劉發(fā)安 盧建成 劉海寧 賈秉魯

(1.中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司華北分公司；2.中國石油冀東油田公司；3.中國石油華北石化公司)

隨著成品油的需求量增加，建立成品油儲備成為保證國民生產(chǎn)、人民生活的重要措施。近幾年，國家開始大規(guī)模建設(shè)成品油庫，儲存汽油、柴油等，應(yīng)對油荒的出現(xiàn)。成品油庫建設(shè)主要以內(nèi)浮頂罐為主。內(nèi)浮頂罐是由罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、通氣孔及導向防轉(zhuǎn)裝置等組成。內(nèi)浮盤漂浮在介質(zhì)液面上，高度一般小于320mm，減少了氣相空間，提高了儲罐充裝系數(shù)。密封裝置安裝在內(nèi)浮盤和罐壁的環(huán)形空間，減少了油氣揮發(fā)，保護了環(huán)境，提高了安全性，是目前公認最理想的降低油品蒸發(fā)損耗的方法。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，采用內(nèi)浮頂3～6個月內(nèi)所減少的油氣揮發(fā)的經(jīng)濟價值相當于內(nèi)浮頂?shù)陌惭b采購成本，因此內(nèi)浮頂罐得到了廣泛的應(yīng)用。密封裝置是內(nèi)浮頂罐的重要組成部分，其質(zhì)量將影響到油罐的密封效果和安全運行。密封裝置的質(zhì)量，主要由密封帶的質(zhì)量決定，密封帶主要是橡膠制成，因此橡膠的選擇成為保障內(nèi)浮頂安全運行的關(guān)鍵。

1 密封裝置結(jié)構(gòu)

內(nèi)浮頂罐常用的密封形式有囊式密封帶結(jié)構(gòu)(圖1)和舌形密封帶結(jié)構(gòu)(圖2)兩種[1]。

圖1 囊式密封帶密封示意圖

圖2 舌形密封帶密封示意圖

1.1 囊式密封帶結(jié)構(gòu)

囊式密封帶結(jié)構(gòu)安裝在內(nèi)浮頂邊緣板上，囊式密封帶中填充軟泡沫塑料或液體，依靠泡沫塑料的壓縮變形來實現(xiàn)密封。囊式密封帶由橡膠制成，如果損壞將密封不嚴，造成油氣泄漏，嚴重時，油品浸入到內(nèi)部軟泡沫塑料或密封液體泄漏，易造成浮盤傾斜或沉盤。

1.2 舌形密封帶結(jié)構(gòu)

舌形密封帶結(jié)構(gòu)安裝在內(nèi)浮頂邊緣板上，依靠舌形帶的彈性與罐壁做滑動接觸，利用自身的剛性將密封推向罐壁，形成密封。舌形密封帶由橡膠制成，如果損壞將密封不嚴，造成油氣泄漏，增加了油氣爆燃的可能性，影響油罐的安全運行。

2 密封帶的應(yīng)用要求

密封帶是密封裝置的關(guān)鍵元件，其質(zhì)量由密封橡膠決定，密封橡膠性能將決定密封裝置的應(yīng)用效果和使用壽命。對于內(nèi)浮頂罐，不同的設(shè)計規(guī)范對密封材料提出了應(yīng)用要求：

a. API650中H.4.4.2條。買方應(yīng)在綜合考慮報價書和將來產(chǎn)品使用、罐壁建造、維護要求、法規(guī)的復合型、預期使用壽命、環(huán)境溫度、設(shè)計金屬溫度、最高設(shè)計溫度、滲透性、耐磨蝕行、變色、老化、脆裂、易燃性和其他相關(guān)因素的基礎(chǔ)上選擇密封的類型和材料。不同的密封類型有不同的預期壽命和使用限制[2]。

b. SH 3046中8.2.3條。密封材料的選擇應(yīng)考慮環(huán)境溫度、儲液性質(zhì)、設(shè)計溫度、耐磨性、變色、老化、脆性、可燃性和其他油罐因素[3]。

c. GB 50341中9.5.2.條。密封材料應(yīng)滿足耐溫、耐磨、耐腐蝕性、阻燃、抗?jié)B透性及抗老化性等性能要求[4]。

根據(jù)密封材料應(yīng)用要求可以看出，密封帶橡膠應(yīng)滿足：耐溫、耐磨、耐腐蝕性、阻燃、抗?jié)B透性以及抗老化性等，并且要和儲存介質(zhì)相適應(yīng)。

3 密封帶常用橡膠的性能和適用范圍

國內(nèi)內(nèi)浮頂罐常用的密封帶橡膠主要有3種：丁腈橡膠、氟橡膠和三元乙丙橡膠，3種橡膠分別適用于不同工作條件下的儲罐。

3.1 丁腈橡膠

3.1.1性能特點

丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈采用低溫乳液聚合法制得的。丙烯腈含量越多，耐油性越好(尤其是烷烴油)，但耐寒性則相應(yīng)下降。它可以在120℃的空氣中或在 150℃的油中長期使用。此外，它還具有良好的耐水性、耐磨性、耐熱性、氣密性和優(yōu)良的粘結(jié)性能。丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐油性，其耐油性僅次于聚硫橡膠和氟橡膠，應(yīng)用范圍廣泛，可用于儲存汽油、柴油及原油等煉油產(chǎn)品。

