淺談拱頂罐改造為內(nèi)浮頂罐的節(jié)能增效

淺談拱頂罐改造為內(nèi)浮頂罐的節(jié)能增效

隨著油氣機(jī)的不斷開發(fā)和擴(kuò)建，油氣機(jī)的改造任務(wù)之一就是將油氣機(jī)轉(zhuǎn)換成多個(gè)設(shè)備。在油罐的改造過程中,將拱頂罐改造為內(nèi)浮頂罐具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,它具有減少油品蒸發(fā)損耗及著火的危險(xiǎn)性、減輕對(duì)空氣的污染及對(duì)罐底和罐壁的腐蝕、延長油罐的使用壽命以及節(jié)約用水等優(yōu)點(diǎn)。美國石油學(xué)會(huì)認(rèn)為,設(shè)計(jì)完美的內(nèi)浮盤是迄今為止控制固定頂油罐蒸發(fā)損失所研究出來的最好的和投資最少的方法,美國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)(EPA)也建議煉油廠使用內(nèi)浮頂油罐儲(chǔ)存易揮發(fā)油品。因此,將拱頂罐改造為內(nèi)浮頂罐是降低成本節(jié)能增效的一項(xiàng)有效措施。文中主要介紹將舊拱頂罐改造為內(nèi)浮頂罐時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題及注意事項(xiàng)。1拱頂罐的轉(zhuǎn)換期1.1浮盤直徑的測(cè)量舊罐由于投用時(shí)間長短不一,存儲(chǔ)介質(zhì)不同,罐體本身不同程度都出現(xiàn)或多或少的變形、腐蝕現(xiàn)象。故當(dāng)舊罐經(jīng)吹掃及化驗(yàn)分析合格達(dá)到人可進(jìn)入罐內(nèi)的條件后,需對(duì)舊罐進(jìn)行全面檢驗(yàn),具體可以從下幾方面考慮:(1)實(shí)測(cè)舊罐直徑及其偏差罐壁的變形是影響密封間隙變化的主要原因,所以對(duì)舊罐改造前必須實(shí)測(cè)罐壁徑向偏差,以決定內(nèi)浮頂直徑的大小,如偏差太大則不具備改造的條件。儲(chǔ)罐直徑的測(cè)量一般以距罐底1800mm高度的圓周為基準(zhǔn)。被測(cè)參數(shù)見圖1。內(nèi)浮頂罐合理的浮盤設(shè)計(jì)半徑必須滿足下式:Rmin-Cmin>R0>Rmax-Cmax(1)Rmin=R-(ΔR-ΔRmin)-δ1(2)Rmax=R+(ΔRmax-ΔR)-δ2(3)式中,Cmin為最小允許密封間隙,其值一般不小于80mm;Cmax為最大允許密封間隙,一般取軟泡沫密封塊自由狀態(tài)斷面寬度尺寸減20mm;Rmin為罐壁實(shí)際最小內(nèi)半徑,ΔRmin為所有罐壁徑向偏差的最小值,Rmax為罐壁實(shí)際最大內(nèi)半徑,R為基準(zhǔn)位置上的罐外壁半徑,ΔR為基準(zhǔn)位置上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的罐壁徑向偏差的平均值,δ1為具有最小徑向偏差值的壁板厚度,δ2為具有最大徑向偏差值的壁板厚度,mm。若罐壁的實(shí)際變形(Rmax-Rmin)超過密封材料的允許使用范圍(Cmax-Cmin),則式(1)無法滿足,說明無法找到合理的浮盤直徑,即使使用肯定會(huì)出現(xiàn)密封不嚴(yán)或浮盤卡住的現(xiàn)象。若Rmax-Rmin<Cmax-Cmin,即滿足式(1),則浮盤的設(shè)計(jì)半徑R0可由下式得到:R0=(Rmin-Cmin+Rmax-Cmax)/2(4)(2)檢查罐底與罐頂?shù)拇怪本€罐底與罐頂?shù)拇怪本€最大偏差應(yīng)小于罐壁總高的5%。(3)測(cè)量儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降差儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降差的允許值見表1。沉降差超過表1允許值的儲(chǔ)罐則不具備改造的條件。1.2罐壁修復(fù)和旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵(1)對(duì)罐頂和罐壁腐蝕嚴(yán)重的儲(chǔ)罐,應(yīng)進(jìn)行局部更換。