(保定市新華石化設(shè)備制造有限公司， 河北 保定 071051)

新材料應(yīng)用對儲罐內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢推動探討

段冠軍

(保定市新華石化設(shè)備制造有限公司， 河北 保定 071051)

內(nèi)浮頂是一種安裝在石油化工液體儲罐中用來防止儲液揮發(fā)損失的裝置。隨著新材料的不斷出現(xiàn)及非金屬材料在性能及制作工藝方面的創(chuàng)新，對內(nèi)浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造工藝也產(chǎn)生一些變革。近幾年開發(fā)了很多可規(guī)?；a(chǎn)的新型材料，如發(fā)泡鋁合金、阻燃且含氧指數(shù)大大提高的玻璃鋼以及密度與發(fā)泡聚氨酯相當(dāng)、但不燃燒的酚醛發(fā)泡塑料，這些材料在儲罐內(nèi)浮頂上的應(yīng)用必然對傳統(tǒng)的內(nèi)浮頂?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新起到推動作用。

儲罐； 內(nèi)浮頂； 發(fā)泡鋁合金； 玻璃鋼； 酚醛發(fā)泡塑料； 應(yīng)用

內(nèi)浮頂是一種安裝在石油儲罐或其它化工液體儲罐中可以隨液面上、下浮動的盤狀裝置。采用內(nèi)浮頂裝置可以完全覆蓋罐內(nèi)的液面，避免易揮發(fā)的液體表面暴露在空氣中，不僅可大幅度減少儲存液體蒸發(fā)造成的損失，而且可以減少對環(huán)境的污染，降低火災(zāi)風(fēng)險。采用內(nèi)浮頂是世界公認(rèn)的降低固定頂油罐油品蒸發(fā)的最有效、最經(jīng)濟的方之一。

20世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)外主要發(fā)展了3種類型內(nèi)浮頂裝置：①鋼制焊接內(nèi)浮頂，結(jié)構(gòu)形式主要有淺盤式、浮艙式和環(huán)艙式，材質(zhì)為4.5～6.0 mm鋼板，制造方法是在現(xiàn)場進行焊接。② 鋁合金、不銹鋼浮筒式內(nèi)浮頂、鋁合金浮箱式內(nèi)浮頂，其結(jié)構(gòu)形式為井字形與三角形，材質(zhì)為0.5～2.5 mm的不銹鋼板和鋁合金板，預(yù)先制造好后在現(xiàn)場進行裝配。③非金屬內(nèi)浮頂，其結(jié)構(gòu)形式主要有玻璃鋼內(nèi)浮頂及塑膠浮子金屬骨架內(nèi)浮頂兩種，其中玻璃鋼內(nèi)浮頂制造方式是在現(xiàn)場支撐模板后進行層層刷涂成型，材質(zhì)主要為樹脂與玻璃氈。

任何產(chǎn)品的型式、結(jié)構(gòu)都與產(chǎn)品設(shè)計定型時的材料、工藝、技術(shù)現(xiàn)狀有著直接的關(guān)系。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷推新，內(nèi)浮頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式必然會發(fā)生變化，使內(nèi)浮頂防止儲液揮發(fā)的效能更高，制作與安裝、維修更加快捷方便。文中對新材料的創(chuàng)新對儲罐內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢的影響進行了簡單的探討，以供同行借鑒。

1 發(fā)泡鋁合金在儲罐內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用

發(fā)泡鋁合金屬是近年來發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)材料[1]。早在20世紀(jì)40年代初期，很多國家就對泡沫金屬材料進行研究[2]，但由于發(fā)泡工藝很難控制， 一直未得到發(fā)展，直到80年代末期才取得長足的進展，并可進行規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)泡鋁合金密度為0.2～0.4 g/cm3[3],可制成閉泡狀態(tài)，具有輕質(zhì)、不燃、隔熱及隔音等良好的性能，可制成板狀等型材，已應(yīng)用于航空航天、 高鐵、電子及軍工等高科技領(lǐng)域。

