淺析儲罐內浮盤治理發展

肖 聰

（大慶煉化公司儲運部，黑龍江大慶 163411）

1 儲罐內浮盤技術

國外從20世紀50年代開始建造內浮頂油罐，在國內浮盤發展起步較晚，20世紀80年代傳統淺盤鋼制浮盤開始制作進行安裝，以鋼制淺盤式、單盤式、雙盤式（中凸）、浮艙式（中間為拱形）內浮頂為主。浮盤整體由鋼板及鋼梁拼裝后全焊接形成，浮盤整體剛性高、強度大，但強度太高也存在剛度隨之變差的不利后果。由于淺盤敞口大，上面沒有遮蓋，油氣極易進入浮盤內，浮盤上積液不能及時排除，內浮頂儲罐的罐內氣相空間組分復雜、環境濕度較高，易造成鋼制浮盤發生腐蝕，且內浮盤的日常檢查和維護都較為困難，難以及時發現浮盤泄漏情況，只要一處泄漏，就會使浮盤沉沒。

國內20世紀80年代開始鋁制浮盤設計研制工作，鋁制浮盤的特點是由單獨的部件用螺栓連接組裝，采用標準化部件安裝、維修。浮盤是鋁制或不銹鋼制浮筒，質量僅為鐵浮艙浮盤的1/20左右,節省材料，增加浮盤浮力。其存在的主要缺點是：早期的鋁浮盤采用的都是厚度0.5～1 mm的蒙皮，浮筒式內浮盤表面結構強度低，焊接性能差，連接不牢固、不持久。在持續反復的升降交變載荷下，很容易斷裂變形，由于液面波動變形而受力不均，容易發生、損壞、卡盤、塌盤等事故。在浮盤蒙皮蓋板下方存在油氣揮發空間，儲罐付油時，當浮盤落于支腿上或支腿接觸罐底，隨著液位繼續下降時浮盤上方的空氣通過浮盤呼吸閥、密封等其他未密封位置進入浮盤與油面的氣相空間。在進油時，大部分氣相通過浮盤呼吸閥、密封等其他未密封位置排出，但浮盤下方浮筒間仍存在氣相空間，按照鋁浮盤的安裝及設計，鋁浮筒DN150浸沒50%時能夠保證浮盤浮起，因此在浮盤鋁板與油面有大約75 mm由浮筒隔開的氣相空間，進油過程中未排出的空氣與可燃氣體混合，給儲罐安全運行帶來隱患。當儲罐運行一定年限時罐內油氣濃度通常在2000 ppm（2×10-3）以上，濃度值超過10 000 ppm（10-2）現象普遍存在，通過浮盤縫隙及附件設施散逸至浮盤上方，最終外排大氣，油氣揮發量很大，也無法滿足工業污染物排放要求。

自2014年安監總管三〔2014〕68號文件及2017年安監總政法〔2017〕15號文件頒布以來，規定了“正常操作嚴禁內浮頂浮盤和物料之前形成空間”，全接液浮盤進入了一個全新的發展周期。浮盤以模塊單元為基本單位，單位模塊內置蜂巢芯，每個蜂巢孔獨立不連續，將浮盤浮力單元分散為2500個/m2左右；放置蜂巢芯的模塊殼體下蓋板及四周立邊為一體式結構，無任何漏點或密封點，不存在浸潤滲漏情況；但箱式全接液和蜂巢粘接全接液式可維修性較差，箱體泄漏之后，拆卸難度大，增加了儲罐的檢修風險。如5·12上海賽科苯罐檢維修閃爆事故，浮盤共由359塊箱體組成，其中180塊發生泄漏，泄漏率＞50%。

全接液鋁制浮盤雖然符合標準API650及NFPA115.4規定，但是隨著GB 50160—2018修訂版的下發執行，鋁合金材料已經不適用，用易熔材料制作的內浮頂，其安全性比鋼制內浮頂要差，儲罐一旦發生火災，容易形成儲罐全截面積著火，且直徑越大越難以撲救。

2 新型浮盤的應用

新型復合材料玻璃鋼浮盤是全浸液設計，浮盤底部全部進入介質中，無任何氣象空間，有效防止介質揮發，鑒于國外玻璃鋼浮盤有較多應用，國內也有部分企業引進了玻璃鋼浮盤且應用情況良好，在相關規范標準中也允許采用耐火極限不低于2 h的非金屬內浮頂，其浮盤耐火試驗達到浮頂在模擬儲罐內部浮頂上方氣相空間發生爆炸事故以及在模擬內浮頂密封圈和局部著火試驗條件下，浮頂不沉沒、不失效、整體結構保持完好且能連續覆蓋液面。

