内浮顶罐浮盘密封橡胶的选取

刘发安 卢建成 刘海宁 贾秉鲁

(1.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司；2.中国石油冀东油田公司；3.中国石油华北石化公司)

随着成品油的需求量增加，建立成品油储备成为保证国民生产、人民生活的重要措施。近几年，国家开始大规模建设成品油库，储存汽油、柴油等，应对油荒的出现。成品油库建设主要以内浮顶罐为主。内浮顶罐是由罐体、内浮盘、密封装置、通气孔及导向防转装置等组成。内浮盘漂浮在介质液面上，高度一般小于320mm，减少了气相空间，提高了储罐充装系数。密封装置安装在内浮盘和罐壁的环形空间，减少了油气挥发，保护了环境，提高了安全性，是目前公认最理想的降低油品蒸发损耗的方法。有数据统计表明，采用内浮顶3～6个月内所减少的油气挥发的经济价值相当于内浮顶的安装采购成本，因此内浮顶罐得到了广泛的应用。密封装置是内浮顶罐的重要组成部分，其质量将影响到油罐的密封效果和安全运行。密封装置的质量，主要由密封带的质量决定，密封带主要是橡胶制成，因此橡胶的选择成为保障内浮顶安全运行的关键。

1 密封装置结构

内浮顶罐常用的密封形式有囊式密封带结构(图1)和舌形密封带结构(图2)两种[1]。

图1 囊式密封带密封示意图

图2 舌形密封带密封示意图

1.1 囊式密封带结构

囊式密封带结构安装在内浮顶边缘板上，囊式密封带中填充软泡沫塑料或液体，依靠泡沫塑料的压缩变形来实现密封。囊式密封带由橡胶制成，如果损坏将密封不严，造成油气泄漏，严重时，油品浸入到内部软泡沫塑料或密封液体泄漏，易造成浮盘倾斜或沉盘。

1.2 舌形密封带结构

舌形密封带结构安装在内浮顶边缘板上，依靠舌形带的弹性与罐壁做滑动接触，利用自身的刚性将密封推向罐壁，形成密封。舌形密封带由橡胶制成，如果损坏将密封不严，造成油气泄漏，增加了油气爆燃的可能性，影响油罐的安全运行。

2 密封带的应用要求

密封带是密封装置的关键元件，其质量由密封橡胶决定，密封橡胶性能将决定密封装置的应用效果和使用寿命。对于内浮顶罐，不同的设计规范对密封材料提出了应用要求：

a. API650中H.4.4.2条。买方应在综合考虑报价书和将来产品使用、罐壁建造、维护要求、法规的复合型、预期使用寿命、环境温度、设计金属温度、最高设计温度、渗透性、耐磨蚀行、变色、老化、脆裂、易燃性和其他相关因素的基础上选择密封的类型和材料。不同的密封类型有不同的预期寿命和使用限制[2]。

b. SH 3046中8.2.3条。密封材料的选择应考虑环境温度、储液性质、设计温度、耐磨性、变色、老化、脆性、可燃性和其他油罐因素[3]。

c. GB 50341中9.5.2.条。密封材料应满足耐温、耐磨、耐腐蚀性、阻燃、抗渗透性及抗老化性等性能要求[4]。

根据密封材料应用要求可以看出，密封带橡胶应满足：耐温、耐磨、耐腐蚀性、阻燃、抗渗透性以及抗老化性等，并且要和储存介质相适应。

3 密封带常用橡胶的性能和适用范围

国内内浮顶罐常用的密封带橡胶主要有3种：丁腈橡胶、氟橡胶和三元乙丙橡胶，3种橡胶分别适用于不同工作条件下的储罐。

3.1 丁腈橡胶

3.1.1性能特点

丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈采用低温乳液聚合法制得的。丙烯腈含量越多，耐油性越好(尤其是烷烃油)，但耐寒性则相应下降。它可以在120℃的空气中或在 150℃的油中长期使用。此外，它还具有良好的耐水性、耐磨性、耐热性、气密性和优良的粘结性能。丁腈橡胶具有优良的耐油性，其耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，应用范围广泛，可用于储存汽油、柴油及原油等炼油产品。

