嚴偉德

（中石油第二建設有限公司，甘肅 蘭州 730060）

全接液裝配式不銹鋼浮盤是一種新型浮盤，采用不銹鋼折彎焊接成型結構，堅固耐用，抗沖擊能力強，使用壽命在20 年以上，具有可靠性高、安全性好等優(yōu)點。利用全平面整體密閉浮箱組裝成大面積浮盤，能夠使浮盤浮箱緊貼在油面上，與罐內液面形成全接觸狀態(tài)，沒有油氣揮發(fā)空間，因而能大大降低油品儲存損耗，減少VOC 排放。

1 故障經(jīng)過

某化工廠常壓罐區(qū)于2018 年開始進行全接液蜂巢式浮盤的更換工作，對6 臺非氮封罐逐臺進行浮盤更換。生產(chǎn)廠家擁有全接液蜂巢式浮盤的相關專利，其專利可以降低罐頂可燃氣體的揮發(fā)量，增強了儲罐運行的安全性和環(huán)保性。從2018 年4 月開始逐臺進行施工，歷時2 年，2019 年5 月完成全部6 臺儲罐的浮盤更換工作。6 臺儲罐投入運行后，相繼出現(xiàn)浮盤傾覆、泛液情況，最短運行時間為185 天。

2 全接液浮盤結構

全接液式浮盤主要由浮力單元、連接梁、密封裝置、自動通氣閥、立柱、人孔等組成。全接液蜂窩式浮盤其設計目的一是為了增加單個蜂窩箱的強度；二是為了保證當單個蜂窩箱出現(xiàn)蜂窩板穿刺或邊緣角焊縫開裂時，液體不會從進液的蜂窩芯擴散到其他蜂窩芯。

2.1 浮力單元

浮力單元采用全接液蜂窩結構，箱體材質為不銹鋼304，內置鋁合金3003 蜂窩芯，上板厚度為1.0mm，下板厚度為1.0mm，蜂窩芯以熱壓黏接在箱體內，箱體采用全焊接方式連接。浮盤的浮力單元（蜂窩箱）應滿足氣密性要求，蜂窩浮板焊縫須逐個進行不小于0.2MPa 的氣壓性泄漏實驗。蜂窩箱可拆卸更換，任何箱體泄漏后，浮盤應能漂浮在液面上且不產(chǎn)生任何傷害。蜂窩箱內置鋁制蜂窩芯，每個蜂窩芯之間產(chǎn)生獨立空間，即使受到穿刺性傷害，液體也只能充滿單個蜂窩孔的空間，不會流入其他蜂窩孔內，不影響浮盤整體浮力。

圖1 蜂窩示意圖

2.2 連接梁

連接梁以T 型結構承重，上面采用壓條與蜂窩箱壓接形式，同時，采用螺栓與T 型梁相連接。

2.3 環(huán)向密封

采用軟泡沫囊式一次密封，采用浸液式結構，密封在升降時，密封部分始終與介質溶液接觸，減少浮盤與儲罐的氣相空間。

2.4 浮力計算

設計儲液密度按儲罐數(shù)據(jù)表，儲液密度高于700kg/m3按700kg/m3算，低于700kg/m3按實際密度算，浮盤的設計浮力不小于總重的2 倍和浮盤上升時產(chǎn)生的摩擦力之和。浮頂處于漂浮狀態(tài)時，下表面應與儲液全面接觸。 浮盤在落底或漂浮狀態(tài)下，浮盤任何部位（0.1m3）均能承受2200N 的集中載荷，保證兩人在內浮頂上任意走動，無論內浮盤漂浮或落在支柱上，保證浮盤不受損傷和產(chǎn)品不濺到浮盤上，且任意兩塊浮板泄漏后，浮盤仍能漂浮在液面上不產(chǎn)生附加的危害。

1)方案1：選取PLC為控制器傳遞控制信號，以電動機的驅動源，驅動拉桿機構實現(xiàn)口徑調節(jié)，齒輪傳動實現(xiàn)旋轉調節(jié)，并通過滑移小車在導軌上運動實現(xiàn)前后位移調節(jié)。

3 故障原因分析

3.1 支撐結構強度不足

主梁及其支撐件厚度為2 ～3mm，整個浮盤只有支撐主梁，缺少垂直方向的次梁；

次梁與主梁間沒有進行有效連接；

基于以上原因，支撐結構只能起到局部加強作用，無法起到整體支撐的作用，導致浮盤的整體結構強度不足。

在收發(fā)油過程中，浮盤隨油面上下浮動，在儲罐與浮盤密封摩擦力作用下，主梁翼板的螺栓連接位置就會因反復升降產(chǎn)生交變應力，最終導致主梁翼板折彎，這是傾盤的主要原因。

