大型浮顶储罐双重密封之间油气聚积空间的控制

为了尽可能减少油气损失，目前国内大型浮 顶储油罐都采用一次密封加二次密封的双重密封 形式（图 1）。一次密封的主要密封形式有机械密 封、弹性填料密封和充液式密封 3 种。弹性填料 密封和充液式密封又称为软密封。二次密封主要 采用 L 形弹性板加尼龙橡胶薄膜密封，用于阻止 油气挥发和雨水进入储罐内［1 ～ 4］。
第 46 卷 第 1 期
化工机械
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大型浮顶储罐双重密封之间 油气聚积空间的控制
韩飞
（ 中石化管道储运有限公司曹妃甸油库）
摘 要 为了避免浮顶储罐因油气聚积而导致的雷击火灾事故，提出了在不更改原设计的基础上，以最
小的投入消除一二次密封之间油气聚积空间的解决方法。通过分析比较填料法、置换法和充水法，得出
作者简介： 韩飞（1968-） ，工程师，从事进口原油储存与外输管理工作，616501033@ qq． com。
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化工机械
2019 年
1． 2 软密封 1． 2． 1 弹性填料密封
储罐的一次密封装置弹性材料密封主要由尼 龙橡胶薄膜带、软泡沫塑料块、支撑件、托板及紧 固件等组成，它依靠尼龙橡胶薄膜带包起来的海 绵块，填塞在浮顶和罐壁之间的环形间隙中而形 成密封。由于密封材料有很大的弹性，所以它既 可以保持罐壁与浮顶间隙变化时的良好密封，也 可以使浮顶升降自如而不被卡住。尼龙橡胶薄膜 带包 裹 着 的 弹 性 海 绵 块 浸 入 储 液 以 下 20 ～ 30mmபைடு நூலகம்消除了蒸发损耗。 1． 2． 2 充液式密封
密封的存在，就一定存在油气聚积爆炸空间。查 阅相关文献资料和数据可知，软密封装置密封效 果较好，机械密封效果相对较差。在同等条件下， 二次密封装置的密封效果越好，一二次密封之间 的油气浓度越高，油气混合物燃烧爆炸的危险性 越大。
由分析可知，雷击起火部位主要发生在浮顶 边缘密封圈处，而带油气隔膜二次密封上部每隔 1． 8 ～ 3． 0m 之间设置的导电片，在储罐运行过程 中，往往与罐壁贴合不紧密、罐壁残留油膜隔断形 成缝隙间隙，当油罐遭受雷击时，浮顶与罐壁之间 的瞬时电压差可击穿一定大小的间隙形成放电火 花［5］，导 致 一 二 次 密 封 之 间 聚 积 的 油 气 爆 炸 起 火。因此从降低密封装置内油气混合气体浓度角 度来看，消除油气聚积空间或分隔油气空间可最 大程度地减小爆炸的危险隐患。这是减少大型储 罐隐患事故的重要措施之一［7 ～ 10］。 3 改进措施
通过改变一次密封结构，消除油气聚积空间， 减少雷电击中可燃爆炸物的几率，理论上可以避 免甚至杜绝大型储罐因雷击导致的一二次密封空 间爆炸问题。 3． 1 消除油气聚积空间
消除油气聚积空间的方法有 3 种： a． 采用填料法。用轻质、易操作、易加工、 成本低的产品，将一二次密封空间填实，如原一次 密封内的填充海绵。 b． 采用惰性气体置换法。增加装置为一二 次密封之间充气置换。 c． 采用油、水填充法。用柴油或水充满一二 次密封，消除一二次密封之间的油气气体。 几种方法的比较见表 1。可以看出，采用填 料法可轻松解决此问题。 3． 2 填充物的选择与制作 向厂家定制特定规格的海绵，加工耐磨密封 油囊（ 尼龙橡胶薄膜） ，将定制成型的海绵条填入 耐磨密封油囊中，使油囊紧贴储罐管壁、浮船、二 次密封遮雨板之间即可消除油气聚积空间。对罐 壁残留原油挥发还需要进一步研究，初步设想采 用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯和各种含氟共聚物 涂层，用以减少或清除残留在罐壁上的残存原油 或挥发物。
