摘要：为了满足储罐VOCs无组织排放要求，许多石油化工企业对轻质油储罐实施了全接液浮盘密封系统改造，但储罐内浮盘密封失效情况仍有发生。本文简要介绍了内浮顶储罐全接液浮盘密封系统的构成，对比了不同形式全接液浮盘的结构和优缺点，分析了两起储罐全接液内浮盘密封失效的案例，研究了导致储罐全接液内浮盘密封失效的主要原因，并从设计制造、施工质量、检测验收和使用管理四个方面，提出预防储罐全接液内浮盘密封失效的措施，以期减少内浮顶储罐VOCs泄漏，确保储罐运行安全。

　　关键词：储罐；全接液浮盘；全补偿密封；密封失效

　　0引言

　　石油化工企业生产的汽油、石脑油等轻质油品具有较强的挥发特性，通常储存在内浮顶储罐。储罐内浮盘一般采用铝制浮筒式浮盘，密封形式为刮板式密封或囊式密封。浮盘的浮筒仅能覆盖约15%的油面，未被覆盖的油面与浮盘之间存在大面积的油气空间。由于温度、气压的变化，油气空间内挥发的油气持续通过浮盘密封不严处泄漏至浮盘上部气相空间，最后散逸到储罐外部大气环境。为了减少轻质油品在储罐内的挥发损耗，满足储罐VOCs无组织排放要求，对轻质油储罐实施VOCs治理是石油化工企业的必然选择。

　　1全接液浮盘密封系统

　　全接液浮盘密封系统由全接液内浮盘、全补偿环形边缘密封和浮盘附件密封等组件构成，其结构如图1所示。对比浮筒式非全接液浮盘，全接液浮盘底部全域接触液面并浸入一定深度，浮盘与储液之间的不存在油气挥发空间；全接液内浮盘各附件均采用可靠密封措施，浮盘整体密封性能更好；全补偿环形边缘密封始终紧贴罐壁，可将浮盘的油气散逸通道减到最少，从而大幅减少储罐内油气挥发泄漏。储罐全接液浮盘VOCs排放量可比浮筒式浮盘减少约70%。

　　1.1全接液内浮盘

　　全接液内浮盘根据结构形式可分为钢制焊接式全接液内浮盘和装配式全接液蜂窝内浮盘。其中，装配式全接液蜂窝内浮盘可根据常用制造材质分为铝合金装配式蜂窝内浮盘和不锈钢装配式蜂窝内浮盘。上述三种全接液内浮盘各有优势，企业可根据相关标准和实际需求合理选型，但是内浮顶储罐容积大于5 000 m3时必须选用钢制焊接内浮盘。

　　1.1.1钢制焊接内浮盘

　　钢制焊接式全接液内浮盘与传统的钢制内浮盘结构形式基本一致，可分为钢制单盘式和钢制双盘式内浮盘。但钢制单盘式内浮盘在浮盘结构设计时应确保单盘板和储液之间不存在油气空间。对比装配式蜂窝内浮盘，钢制焊接式全接液内浮盘的结构整体性、强度和刚性更好；浮盘本体全焊接制成，理论上不存在浮盘接缝泄漏的情况。其主要缺点：

