拱顶罐改内浮顶罐设计

摘 要 ：介绍了内浮顶储罐具有的降低储液损耗、减少污染及有利环境等优点,对拱顶罐改内浮顶罐的方法及设计内容进行论述,提出设计中应注意的问题.

关 键 词 ：储罐；内浮顶；结构；蒸发损耗

1.拱顶储罐改内浮顶储罐的优点

由于内浮顶储罐不是拱顶罐和浮顶罐的简单迭加,由其结构上的特殊性,与拱顶储罐相比具有以下优点：

（1）储液的挥发损失少.由于内浮盘与液面直接接触,液相无挥发空间,直接减少挥发损失85%～90%.

（2）由于液面上没有气相空间,减轻了罐体（罐壁与拱顶）的腐蚀,延长了储罐的使用寿命.

（3）增强了安全性.由于储液蒸发损耗减少,大大减轻了对空气的污染,减少着火爆炸的可能性,易于保证储液质量.

（4）在结构上可取消呼吸阀及外喷淋设施,节约资源.

2.拱顶罐改内浮顶罐的设计内容

2.1 内浮顶罐的主要结构构成

内浮顶罐主要是由罐顶、罐壁、罐底、内浮盘、密封装置、通气孔、消防设施、量油孔及防静电装置构成,具体构造见图1.

2.2 拱顶罐改造条件

2.2.1 旧罐体的检测与检修

由于旧罐投用时间长短不一,介质储存液不尽相同,罐体本身不同程度出现腐蚀或变形现象.故旧罐应经清洗吹扫并确认安全后方可进入罐内,并对罐体进行全面检验.罐体部分的检测与评定按SY/T 5921《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规程》的相关规定进行.[1]

2.2.2 缺陷修复

对罐顶和罐壁腐蚀严重的部位,应进行局部更换或修补.

拆除储罐原有的不再使用的附件及管线,修复储罐圆度.诸如磨除角钢等连接附件.

图1 内浮顶储罐结构图

2.3 设计改造内容[2]

在原有的拱顶储罐经检验和修复后确认其有改造价值时,即可实施储罐改造.如图1所示,旧的罐体、罐底及浮顶已经存在且可继续使用,以下便对某罐区固定顶储罐改造内容加以介绍.

2.3.1 储罐内浮盘

由于国内储罐浮盘制作已经趋于标准化,最常用的铝制浮盘已在国内大量使用.所以针对旧罐的改造选用标准浮盘定型产品.浮盘的制作按相关标准及要求执行.浮盘的直径应当按下述步骤进行：

（1）确定罐壁实际变形范围.采用径向偏差仪测出整个罐壁的最大半径RMAX与实际最小半径RMIN.

（2）选择弹性密封断面尺寸.所选弹性密封元件弹性工作范围不应小于罐壁实际变形范围,即当密封元件通过最大半径处不至于泄漏,通过最小半径处不至于卡住,需满足下式：RMAX-RMIN

式中：CMAX―弹性元件最大允许宽度,对于聚氨酯泡沫软塑料,取CMAX等于0.9b；

CMIN―弹性元件最小允许宽度,对于聚氨酯泡沫软塑料,取CMAX等于0.35b；

b―弹性元件自由状态下宽度,m.

当式1不能满足要求时,可适当增大弹性元件宽度b,但不宜超过密封间隙太多,而是尽量采取措施使罐壁偏差降低.

（3）确定合理的内浮盘直径.应使罐壁的变形范围在弹性元件工作范围之内合理的浮盘半径RO及直径RD应满足下式：

RO等于（RMAX+RMIN）/2-（CMAX+CMIN）/2

DO等于RMAX+RMIN-CMAX-CMIN

2.3.2 通气孔

（1）自动通气阀.为适应内浮盘的操作需要设置自动通气阀.

（2）罐壁通气孔.罐壁通气孔作用有：1.提供足够的通风条件,使内浮盘上方的蒸汽浓度在燃爆范围之内；2.在事故状态下可起到溢流作用.为保证事故溢流,罐壁通气孔的安装位置应当根据泡沫消防管线的入口位置和内浮盘边缘板高度来确定,并保证内浮顶不会和拱顶相撞.罐壁通气孔下沿至罐顶包边角钢的距离H,对于100m3～400m3储罐,H等于500mm；对于500m3～2000m3储罐,H等于570mm；对于3000m3及以上的储罐H等于620mm.储罐通气孔的高度应大于密封高度,以便在事故下通气孔不被封住,并能让密封顺利通过且不被封死.为保证通风,罐壁通气孔的数量应不小于4个,最大间距应小于10m,通气孔的总面积应不小于0.06D（D为罐体内径）.通气孔结构如图2所示.

图2 通气孔结构图

（3）罐顶通气孔.由于储罐密封装置随浮盘的上下浮动而与罐壁有相对运动,当密封不好时会引起油气泄漏.当浮盘下降时,附着在罐壁上的油膜会蒸发变成蒸汽；当浮盘在操作状态时自动通气阀会打开,使大量的油气通过通气阀进入浮盘上方,使浮盘与罐顶之间蒸汽压增大.故在罐顶设置公称直径为250mm的通气孔,以用来保持自然对流通风和排除罐顶空间蒸汽.

罐顶通气孔和罐壁通气孔都应该设置粗孔金属网以防止鸟类进入.罐顶通气孔应设置防水装置.

