内浮顶储罐的罐体设计

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王荣贵 , 刘道芬

1. 中国五环化学工程公司, 湖北 武汉;

2. 湖北楚冠石化工程公司, 湖北 武汉。

摘 要: 对内浮顶储罐与固定顶储罐进行了比较, 从罐体的配置、作用、制造和检验等方面阐述了内浮顶储罐的罐体计技术要求; 论述了将固定顶储罐改造为内浮顶储罐的相关事项及改造步骤。

中图分类号: TQ053. 2

文献标识码: A

文章编号: 1004- 8901(2006)01- 0029- 03

1 内浮顶储罐的结构形式

长期以来, 贮存油品及化学品的固定 储罐的蒸发损耗问题倍受关注。以汽油贮存为例, 固定储罐的蒸发损失高达9%, 而采用浮 储罐则可减少蒸汽损耗98.4%以上, 且保护了环境。

浮顶储罐有外浮顶和内顶2种结构形式。外浮顶储罐, 即敞罐, 无固定 , 贮液质量易受外界的影响, 在严寒地区还会因积雪太厚及密封圈冻结而难以使用。因此, 外浮顶储罐已逐渐被内浮储罐所取代。内浮顶储罐是安装有内浮盘的固定储罐, 见图1。由于内浮顶储罐兼有外浮顶储罐和固定顶储罐的主要优点, 因此被誉为全天候储罐。内浮顶储罐内安装的内浮盘及其密封装置、导向装置、防旋转装置、静电导出装置以及自动通气阀等部件均由内浮盘制造商设计、制造及安装。

图1 内浮顶储罐

1) 罐壁人孔; 2) 自动通气阀; 3) 浮盘立柱; 4) 接地线; 5) 带芯人孔; 6) 浮盘人孔; 7) 密封装置; 8) 罐壁; 9)量油导向管; 10) 高液位警报器; 11) 静电导线; 12) 手工量油口; 13) 固定罐 ; 14) 罐顶通气孔; 15) 消防口; 16) 罐顶人孔; 17) 罐壁通气孔; 18) 内浮盘; 19) 液面计；

2 内浮顶储罐的罐体设计

(1) 内浮顶储罐外顶盖上不需设置呼吸阀、液压安全阀、阻火器, 只需安装通气孔、量油孔及其导管、液位计、透光孔, 罐底设置排污口。罐壁部安装高液位报警口, 罐壁底部安装物料进出口、人孔等。储存易燃易爆物料的储罐在罐壁顶部需按GB50160- 19925石油化工企业设计防火规范6 要求设置泡沫发生器口以及水喷淋装置。

(2) 内浮顶储罐罐顶及罐壁需装设通气孔, 其罐 盖不承受内外压, 仅起遮盖罐体以及增加储罐刚度的作用。内浮贮罐外盖的设计压力取0kPa(绝), 不需进行外 盖的强度、严密性和稳定性试验。其原因是内浮盘漂浮在贮液表面消除了蒸汽空间。

由于密封部位难以达到完全密封, 且在内浮盘降到最低位置时, 盘的上、下方空间通过自动通气阀连通, 浮盘上会积存一些贮液蒸汽, 在积聚到一定浓度时则可能引起爆炸或浮盘因受浮盘上方空间蒸汽的压力作用而损坏, 甚至沉没。因此, 在外盖最高处应设置罐顶通气孔, 在罐壁顶部沿圆周方向应等距离布置多个罐壁通气孔, 用来排除内浮盘上方空间的蒸汽, 以保持通风, 见图2(a) 。罐顶通气孔的最小通气面积宜选取323cm2, 日本JISB8501标准规定最小公称直径为DN 250, API 650 规定最小开孔面积为322.5 cm2。罐壁通气孔的数量应不少于4个, 最大间距小于10m, API 650- 1998附录H 规定, 最大间距为9. 754 m, 且不少于4 个。总的开孔面积应等于或大于每米储罐直径 0.019 m 。若以公制为单位, 即F \ 0. 06D 。式中F 为罐壁通气孔的通气总面积, m2 ; D为储罐直径, m。罐顶及罐壁通气孔均需设置防雨罩及3~ 4 目粗钢丝网。罐壁通气孔的另一个作用是在事故状态下起到贮液溢流的作用。为了确保事故溢流, 罐壁通气孔的安装位置应根据泡沫消防管线的入口位置和内浮盘的高度来确定。一般情况下, 溢流面与罐顶包边角钢的距离为H , 容积为100~ 400 m3的储罐H =500mm, 500~ 2 000m3的储罐H = 570mm, 3000m3 及更大的储罐H = 620 mm。