　　1）钢制焊接内浮盘施工周期最长，通常需要60 d以上，且需要在罐区现场焊接施工，施工安全风险高。

　　2）钢制焊接内浮盘制造单价最低，但在储罐大修时，需要对浮盘重新防腐处理，其使用寿命与防腐施工质量密切相关，浮盘全寿命周期维护费用较高。

　　3）与蜂窝内浮盘相比，钢制焊接内浮盘浮舱数量有限，一旦浮舱发生泄漏，该浮舱浮力将会整体损失，可能造成浮盘浮力失衡，导致卡盘或沉盘事故。

　　1.1.2铝合金装配式蜂窝内浮盘

　　铝合金装配式蜂窝内浮盘是通过螺栓和连接压条将独立的矩形蜂窝浮箱连接形成整体浮盘。蜂窝浮箱是由铝制蜂窝芯和铝合金壳体采用钎焊工艺制造，内部每个蜂窝孔形成独立浮力单元，即使浮箱壳体穿孔泄漏，液体也只能充满单个蜂窝孔，不会对浮盘整体浮力造成影响。浮盘的浮箱之间，浮箱与浮盘附件之间均设有弹性密封胶条，浮盘密封性能较好。对比钢制焊接内浮盘，铝合金装配式蜂窝内浮盘安装工艺简单，施工工期短，仅需15 d左右；不需要在罐区进行明火作业，施工安全风险低。铝合金装配式蜂窝内浮盘采购单价仅略高于钢制焊接内浮盘，浮盘全寿命周期维护费用少，经济性好。其主要缺点：

　　1）铝合金装配式蜂窝内浮盘整体强度、耐腐蚀性能不如钢制焊接内浮盘和不锈钢装配式蜂窝内浮盘。

　　2）铝合金内浮盘不宜用于pH大于8.3的碱性环境或pH小于6.0的酸性环境。

　　3）储罐大修时需要对内浮盘进行保护性拆除，并且内浮盘再次安装时弹性密封垫需要全部更换，增加了检修施工工期和工作量。

　　1.1.3不锈钢装配式蜂窝内浮盘

　　不锈钢装配式蜂窝内浮盘的整体结构和性能与铝合金装配式蜂窝内浮盘相似，其浮箱单元是将铝合金蜂窝内盘放入不锈钢外壳内，并将不锈钢外壳焊接密封，形成双壳式浮箱单元。不锈钢装配式蜂窝内浮盘具有强度高，抗冲击能力强，耐腐蚀性能好等优点。其主要缺点：

　　1）对比钢制焊接内浮盘和铝合金装配式蜂窝内浮盘，不锈钢装配式蜂窝内浮盘采购单价最高，通常会高出20%～30%。

　　2）不锈钢内浮盘不宜用于氯离子含量超过25×10-6 kg/L的介质环境。

　　3）储罐大修时需要对内浮盘进行保护性拆除并重新安装。

　　1.2滑动弹力板式全补偿密封

　　滑动弹力板式全补偿密封由不锈钢滑动弹力板、支撑板和密封隔膜等组件构成，滑动弹力板和支撑板的末端相互嵌合，密封隔膜敷设在两者之间，形成浮盘环向边缘密封，密封隔膜常见材质为聚四氟乙烯玻璃纤维布，其结构如图2所示。对于需要安装浮盘二次密封的内浮顶储罐，可选用滑动弹力板式全补偿密封作为浮盘二次密封，以进一步减少油气泄漏。与常见的囊式密封、舌形刮板密封等传统浮盘密封相比，滑动弹力板式全补偿密封具有以下优点。

　　1）偏移补偿能力大。滑动弹力板式全补偿密封能够在-100～+300 mm的环形间隙尺寸偏差下始终与罐壁紧密贴合，并保持良好的密封性能。

　　2）密封性能好。滑动弹力板式全补偿密封在环向紧贴罐壁，在径向浸入液面不小于100 mm，罐壁与浮盘之间的环形气相空间始终为密封状态，有效减少了油气挥发泄漏。

　　3）耐磨损性能好。在浮盘随着液位升降时，滑动弹力板式全补偿密封只有不锈钢弹力板与罐壁接触摩擦，其耐磨损性能远高于传统的囊式密封、舌形刮板密封等橡胶材质密封，有效解决了浮盘密封易磨损失效的问题。