二次密封由防蒸发隔膜、支撑板（ 承压板） 、 密封刮板、导静电片和紧固件连接组成，支撑板采 用 2mm 不锈钢板材，沿罐壁搭接，内有防蒸发聚 氨酯隔膜，可防止雨水进入储罐，亦可阻止油气挥 发。 2 雷电导致一二次密封之间火灾爆炸的分析 2． 1 可燃性气体的形成
以 10 万方外浮顶储罐为例，在一次密封与油 面之间存在一定的挥发油气聚积空间，称为爆炸 危险区域。如果因一次密封变形、浮船漂移等因 素导致一次密封与罐壁脱离，易爆混合气体将继 续扩散到一二次密封之间，并在此区域内形成聚 积爆炸危险空间。同时，如果因储罐进出油频繁， 浮船上下起浮频次较高，罐壁残留挥发物也可在 此空间聚积易爆危险气体［5，6］。 2． 2 雷电导致火灾爆炸分析
通过调取部分储罐雷击起火工业电视监控录 像可以看出，浮顶储罐遭雷击后，浮盘密封处首先 发生爆炸，随后才引发罐壁残油、一次密封变形脱 离罐壁裸露油面起火燃烧。由此可知原设计都是 因一二次密封存在油气聚积空间，才导致设备因 雷击爆燃，说明储油罐密封存在严重的安全隐患。 上述几种一次密封结构，无论哪一种，只要有二次
采用填料法将一二次密封空间填实可以经济有效地解决此类问题。
关键词 浮顶储罐 双重密封 油气聚积空间 填料法 置换法 充水法
中图分类号 TQ053． 2
文献标识码 B
文章编号 0254-6094（2019）01-0047-03
近年来随着我国石油加工和原油存储能力的 不断提高，大型原油储罐建设数量高速增长，同时 给大型油库储罐的安全运行提出了更高的标准和 要求。2007 年，接连发生镇海国家储备油库 G-47 号 10 万方储油罐第 2 次遭雷击并造成浮顶与罐 壁间的二次密封局部起火和甬沪宁线白沙湾输油 站 G-3 号 10 万方储油罐一二次密封间遭雷击发 生爆炸着火两起事故。连续发生的大型原油储罐 遭雷击起火事故，严重影响、威胁着油库、石油化 工行业的安全运行。通过分析原油储罐浮盘密封 遭雷击起火的原因，探讨改进浮盘密封结构，消除 油气聚积空间，提高浮顶储罐抵抗因雷击、静电导 致油气混合气体爆炸事故能力，从而减少大型浮 顶储罐一二次密封之间因油气聚积而造成火灾事 故发生的几率。 1 大型浮顶储罐密封基本结构
图 1 浮顶储罐双重密封结构
1． 1 机械密封 机械滑板 式 一 次 密 封 是 比 较 常 用 的 密 封 形
式，目前常见的机械密封主要有两种：重锤式和弹 簧板结构。机械密封主要用轻型金属带与罐壁做 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） ，钢滑板连接 起来形成沿储罐罐壁一圈的完整环。钢滑板与浮 船之间采用尼龙橡胶薄膜，将原油与外界隔离开 来。
充液式密封 又 称 为 管 式 密 封，主 要 以 充 液 软管、夹尼 龙 布 的 橡 胶 带、压 板 及 紧 固 件 等 构 件组成，固 定 在 浮 盘 边 缘 上 端，依 靠 尼 龙 橡 胶 薄膜带包裹的充 液 软 管 中 液 体 的 流 动 性，补 偿 罐壁与浮船之间 的 微 量 变 化，从 而 保 障 储 罐 的 有效密封。 1． 3 二次密封