丁腈橡胶的缺点是耐低温性差、耐臭氧性差、耐候性较差、电性能低劣且弹性稍低。不耐臭氧及芳香族、卤代烃、酮及酯类溶剂。

丁腈橡胶的价格比氟橡胶低。

3.1.2应用性能指标

内浮顶罐密封带用丁腈橡胶(胶料)的性能指标为：

拉伸强度 大于8.0 MPa

拉断伸长率 大于300%

脆性温度 低于-30℃

邵尔A型硬度 65±5

阿克隆磨耗 小于1.0 cm3/1.61km

热空气老化系数(70℃×72h) 高于-25

耐介质质量变化率 小于-30%

耐液体质量变化率(异辛烷70%+甲苯30%，室温24h) 小于-30%

内浮顶罐密封带用丁腈橡胶(胶带)的性能指标为：

拉伸强度 大于1.6kN/5cm

撕裂强力(单舌法) 大于70N

硫化橡胶与织物粘附强度 大于1.6kN/m

透水性(10kPa×2h) 不透水

3.2 氟橡胶

3.2.1性能特点

氟橡胶是由含氟单体共聚而成的有机弹性体，耐温可达300℃，耐酸碱，耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好；电绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧和耐大气老化性均优良，可广泛用于储存各类介质的内浮顶罐，特别是储存质量要求比较高的介质和芳香烃类(如航空煤油、航空汽油、苯、甲苯及二甲苯等)。

氟橡胶的缺点是加工性差，价格昂贵，耐寒性差，弹性、透气性较低。

3.2.2应用性能指标

内浮顶罐密封带用氟橡胶(胶料)的性能指标为：

拉伸强度 大于8.0MPa

拉断伸长率 大于250%

热空气老化系数(100℃×24h) 大于0.75

耐纯苯质量变化率(室温×144h) 小于20%

耐2#航空煤油质量变化率 ±1.5%

内浮顶罐密封带用氟橡胶(胶带)的性能指标为：

拉伸强度/搭头强度 大于1.6kN/5cm

硫化橡胶与织物粘附强度 大于3kN/m

3.3 三元乙丙橡胶

3.3.1性能特点

三元乙丙橡胶由乙烯及丙烯共聚合而成，因此耐热性、耐水蒸气性能、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常优秀，一般使用温度为-50～150℃，主要应用于醇酸类储罐，如：甲醇、乙醇、醋酸等。

三元乙丙橡胶的优点：具良好抗候性和抗臭氧性， 具极佳的抗水性，可使用醇类和酮类，耐高温蒸汽，对气体具良好的不渗透性。缺点：不建议用于食品用途或是暴露于芳香烃之中的密封件。 三元乙丙橡胶的价格比氟橡胶低。

3.3.2应用性能指标

内浮顶罐密封带用三元乙丙橡胶(胶料)的性能指标为：

拉伸强度 大于8.0MPa

拉断伸长率 大于350%

脆性温度 低于-35℃

耐酒精质量变化率(室温×24h) ±10%

拉伸强度变化率(70℃×72h) -25%～25%

扯断伸长率变化率(70℃×72h) -30%～10%

蒸发残渣(4%乙酸浸泡液) 小于2g/L

蒸发残渣(20%乙醇浸泡液) 小于40mg/L

内浮顶罐密封带用三元乙丙橡胶(胶带)的性能指标为：

拉伸强度(经向、纬向) 大于1.1kN/5cm

硫化橡胶与织物粘附强度 大于1.2kN/m

3.4 其他密封材料

密封带橡胶还有硅橡胶及丁基橡胶等，可以根据实际情况进行比选。

4 结束语

密封带是内浮顶的重要密封元件，关系到内浮顶罐的安全运行，因此在设计中要根据密封橡胶与介质的匹配性、橡胶的性能指标和价格，综合考虑选择密封带橡胶的种类，设计出安全、合理且经济的密封装置，保证内浮顶罐的安全运行。

[1] 徐英，杨一凡，朱萍，等.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2001.

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

[3] SH 3046-92，石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范[S].北京：中国石油化工总公司，1992.

[4] GB 50341-2005,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.