丁腈橡膠的缺點是耐低溫性差、耐臭氧性差、耐候性較差、電性能低劣且彈性稍低。不耐臭氧及芳香族、鹵代烴、酮及酯類溶劑。

丁腈橡膠的價格比氟橡膠低。

3.1.2應(yīng)用性能指標

內(nèi)浮頂罐密封帶用丁腈橡膠(膠料)的性能指標為：

拉伸強度 大于8.0 MPa

拉斷伸長率 大于300%

脆性溫度 低于-30℃

邵爾A型硬度 65±5

阿克隆磨耗 小于1.0 cm3/1.61km

熱空氣老化系數(shù)(70℃×72h) 高于-25

耐介質(zhì)質(zhì)量變化率 小于-30%

耐液體質(zhì)量變化率(異辛烷70%+甲苯30%，室溫24h) 小于-30%

內(nèi)浮頂罐密封帶用丁腈橡膠(膠帶)的性能指標為：

拉伸強度 大于1.6kN/5cm

撕裂強力(單舌法) 大于70N

硫化橡膠與織物粘附強度 大于1.6kN/m

透水性(10kPa×2h) 不透水

3.2 氟橡膠

3.2.1性能特點

氟橡膠是由含氟單體共聚而成的有機彈性體，耐溫可達300℃，耐酸堿，耐油性是耐油橡膠中最好的，抗輻射、耐高真空性能好；電絕緣性、機械性能、耐化學腐蝕性、耐臭氧和耐大氣老化性均優(yōu)良，可廣泛用于儲存各類介質(zhì)的內(nèi)浮頂罐，特別是儲存質(zhì)量要求比較高的介質(zhì)和芳香烴類(如航空煤油、航空汽油、苯、甲苯及二甲苯等)。

氟橡膠的缺點是加工性差，價格昂貴，耐寒性差，彈性、透氣性較低。

3.2.2應(yīng)用性能指標

內(nèi)浮頂罐密封帶用氟橡膠(膠料)的性能指標為：

拉伸強度 大于8.0MPa

拉斷伸長率 大于250%

熱空氣老化系數(shù)(100℃×24h) 大于0.75

耐純苯質(zhì)量變化率(室溫×144h) 小于20%

耐2#航空煤油質(zhì)量變化率 ±1.5%

內(nèi)浮頂罐密封帶用氟橡膠(膠帶)的性能指標為：

拉伸強度/搭頭強度 大于1.6kN/5cm

硫化橡膠與織物粘附強度 大于3kN/m

3.3 三元乙丙橡膠

3.3.1性能特點

三元乙丙橡膠由乙烯及丙烯共聚合而成，因此耐熱性、耐水蒸氣性能、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常優(yōu)秀，一般使用溫度為-50～150℃，主要應(yīng)用于醇酸類儲罐，如：甲醇、乙醇、醋酸等。

三元乙丙橡膠的優(yōu)點：具良好抗候性和抗臭氧性， 具極佳的抗水性，可使用醇類和酮類，耐高溫蒸汽，對氣體具良好的不滲透性。缺點：不建議用于食品用途或是暴露于芳香烴之中的密封件。 三元乙丙橡膠的價格比氟橡膠低。

3.3.2應(yīng)用性能指標

內(nèi)浮頂罐密封帶用三元乙丙橡膠(膠料)的性能指標為：

拉伸強度 大于8.0MPa

拉斷伸長率 大于350%

脆性溫度 低于-35℃

耐酒精質(zhì)量變化率(室溫×24h) ±10%

拉伸強度變化率(70℃×72h) -25%～25%

扯斷伸長率變化率(70℃×72h) -30%～10%

蒸發(fā)殘渣(4%乙酸浸泡液) 小于2g/L

蒸發(fā)殘渣(20%乙醇浸泡液) 小于40mg/L

內(nèi)浮頂罐密封帶用三元乙丙橡膠(膠帶)的性能指標為：

拉伸強度(經(jīng)向、緯向) 大于1.1kN/5cm

硫化橡膠與織物粘附強度 大于1.2kN/m

3.4 其他密封材料

密封帶橡膠還有硅橡膠及丁基橡膠等，可以根據(jù)實際情況進行比選。

4 結(jié)束語

密封帶是內(nèi)浮頂?shù)闹匾芊庠?，關(guān)系到內(nèi)浮頂罐的安全運行，因此在設(shè)計中要根據(jù)密封橡膠與介質(zhì)的匹配性、橡膠的性能指標和價格，綜合考慮選擇密封帶橡膠的種類，設(shè)計出安全、合理且經(jīng)濟的密封裝置，保證內(nèi)浮頂罐的安全運行。

[1] 徐英，楊一凡，朱萍，等.球罐和大型儲罐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[2] API650-2007，Welded Steel Tanks for Oil Storages[S].Washington.D.C:API Standard，2007.

[3] SH 3046-92，石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國石油化工總公司，1992.

[4] GB 50341-2005,立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2005.