浅议几种常见密封在浮顶罐中的应用
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几种常见的一次密封--机械密封
密封原理:机械密封主要由金属滑板、压紧装置和橡胶织物三部分组 成,金属滑板在压紧装置的作用下随浮船紧贴罐壁滑行,在金属滑板 与浮船外边缘板上端以橡胶纤维织物相连,将环形气相空间与大气隔 绝,根据压紧结构的不同,机械密封又分为重锤式机械密封、弹簧式 机械密封和炮架式机械密封。
优缺点:橡胶耐磨吊带由增强材料及合成橡胶加工而成,充液软管也是有合成材 料制作而成,具有高耐磨、耐老化、抗渗透性强等特点,软管中填充约60%的液 体,通常为煤油、汽油或者是盐水,充液管与罐壁接触高度约为200mm。当浮盘 横向偏移或者升至变形位置时,罐壁与浮盘间距较小位置处充液管受到挤压,填 充的液体向环形间距大的位置流动,充液管也随着罐壁形状的变化而改变,整套 密封始终漂浮在油面上,并与罐壁始终保持良好的接触。管式充液式密封操作温 度范围在-18℃至75℃,密封效果非常理想,对储罐变形的适应能力较强。当然 这种密封也存在一定的缺陷,如填充盐水时耐低温性能差,北方非加温储罐不宜 选用,填充煤油时虽克服了这一缺点,但也增加了油罐检维修的安全因患。
二次密封在浮顶罐中的应用
为了增强密封效果,进一步降低蒸发损耗,通常在一次密封的基础上增设二次密封, 二次密封主要有承压板、气体阻隔摸、橡胶滑动片等组成,橡胶滑动片在承压板 作用下,紧贴罐壁形成密封,既防止了油气泄漏,又阻止了雨水向罐内渗漏。气体阻 隔摸在承压板的保护下环绕在浮盘与罐壁的环形空间上,很好的阻隔了一次密封泄漏
优缺点:无论何种形式的机械密封,都没有从根本上消除气相空间, 因此其优缺点非常明显,优点是滑板不易磨损,使用寿命长,缺点是 加工、安装难度大,对罐体几何形状如罐壁椭圆度、垂直度等要求高, 容易出现密封不严的情况,油气损耗大,近年来,这种密封已经逐步 淘汰。
几种常见的一次密封--机械密封
图 重锤式机械密封装置
液面的压力 液面的压力越高,分子逸出液面越困难,同时逸出的分子被液面捕获的概率也 越高,蒸发损耗越小。
气相空间的大小 特别是对于拱顶罐,装满系数较低时的损耗远大于满罐时的损耗。
浮顶油罐损耗机理——前言
浮顶油罐的浮盘直接漂浮在油面上,随着液位的 变化移动,因此液体的自由表面积较小,而且气相空 间体积相对恒定,降低了油品的蒸发损耗(对于挥发 性较强的油品,浮顶罐相较于拱顶罐能减少蒸发损耗 90%以上)。但是,由于浮顶外缘环板与罐壁之间存 在环形空间,尽管环形空间中设有密封装置,但依然 存在蒸发的可能,构成了浮顶罐的主要损耗源。此外, 浮顶其他部位也可能与大气相同,构成蒸发空间。浮 顶油罐损耗包括静止储存损耗和收发油损耗。
浮顶油罐损耗机理
——收发油损耗机理及计算公式
针对这种损耗,美国石油学会 在实测的基础上给出了建议计算公 式:
这种损耗同油品 的粘度、罐内壁的粗
LW
4QC y
D
糙程度、密封装置对 罐壁的压紧程度、年
LW — 浮顶罐发油损耗, kg / a; Q — 油罐年周转量, km3;
周转量,以及发油作
y — 油品密度,kg / m3; 业期间裸露的罐壁面 C — 油罐壁的粘附系数,m3 km2 积等有关。
K1
—
单位换算系数,英制单位取1,国际单位K1
1.488 0.447n
.