　　1.3伸缩囊套密封

　　内浮顶储罐的量油管、导向柱在穿过浮盘护筒处易发生油气泄漏，并且量油管侧壁通常设有压力平衡开孔，油气会从这些开孔处逸出，直达浮盘上部气相空间。伸缩囊套密封可大幅减少量油管和导向柱处的油气泄漏，其主要由软囊套、固定卡环、囊套固定底座等部件组成，软囊套材质通常采用聚氯乙烯，结构如图3和图4所示。伸缩囊套在储罐收付油的过程中随浮盘升降而上下伸缩，始终保持对量油管和导向柱的整体密封。

　　2全接液浮盘企业应用现状

　　2.1全接液浮盘密封失效情况

　　中国石化荆门石化公司轻质油储罐原来采用的是铝制浮筒式非全接液浮盘，同样存在浮盘密封泄漏的问题。荆门石化公司采用全接液内浮盘和滑动弹力板式全补偿密封，对轻质油储罐实施了浮盘密封系统改造，并且上述三种全接液内浮盘均有采用。但是，部分储罐在使用中陆续出现了VOCs检测超标的情况，说明这些储罐的内浮盘密封系统发生了不同程度的失效。为了查明不同形式浮盘密封失效的原因，荆门石化公司选择一台钢制内浮盘储罐和一台装配式内浮盘储罐进行开罐检查。所选储罐是107#罐和2002#罐，其VOCs检测结果如表1所示，检测合格标准为VOCs摩尔分数不超过0.2%。

　　2.2失效浮盘密封检查情况

　　2.2.1钢制焊接内浮盘密封检查情况

　　荆门石化公司的107#罐是钢制单盘式内浮盘储罐，浮盘一次密封采用滑动弹力板式全补偿密封，二次密封采用舌形刮板密封。经开罐检查发现，107#罐钢制内浮盘的浮舱和浮盘板无泄漏情况，舌形刮板二次密封外观检查完好，但全补偿一次密封弹力板与罐壁板贴合不紧密，有明显缝隙，如图5所示。对密封缝隙处采用光照法检查，有明显透光现象。判断原因可能是密封隔膜安装时环向拉伸过紧，束缚了弹力板和支撑板向罐壁扩张贴合，密封环向补偿能力不足导致密封失效。另外，107#罐未设置量油管伸缩囊套密封，如图6所示，此处存在VOCs泄漏。

　　2.2.2装配式蜂窝内浮盘密封检查情况

　　荆门石化公司的2002#罐是铝合金装配式蜂窝内浮盘储罐，浮盘一次密封和二次密封均采用滑动弹力板式全补偿密封。经开罐检查发现，2002#罐铝合金装配式蜂窝内浮盘本体完好，但弹力板式全补偿二次密封有翻折损坏的情况，损坏密封的长度约2米，翻折的二次密封弹力板嵌夹在一次密封与罐壁之间，如图7所示，导致浮盘密封失效。判断原因可能是2002#罐的罐壁环焊缝采用搭接焊工艺，向上安装的二次密封弹力板随浮盘上升时，可能在打磨不够圆滑的罐壁搭接环焊缝处被卡阻，导致弹力板翻折损坏。弹力板翻折损坏原因还可能是2002#罐高液位报警仪表接管插入罐壁内侧短管未切割打磨，如图8所示。当储罐收油到高液位时，二次密封弹力板可能撞击到罐壁内侧仪表接管，导致弹力板翻折损坏。

　　2.3失效浮盘密封修复情况

　　荆门石化公司将107#罐滑动弹力板式全补偿密封进行调整后重新安装，并增加导向柱和量油管伸缩囊套密封。将2002#罐损坏的二次密封弹力板全部更换，并将储罐高液位报警仪表罐壁内侧短管切割打磨，检查罐壁内侧环焊缝并打磨可能卡阻二次密封弹力板的部位。107#罐和2002#罐浮盘密封修复完成后，储罐投用运行正常，罐顶VOCs泄漏检测合格，检测数据如表2所示。荆门石化公司将陆续对其余VOCs检测超标储罐进行浮盘密封修复。

