文 献 综 述

1.1大型储油罐密封结构概述

大型浮顶储罐是石油石化行业的重要储运设施。由于其油品存储量大，且存储介质易燃易爆、有挥发性，若对大型储罐的运行使用和日常管理不当，易发生火灾、爆炸、环境污染等事故^[1]。大型储罐一般为浮顶储罐，而内浮顶罐由其成本低，施工周期短，耐腐蚀性、不占容积和使用寿命长等特点而被广泛应用，且采用内浮顶覆盖在油罐液体表面也是目前公认最理想的降低油品蒸发损耗最经济、简单的方法，节油效率达96％左右。

内浮顶罐主要由罐体、内浮顶骨架、内浮盘、密封装置、导向防转装置及通气孔等组成，如图1所示。内浮盘漂浮在所存储介质液面上，随着液面的升降而上下浮动，减少了气相空间，浮盘与罐壁之间的环形间隙通过各种密封装置密封以减少油气损耗。密封装置作为内浮顶罐重要组成部分，其质量影响着油罐的密封效果和安全运行。目前，内浮顶罐的密封结构主要有一次密封和二次密封。

图1 内浮顶罐结构示意

一次密封装置安装在浮盘的外缘与储罐壁板之间约 250 m m 的环形空间，对该环形空间油面和油气空间进行密封^[2]。一次密封装置主要有机械密封、弹性填料密封、充液密封、柔性刮板密封等型式，但一次密封较多采用囊式弹性填料密封^[3]；二次密封装置安装在一次密封上部，具有一定的弹性与韧性，取代了传统的挡雨板，能有效地阻挡雨水、灰尘等向罐内渗入，阻隔一次密封泄漏的油气，降低油气损耗，对从一次密封装置泄漏出来的油气进行再次密封，与一次密封构成双重密封^[4]。

1.2 大型储罐密封结构的历史背景、目前现状及泄露机理

1.2.1 历史背景

早在20世纪60年代，西欧、中东、日本、南美等地开始建造10的大型浮顶储罐，我国建设大型浮顶储罐较晚，1985年首次从国外引进了两台10的大型浮顶储罐，2003年自行设计建成12.5的大型浮顶储罐，目前国内单台储油罐的容积为15[^5]。到目前为止，我国对浮顶储罐密封的应用研究仍处于起步阶段，开展浮顶储罐密封泄露机理、主要结构件的失效形式、泄露量的主要影响因素分析等的研究意义重大。

1.2.2 目前现状

现代储油罐与油库的发展规模日益壮大，与此同时，人们也越来越重视，对储罐的密封质量要求也不断提高。浮顶储罐的密封系统其实对储罐的密封性能起到很大作用，可是目前，它是目前大型储罐安全运行中不足的地方，有很多的地方需要完善，而浮顶储罐的密封于安全性紧密关联，一旦密封失效，会造成油气泄露的问题，从而严重污染环境，同时可能引发火灾、爆炸，酿成人员事故伤亡。现阶段我国对浮顶储罐密封的相关研究还处于起步阶段，探讨浮顶储油罐的密封泄露机理、失效形式等具有重要意义^[6]。目前广泛使用的边缘密封系统是一次密封加二次密封型式,一次密封单独使用在国内外已经非常少见,一次密封加挡雨板的组合使用在国内外也比较少见。目前国内正在将原先的挡雨板改为二次密封。机械滑板式一次密封与边缘安装式二次密封一起使用,能够非常有效地减少损耗,因为边缘安装式二次密封又一次盖住了整个边缘气相空间,故能非常有效地减少液体蒸发损耗。目前这种型式的密封在国内外使用经验较多,尤其在国外外浮顶油罐大部分都使用机械密封。液相安装(或气相安装)的弹性填充式一次密封与二次密封一起使用在我国也比较常见,此种型式可以把蒸发损耗减小到比较低的程度,但由于不可避免地有一定的气相空间存在,液体蒸发损耗稍大。

1.2.3泄露机理

浮顶储罐的泄露过程是储罐液面保证平衡的运动过程。泄露主要有两个类型：静止蒸发损耗与收、发油损耗。第一种主要是密封静止蒸发损耗，静止储存的油品因为温度的变化，破坏了原本的原相平衡，油气蒸发需要恢复平衡状态，所以就透过密封件和罐壁间的间隙逸出。由于油气的热膨胀或因大气压变化引起的膨胀，造成油气从罐中排出，一般称为小呼吸。此外，少量油气会通过密封件与浮顶及罐壁间的间隙泄漏出去，而风会加剧这种损耗。第二种就是储油罐的收、发油损耗了，储罐在收、发油的运行过程中，油面和浮顶间的气相空气容积会随之发生变化，同时，油气浓度和压力也在变化，这样一来便破坏了原相平衡，致使加大了气化量，油气空间又回到新的相态平衡。在油气体积大于气相空间容量的情况，一些油气会被排出罐外^[7~10]。油罐收、发油时，油面与浮顶间的空间发生变化，导致油品气化量增加，油气浓度达到新的平衡。当油气体积超过气体空间的量时，则导致部分油气排出罐外。浮顶罐的上述损耗仅发生在油面位于浮顶量低点以下时。收、发油的其它时间里损耗主要来自当浮顶因抽油而下降，罐壁暴露，粘附在罐壁上的液体蒸发而导致的损耗。