用發(fā)泡鋁合金制造內(nèi)浮頂，完全可用成型的發(fā)泡鋁合金板材作為覆蓋液面的浮力元件，但發(fā)泡鋁合金彈性模量較低[4]，需在內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)中用鋁合金型材做主副梁，以承受浮頂運行中的力荷載。由于直接覆蓋油面(屬于浸入式)，消除了浮筒式內(nèi)浮頂浮筒與蒙皮間產(chǎn)生的油氣空間，發(fā)泡鋁合金內(nèi)部是閉泡結(jié)構(gòu)，其浮力是自重的近4倍，因此發(fā)泡鋁合金制作的內(nèi)浮頂不會沉盤。

發(fā)泡鋁合金制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 發(fā)泡鋁合金內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示圖

2 非金屬材料在儲罐內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用

2.1玻璃鋼

國外已有用玻璃鋼制作內(nèi)浮頂?shù)南壤鋵＠夹g(shù)歸荷蘭DM Tank Systems 公司所屬，中海殼牌南海石化項目10萬m3原料油罐中引進了玻璃鋼內(nèi)浮頂技術(shù)[5]。

玻璃鋼內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)由中間層蜂巢板和加強型玻璃鋼上、下面層組成，其主要材料為環(huán)氧乙烯樹脂、無堿短切玻璃纖維氈和聚丙烯蜂巢板，上、下兩層加強型玻璃纖維板由玻璃氈和樹脂組成。樹脂通過特殊的樹脂泵和噴槍噴涂在玻璃氈上，樹脂凝固后與玻璃氈一起形成加強玻璃纖維板，也就是通常所說的玻璃鋼。中間層蜂巢板用來抵抗剪切變形并增加內(nèi)浮頂厚度和慣性模量，可以滿足重量輕、強度高、剛度大、隔熱及保溫等多項性能要求。

采用玻璃鋼制作的內(nèi)浮頂整體密度只有190 kg/m3(低于儲液的密度)，且整體鋪設(shè)在液面的表面，支撐浮頂及附加重量的浮力基本上可達自重的3.5倍。即使發(fā)生故障，內(nèi)浮頂仍浮于液面，不會有沉盤現(xiàn)象出現(xiàn)。

玻璃鋼內(nèi)浮頂具有導(dǎo)電性能好、能與多種化工溶液相容以及抗化學(xué)腐蝕性良好的顯著特點，可填補腐蝕性較強的儲液不能用鋁合金內(nèi)浮頂?shù)目杖薄２Ａт搩?nèi)浮頂?shù)牟蛔阒幨乾F(xiàn)場制作比較繁瑣，不僅需要預(yù)制玻璃鋼粘接成型模板，而且成型后還要用蒸汽對玻璃鋼進行固化。隨著今后玻璃鋼類材料的創(chuàng)新及制作工藝的發(fā)展，玻璃鋼內(nèi)浮頂在防火、耐熱性能及使用壽命上都會得到提高，制作工藝會簡化，廣泛應(yīng)用于儲存各類介質(zhì)的玻璃鋼內(nèi)浮頂設(shè)計制造是完全可能的。

玻璃鋼制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 玻璃鋼內(nèi)浮頂示意圖

2.2酚醛泡沫塑料

酚醛泡沫塑料是近幾年發(fā)展起來的一種新型泡沫塑料[6]，是由酚醛樹脂加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。

酚醛泡沫塑料最為突出的特點是難燃、低煙以及抗高溫歧變，可以通過現(xiàn)場澆注發(fā)泡，可模制也可機械加工，可制成板材、管殼及各種異型產(chǎn)品，不僅克服了泡沫塑料型保溫材料易燃、多煙及遇熱變形的缺點，而且還保留了泡沫塑料型保溫材料質(zhì)輕、施工方便等特點。酚醛發(fā)泡塑料與聚氨酯發(fā)泡塑料性能比較見表1[7]。