美国石油学会推荐的内浮顶罐损耗公、 式与上述公式大体类似,只不过是在考虑、 浮顶边圈气相间的静止罐损耗基础上,还 对浮顶附件等对损耗的影响进行了考虑, 在这里不再介绍。
从上述公式可以看出,风致损耗除了 与储罐的结构形式(内浮顶、外浮顶)、 风速有关以外,还与油罐的密封形式、罐 壁的凸凹不平程度密封与罐壁间隙、密封 与罐壁垂直接触面高度以及气相空间的大 小等有关。
浮顶油罐损耗机理
——静止储存损耗机理及计算公式
造成浮顶罐静止储存损耗的原因很多,其中最主要 的是由于环境中风的作用使环形气相空间产生强制对流 带来的损耗,当风流过浮顶罐顶部时,迎风面罐壁内侧 区域会形成负压区,背风面罐壁内测区域会形成正压区, 空气从正压区域穿过密封进入环形气相空间,沿途不断 与油面接触,成为饱和蒸汽后,从负压区逸出,造成损 耗;另外,如果密封和罐壁之间存在缝隙,流动的风就 会在缝隙内产生涡流,使新鲜空气进入气相空间,将低 了油蒸汽的浓度,加速了液面的蒸发。
浅议几种常见密封在浮 顶罐中的应用
蒸发损耗的主要类型
油品的蒸发损耗主要分为大呼吸损耗和小呼吸 损耗;收发油作业过程中产生的损耗叫大呼吸损耗: 当收油时,随着油面的上升,罐内气体空间被压缩, 混合气体溢出罐外,产生蒸发损耗;发油时,随着 液面的下降,罐外新鲜的空气被吸入罐内,罐内油 品蒸汽浓度下降,促使液面的加速蒸发。停止发油 时,随着蒸发的继续进行,罐内压力又不断提升, 最终导致“回逆呼出”造成损失。小呼吸损耗是指 罐内物料处于静止状态时,由于温度的变化,导致 罐内混合气压力改变和油面的蒸发造成的损失。
的油气,有效阻止了蒸发损耗,此外,二次密封对一次密封还能起到很好的保护作用。 根据前文介绍的外浮顶罐静止损耗的计算公式,临淄地区年平均风速取2.5m/s,不同 密封的损耗如下表。
密封形式 机械密封 填料密封+挡雨板 填料密封+二次密封
ks
n
损失量 t/a
相对损失量
1.2
2.3
50.7
1
0.9
2.2
32
p 0.5 2 a
p y — 油品平均温度下的真实 蒸气压, kPa;
pa — 当地平均大气压, kPa;
V — 所在地平均风速,m / s;
n — 与密封装置有关的风速指数;
D — 油罐直径,m;
y — 油蒸气摩尔质量, kg / kmol; Kc — 油品系数,汽油取 1,原油取1.4; K S — 密封系数;
液体自由表面积 自由表面积越大,液体分子逸入气相的机会就越多,蒸发速率就越大。与拱顶 罐相比,浮顶油罐能大大降低蒸发损耗,正是基于这一原理。
气相中蒸汽的浓度 油蒸汽的浓度越低,分子逸出液面的几率就越高,直到达到饱和为止,此时从 液面逸出的分子与被液面捕获的分子相当,只要平衡不被打破,蒸发损耗将不 在发生。
D — 油罐直径,m;
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几种常见的一次密封
尽管由于浮顶(盘)的存在极大地降低了原油的蒸发 损耗,但为了建造和运行的需要,在浮顶外缘环板和罐壁 之间存在一个环形间隙,成为了浮顶罐的主要损耗源,这 种损耗不但会造成油品数量的减少、质量的降低,而且也 不利于储罐的安全运行。为了减少环形空间造成的蒸发损、 耗,需采用各种密封装置对这部分空间进行有效的密封。 目前,常用的一次密封主要有:机械密封、囊式密封、舌 形密封与充液密封。
浮顶油罐损耗机理 ——静止储存损耗机理及计算公式
根据上述损耗机理,在理论推导的基础上, 美国石油学会推荐的外浮顶罐的静止储存损耗的 计算公式为:
LS KSV n PDy Kc K1
LS — 静止储存损耗量, kg / a;
P — 蒸气压函数;
P
py pa
1 1 py
耐磨吊带; 充液软管; 顶部压板; 底部压板; 螺栓/螺母 M10×60 螺栓/螺母 M10×30
浮顶油罐二次密封
导静电片 橡胶滑动片
形压板 形压板 螺栓 螺母 垫片 承压板 气体阻隔膜 形压板 9-螺栓/螺母/垫片 10-橡胶垫片 11-接头件
我厂浮顶罐密封的使用情况
内浮顶罐:我厂成品汽油罐区大多储罐使用的是舌行密封,根据密封带 的材质分为氟橡胶舌行密封和丁晴橡胶舌形密封,氟橡胶舌行密封抗老 化、耐硫化氢的能力较强,使用寿命也比丁晴橡胶舌形密封要长,但价、 格偏高(约为丁晴橡胶舌形密封的2~3倍),两者在密封性能上不相上 下。从使用效果看,这种密封比较理想,基本能满足要求。我厂14台储 罐近十年来,共出现两次密封问题:一次是402#罐丁晴橡胶舌形密封在 寿命周期内老化断裂,后来对其进行了更换,目前使用正常;另一次是 单独接收拔头油时,由于该油种中C4、C5含量较高,无法进行有效密封 (当压力较高时,舌形密封效果较差),造成储罐周边可燃气体报警 仪报警,后来与其它油种混输后,才恢复正常。