图2 罐壁通气孔和罐壁开孔

1) 压条; 2) 连接板; 3) 不锈钢丝网; 4) 罩板; 5) 消防管入口; 6) 消防挡板

储罐罐壁通气孔的孔高为h , 孔的形状见图2(b), 通气孔不仅可以防止在事故情况下孔被封死,而且能确保密封圈顺利通过而不被卡住。

(3) 内浮顶储罐顶部需配置高液位报警器，其作用是防止充液时浮盘与储罐顶盖相碰或罐内贮液从罐壁通气孔溢流至罐外造成事故。为了避免高液位报警口阻碍内浮盘密封圈升降或损坏密封圈, 引流管内侧应设置纵向挡板条, 见图3。

图3 高液位报警装置

(4) 为了确保内浮盘的自由升降, 防止损坏密封件并确保密封圈与罐壁之间的良好密封, 储罐罐体还应达到如下要求: ¹ 储罐罐体垂直偏差不应超过罐体总高的4/ 1 000, 且不得大于50 mm; º 罐壁水平方向上侧任意处的直径, 其最大偏差不得大于? 40 mm; » 罐壁表面局部凹凸变形应平缓, 不得有突然起伏, 需小于或等于13 mm; ¼ 内浮盘升降全行程内不允许有伸出储罐内壁的接管或其他有碍升降的构件; ½ 储罐壁板的焊接应采用对接焊, 罐内壁应光滑, 焊疤、尖角、毛刺等均应打磨平整, 以确保密封带与罐壁之间的良好密封。

(5) 目前, 国内外采用较多的是装配式内浮顶，其零部件均由罐底人孔送入罐内, 人孔安装在内浮顶下方的罐壁上, 不需要带芯人孔。如果在内浮顶上方的罐壁上开设人孔, 则应安装带芯人孔, 见图4。其内芯板的安装要求与罐壁内表面齐平, 以免刮坏密封件。带芯人孔在罐壁上的安装位置一般在距罐底2. 5m 处, 此高度是按内浮盘处于最低位置时( 即内浮盘支腿支撑在罐底板上) 的高度 1.8m 考虑的, 以方便操作人员进入浮盘。

图4 带芯人孔

(6) 为确保内浮盘平稳升降且不受进料干扰, 进料口需设计成扩散管, 见图5。扩散管的长度约为储罐内径的2/ 3, 两侧对称开设2 排 < 20 mm 排液孔, 间距约100 mm, 流速控制在[ 1 m/ s。

图5 扩散管

(7) 内浮顶储罐内设置加热器、调合器或搅拌器、浮动出油装置和采样管等, 应与内浮 制造商协商, 确定各装置的方位, 以确保互不干扰, 不相碰撞。浮动出油装置及采样管固定在内浮盘上, 随浮盘运行,浮力由浮动出油装置及采样管自身提供。

(8) 内浮顶储罐配置调合器或搅拌器, 应安装在内浮顶最低位置的下方, 且在内浮盘上浮到4 m以上高度时调合器或搅拌器才可以开动, 否则会损坏内浮顶, 造成事故。

(9) 量油孔不仅可以测液位, 还可以取样及测温。导向管对量具起导向作用, 且确保内浮盘上通过装置密封良好。导向管与量油孔接管可焊接或直接将量油孔接管加长, 接管与导向管合二为一。导向管的垫板可焊接在储罐底板上, 也可不伸至罐底, 在距罐底300~ 500 mm 处由2~ 3 根型钢支撑固定, 型钢则加垫板焊在储罐底板上。焊在储罐底板上的导向管在浸入液体部位应开若干小孔或开槽, 其开孔面积应大于导向管的横截面积。导向管上部不与贮液接触的气相空间部位设置2 个 < 10~<20mm气相平衡孔, 以确保导向管内的液位与储罐贮液高度一致。