1.3储油罐密封呼吸损耗研究现状

杨杨等^[11]叙述了大型储油罐一次机械密封结构可以改造为一次机械镀锌钢板加内隔膜弹性耐腐蚀橡胶软密封后，一次机械密封与二次机械密封之间的可燃气体浓度由原来的80 ％LEL以上下降至10 ％LEL以下，大型储油罐防雷击火灾取得了较好的效果。利用数据对储油罐的运行提出整改措施以及整改措施后的效果。

赵晨露等^[12]利用数值模拟的方法来研究浮顶罐的油气扩散机理，得出利用UDF建立的油气单相扩散传质模型来研究内浮顶罐的油气扩散机理是可行的。

马健等^[13]采用数值模拟方法，应用Fluent软件，模拟复杂气象条件下储油罐油气扩散过程，并重点讨论了环境温度对油气扩散的影响。

苏建海^[14]分析了油气蒸发损耗产生的原因、危害、及各种影响因素,针对不同的储罐形式,介绍了油气损耗量的计算方法,并对计算结果进行了分析。通过优化操作、采用压力储罐、应用氮封等措施可以有效降低油品蒸发损失。

詹昌利^[15]针对罐壁与浮顶间的环形空间会造成浮顶储油罐油气损耗、污染和引发火灾的问题,系统介绍了机械密封、舌形密封、二次密封四种密封形式及优势分析。

偶国富等^[16]研究了一、二次密封的泄漏机理对静止储存、原油收、发的损耗进行了定量计算。分析了原油泄漏对环境的危害，提出了具体措施以减少原油储运过程中的泄漏量 。

彭宇等^[17]对比了大型外浮顶储罐的密封结构，通过不同的类型的具体描述，选择了对应的密封结构，且探讨了泄露类型，通过泄露问题的描述概括了对应密封的安全性。

陈思冲^[18]对浮顶储油罐的密封结构和泄露原理进行了简要概括，最后得出由于罐顶空气的定向流动造成了浮顶密封泄露的问题。

何丽娟^[19]分析了外浮顶油罐的油气损耗机理和估算方法,列举了国内外常用的浮顶边缘密封结构型式,并对其优缺点进行了分析对比,同时对密封型式的选择及一次密封与二次密封的搭配提出了建议。

常大智^[20]介绍了大型储油罐在油品储运过程中造成的油气损耗问题，并实际分析并计算了油气损耗量。

胡建春^[21]阐述浮顶罐油品蒸发损耗机理，从静止储存，油罐的收、发和其它损耗三种方式展开分析了油品的损耗。

郎需庆等^[22]分析浮盘密封圈内油气的形成和集聚过程，总结浮盘密封圈在运行中的问题。

贾玮^[23]在他的论文中提出其对小呼吸损耗量所起的不同作用、主次地位及变化规律，分析了大气温度对储油罐内油气的温度和浓度及原油损耗率的影响。指出降低原油蒸发损耗的几种措施。

杨宏伟等^[24]介绍了浮顶罐呼吸蒸发损耗的几种计算公式和计算方法，叙述了浮顶罐泄露的措施和抑制方法。

毛锦龙等^[25]提出了储油罐原油蒸发损耗问题，并对问题进行研究，针对提出降低油品蒸发损耗的具体措施及解决办法。

A.Hassanvand 等^[26]基于CFD模拟，对储油罐的泄露量和油气蒸发速率进行了研究，结论是通过提高加载速度，总蒸发量减少。

Dong Wancheng, Zhao Guangming等^[27]分析浮顶罐低液位控制对于蒸发损耗的影响，研究说明浮顶罐液位对于蒸发之间存在紧密关系。

Xing Zhihong^[28]研究分析了储存油品的蒸发损耗与储油容器之间的逻辑关系，对于不同的储油容器，其蒸发损耗存在着巨大差异。

Ji Jinlin^[29]针对浮顶储油罐的泄露问题，通过实验研究，提出了降低油品储运蒸发损耗的措施。

Mahmood Faraneh Gord^[30]对浮顶罐的泄露量当中的蒸发损失进行了模拟分析，提出了改进储油罐密封结构造成泄露的措施。

总之，目前国内外对于储油罐的泄露问题都已引起重视，对于储油罐的密封结构和泄露影响因素都进行了研究分析，对于油罐密封结构的设计和泄露的优化措施都正在逐步完善。

参考文献

[1]冯亮.大型外浮顶储罐密封装置存在问题分析及对策探讨[J].综合技术，2017，12:79-81.