几种常见的一次密封—舌形密封
密封原理:舌形带密封安装在浮顶边缘板上,由于舌形带的弹 性与罐壁作滑动接触,利用自身的刚性或者机械方法将密封推 向罐壁,形成密封 。
优缺点:相较于囊式密封,舌形密封安装方便,能够随浮顶运 动方向的改变而发生翻转,不容易磨损,阻力较小,运动灵活, 使用寿命较长,同时有效避免了囊式密封带破损油品进入囊中 造成浮盘倾斜或沉没现象的发生;但舌形密封由于气相空间的 存在,油气蒸发损耗较大,密封效果不如囊式密封,特别是对 大型储罐。而且当油品流速过快或者压力较大时,容易溢出到 浮盘之上。
密封原理:囊式密封主要有橡胶密封袋、弹性元件以及固定部件组成, 弹性元件多为发泡的聚氨酯类物质,如聚氨酯海绵等,这种密封靠弹性 元件压紧罐壁,达到密封要求。
优缺点:囊式密封对罐壁的椭圆度,垂直度要求相对较低,浮顶(盘) 运行比较灵活,密封效果较机械密封为好。其缺点是耐磨性较差,容易 破损,对罐壁的光滑度要求较高,同时,随着使用时间的延长,弹性元 件容易发生塑形形变,密封效果将逐步降低。使用寿命相对较短,一般 为6~8年,根据安装位置的不同,弹性填料密封又可以分为气托式密封 和液托式密封两种,气托式密封的密封袋悬于油面之上,不容易老化, 但密封装置与液面之间存在气相空间,蒸发损耗偏大;液托式密封的密 封袋浸没在油品中,其密封效果优于气托式密封。胜利炼油厂的原油储 罐大多采用的囊式填料密封就属于液托式弹性填料密封。
我厂浮顶罐密封的使用情况
密封类型及检测数据
序号
罐号
罐容积 立方米
介质
介质 温度
1
401
1万
汽油
常温
2
402
1万
汽油
常温
3
403
几种常见的一次密封
囊式密封
、、
舌形密封
储罐囊式一次密封装置图
1— 2— 3— 4— 5— 6—
橡胶密封带; 弹性元件; 固定板; 压板(一); 压板(二) 压板(三)
舌形密封图
— 压板; — 螺母; — 舌形密封带; — 螺栓; — 边缘板
几种常见的一次密封—管式充液密封
密封原理:管式充液式一次密封主要由橡胶耐磨吊带、橡胶软管及填充液体组成。 耐磨吊带通过顶、底压板沿圆周安装,充液软管由耐磨吊带漂浮于浮顶外边缘板 与罐壁环形空间的油品上。
除了风致损耗以外,由于油气的热膨 胀和气压的改变导致油气从罐内排出,也 是静止罐损耗的一个因素。
静止损耗除了与储存环境、储存介质 的性质有关外,最主要的影响因素是密封 系数,与密封的结构形式直接相关。
浮顶油罐损耗机理
——收发油损耗机理及计算公式
当浮船在起浮高度以下进行收发油作业时(比如 储罐初次投用或进行抽罐底作业),其损耗机理类似 与拱顶罐的“大呼吸”损耗;当浮顶完全起浮后,收油 作业期间,环形气体空间的体积不发生变化,其损耗 类似于静止罐储存损耗;进行付油作业时,除了发生 上述损耗以外,随着油面的下降,粘附在罐壁上的残 油暴漏在空气中迅速气化,由此引起“发油损耗”或称 之为“粘附损耗”。
影响蒸发损耗的因素
影响蒸发损耗的因素有很多,归纳起来主要有如下几个方面:
油品的性质 不同的油品,由于轻组份含量不同,挥发性各异,蒸发速度差别很大。
储存温度 储存温度越高,分子平均动能就越大,同时温度的升高也增大了液体的比容, 拉大了分子间距,分子间的引力相应减弱,分子溢出液面的能力增强,蒸发损 耗也随之增加。
— 罐壁; — 金属滑板; — 重锤压紧装置; — 橡胶纤维组织; — 浮船
图 弹簧式机械密封装置
— 罐壁; — 金属滑板; — 弹簧压紧装置; — 橡胶纤维组织; — 浮船
图 炮架式机械密封装置
— 罐壁; — 金属滑板; — 橡胶纤维组织; — 炮架式压紧装置; — 浮船
几种常见的一次密封—囊式密封
0.63
0.2
2.6
14.2
0.28
从上述计算结果可以看出,使用二次密封后,蒸发损耗降低了50%以上,根据有 关文献资料,当管式充液密封与二次密封相结合对储罐进行双重密封式时,其蒸发损 失仅为普通填料密封加挡雨板的1/4。
几种常见的密封
管式充液密封
二次密封
、
填充液体
管式充液一次密封图
1— 2— 3— 4— 5— 6—