3.2 連接方式不合理

采用自攻螺絲連接，破壞了蜂窩箱板的嚴密性，油品介質通過自攻絲邊緣和底板黏接邊緣滲入蜂巢內部，最終導致蜂窩板內部灌滿液相介質，蜂窩失去浮力。生產(chǎn)廠家改進后的蜂窩箱采用螺栓連接，每個蜂窩箱至少有10 個以上的螺栓預留孔，泄露點較多，存在大量潛在進液點。

圖2 黏接的蜂窩芯脫開

3.3 黏接劑不相容

API650 中規(guī)定，若使用黏接劑，說明書中必須有黏接劑黏結性質的測試數(shù)據(jù)，黏結材料應與儲罐介質、連接材料及使用工況相容，其工作可靠性與元件本身相當，接頭的尺寸和強度應能承受內浮頂?shù)脑O計載荷而不破壞、不泄漏，其預期壽命要和內浮頂?shù)氖褂脡勖嗟?。黏合劑應與接觸的儲液和進行浮動測試用的水相容。

箱、板之間使用的黏接膠為不耐芳烴的環(huán)氧樹脂類產(chǎn)品，極易被介質中的苯類所溶解失效。生產(chǎn)廠家改進后的浮盤螺柱與浮板上下面采用銅墊+彈簧墊+防松螺帽方式，密封不可靠，罐內油品氣相揮發(fā)依舊可以從間隙處溢入浮盤上部。

3.4 密封與儲罐摩擦力大

內浮頂加上其所要求的內部浮力應支撐至少兩倍其自重的重量（包括浮艙、密封件和其他所有浮頂及附件的重量），加上額外浮力，其抵消了在進料過程中罐壁和密封所產(chǎn)生的摩擦阻力。更換浮盤的多為投用多年的儲罐，因制造誤差，使用過程中的變形，導致造成儲罐罐壁圓度超差。廠家測繪時，未將罐壁的變形因素考慮在內，新浮盤與罐壁間密封間距預留不夠，導致浮盤與罐壁摩擦力過大，是儲罐卡盤的主要原因。

4 全接液蜂窩浮盤的迭代更新

6 臺儲罐浮盤發(fā)生故障后，生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品進行了改進更新，具體改進措施如下。

4.1 第一代產(chǎn)品

蜂窩箱制造壓制成型后用膠黏接而成，箱體厚度為65mm，連接方式為自攻螺絲連接，頂部壓條與浮盤間采用環(huán)氧膠黏接。

4.2 第二代產(chǎn)品

在第一代的基礎上將箱體厚度增加到100mm，其他形式未做調整。

4.3 第三代產(chǎn)品

材質為鋁合金，蜂窩箱制造時提前預留貫穿浮板的螺栓孔，所有封板全部采取焊接成型，箱體厚度為100mm。安裝時，頂部壓條與浮盤間采用螺栓連接，并采用了防松動螺帽、黃銅墊圈等防泄漏措施。

4.4 第四代產(chǎn)品

在第三代的基礎上進行了升級，材質為不銹鋼金，整體厚度為220mm，其他形式未做調整。

其中第二代產(chǎn)品在投用后，仍發(fā)生故障，第三代和第四代產(chǎn)品仍在使用觀察中。

5 改進建議

5.1 準確測繪

從測繪設計入手，確定合理的浮盤邊緣密封間隙；逐臺對儲罐內壁變形情況進行測繪，制造貼合實際的浮盤邊緣件，確保浮盤上下沉浮不卡澀。

5.2 改進支撐結構

改進浮盤結構，浮盤主梁、次梁要完全連接，使整個浮盤保持相同的受力結構，提高浮盤整體強度。

5.3 選擇合理密封形式

改進密封形式，黏接劑極易老化或溶于油品介質；后續(xù)改進的密封形式采用銅墊+彈簧墊+防松螺帽方式，密封不可靠，建議采用其他有效的密封方式。

5.4 可維修性

浮盤進液時，無法查找、判斷具體哪塊蜂窩箱進油，儲罐正常的工藝處置無法滿足檢修要求，人工開孔放油的難度極大，檢修人員始終可能在油氣狀態(tài)下作業(yè)，風險太大，建議蜂窩箱增加泄油孔。

5.5 防止泛液

增加浮盤邊緣圍板高度和量油孔高度，防止泛液。

6 結語

在浮盤的設計選型中，應根據(jù)儲罐儲存介質的性質、儲罐幾何尺寸，尤其是儲罐的變形狀況進行綜合考慮，合理布置支撐結構，確定密封型式。目前，市場上全接液浮盤產(chǎn)品較多，但缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，尚處在產(chǎn)品的研發(fā)或迭代更新階段，各生產(chǎn)廠家為了迅速占領市場，產(chǎn)品尚未定型、成熟就推廣應用，給罐區(qū)帶來了新的安全隱患。