浮顶储罐在核电厂的应用

富会佳+蔡汝旭+丁华龙

摘 要 本文介绍了核电厂内浮顶储罐的应用，并针对核电厂的特殊性，研究该浮顶储罐的结构、作用及其必要性。同时探讨该浮顶储罐的易发问题和解决方法。

关键词 浮顶；储罐；核电；薄膜

中图分类号 TL4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0202-02

浮顶产生与20世纪50年代，当时的材料为塑料等非金属，而我国于20世纪60年代末开始采用铝制浮顶。而今，浮顶经过了数十年的发展，已在油罐领域广泛应用。在核电领域，浮顶储罐也在逐步扩大其应用。

1 浮顶储罐的介绍

金属储罐的分类方法有很多种，但是根据顶部结构，基本上可以分为固定顶储罐，外浮顶储罐和内浮顶储罐。下面分别对3种顶部结构的储罐进行介绍。

1.1 固定顶储罐

固定顶储罐也叫拱顶储罐，其罐顶大都为球冠状，罐体为圆筒形，罐顶靠其周边支撑于罐壁上的一种金属容器。根据介质压力等要求，拱顶储罐配备一定的附件比如呼吸孔或者气体稳压系统等。但是拱顶储罐制造简单、造价低廉的优点，使其在国内外许多行业应用最为广泛。

1.2 外浮顶储罐

外浮顶储罐其灌顶为漂浮在介质表面上的浮顶，罐体一般为立式圆柱形罐壁。浮顶可以随着罐内介质储量的增减而上下升降。一般情况下，浮顶的外缘与筒体内壁之间有环形密封装置，确保了罐内始终只有介质，减少了介质与空气或其他保护气体的接触，从而减少介质挥发。

1.3 内浮顶储罐

内浮顶储罐是在拱顶储罐内部增设浮顶，三拱顶储罐和外浮顶储罐的组合。其包含了外浮顶的优势，减少介质的挥发损耗；同时，外部的拱顶又可以防止浮顶部件的灰尘沉积，室外罐体还可以防止日晒、雨水、积雪等条件，保证罐内介质清洁，降低了内部橡胶材质的老化和金属材质的腐蚀。

2 核电厂浮顶储罐

根据浮顶储罐隔绝介质与气体的接触等特点，核电厂的部分储罐也使用浮顶储罐，但是相比于普通的浮顶油罐，核电厂所使用的浮顶储罐有其特殊性。浮顶油罐主要是减少挥发，而核电厂主要是减少储罐内介质与空气等气体的接触，保证介质氧含量等指标，因而核电厂主要使用了隔绝空气最好的具有薄膜套[1]的浮顶结构（如图1），且由于该储罐容积较小，安置于室内，以及便于巡检与维修，采用的是外浮顶储罐。主要涉及的储罐设备有补给水罐、蒸馏液监测槽和浓缩液监测槽。

2.1 密封的必要性

核电厂对于补给水的质量要求极为严格，主要要求电导率（25℃）≤0.1μS/cm（回收处理后蒸馏液要求≤0.5μS/cm）、溶解氧浓度（>120℃）≤0.1ppm、悬浮物浓度≤0.1ppm，卤素浓度≤0.1ppm，至于其他矿物离子如钾、钠、镁、钙二氧化硅等等都有要求。而补给水经水箱储存后，高纯度的补给水极易受空气中的二氧化碳、氧和灰尘等污染，导致水质变差，影响系统运行，甚至发生严重后果。

空气中的CO2进入补给水后立即形成各种含碳化合物（H2CO3、HCO3-、CO32-），导致水质PH下降，会造成设备管道的腐蚀。而空气中的O2进入补给水后会使其溶解氧浓度大幅提升，而氧浓度的提升会加速设备管道的腐蚀，另外补给水还用于冲洗部分设备系统内的氢气，若溶解氧浓度提升后，容易导致氢氧混合，发生爆炸等隐患。

因而控制补给水的水质极为重要，从而其储罐对空气的密封性显得非常重要。

2.2 浮顶储罐的密封结构

普通油罐的浮顶密封主要有舌型密封，囊状密封[2]、填料式密封[3]等等如图2。整体来说，密封组件安装在浮顶四周，浮顶升降时，密封组件与罐体内壁有相对滑动，为动密封。该浮顶结构虽然大大降低了储油罐内部介质的挥发，但是其密封效果还是会使得部分空气进入油罐内部。

核电厂采用的是具有薄膜套的浮顶结构，其密封件为隔膜套，隔膜套的一端密封固定在筒体（一般在中部），另一端密封固定在浮顶边缘如图3。浮顶在储罐内的上下升降时，隔膜随着浮顶移动，而两端的密封条不动，属于静密封。储罐内的介质与空之间被隔膜隔开，而连接处的密封，可以通过普通的静密封即可达到良好的密封效果。

2.3 薄膜套浮顶的背压水

大部分普通油罐浮顶，由于其密封组件的原因，导致其浮顶需要单独设计一个浮筒或浮船结构。而核电厂所使用的薄膜套浮顶结构因而其背压水的存在（如图1），无需单独设计制造浮力组件。

而背压水的存在不仅仅是保证浮顶的浮力，更重要的是确保薄膜套处于自由或拉伸状态。若无背压水或背压水不足则会在浮顶上下升降的过程中，薄膜套堵塞通道，甚至会使得薄膜套被浮顶挤碎的风险。而背压水过多则会导致在浮顶处于地位的时候，背压水过多溢流，因而产生浮顶下沉或者倾翻的风险。

因而背压水的存在及其控制对浮顶储罐的正常运行具有重要意义。

2.4 核电厂浮顶储罐的易发问题及处理

沉盘和卡盘是普通浮顶油罐的严重问题[4]，而核电厂使用的薄膜套浮顶由于浮顶结构不同，发生概率也大大降低。而且诱发原因除设备质量问题外，基本上源于背压水、薄膜鼓包变形及浮顶倾斜。所以预防及及时处理以上问题，即可避免事故的发生。

针对背压水，由于背压水一直存在已浮顶薄膜套上，正常运行时只有挥发消耗，而且与空气接触面较小，挥发量少，只要定期适当补充即可避免背压水引起的问题。

薄膜鼓包和浮顶倾斜问题一般会同时发生，其主要由于一定量的气体进入薄膜套中段位置引起的。处理时，打开相应位置的排气阀进行排气，若气体无法排除，则将储罐内的介质排到最低液位，然后打开排气阀，并充入介质，即可将气体排除恢复浮顶的水平和薄膜的自由或拉伸状态。

另外针对核电厂的特殊性，保证介质的含氧量等指标，必须保证浮顶的绝对密封（图3密封条处的密封）。即使发生意外泄漏也需进行密封条更换，确保介质达标。

3 结论

浮顶储罐有其独有的优势，而薄膜套浮顶储罐即保证了储罐介质隔绝空气的密封性，又保证了储罐内介质充排时储罐的安全。而其在核电厂多年的使用一直良好。相信随着浮顶的不断发展，其在核电厂的应用也将更加广泛。

参考文献

[1]贾艳波，左树春.具有薄膜套浮顶结构的容器[J].广州化工，2013，41（7）：142-144.

[2]孔昭瑞.我国组装式浮盘的发展与建议[J].油气储运，2010，29（11）：801-805.

[3]付宏翔，刘国红.内浮顶油罐浅析[J].节能技术，1999，93（1）；22-23.

[4]赵红海，程丽芬，赵东海.浮顶罐沉盘、卡盘故障浅析[J].石油化工设备技术，2008，29（3）：23-26.