(2)拆除原罐內(nèi)不再使用的附件,修復(fù)罐壁圓度。如割除罐內(nèi)壁上的角鋼等焊接件,修復(fù)矯正罐壁凹凸部位,使罐壁圓度偏差控制在±40mm以內(nèi)。對(duì)舊拱頂罐內(nèi)存在的搭接焊接結(jié)構(gòu)的焊縫凸棱部位,需打磨至使其圓滑過渡。罐內(nèi)壁應(yīng)無焊瘤,無毛刺,表面光滑,以免影響改造后浮盤密封裝置的密封效果。2浮盤及浮頂罐原有的拱頂罐經(jīng)檢驗(yàn)或修復(fù)后確認(rèn)有將其改造為內(nèi)浮頂罐的價(jià)值時(shí),即可實(shí)施改造。內(nèi)浮頂罐主要由固定罐頂、罐壁、罐底、內(nèi)浮頂、密封裝置、量油導(dǎo)向柱、罐壁通氣孔、靜電裝置及消防設(shè)施等部分組成,浮盤基本為定型產(chǎn)品,制作已趨向于標(biāo)準(zhǔn)化。最常用的是鋁制浮盤,已在國內(nèi)大量使用。對(duì)舊罐改造,標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)罐一般選標(biāo)準(zhǔn)浮盤定型產(chǎn)品,非標(biāo)準(zhǔn)罐采用特殊定做的辦法。浮盤制作要求按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)廠家資料執(zhí)行。內(nèi)浮頂罐的結(jié)構(gòu)見圖2。舊罐底、罐壁、罐頂一般可以繼續(xù)使用,對(duì)除此之外的一些設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹如下。2.1通氣管和通氣口(1)浮盤和拱頂設(shè)置由于浮盤密封裝置隨罐內(nèi)油面液位上下移動(dòng),它與罐壁有相對(duì)運(yùn)動(dòng),當(dāng)密封不好時(shí),會(huì)引起油氣泄漏。當(dāng)浮盤下降時(shí),附著在罐壁上的油膜也會(huì)蒸發(fā)變成油蒸氣。當(dāng)油面在浮盤處于最低操作位置進(jìn)行操作時(shí),由于浮盤上的自動(dòng)通氣閥處于打開狀態(tài),大量的油氣會(huì)進(jìn)入浮盤和拱頂之間的空間,如不及時(shí)排出此空間的油氣,隨著時(shí)間的延長會(huì)壓沉浮盤。因此,在固定頂最高部位處必需設(shè)置公稱直徑不小于200mm的通氣管,以便及時(shí)排出浮盤上面的油氣。對(duì)1000～5000m3的儲(chǔ)罐,一般選DN250mm的通氣管即可。(2)罐壁通氣孔安裝位置內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐要求儲(chǔ)罐在最高液位時(shí),在罐壁從上向下數(shù)第一層壁板上需安裝環(huán)向通氣孔,環(huán)向通氣孔的總面積應(yīng)不小于0.06D。罐壁通氣孔通常為220mm×350mm的3個(gè)連續(xù)開口組成一個(gè)通氣孔,其間距為20mm。罐壁通氣孔安裝位置見圖3。罐壁通氣孔下沿至罐頂包邊角鋼的距離H與儲(chǔ)罐體積有關(guān)。當(dāng)公稱體積為100～400m3時(shí),H為500mm;當(dāng)公稱體積為500～2000m3時(shí),H為570mm;當(dāng)公稱體積不小于3000m3時(shí),H為620mm。公稱體積小于5000m3的儲(chǔ)罐,通常設(shè)置6～8個(gè)通氣孔,通氣孔沿罐壁圓周均勻布置即可滿足要求。設(shè)計(jì)通氣管和環(huán)向罐壁通氣孔時(shí)需考慮設(shè)置防雪罩并需加設(shè)3～4目的粗鋼絲網(wǎng)以防鳥類進(jìn)入。為確保浮盤上部空間形成氣體對(duì)流,保證充分的通風(fēng)條件,及時(shí)疏散稀釋油氣,防止油氣累積產(chǎn)生爆炸,以上這些通氣設(shè)施是必不可少的。2.2罐頂防旋裝置設(shè)計(jì)浮盤長期漂浮在油品上面,當(dāng)罐內(nèi)進(jìn)料或出料時(shí),受油品沖擊或流動(dòng)的影響,會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),為了防止浮盤的旋轉(zhuǎn),必須設(shè)置浮盤的防旋轉(zhuǎn)設(shè)施。