　　3浮盘密封失效的原因分析

　　通过分析107#罐、2002#罐浮盘密封失效情况，结合不同形式全接液浮盘密封的结构特征，可以总结得出浮盘易发生密封失效的部位主要有浮盘环形边缘密封、导向柱和量油管密封、装配式浮盘浮箱缝隙密封、浮盘自动通气阀和浮盘人孔等附件密封。这些部位密封失效的原因可以归纳为设计制造、施工安装和使用管理三个方面。

　　3.1设计制造的原因

　　1）部分储罐浮盘设计时未考虑储存介质的腐蚀性，浮盘本体、装配式浮盘浮箱缝隙密封胶条、全补偿密封隔膜等未选用相应的抗腐蚀材质，导致密封腐蚀失效。

　　2）储罐罐壁通常存在不同程度的变形情况，并且可能有部分储罐罐壁环焊缝采用的是搭接焊工艺，罐壁圆度、垂直度较差，导致浮盘与罐壁之间密封间距可能过大或过小。若间距过大超出了密封有效的补偿范围，则导致密封效果不好。若间距过小，会造成浮盘密封与罐壁摩擦力过大，可能导致浮盘密封损坏，甚至出现卡盘事故。

　　3）对于滑动弹力板式全补偿密封，弹力板的尺寸设计不合理，弹力板太薄则弹力不足，导致密封达不到预期效果。弹力板太厚则弹力过大，导致浮盘密封与罐壁摩擦力过大，可能损伤罐壁防腐涂层和弹性板本身。对于罐壁环焊缝采用搭接焊工艺的储罐，浮盘的二次密封不宜选用滑动弹力板式全补偿密封，确需采用时应进行补偿能力设计核算，并应将罐内壁搭接焊缝棱角打磨圆滑，避免损坏二次密封弹力板导致密封失效。

　　4）量油管和导向柱护筒盖的密封胶圈，随着浮盘升降，容易出现磨损和老化，导致密封失效。量油管侧壁的压力平衡开孔，是量油管密封设计选型时容易疏漏之处。因此，量油管和导向柱密封的合理设计选型是保障密封效果的关键。

　　3.2施工安装的原因

　　1）对于滑动弹力板式全补偿密封，安装时压紧螺栓紧固力不够，螺栓松动脱落导致密封损坏失效。密封隔膜环向安装过松，局部产生纵向折皱，导致密封泄漏。密封隔膜环向安装拉伸过紧，束缚了弹力板和支撑板向罐壁扩张贴合，密封环向补偿能力不足导致密封失效。

　　2）浮盘自动通气阀阀体和阀盖之间、浮盘人孔与盖板之间未加装密封垫，人孔盖板没有压紧，导致VOCs泄漏。

　　3）对于钢制内浮盘，若现场焊接变形量过大，超出了浮盘边缘密封有效的补偿范围，则会导致密封泄漏。若焊缝质量不合格，则可能出现焊缝泄漏，甚至导致卡盘事故。

　　4）对于装配式内浮盘，浮箱单元之间、浮箱与浮盘附件之间拼装接缝处密封胶条有缺失或破损，或压紧螺栓紧固力不够，导致拼装接缝处VOCs泄漏。

　　3.3使用管理的原因

　　1）储罐若储存了对浮盘或密封隔膜有腐蚀性的介质，则可能导致浮盘和密封的腐蚀损坏失效。

　　2）储罐在使用过程中，可能出现罐体变形、浮盘及附件损坏、密封磨损或老化等故障，若未能及时发现故障并修复，则可能导致浮盘密封损坏失效。

　　3）设有旋转调合喷嘴的内浮顶储罐，启用旋转喷嘴时的液位过低，高速油流会对浮盘造成冲击，导致浮盘和密封的损坏失效。因此启用旋转调合喷嘴时储罐液位高度不得低于4 m。

　　4）内浮顶储罐液位降低至浮盘支撑高度以下时，浮盘自动通气阀会开启，此时浮盘与液面之间存在油气空间，大量油气挥发并从自动通气阀泄漏至浮盘上部气相空间。因此，使用单位应尽量避免储罐浮盘落底操作。

