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外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗 何丽娟 中国石油股份有限公司哈尔滨分公司,黑龙江 哈尔滨 150056 摘 要分析了外浮顶油罐的油气损耗机理和估算方法,列举了国内外常用的浮顶边缘密封结构型式, 并对其优缺点进行了分析对比,同时对密封型式的选择及一次密封与二次密封的搭配提出了建议。 关键词外浮顶油罐;边缘密封型式;选用 中图分类号TE97 文献标识码B 文章编号10062880520020320039203 1 前言 外浮顶油罐是目前地上储存原油的主要设施 之一。外浮顶油罐从原理上讲很简单,就是在敞 口圆筒形容器内有一个能在油面上浮动的罐顶来 控制挥发性液体蒸发损耗。由于浮顶的存在,大 大减少了石油损耗以及对环境的影响。但是,经 过对现役外浮顶油罐的调查分析,发现有时会因 选用边缘密封形式和结构不合理而造成挥发性液 体损耗,因此会给用户造成经济损失。 本文根据作者多年来的设计经验,并参考国 内外有关资料,重点介绍了外浮顶油罐的各种密 封形式与损耗,并进行了综合比较分析,同时提出 了优先选用的几种形式,供有关读者参考。 2 边缘密封损耗机理分析 边缘密封油气损耗的机理比较复杂,通过试 验研究发现风是导致边缘密封损耗的主要因素。 国外进行的风洞试验表明,向上流过浮顶油罐顶 部的空气在储罐的上风侧浮顶上方产生一个低压 区,导致空气从浮顶的下侧沿着浮顶周边向上边 缘密封方向移动。稳定的风可在浮顶上下风侧建 立压差,高压在下风侧,低压在上风侧。 浮顶上下风侧形成的压差和空气流动的模式 是两种基本风致损耗产生的原因。一种是压差引 起空气进入浮顶下风侧边缘密封正下面的连续边 缘气相空间,然后空气沿周边流过边缘气相空间, 在浮顶的上风侧使空气与油气混合物通过边缘密 封吹出,因此降低了气相空间油气浓度,使更多的 液体蒸发出来,以重新建立起相近的平衡状态。 在这种情况下,液体蒸发的程度取决于边缘密封 系统的密封性、 边缘密封与罐壁之间缝隙的大小 以及边缘密封与储液之间气相空间的大小。另 外,在边缘密封上方流动的风,使在边缘密封和罐 壁之间的任何缝隙中的空气产生涡流,涡流可使 新鲜的空气与缝隙中的油气相混合,结果降低了 缝隙中的油气浓度,使更多的液体蒸发,以再建立 相近的平衡状态。在这种情况下,液体蒸发的程 度取决于边缘密封与罐壁之间的缝隙面积以及边 缘密封与罐壁垂直接触面的高度。 通过上述分析可以看出,边缘密封损耗与密 封本身的密封性、 密封与罐壁之间缝隙、 密封与储 液之间气相空间大小及密封与罐壁垂直接触面高 度等因素有关。 3 边缘密封损耗估算 注以下算式为原文书中的算式,本文未改 动,故各量的单位仍用英制 由于边缘密封引起的损耗主要由二部分组 成,即边缘密封静止蒸发损耗和抽出损耗。静止 蒸发损耗主要指发生在边缘密封处油气的蒸发损 耗;抽出损耗主要指储液被抽出时粘附在罐壁上 的储液蒸发所造成的损耗。 边缘密封引起的静止蒸发损耗可按式1估 算 LSFrDPMvKc1 抽出损耗可按式2估算 LW 01943QC W1 D 2 收稿日期2002201221 作者简介何丽娟1963 , 女,黑龙江人,1984年毕业于大 庆石油学院化工机械专业,获学士学位,毕业后一直从事石 油化工设备与机械设计工作,工程师,已发表论文2篇。 综 述 石油化工设备技术,2002 ,23339 Petro2Chemical Equipment Technology 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 式中LS 边缘密封静止损耗,lb/ a ; Fr 边缘密封损耗系数,与边缘密封结 构和严密程度有关,lbmol/fta ; D 储罐直径,ft ; P 蒸气压函数,无因次; Mv 储料蒸气的平均分子量,lb/ lbmol ; Kc 产品系数; LW 抽出损耗,lb/ a ; Q 每年净流出量,bbl/ a ; C 罐壁粘附系数,bbl/ 1000ft2; W1 在平均储存温度下的储液平均密 度,lb/ gal。 由上述公式可以看出,在特定地区储存特定 产品的外浮顶油罐,其边缘密封静止损耗主要影 响因素是边缘密封损耗系数Fr,此系数与边缘密 封结构和严密程度有关;抽出损耗主要影响因素 是每年净流出量Q和罐壁粘附系数C ,罐壁粘附 系数C取决于罐壁内表面粗糙程度及边缘密封 的严密程度。通常抽出损耗比边缘密封静止损耗 小的多,因此决定边缘密封损耗的主要因素为边 缘密封损耗系数Fr。 边缘密封损耗系数Fr按式3计算 FrKrV n 3 式中Kr 边缘密封损耗系数,lbmol/ mile/ h n fta ; V 平均风速,mile/ h ; n 与边缘密封有关的风速指数,无因次。 4 边缘密封系统结构型式与损耗分析 边缘密封系统主要有三种型式 a 只有一次密封常用的一次密封有两种基 本形式 1 机械滑板式密封; 2 弹性填充式密封; b 一次密封挡雨板; c 一次密封二次密封。 411 一次密封结构型式与损耗分析 a 机械滑板式一次密封 机械滑板式一次密封是比较常用的密封形 式,目前机械密封主要有两种常用结构重锤式和 弹簧板结构。机械密封主要用轻型金属带与罐壁 作滑动接触,金属带由机械装置支撑并顶向罐壁。 金属带用薄钢板制成称之为滑板 , 钢滑板互相 连接起来形成一个环。钢滑板一般高为900mm ～1500mm ,与罐壁形成了较大接触面积,钢滑板 的下端延伸到液面以下,以封闭钢滑板和浮顶之 间的环形气相空间。 钢滑板、 浮顶边缘和液面所包围的环形空间 与大气的密封,是通过螺栓和夹子在钢滑板到浮 顶边缘之间固定一条有涂层的编织物来完成的, 实现了一次密封。