(10) 内浮顶储罐制造完毕且检验合格后, 方可安装内浮顶。内浮顶制造商应根据储罐的直径、高度、罐 量油孔、液位计、透光孔方位等有关资料安装内浮顶。装配式内浮顶均由制造商加工零部件, 运至储罐安装现场, 从罐底人孔运入储罐内装配。内浮顶防旋转装置需在罐顶及罐底装设相应的装置, 均由内浮顶制造商自行施工, 但不得干扰破坏储罐原装置。

(11) 内浮顶储罐与固定顶储罐一样, 在设计、制造、检验以及验收方面, 还应当符合下列标准以及其他相关标准: ¹ GB4735- 19955钢制常压容器6 ; º SH3046- 19925石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范6; » GBJ128- 19905立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范6 ; ¼ SH/T3530-20015石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐施工工艺标准6 。

3 固定顶储罐的改造

近年来为了节能与环保的需要, 许多部门迫切要求将旧有的固定顶储罐改造为内浮顶储罐。旧有的固定顶储罐的改造相关内容如下。

3. 1 零部件的增减

(1) 取消固定顶储罐拱顶盖上的呼吸阀、液压安全阀和阻火器, 安装罐顶通气孔、罐壁通气孔, 高液位报警口、量油孔导管等。

(2) 去除内浮盘升降全行程内伸出储罐内壁的全部接管或其他阻碍升降的构件。

(3) 安装进料口扩散管, 将进料流速控制在[1 m/ s, 以确保内浮盘升降平稳。

(4) 安装内浮顶前应彻底清罐, 去除罐内所集存可燃、易爆、有毒的贮液及蒸汽, 经有关安全部门检查合格后方可动火。

(5) 将原拱顶罐内壁焊缝的毛刺、尖角铲平磨光, 以免内浮顶运行中刮破密封胶带。

(6) 对于拱顶用支柱支撑的大型储罐, 改装时支柱须穿过内浮顶,以确保浮顶顺利运行不受卡阻, 支柱应与储罐底板垂直,垂直度[ 4 mm。

3. 2 内浮顶直径的确定

由于旧拱顶罐罐壁环缝大多采用搭接, 下部直径较大, 上部直径较小, 又加上施工或地基不均匀沉降引起变形, 因此罐壁各点到罐中心的距离(半径) 差别较大,不能按罐的公称直径来确定内浮直径, 故应按下述步骤进行。

(1) 确定罐壁实际变形范围 用径向偏差仪测出整个罐壁的实际最大半径R max 与实际最小半径R min之差, 得出罐壁实际变形范围= R max - R min(mm) 。

(2) 选择弹性密封的断面尺寸 所选的弹性元件的弹性工作范围不应小于罐壁的实际变形范围, 即: 当内浮盘通过最大半径时仍具有一定的压紧力而不致发生泄漏,以确保密封。内浮盘通过最小半径时不被卡住的计算式如下:

Cmax- Cmin> R max- R min

式中, Cmax为弹性元件许用最大宽度, mm, 对于聚氨酯软泡沫塑料, 通常取Cmax= 0.9 b ; Cmin为弹性元件许用最小宽度, mm, 对于聚氨酯软泡沫塑料, 通常取Cmin= 0.35 b ; b 为弹性元件的自由状态宽度, mm。

若上式不能满足要求, 可适当加大弹性元件的宽度 b ,但应尽量采用将罐壁整形以降低 R max - R min值的方法。

(3) 确定内浮盘直径 罐壁的实际变形范围应控制在弹性元件许用弹性工作范围之内, 合理的内浮盘半径R 0 及直径D0 为:

3. 3 内浮顶的安装条件

内浮顶的安装条件在固定顶储罐改造完毕后, 须经负责该旧罐改造的技术负责人检验合格后, 方可安装内浮 。

收稿日期: 2005- 08- 02

内浮顶储罐的罐体设计