常見的防旋轉(zhuǎn)設(shè)施有防旋鋼絲繩及防旋導(dǎo)向柱2種。對(duì)舊罐改造而言,因其已經(jīng)過多年使用,基礎(chǔ)有不均勻沉降或施工偏差等原因,罐體已發(fā)生一些變形,它不同于新設(shè)計(jì)罐。而導(dǎo)向柱作為防旋裝置,其剛性要優(yōu)于防旋鋼絲繩。設(shè)計(jì)時(shí)一般是用2根防旋導(dǎo)向柱對(duì)稱布置,其中一根做量油孔兼導(dǎo)向管,另一根則是專用防旋導(dǎo)向柱。通常量油孔兼導(dǎo)向管的公稱直徑為150mm,對(duì)公稱體積大于5000m3儲(chǔ)罐可取DN200mm。罐頂導(dǎo)向柱開孔與浮頂防旋中心的同心度允差應(yīng)小于10mm,量油導(dǎo)向管和導(dǎo)向柱與罐底的垂直度偏差應(yīng)不大于10mm,以利浮盤升降及計(jì)量檢測(cè)。公稱體積大于10000m3的浮頂罐需配置3套防旋裝置。量油孔兼導(dǎo)向管多用DN150mm的無縫鋼管制作,盡量用一根無縫鋼管制成,對(duì)儲(chǔ)罐高度較高者應(yīng)盡量減少其對(duì)接焊縫。對(duì)小儲(chǔ)罐也可采用防旋鋼絲繩做為防旋裝置,但其松緊度控制指標(biāo)為鋼絲繩的擺幅小于50mm。2.3罐頂內(nèi)部小梯或帶芯人孔對(duì)于舊罐頂,通常已有一個(gè)罐頂人孔,改造設(shè)計(jì)時(shí)只是根據(jù)舊罐體積的大小和人孔所處位置考慮是否需再增設(shè)一個(gè)罐頂人孔,條件允許者可再增設(shè)一個(gè)罐頂人孔。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)浮盤上升到液面最高位置時(shí),人由罐頂人孔下到浮盤上需有一個(gè)通道。在原罐頂人孔或新增罐頂人孔內(nèi)增設(shè)一個(gè)罐頂內(nèi)部小梯,小梯長約1000mm,這樣檢修或操作人員即可由內(nèi)部小梯到達(dá)內(nèi)浮盤上工作。浮盤固定支撐高度通常分為1800mm及1300mm兩種,舊罐罐壁人孔通常是600mm的人孔,一般位于從罐底向上數(shù)第一層罐壁板上且處于浮盤支撐位置以下(高度小于1300mm),此人孔仍可使用?，F(xiàn)只需在距罐底高2500mm處根據(jù)每臺(tái)舊罐所處具體位置及工藝專業(yè)要求增設(shè)一個(gè)DN600mm的帶芯人孔,以便當(dāng)內(nèi)浮頂處于支撐位置時(shí),檢修人員可從帶芯人孔進(jìn)入內(nèi)浮頂上。應(yīng)注意帶芯人孔的接管與罐壁接觸處需圓滑過渡,帶芯人孔的內(nèi)芯板與罐壁內(nèi)表面應(yīng)平齊,以防止損傷浮盤密封裝置,見圖4。此外,在內(nèi)浮盤上還需根據(jù)施工及檢修要求開設(shè)2個(gè)人孔,以便操作人員上下、通風(fēng)和透光。2.4頂儲(chǔ)罐的改造油罐的消防通常使用空氣泡沫產(chǎn)生器,安裝在罐頂圈。一般根據(jù)儲(chǔ)罐體積大小,采用2個(gè)或更多的泡沫器對(duì)稱安裝,一般煉油廠拱頂儲(chǔ)罐多采用空氣泡沫式或液下噴射裝置作為消防設(shè)施。但改為內(nèi)浮頂罐后都需改為空氣泡沫式消防裝置,如果舊罐為液下噴射裝置,則需在從上數(shù)第一層罐壁板重新開口,安裝泡沫產(chǎn)生器。在開孔時(shí)應(yīng)盡量避開新增加的罐壁通氣孔至少1.5m(弧長)以上,以保證滅火時(shí)大量泡沫沖破消防封隔玻璃,全部從罐壁流向下面油面,避免泡沫從通氣孔中濺出,這是改造設(shè)計(jì)時(shí)容易忽視的環(huán)節(jié)。2.5法蘭串聯(lián)部位墊片的選擇存放航空煤油或航空汽油等介質(zhì)時(shí),不允許有微量纖維混入儲(chǔ)罐。因此,進(jìn)料管、內(nèi)部加熱器和調(diào)和器等管線用法蘭聯(lián)接部位墊片不允許選用石棉橡膠板和其它纖維性墊片。