为了减少气相空间,一般要求 固定在钢滑板和边缘板上的密封纤维尽量接近液 面,并在浮顶上提供呼吸阀来消除边缘气相空间 中的超压和真空。对于约200mm宽的环形空间, 机械滑板式密封通常设计成能适应 130mm的 局部变化,以满足密封环形空间间距的变化。 机械滑板式一次密封具有如下特点 1 钢滑板与罐壁有很长的接触长度,其密封 效果好; 2 钢滑板浸入液体内,与边缘环形气相空间 实现了隔离,更好地控制了液体蒸发损耗。 3 密封压紧力在使用期间变化很小,能够保 证长期的密封效果; 4 整体结构有较长的使用寿命,一次密封纤 维可随时更换; 5 金属结构可采用不锈钢材料以适应较严重 的腐蚀场合; 6 使用很少的非金属材料,并且不接触储液, 几乎没有由于产品破损造成的二次污染,更换、 废 弃处理方便,并可回收,处理费用低; 7 制造、 安装精度要求较高。 b 弹性填充式一次密封 弹性填充式一次密封是用有涂层的弹性纤维 密封袋与罐壁滑动接触。密封袋内可填充液体 管式密封、 弹性泡沫弹性泡沫密封等材料,与 罐壁实现接触密封。密封袋安装在浮顶的边缘, 它既可与液体接触,也可在密封件与液面之间保 留一定的边缘气相空间。弹性填充式密封的储罐 经常装有挡雨板或二次密封。 弹性填充式密封比较柔软,对于约200mm宽 的环形空间,弹性填充式一次密封通常设计成能 适应 100mm的正常变化,以满足密封环形空间 间距的变化。 弹性填充式密封具有如下特点 1 弹性填充式密封比较柔软,能够适应罐壁 局部的形状突变; 04石 油 化 工 设 备 技 术 2002年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 2 制造、 安装的精度要求比较低; 3 耐磨性较差,罐壁内凹凸不平可能磨损或 降低其使用寿命,因此该种密封主要应用在罐内 壁有涂层的场合; 4 密封接触面积较小,容易造成蒸发损耗; 5 在某些情况下有涂层的纤维密封袋与同类 烃类产品接触,会降低寿命,增加维护成本; 6 虽然设计成浸液式结构,但在操作过程中 很难做到全程浸液,容易造成更大的蒸发损耗; 7 弹性泡沫密封短期效果非常好,随着弹性 元件老化及过分变形,弹性下降,密封效果降低; 8 弹性泡沫密封破损容易造成二次污染,被 油品污染的泡沫很难处理,无法回收,环保性较 差,处理费用高; 9 密封袋一旦破损即全部失效,因此对密封 袋性能要求很高。管式密封破损会造成储罐内储 液污染。 412 二次密封与挡雨板 二次密封可分为两类滑板安装式和边缘安 装式。滑板安装式二次密封只与机械滑板式一次 密封一起使用,它对于降低因滑板和罐壁之间的 缝隙造成的损耗是有效的,但是不能降低由于一 次密封缺陷产生的损耗。边缘安装式二次密封盖 住了整个边缘气相空间故更能有效地减少损耗。 二次密封除了可以保护一次密封免遭风雨等的破 坏,延长一次密封的寿命外,还可以减少挥发性液 体的二次蒸发。 挡雨板为叶片型结构,可用机械或铰链把挡 雨板连接到浮顶上。挡雨板可以保护一次密封免 遭风雨等的破坏,延长一次密封的寿命。 413 边缘密封系统的使用情况 目前广泛使用的边缘密封系统是一次密封加 二次密封型式,一次密封单独使用在国内外已经 非常少见,一次密封加挡雨板的组合使用在国内 外也比较少见。目前国内正在将原先的挡雨板改 为二次密封。 机械滑板式一次密封与边缘安装式二次密封 一起使用,能够非常有效地减少损耗,因为边缘安 装式二次密封又一次盖住了整个边缘气相空间, 故能非常有效地减少液体蒸发损耗。目前这种型 式的密封在国内外使用经验较多,尤其在国外外 浮顶油罐大部分都使用机械密封。 液相安装或气相安装的弹性填充式一次密 封与二次密封一起使用在我国也比较常见,此种 型式可以把蒸发损耗减小到比较低的程度,但由 于不可避免地有一定的气相空间存在,液体蒸发 损耗稍大。 5 各种边缘密封型式综合分析 通过以上介绍,并根据使用经验,对各种边缘 密封型式进行综合比较分析,如表2所示。 表2 边缘密封型式综合比较 一 次 密 封 机 械 密 封 结构型式 寿命 使用、 维修性能业绩造价 推荐 产品 重锤 动臂式 较长 平衡结 构,需 清 罐维护 较好多国外较高 国外 弹簧 板式 较长 安装简 单,可 修 复 较好多国外较高国外 弹 性 填 充 式 密 封 泡沫式适中可修复 初期 较好,易 失弹性 多 国外较 高,国 内 低 国内 充液式适中 安装较 难,维 护 较复杂 较好少国外较高国外 二 次 密 封 结构形式寿命 使用、 维修性能业绩造价 推荐 产品 橡胶刮 板型 适中操作简单好多适中国内 舌型适中操作简单好少适中国内 6 选用建议 密封效果好、 经济耐用是选用密封型式的前 提。为了降低油气蒸发损耗、 减少污染物的排放、 保护环境、 节约能源,设计者在设计外浮顶储罐时 对边缘密封结构型式的选用应慎重,尽量选用国 内外使用经验多,技术成熟可靠的产品。通过以 上分析,建议参照以下顺序进行选用 a 机械滑板式一次密封加边缘安装式二次密 封; b 液相安装的弹性填充式一次密封加边缘安 装式二次密封; c 气相安装的弹性填充式一次密封加边缘安 装式二次密封。 14 第23卷第3期 何丽娟.