多边形稀油密封干式气柜活塞油槽渗油的研究

许显坤，刘明波，王爱菊，张旭东（新疆独山子石化炼油厂第三联合车间，新疆 独山子 833699）



多边形稀油密封干式气柜活塞油槽渗油的研究

许显坤，刘明波，王爱菊，张旭东
（新疆独山子石化炼油厂第三联合车间，新疆 独山子 833699）

对瓦斯回收装置多线性稀油密封储气柜活塞油槽渗油速率加快的原因进行分析及监控运行，并对活塞油槽进行检修，使其检修完成后使用状况良好，且经过对油槽渗油影响因素的分析，给气柜密封油系统运行操作提出指导性意见。

稀油密封干式气柜；活塞油槽；密封机构；密封油系统

独山子炼油厂瓦斯回收装置20 000 m3气柜为稀油密封干式气柜，采用西德MAN型，建造形状为正十四边型，就气柜本身讲，其构造与内浮顶罐相似，当气体进柜后活塞上升（如同浮盘），气体出柜时活塞下降，气柜的工作要靠火炬水封压力实现的，正常情况下，火炬水封罐水封压力大于10 kPa，气柜活塞上升的压力为4.5±0.5 kPa，由于水封压力大于气柜工作压力，瓦斯自行进柜，当气柜不需回收瓦斯时关闭进口阀，系统压力上升，突破水封压力，即可放火炬燃烧。而气柜内部瓦斯的密封是依靠气柜活塞四周与柜壁直接接触，储存在油槽内的密封油来实现的。

1 密封油密封系统概述

1.1 密封油密封原理

气柜活塞的升降是随着瓦斯的进出而进行的。当瓦斯进柜压力能够克服活塞本身重力（包括桁架和平衡块）时，活塞就开始上升。在我们使用的气柜中，活塞的工作压力为450±50 mm H2O，即当瓦斯进柜压力大于450±50 mm H2O时，活塞上升。

而在活塞四周与柜壁接壤的部位，瓦斯逸出的压力亦为450 mmH2O左右。因此，沿活塞底板上部一周，槽内充满密封油，以确保密封，只要让活塞四周的油槽内封油的压力高于活塞的工作压力，即可将活塞下部的瓦斯封住。

要求整个活塞油槽内的油位为960 mm，封油比重约0.9左右，封油压力为：960×0.9=860 mm H2O。

封油压力为活塞工作压力的1.7倍，因此完全可以起到密封的作用。

在实际操作中，只要测量活塞油槽内油槽平台至挡板的油位，即可确定封油油位的高度，如图1所示：只要活塞油槽测量高度所测距离≥400 mm，就可以保证密封油位大于960 mm。

1.2 密封油循环系统

气柜密封油循环流程如图2所示：闪后油泵→柜上部溢流油箱→活塞油槽→柜底油沟→油水分离器→闪前油泵→闪蒸系统→闪后油泵。

在整个封油循环过程中，活塞油槽封油正常通过油槽帆布渗油的泄漏速度，小于供油泵的送油速度，因此闪后供油泵往气柜内活塞上油槽补油是间歇的。《CECS186：2005 多边形稀油密封储气柜工程施工质量验收规程》中规定，多边形稀油密封干式气柜单台油泵每昼夜开启次数标准为：环境温度≥10℃时，40次；环境温度≤10℃时，24次。由于该气柜设计为4台供油泵交替或同时对油槽进行补油，据运行经验得出，正常情况下每昼夜，油泵往油槽补油次数为6~10次。

图1 活塞油槽油位示意图

图2 气柜密封油循环流程图

1.3 活塞油槽密封机构及油槽渗油

活塞油槽内密封油由整个密封机构上帆布盛装，密封机构内通过弹簧将滑块压紧紧贴气柜柜壁，正常运行过程中，密封油通过滑块与柜壁间隙（＜0.5 mm）及帆布布间间隙渗油（图3）。