表1 酚醛發(fā)泡塑料與聚氨酯發(fā)泡塑料性能比較

本世紀(jì)初，國內(nèi)有企業(yè)采用硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠作為浮力元件，制成全鋪式硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠浮子鋼骨架內(nèi)浮頂[7]，主要由鋼骨架、用薄鋁板包裹的硬質(zhì)閉孔聚氨酯塑膠浮子組成。塑膠浮子呈全鋪方式并浸入液面，無油氣空間，節(jié)能效果明顯。此結(jié)構(gòu)在國內(nèi)石油儲罐工程中有應(yīng)用實例，但因聚氨酯阻燃及靜電導(dǎo)出問題而未能推廣。

若采用酚醛發(fā)泡板作為浮力元件，阻燃問題可能會得到解決。酚醛發(fā)泡板強度比其他發(fā)泡塑料材料都高，可以任意切割，在制作上比聚氨酯發(fā)泡材料更方便快捷。隨著近幾年對酚醛發(fā)泡材料的不斷研究與發(fā)展，酚醛發(fā)泡材料的性能及制作工藝都會提高和簡化，在石油儲罐內(nèi)浮頂上會得到廣泛應(yīng)用。

酚醛發(fā)泡塑料制作的內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 酚醛發(fā)泡板內(nèi)浮頂示圖

3 結(jié)語

儲罐內(nèi)浮頂使用的材料需要滿足阻燃與導(dǎo)靜電性能這兩個基本性能。

泡沫鋁合金板本身不燃燒，用其制作的內(nèi)浮頂能和浮筒式鋁浮頂?shù)淖枞夹孕阅芟嗤阑鹦阅苓_到DIN5510-2:2009《軌道車輛防火措施-第二部分：材料和構(gòu)件的燃燒特性和燃燒并發(fā)現(xiàn)象》的要求[8]。泡沫鋁合金為金屬導(dǎo)體，相互連接至導(dǎo)靜電裝置接入儲罐導(dǎo)出。

玻璃鋼阻燃性能已得到很大提高，可制成氧指數(shù)超過35%、力學(xué)性能好的自熄性聚酯[9]。導(dǎo)電性能是將石墨摻在樹脂中，將靜電導(dǎo)出[10]。

酚醛發(fā)泡塑料具有閉孔結(jié)構(gòu)均勻、導(dǎo)熱系數(shù)低及阻燃性能好的顯著特點，在火焰的直接作下具有結(jié)炭熔化現(xiàn)象[11,12]，抗火焰穿透時間可達1 h。導(dǎo)靜電性能可在制作發(fā)泡板時在中間放置金屬格網(wǎng)，使靜電導(dǎo)出至內(nèi)浮頂框架。

一種新材料的使用是逐漸被認(rèn)識的過程，文中所述材料終會用于內(nèi)浮頂。

[1] 王祝堂. 泡沫鋁材：生產(chǎn)工藝、組織性能及應(yīng)用市場(1)[J]. 輕合金加工技術(shù)， 1999，27(10): 5-10.

(WANG Zhu-tang. Foam Aluminum: Production Process, Microstructure and Properties and Application Market (1) [J]. Light Alloy Fabrication Technology，1999，27 (10) : 5-10.)

[2] 陳學(xué)廣,趙維民,馬彥東,等.泡沫金屬的發(fā)展現(xiàn)狀、研究與應(yīng)用[J].粉末冶金技術(shù)，2002，20(6)：356-359.

(CHEN Xue-guang，ZHAO Wei-min，MA Yan-dong，et al.Development Status, Research and Application of Foamed Metal [J].Powder Metallurgy Technology，2002，20(6)：356-359.)

[3] 王祝堂. 泡沫鋁材：生產(chǎn)工藝、組織性能及應(yīng)用市場(2)[J]. 輕合金加工技術(shù)，1999，27(12): 1-6.

(WANG Zhu-tang. Foam Aluminum: Production Process, Microstructure and Properties and Application Market (2) [J]. Light Alloy Fabrication Technology，1999，27 (12) : 1-6.)

[4] 王萍萍，于英華.泡沫鋁的性能研究及其在汽車制造業(yè)上的應(yīng)用[J].煤礦機械，2003(11): 77-79.

(WANG Ping-ping，YU Ying-hua. Research on the Performance of Aluminum Foam and Its Application in Automobile Manufacturing Industry[J]. Coal Mine Machinery，2003 (11): 77-79.)