外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m EXPANDER UNDER SPECIAL CONDITION Ji Jiang , et al. SINOPEC Beijing design insti2 tute , P. C Beijing ,100011 Abstract In accordance with two typic conditions of the valve closing time being respective 115s and 6s ,be2 ginning at the overspeed limit of flue gas turbine2ex2 pander ,the overspeed situation under special working condition of coupling rupture for flue gas turbine2ex2 pander is analized. Finally , the protection of flue gas turbine2expander under special condition is proposed. Keywords Flue gas turbine2exspander ,Special work2 ing condition , Protection ,Closing time ,Constant pow2 er ,Variable power THE APPLICATION OF E2138 FLUE GAS TUR2 BINE2EXPANDER ON FCCU Wang Xinw u , et al. SINOPEC L uoyang branch company , P. C L uoyang ,471012 Abstract The feature ,type selection and actual ap2 plied effect of E2138 flue gas turbine2expander are men2 tioned emphatically. In combination with the problems existed in energy recovery of flue gas turbine2expander , the corresponding solutions are made. Same measures and proposal to secure the long period operation of ma2 chine set are given. Keywords Main air compressor ,Flue gas turbine2ex2 pander ,Catalytic cracking ,Energy recovery DOMESTICATION OFPV525REGULATING VALVE FOR PTA UNIT Han Zhengmin , et al. Jiangsu Yizheng chemical f iber Co. Let , P. C Yizheng ,211900 Abstract The serious wear corrosion of present PV525 regulating valve of PTA unit imported from I2 taly for Yizheng chemical fiber works was occured after only three monthes operation. After the domestication regulating valve core was tried out ,the service life was prolonged about one times ,the expense was cut down one half. This have considerable prospect for applica2 tion. Keywords PTA unit ,Valve core ,Regulating velve FAILUREANALYSISANDCOUNTERMEA2 SURE ON AMMONIA GAS COMPRESSOR Song Quanxi. L uoyang branch company , ref in2 ery , P. C L uoyang ,471012 Abstract In accordance with the high failure rate of ammonia gas compressor of finishing system in sewage stripping unit ,and affecting seriously the long period operation of system ,the reason was analized. The corre2 sponding countermeasures were proposed. Keywords Sewage stripping ,Ammonia gas compres2 sor ,Failure analysis ,Countermeasure APPLICATION OFVARIABLE FREQUENCY SPEEDREGULATIONTECHNOLOGYON FEEDING PUMP OF STEAM POWER PLANT YangGuang.Daqingpetrochemicalcompany , steam power plant , P. C Daqing ,163714 Keywords Variable frequency speed regulation ,Mo2 tor ,Frequency converter THE INSPECTING UATION AND APPLI2 CATIONOFHYDROGENATEDREACTOR WITHOVERPROOFED FERRITE CONTENT Meng Qingjiu. SINOPEC international af f airs company , P. C Beijing ,100101 Abstract The E3472l overlay welding layer of inside wall for hydrogenated reactor is diphase structure of austenite and ferrite ,according to standard ,the ferrite content should be 3 ～10 ,but the ferrite content of overlay welding layer for hydrogenated reactor imported from French Famatong company is overproofed seri2 ouoly ,several points reached unexpectedly to 30 . By means of repair , nondestructive examination , metallo2 graphic analysis ,hardness testing and strength calcula2 tion ,the reactor can be used contineously under design condition,but should enhance the monitor during ser2 vice. Keywords Hydrogenated reactor , E347L overlay welding layer ,overproofed ferrite content ,Inspection RIM SEAL TYPE SELECTION OF FLOATING ROOF TANK AND ITS HYDROCARBONLOSS He Lijuan. CN PC Haerbin branch company , P. C Haerbin ,150056 Abstract The hydrocarbon loss mechanism and its es2 timated of floating roof tank are analized. The ABSTRACTS PETRO2CHEMICAL EQUIPMENT TECHNOLOGY Started Publication in 19801Bimonthly1May12002 Vol123 No13 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m common structure types of floating roof rim seal at home and abroad are listed. Its strong and weak points are compared and analized. The seal type selection and the collocation of the first seal with secondary seal are proposed simultaneously. Keywords Floating roof tank ,Rim seal type ,Selec2 tion RECONSTRUCTION OFCOWASTEHEAT BOILERFORHEAVYOILCATALYTIC CRACKING UNIT Wang Baogong , et al. Shengli oil f ield petro2 chemical complex , P. C Dongying ,257000 Abstract In accordance with the low steam produc2 tion and low superheat steam temperature ,a group of low temperature superheaters were provided at the e2 conomizer top fire box to heat the additional saturated steam;and the ash blow of waste heat boiler was improved. So the steam production and produced steam temperature was raised effectively. Keywords Heavy oil catalytic cracking , CO waste heat boiler ,Low temperature superheater DAMAGEREASONANDSTRUCTUREIM2 PROVEMENT ON ROOF LINING OF ETHY2 LENE CRACKING FURNACE Meng Zhaoyue. Daqing petrochemical company , the f irst chemical plant , P. C Daqing ,163714 Abstract The reason of roof lining often damage for ethylene cracking furnace was analized emphatically. The originaltop2bottombedspreadbeen changed into left2right bed spread and module structure was recommened briefly. The repair after local damage of roof