图3 气柜活塞油槽密封机构结构示意图

2 活塞油槽渗油速率加快的原因分析及监控运行

2.1 活塞油槽渗油速率加快的原因分析

瓦斯回收装置4#气柜2015年停工检修期间对气柜密封装置、防回转装置、导轮等部件进行了检修。其中，密封装置内帆布、内外弹簧、压木、压板、滑板等主要密封部件进行了全部更换，于5月17日对气柜进行全升降及密封试验（表1）。

上表为该气柜升降试验中活塞上四个油槽油位（LI103/104/105/106）渗漏记录，上升过程中渗油速度最快0.88 mm，下降过程中渗油速度最快1.625 mm。正常生产运行中，活塞上升下降速度较缓慢，因此渗油速率远小于试验值，正常渗油速率≤0.5 mm/ min。

装置开工后一个月气柜运行良好，但6月20日左右，气柜活塞南侧1边带板处能明显听到活塞上部密封油流入油沟声响，活塞上部密封油油槽油位下降速度明显变快。据初步判断，气柜投入运行一段时间后，活塞上部油槽内的内外室分隔帆布和滑板与柜壁的间隙增大，造成此边油槽内密封油下渗速度加快。

由于活塞上4个油槽相对联通，因此，单边渗漏影响了整个活塞油槽油位下降速度。异常情况下，每昼夜油泵往油槽补油次数由6~10次上升至24~30次。

表1 活塞上升、下降过程中停止补油后油槽渗油记录

经3个月的统计，不同的环境温度对油槽渗油速率的影响也较大，且渗油速率与环境温度成正比关系如图4所示。

图4 不同温度下活塞油槽油位下渗速率图表

经观测计算，该气柜在此异常情况下，活塞油槽油位下渗速率如等于3 mm/min，则4台供油泵连续运转补油速率刚好等于油槽油位下渗速率，气柜油槽油位将维持不变。但由于气柜活塞始终在上升或者下降运行，活塞油槽密封机构滑块也一直与气柜进行平行滑动，在滑动过程，受气柜柜壁垂直度、平整度、滑块下部弹簧弹力等因素影响，滑块与柜壁间隙始终保持动态变化，油槽渗油速率也不能始终维持在同一值。因此，当需要4台补油泵同时工作才能维持油位时，运行状况已经恶化到极限，随时有油位不足、瓦斯从活塞上部溢出的风险。

2.2 活塞油槽油位监控运行

在异常情况下，从影响活塞油槽油位几个因素着手，对各方面影响因素进行了摸索与控制。

2.2.1 环境气温

由于气柜活塞上部密封油运动黏度受环境温度影响有变化，温度越高流动性越好，从油槽密封机构及帆布渗油速率越高。因此，降低气柜柜壁温度将能减低油槽油位渗油速率。但气柜柜外壁表面积较大（2.6 万m2）且密封油流经的柜壁位置较高（10~50 m左右）。所以，无论从对气柜柜壁直接降温或采取柜外遮阳降温等措施投入成本较大，较难事实，此方案不可行。

2.2.2 提升供油泵性能

由于此气柜设计密封油补油泵为直接抽取闪蒸塔底密封油输送至气柜顶部再流至活塞上油槽。因此，闪蒸后补油泵抽出性能受闪蒸塔真空度影响较大，真空度越高，泵输出流量就越低，直接反应到补油过程中活塞油槽油位下降速率上，则油槽油位补油速度变缓。经多次操作调整，将密封油闪蒸塔真空度由-0.08 MPa降低至-0.05 MPa，活塞油槽补油速度有明显上升趋势（图5）。

图5 不同真空度下活塞油槽平均补油时间图表

通过降低闪蒸塔真空度，可提高油槽补油速度，也能从另一方面控制住油槽渗油带来的影响，维持油槽油位高油位运行，降低风险。但当闪蒸塔真空度低于-0.06 MPa之后，溶于密封油中的瓦斯轻烃、凝缩油组分闪蒸不彻底，又随密封油输送至气柜顶部油槽，暴露于大气之中，存在一定的风险。降低闪蒸真空度可行，但有局限性。