2.3.3 量油管及防旋转装置兼导向柱

浮盘长期漂浮在液面上,当罐内进出油料时,受油品冲击或运动影响,会使浮盘产生旋转,为了防止浮盘产生旋转及倾覆,必须设置浮盘防旋装置.常见的防旋装置有导向柱和防旋钢丝2种.设计时一般采用2根防旋导向柱对称布置,其中1根兼做量油管.量油管直径取150mm.量油管多用无缝钢管制作,应尽量减少焊接,且量油管和导向柱与罐底的垂直偏差不得大于10mm.

2.3.4 检修人孔

对于旧罐顶,通常已设置有人孔,改造设计时只是根据旧罐大小以及人孔位置考虑是否增设人孔.浮盘固定支撑高度一般分为1.8m和1.3m两种,旧罐人孔通常设置在600mm高度.通常在距罐底2.5m处设置一个带芯人孔以方便人进出处于罐内罐底的浮盘之上进行检修作业.当浮盘处于支撑位置时,检修人员可以从人孔处进入内浮顶上.人孔的内心应与内表面保持齐平,以避免刮坏密封件.其结构如图3所示. 图3 带芯人孔结构图

2.3.5 密封装置

内浮盘与罐壁之间的密封通常采用弹性材料密封结构（也叫填料式密封）.常用材料为丁晴橡胶密封袋（用于油品）填充方形或梯形等截面的聚氨酯软泡沫塑料,依靠泡沫塑料的变形来实现密封,或采用舌形密封结构.密封间隙常取150mm,采用舌形密封时间隙取120mm.

2.3.6 消防系统

改造罐多采用铝制装配式内浮顶,但铝属于易熔材料（熔点为660.4℃）,其抗燃性能不如钢（熔点为1515℃）因此改造后的铝制内浮顶油罐的火灾危险性远远大于原拱顶油罐,对消防系统有更高的要求.

（1）消防给水

着火内浮顶油罐应冷却,其相邻油罐可不冷却.当着火的内浮顶油罐浮盘为浅盘或浮舱用易熔材料制作时,其相邻油罐也应冷却.

（2）泡沫灭火

消防泡沫是一种有压水流与泡沫液和空气组成的混合液.发泡倍数指泡沫体积与形成该泡沫的泡沫混合液体积的比值[3].拱顶罐多采用低倍数泡沫,与之相比中倍数泡沫灭火系统具有发泡倍数高、灭火速度快、水渍损失小的特点.且混合液中水占比例小,泡沫液对内浮盘压力小,减小了沉盘导致的全液面着火的危害.着火内浮顶油罐的中倍数泡沫混合液流量,应按罐壁与堰板之间的环形面积计算.中倍数泡沫混合液供给强度、泡沫产生器保护周长和连续供给时间不应小于表1的规定.[4]

表1 中倍数泡沫混合液供给强度、泡沫产生器保护周长和连续供给时间

泡沫产生器混合液流量（L/S） 泡沫混合液供给强度（L/min） 保护周长

（m） 连续供给时间

（min）

1.5 4 15 15

3.4 30 15

2.3.7其他相关附件

储罐还应设置导静电装置、油品入口扩散管等,其设置方法遵循相关规范标准.[5]

3.改造设计注意事项[2,3,6,7]

3.1 在改造过程中还需要对罐体几何尺寸及变形进行检查,主要检查内容有：

（1）罐壁高度允许偏差,不应大于设计高度的0.5%.

（2）罐壁垂直度的允许偏差,不应大于罐壁高度的0.4%,且不得大于50mm.

（3）罐壁焊缝角变形和罐壁的局部凹凸变形,应符合GB 50128第4.4.2条的规定.

（4）底圈壁板内表面半径的允许偏差,应在底圈壁板1.8m处测量.并应符合GB 50128第4.4.2条的规定.

（5）罐壁上的工卡具焊迹应清除干净,焊疤应打磨平滑.

罐内径D（m） 任意直径方向最终沉降差许可值

≤22 0.007D

22

30

40

（6）实测罐基础沉降差,可按表2控制.

表2 基础沉降控制表

（7）浮顶罐因其结构的复杂性,易发生浮顶沉底、密封装置着火等事故.在改造安装时,要注意合理设计,保证施工质量,以确保密封装置的严密性、可靠性.

（8）由油品改存化工产品时,由于化工品的危险性较高,对某些有腐蚀性的化学品储罐应采用不锈钢内衬.

3.2 浮盘安装及检验时注意事项：[8-9]

（1）清罐.安装前应彻底清罐,去除罐内存在的易燃易爆、有毒的液体及蒸汽,经门检查合格后方可动火.

（2）开孔.开孔时打开罐顶人孔和透光孔以便通风和照明.

（3）找平.旧罐罐底设计时除存在一定坡度外,还存在因地基沉陷而引起的变形,因此需要找平.

（4）控制变形.严格控制安装过程中的变形.

（5）打磨 应将罐内壁焊缝的毛刺、尖角、切割后的痕迹磨平,以免运行过程中造成密封装置损坏.

（6）检漏与试验.需对所有焊缝进行检漏,必须保证浮盘在运行过程中升降平稳,无异常现象.

3.3 罐壁开孔接管焊接及接管焊缝检查要求以及充水试验按GB 50128中相关要求进行.[10]

4.结语

实践证明,拱顶罐改内浮顶罐,从技术角度来说均已无任何问题.改造后油品蒸发损失可减少90%左右,经济效益及环保作用明显.在设计改造中,除应考虑本文中所述事项外,还应综合考虑实际情况及指定科学合理的方案,以便更好的提高经济效益和生产效率.