　　4预防浮盘密封失效的措施

　　4.1规范设计制造

　　规范的设计制造是预防储罐浮盘密封失效的基本要求。储罐内浮盘的设计制造单位应严格按照相关标准规范，以经济适用为原则，根据储罐的设计条件、规格尺寸、储存介质特性等因素进行浮盘类型和制造材质的设计选型。浮盘制造前必须进行储罐内部测绘，掌握罐壁变形情况和罐内构件分布情况。滑动弹力板尺寸应根据储罐变形情况和浮盘高度，经设计计算后确定，弹力板厚度宜为0.5～1.0 mm，确保弹力板具有合适的弹力和浸液深度。密封隔膜材质应根据储存介质特性、储存温度等因素进行选择，并具有耐磨损、耐腐蚀、抗老化等特性。

　　4.2控制施工质量

　　良好的施工质量是预防储罐浮盘密封失效的核心保障。钢制内浮盘组焊施工时，施工单位应采用合理的焊接工艺和焊接顺序，保障焊缝焊接质量，有效控制浮盘焊接变形量。储罐罐壁内表面所有的焊瘤、毛刺、小接管管口等突起障碍应打磨平整，特别是搭接焊缝应打磨圆滑，避免损伤浮盘密封。装配式内浮盘和滑动弹力板式密封安装时，所有螺栓均应紧固到位，并加装防松垫片。内浮盘浮箱及附件的拼装缝隙均应有可靠的密封。滑动弹力板式密封的密封隔膜环向安装不得过松或过紧，并只允许搭接一次。弹力板之间采用搭接安装方式，搭接宽度宜为25 mm±5 mm，确保所有弹力板均能紧贴罐壁，密封边缘补偿能力和密封性能符合要求。

　　4.3严格检测验收

　　严格的检测验收是预防储罐浮盘密封失效的关键环节。对于钢制内浮盘，在浮盘焊接施工过程中，应采用真空箱法、煤油试漏及无损检测等检测方法，确保焊缝质量全部合格。对于装配式内浮盘和滑动弹力板式密封，安装施工完成后，应对浮箱连接处、边缘构件结合处以及环形密封空间等部位，进行100%光照法检查，光照度不低于100 Lx，以不透光为合格[5]。储罐投用前还应进行浮盘全行程充水试验，检查浮盘升降是否平稳，导向机构、自动通气阀、密封装置有无卡涩等异常现象。充水试验期间应对滑动弹力板式密封进行气密性测试，当内浮盘浮起后，向边缘密封空间内充气升压至300 Pa（G），保压30 min，压降不大于15%为合格。

　　4.4科学使用管理

　　科学的使用管理是预防储罐浮盘密封失效的长效机制。使用单位要建立储罐的日常检查和维护工作机制，定期检查储罐呼吸阀、阻火器、量油孔、泡沫发生器等附件是否完好；定期打开罐顶透光孔，检查罐内浮盘及密封、自动通气阀、防旋机构、导静电钢丝绳等部件有无异常；定期对内浮顶储罐进行VOCs泄漏检测，检验浮盘密封性能是否符合要求。内浮顶储罐使用过程中应严格按操作规程进行操作，储存介质的性质应与储罐的设计条件相符合，严禁储罐超液位上限操作，并尽量避免浮盘落底操作，确保储罐运行安全。

　　5结语

　　内浮顶储罐进行全接液浮盘密封系统改造时，需要根据储罐的设计条件、规格尺寸、储存介质特性等因素进行浮盘和密封的设计选型；在施工安装过程和检测验收环节严格管控，确保浮盘和密封制造质量合格；在储罐使用管理中，严格按照操作规程进行操作，加强储罐的日常检查和定期VOCs检测，及时修复设备故障，预防浮盘密封失效。

       参考文献：

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