[5] 潘越，郝曉龍. 10萬m3原料油罐玻璃鋼內(nèi)浮頂施工新工藝[J].石油化工建設(shè)， 2005，27(3)：29-34.

(PAN Yue，HAO Xiao-long. The New Technology of Inner Floating Roof Construction Process Used in 10×104m3Raw Oil Storage[J].Chemical Engineering Construction，2005，27(3)：29-34.)

[6] 孫中心，王雷，李東風(fēng).酚醛泡沫塑料制備和性能研究[J].塑料工業(yè)，2007(8)：46-49.

(SUN Zhong-xin，WANG Lei，LI Dong-feng.Study of Preparation and Property of Phenolic Foam[J].China Plastics Industry，2007(8)：46-49.)

[7] 徐至鈞，燕一鳴，張鳳球.新型儲罐浮盤設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：中國石化出版社，2008： 22-25,114.

(XU Zhi-jun，YAN Yi-ming，ZHANG Feng-qiu. Design and Application of a New Type of Storage Tank Floating Plate[M].Beijing：China Petrochemical Press Co. Ltd.，2008：22-25,114.)

[8] DIN5510-2:2009: 軌道車輛防火措施-第二部分：材料和構(gòu)件的燃燒特性和燃燒并發(fā)現(xiàn)象[S].

(DIN5510-2:2009: Preventive Fire Protect in Railway Vehicle Parts 2: Fire Behaviour and Fire Side Effects of Material and Parts[S].)

[9] 劉金柱，林松，龐永生.泡沫鋁地板研制及性能試驗[J].沿海企業(yè)與科技， 2011(12): 27-30.

(LIU Jin-zhu，LIN Song，PANG Yong-sheng.The Development and Performance Test of the Foam Aluminum Floor[J].Coastal Enterprises and Science & Technology， 2011(12): 27-30.)

[10] 王梅生.玻璃鋼及其阻燃技術(shù)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，1990 (2): 23-30.

WANG Mei-sheng. Fire Science and Technology of Glass Fiber Reinforced Plastic and Its Flame Retardant [J].Fire Science and Technology，1990 (2): 23-30.)

[11] 鄭秀蘭，楊俊英，楊進元.酚醛泡沫塑料的研制[J].河南化工，2000(1):15-16.

(ZHENG Xiu-lan，YANG Jun-ying，YANG Jin-yuan.Preparation of Phenolic Foam Plastics[J].Henan Chemical Industry，2000(1):15-16.)

[12] 李瑩，楊雪艷.影響酚醛泡沫塑料成型加工的因素[J].工程塑料應(yīng)用，2000,28(4):14-15.

(LI Ying，YANG Xue-yan. Factors Effecting on the Processing of Phenolic Foam[J].Engineering Plastic Application，2000,28(4):14-15.)

(許編)

DiscussionofDevelopmentTrendofNewMaterialforInnerFloatingRoofStorageTankStructure

DUANGuan-jun

(Hebei Xinhua Petrochemical Equipment Manufacturing Corp. Ltd., Baoding 071051， China)

The internal floating roof is a device which is installed in the oil or chemical liquid storage tank to prevent the loss of liquid storage. With the emergence of new material and non metal materials in the process and performance of innovation, inevitable internal floating roof structure design, manufacturing processes to produce change, from the development in recent years and large-scale production of new materials, such as foamed aluminum alloy, flame retardant and containing oxygen index greatly enhance the glass steel, density and the polyurethane foam quite, but not burning the phenolic foam plastics, these materials in storage tank floating roof application inevitable technological innovation on the traditional internal floating roof to promote, some discussion on the application of the floating roof from the new material.

storage tank； internal floating roof； foamed aluminum alloy; glass fiber reinforced plastics; phenolic foam; application

TQ050.4； TE977

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.011

1000-7466(2017)02-0051-04

2016-10-12

段冠軍(1953-)，男，河北保定人，高級工程師，多年從事儲罐內(nèi)浮頂?shù)脑O(shè)計及研究工作。