浮盤的設計范圍取決于存儲產品，化學抗性，抽運率以及其他附屬設備等。為實現無縫結構，浮盤在罐內制作，所有制作材料通過標準的24英寸人孔進入。制作新型復合材料浮盤，只能使用優質乙烯酯，根據不同的介質，采用不同的化學配方模式?！叭髦巍辈Ａт摳”P由多層復合材料構成（圖1），包含一個蜂窩核心材料，夾在玻璃纖維層中間，該浮盤主要由玻璃鋼和PP蜂巢式核心板組成，整體浮盤無拼接，無縫隙，可以保證浮盤的零泄漏，浮盤平貼在油面上，與液面形成全接觸狀態，沒有油氣揮發空間。

圖1 全接液玻璃鋼浮盤結構示意

玻璃鋼是一種新型材料，具有耐腐蝕、強度高等特點，不僅堅固耐用、抗沖擊能力強，具有可靠的安全性能，而且很好地起到了火災預防的效果。玻璃鋼浮盤采用的玻璃鋼和核心板均具有較好的強度，與其他浮盤相比強度更高，收付油過程中穩定性更好，更能保證浮盤底部無氣體空間，可有效阻絕油汽揮發。浮盤密封選用全補償氣密性一級膜密封；密封裝置補償大于±100 mm環向空間間隙尺寸偏差，具有良好的密封性能[2]，儲存介質的蒸汽壓力PV將主膜壓緊在整個接觸板上，因此，將罐殼和全接觸板之間的距離減少，提高其密封性能。

目前市場上普遍采用裝配式內浮頂，主要有鋁或不銹鋼制井字形、三角形、浮箱式（全浸液蜂巢、空箱、槽盆）和現場整體澆注玻璃鋼內浮頂等（表1），其中浮筒式內浮盤市場占有率達到99%以上，2015年規定了石油煉制工業企業及其生產設施的水污染物和大氣污染物排放限值、監測和監督管理要求，各煉油企業通過對浮盤進行VOCs治理改造來滿足120 mg/m3的排放限值要求。

表1 內浮盤性能比對

3 浮盤高效密封的應用

浮盤密封圈目前主要分為舌形密封+囊式密封和彈性全補償性密封兩種密封形式。舌形密封密封帶斷面尺寸一般為兩種：310 mm×12 mm×5 mm和310 mm×8 mm×3 mm，密封帶厚的一邊固定在浮盤邊緣，薄的一邊貼在罐壁上，靠密封帶自身與罐壁的壓力實現密封。囊式密封帶厚度1～1.5 mm，內包聚氨酯泡沫，利用泡沫的壓縮回彈力使密封帶貼緊罐壁，實現密封。舌形密封+囊式密封能夠充分彌補罐體直接偏差和局部缺陷，一般儲罐囊式密封帶采用海綿封圈外覆PU（復合聚氨酯）材料，使用壽命達到6年以上，舌形密封密封帶選用XPE（有伸縮彈性的聚乙烯發泡材質）。也可以根據儲罐適用介質選用丁晴橡膠、氟橡膠或三元乙丙橡膠等密封材質，此種密封形式可以滿足儲罐±100 mm直徑偏差。

彈性全補償性密封材質壓板為不銹彈簧鋼，內置阻燃材料進行密閉，使用壽命可達20年。密封與罐壁貼合緊密，一次密封伸入到液面以下，對儲罐變形引起的浮盤邊緣補償量為-X～3X，根據變量X值不同，全補償儲罐形變，有效阻絕油氣通過罐壁處泄漏。同時適用罐壁3 cm內凸起，儲罐罐壁平整度對密封沒有任何影響。由于其全補償性也解決了浮盤本體與罐壁之間的靜電導出問題。

4 結語

本綜合解決方案針對現有浮盤存在的泄漏問題進行綜合治理，可以通過全接液浮盤設計理念，鋁制浮盤、不繡鋼浮盤、玻璃鋼浮盤的配合選用合理的膜密封，均可以實現降低油氣揮發。此外，新型材料的選用等附屬設施的密封技術改進，使得浮盤性能更好，大幅度降低VOCS，實現節能環保的目的。