2.2.3 控制气柜活塞运行速度

由于气柜活塞上部密封油油槽位于活塞四周，因此，在气柜运行过程中，油槽随活塞上下运动。在活塞上升、下降过程中，与气柜柜壁直接接触的密封油会附着在柜壁表面形成油膜，这也减少了油槽内的密封油，且上升下降速度越快，油槽内油暂时损耗也会增快。

从稳定气柜柜容、限制活塞上升下降速度着手，活塞油槽油位在同一工艺条件及环境温度下，确实能减小活塞油槽渗油速率0.1~0.3 mm/min，但作用效果不明显，在气柜渗油速率异常情况下，不足以完全控制住油槽渗油速率较快带来的影响。

2.2.4 减小气柜活塞油槽与柜壁间隙，对密封机构进行检修

要彻底降低活塞油槽油位渗油速率，需从根源解决。对气柜进行了停工检修，并对渗油量明显的1边带板密封机构进行了拆检。发现此带板处密封滑块出现了变形，与气柜柜壁间隙＞10 mm（图6）。

图6 故障段滑板变形实物图

由于此处滑板变形，造成与气柜柜壁间隙增大，油槽内密封油从缝隙中大量流出，造成了气柜活塞油槽整体渗油速率上升。滑板变形原因主要为，变形部位两侧三个帆布挂钩脱落，在密封油的重力作用下，帆布将滑板拉弯变形。

滑板上帆布挂钩与滑板连接方式为卯接，制造商在滑板制作过程中避免采用焊接方式，为了避免焊接热力对滑板平整度带来的影响，但卯接方式牢固性能较差，造成了挂钩脱落。

在对此滑板重新修整回装后，气柜重新投用，投用后由于密封机构与柜壁间隙减小，气柜活塞油槽渗油速率也下降了，在同等环境温度及工艺条件下，渗油速率由1.5~2.5mm/min下降至0.3~0.5 mm/min，每昼夜，油泵往油槽补油次数降低至6~8次。气柜恢复正常运行。

3 影响气柜活塞油槽渗油速率的因素及处理

通过正常及异常情况下气柜油槽渗油速率的调节、处理，可以总结出影响气柜活塞油槽渗油速率的因素主要有以下几个方面。

3.1 密封油物化性质

气柜密封油运动黏度受环境温度、柜壁温度影响较大，且成正比关系。运行过程中，可通过控制油温等手段来控制黏度。条件允许的话，更换黏温特性好的密封油，将弱化温度对密封油黏度的影响。

密封油运动黏度还受溶解于油中的瓦斯轻烃、凝缩油等介质影响，提高密封油闪蒸效率，定期对密封油进行化验分析，若达不到各项指标应及时排查或更换密封油。

3.2 供油速率

气柜正常运行过程中，若供油速率始终大于渗油速率，则渗油速率的变化将不会对气柜正常运行造成影响。可以通过提高供油泵流量、适当降低密封油闪蒸真空度等措施进行调节。

3.3 油槽密封机构可靠性

油槽密封机构的密封性将直接影响油槽渗油速率，因此，保证密封机构的完好，且对密封机构进行升级改造，如将滑板挂钩连接方式更改为焊接后平整或一次成型等连接方式，使密封机构更加牢固可靠，将能保证气柜油槽长周期稳定运行。

4 结语

多边形稀油密封干式气柜一般用于储存和配送煤气、瓦斯气等有毒有害、易燃易爆介质，若没有密封油，气柜无法储存煤气，密封油的效果差、不仅漏油、漏煤气、瓦斯，而且严重影响着环境及安全生产，因此对气柜密封油系统油槽渗油的研究尤为重要，密封油系统正常、稳定运行，不仅可以确保气柜安全运行，而且还具有较好的综合经济效益和环境效益。

[1] 曹开朗等. CECS186：2005 多边形稀油密封储气柜工程施工质量验收规程［M］.北京：中国计划出版社，2005.10.

[2] 薛金贤，许显坤.独山子石化分公司第三联合车间瓦斯回收装置操作规程［M］.新疆：中石油独山子石化分公司发布,2015.

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1671-0711（2016）08（上）-0076-03