計(jì)量用的光纖液位計(jì)內(nèi)導(dǎo)向管不能用銅棒,儲(chǔ)罐內(nèi)類似問題均需按有關(guān)規(guī)定選取及制作。2.6保護(hù)帶的密封內(nèi)浮盤與罐壁之間的間隙一般為190mm左右,搭接罐的間隙應(yīng)根據(jù)罐內(nèi)實(shí)際幾何精度確定,密封裝置應(yīng)具有良好的密封性能,且不妨礙浮盤隨液位自由升降。對(duì)舌形密封帶要控制舌尖端搭罐壁70mm,舌根端留出周邊壓條內(nèi)側(cè)10mm,密封長度應(yīng)大于儲(chǔ)罐內(nèi)壁周長的95%,其透光部分不大于周長的5%。舌形帶能翻轉(zhuǎn)自如,沒有不翻轉(zhuǎn)的區(qū)段。密封可分為填料式密封結(jié)構(gòu)和舌形密封結(jié)構(gòu),密封材料一般為丁晴橡膠密封袋填充聚氨脂軟泡沫塑料。舌形密封結(jié)構(gòu)由于使用壽命長且不易卡浮盤的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)常被采用。具體選用時(shí)應(yīng)根據(jù)舊罐的環(huán)境溫度、儲(chǔ)液特性、溫度及耐磨性等因素綜合考慮。2.7控制浮盤污染的措施(1)內(nèi)浮頂支柱分固定式支柱和可調(diào)式支柱,特殊情況下可與浮盤廠家協(xié)商定做。當(dāng)內(nèi)浮盤降至最低操作位置時(shí),內(nèi)浮頂不得與罐內(nèi)的附屬設(shè)施如罐底加熱器、進(jìn)出口管線以及油品調(diào)合器等相碰,如相碰則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取降低進(jìn)出口管線標(biāo)高位置等相應(yīng)措施解決。(2)當(dāng)內(nèi)浮頂罐內(nèi)有油品調(diào)合器時(shí),需考慮油品調(diào)合器工作時(shí)對(duì)浮盤的沖擊作用。一般可在內(nèi)浮盤底部增設(shè)防沖擋板,以減緩沖擊作用。此外,對(duì)儲(chǔ)罐具體操作時(shí),則要求儲(chǔ)罐內(nèi)液位高度至少大于50%以上才能進(jìn)行油品調(diào)合,防止產(chǎn)生波動(dòng)對(duì)浮盤造成影響。(3)設(shè)計(jì)中需考慮設(shè)置靜電導(dǎo)向裝置,由于在實(shí)際操作過程中浮盤上可能聚積大量的靜電荷,必須將靜電導(dǎo)出,靜電導(dǎo)線應(yīng)采用截面積不小于25mm2的軟銅復(fù)鉸線,導(dǎo)線與鐵件之間的導(dǎo)電性能必須良好。內(nèi)浮頂上靜電導(dǎo)線接頭的間距不大于10m,靜電導(dǎo)線的接頭必須牢固。當(dāng)儲(chǔ)罐直徑小于20m時(shí),靜電導(dǎo)線數(shù)量不少于2根;當(dāng)儲(chǔ)罐直徑大于或等于20m時(shí),靜電導(dǎo)線數(shù)量不少于4根。3罐體試水的質(zhì)量控制①所有被改造儲(chǔ)罐的焊縫表面質(zhì)量均應(yīng)達(dá)到GB50236-1998《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工藝管線焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中焊縫表面標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級(jí)。②對(duì)罐壁厚度大于25mm的開孔接管焊縫應(yīng)進(jìn)行滲透或磁粉檢測(cè)。③在罐體試水前應(yīng)以0.1～0.2MPa的壓縮空氣對(duì)補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行試漏檢查。④充水試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用無腐蝕性清潔水,并且當(dāng)舊罐材質(zhì)為碳素鋼和16MnR時(shí),水溫不低于5℃。對(duì)材質(zhì)為不銹鋼的儲(chǔ)罐,水中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于25×10