緊力，D 為螺栓公稱直徑。

當K 值取0.14[6]，計算得螺釘的擰緊力矩為6.8 N·m。由于該密封結構采用開槽沉頭螺釘，不能采用力矩扳手預緊，即在操作過程中無法保證預緊力。事后通過與作業人員的溝通，也證實了上述分析，故預緊力不足是造成浮頂儲罐泄漏的直接原因。

2.2 隔膜安裝操作

螺栓預緊方式包括力矩緊固法、轉角控制法以及拉伸控制法等，該浮頂儲罐在設計中并未明確緊固要求。且通過與同行電廠溝通，墊片部件在之前同類浮頂儲罐的設計中并不存在，該墊片規格為Φ20/10 mm，厚度δ=3 mm，材料為丁苯橡膠。操作人員以往的安裝經驗不能適用于該螺釘的安裝預緊，螺釘安裝預緊要求不明確是造成該浮頂儲罐泄漏的根本原因。

3 泄漏缺陷處理

3.1 薄膜套密封結構優化

通過對浮頂儲罐泄漏分析，當密封膠帶壓緊力不足導致密封失效時，內部介質通過螺紋間隙流出，直接導致泄漏發生。故在墊圈與螺母間增加橡膠密封墊片，即在密封膠帶密封失效時提供二次密封，降低介質泄漏風險（圖4）。

圖2 浮頂儲罐密封結構

圖3 設計中增加的墊片

3.2 薄膜套安裝過程中的控制措施

該浮頂儲罐薄膜套與罐體密封的安裝操作具有工作量大、人員配合困難、風險高的特點。操作時需一名作業人員站立在浮頂上緊固螺釘，同時另一人在儲罐外側的對應螺釘處固定該位置的螺母，防止螺釘與螺母同時轉動。

緊固操作時，作業人員將螺釘緊固至使墊片壓緊至使墊片變形至與螺釘端部緊密貼合的狀態（圖5）。在后續調試工作中，對該浮頂儲罐反復充水—排水并未發生該處泄漏現象，驗證了該缺陷處理的可靠性。

4 結語

通過對浮頂儲罐泄漏問題的分析，得出薄膜套與儲罐連接處發生泄漏的原因主要有兩個：壓緊螺釘的預緊力不足是導致泄漏的直接原因；浮頂儲罐設計中未明確安裝預計要求且操作人員經驗不足，是導致泄漏的根本原因。

在缺陷處理過程中，對該浮頂儲罐的密封結構進行優化，增加二次密封，進一步降低了介質泄漏風險。同時對壓緊螺釘的安裝操作進行了明確，保證了密封結構的可靠性。

在后續的調試過程中，該浮頂儲罐未發生泄漏現象，為其他電廠該型儲罐的調試及運行工作提供了參考。

圖4 優化后的密封結構

圖5 螺釘緊固后狀態