lining and oridinary maintenace were proposed simultaneously. Keywords Cracking furnace ,Roof lining ,Fire resist2 ing fibre THE ANALYSIS ON CORROSION SITUATION OF SPHERICAL TANK IN WET HYDROGEN SULFIDE SERVICE Lian Xueyu , et al. Tianjin petrochemical compa2 ny , P. C Tianjin ,300271 Abstract In wet hydrogen sulfide service ,especially the hydrogen sulfide content in storage medium being overproof ,it is easy to make the storage vessel shell inchuding weld seam and base metal occure hydrogen sulfide stress corrosion or hydrogen blister. The reasons of hydrogen sulfide stress corrosion crack on 1000m3 propylene spherical tank and hydrogen blister on 400m3 LPG spherical tank are analized in detail. The matters needing attention of design material selection , tank manufacture , construction , installationandservice maintenace etc.are proposed. Keywords Hydrogen sulfide stress corrosion ,Hydro2 gen blister , Spherical tank ,Design material selection , Construction and instalation ,Service maintenace THE CORROSION AND PROTECTIONOF PRO2 CESS EQUIPMENTS REFINED SOUR CRUDE OIL Zuomin. Zhenhai ref ined chemcial Co Ltd , P. C Ningbo,315207 Abstract In refiningor mixed refinign import sul2 fur2bearing high acid value crude oil ,the process equip2 ments and pipeline are caused serious corrosion. The corrosion situation of equipments and pipeline of atomo2 spheric vacuum and gas desulfurization unit for Zhenhai refined chemical company in refining import crude oil are mentioned emphatically. The corrosion reason and corrosion mechanism are analized. Some corrosion pro2 tections are presented by the author combined with ac2 tual work. Keywords Sulfur2bearing high acid value crude oil , Refinement ,Corrosion ,Protection RESEARCH AND APPLICATION OF PROTEC2 TION TECHNOLOGY FOR PROCESSING HEAT EXCHANGE EQUIPMENT Li Yi. South China university of science and engi2 neering , P. C Guangzhou ,510641 Abstract An ingredient of high posphoreted quick chemical nickel plating process was optimized by or2 thogonal testing. The structure of plating layer was de2 termined by the use of scanning electro microscope and X2ray diffraction technique. By means of neutral saet spray testing and immersion testing ,it is proved that the plating layer has excellent corrosion resistance ,high ABSTRACTS PETRO2CHEMICAL EQUIPMENT TECHNOLOGY Started Publication in 1980.Bimonthly. May. 2002 Vol. 23 No. 3 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.