[2]尹哗昕,傅伟庆,孟庆鹏.石油储罐附件第4部分泡沫塑料一次密封装置:SY/T0511.4-2003[S].北京：石油工程建设专业标准化技术委员会，2010:11-20.

[3]赵兴国.外浮顶油罐密封问题的解决措施[J].设备管理，2014（2）：156.

[4]尹哗昕，傅伟庆，孟庆鹏.石油储罐附件第5部分泡沫塑料二次密封装置:SY/T0511.4-2003[S].北京：石油工程建设专业标准化技术委员会，2010:23-36.

[5]郎需庆, 宫宏, 刘全桢,等. 浮顶储油罐密封泄漏机理与泄漏控制[J]. 安全、健康和环境, 2007, 7(10):17-19.

[6]王善忠. 十万立方米原油储罐的设计[D]. 天津大学, 2007.

[7]浮顶油罐软密封装置#8212;橡胶密封带.HG/T2809-2009.化学工业出版社.

[8]冯希全. 油品的蒸发损耗及降耗措施[J]. 山东科学, 2001, 14(2):62-65.

[9]王敏. 油料蒸发损耗的危害及预防措施[J]. 物流工程与管理, 2001, 23(4):39-40.

[10]王福众, 刘鹏. 提高浮顶储油罐密封效果[J]. 科技与企业, 2012(5):139-139.

[11]杨扬, 杨常国, 韩飞,等. 大型储油罐一次机械密封改造的安全效果[J]. 安全、健康和环境, 2009, 9(10):45-46.

[12]赵晨露, 黄维秋, 石莉,等. 内浮顶罐中油气扩散运移的数值模拟[J]. 安全与环境学报, 2015, 15(3):72-77.

[13]马健, 房春花. 环境温度对储油罐气体泄漏扩散影响的研究[J]. 炼油技术与工程, 2013, 43(1):58-61.

[14]苏建海. 油品储罐的蒸发损耗成因、计算及对策[J]. 广州化工, 2009, 37(7):169-171.

[15]詹昌利. 石化行业浮顶罐密封不严的原因及密封方式分析[J]. 化学工程与装备, 2012(4):50-51.

[16]王勇, 偶国富, 马吉钢. 《过程设备设计》课程教学方法探讨[J]. 广州化工, 2010, 38(10):227-228.

[17]彭宇, 朱磊, 汪乃琦. 大型外浮顶储罐密封结构对比和安全性研究[J]. 石化技术, 2016, 23(5):99-99.

[18]陈思冲. 浮顶储油罐密封泄漏机理与泄漏控制[J]. 工业, 2016(6):00026-00026.

[19]何丽娟. 外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗[J]. 石油化工设备技术, 2002, 23(3):39-41.

[20]常大智. 油品储运中油气损耗的计算[J]. 油气储运, 1988, 7(1):9-14.

[21]胡建春. 浮顶油罐密封分析[J]. 中国设备工程, 2002(12):45-46.

[22]郎需庆, 刘全桢, 宫宏. 浮盘密封圈的原油挥发及结构优化的研究[J]. 中国安全科学学报, 2009, 19(5):91-95.

[23]贾玮. 原油储罐呼吸损耗研究[D]. 西安石油大学, 2014.

[23]贾玮. 原油储罐呼吸损耗研究[D]. 西安石油大学, 2014.

[24]杨宏伟, 费逸伟, 杨士亮,等. 浮顶罐呼吸蒸发损耗计算与抑制措施[J]. 油气储运, 2010, 29(4):317-319.

毛锦龙, 胡利华, 陈剑,等. 浅谈5000方拱顶罐原油蒸发损耗问题及解决办法[J]. 青海石油, 2011(1):129-131.

[26]Hassanvand A,Hashemabadi S.H ,Bayat M.Evaluation of gasoline evaporation during the tank splash loading by CFD techniques[J].International Communicat-ions in Heat and Mass Transfer,2010,37:907-913.

[27]Dong W. Effect of Low Liquid Level Control on Vaporization Loss in Float Roof Tank[J]. Environment Protection in Petrochemical Industry, 2004.

[28]Xing Z. Evaporation Loss In Oil Product Storage amp; Oil Storing Vessels[J]. Petroleum Products Application Research, 1999.

[29]Guo X, Zhang H, Kang L, et al. Quality control and flux gap filling strategy for Bowen ratio method: revisiting the Priestley#8211;Taylor evaporation model[J]. Environmental Fluid Mechanics, 2007, 7(5):421-437.

[30]Mahmood Faraneh Gord,Amin Nabati.Effect of Rim Seal on Evaporation Loss fro-m Khark Island Storge Tanks.Journal of Petroleum amp; Environmental iotechnology,2010,01(2):2-7.