干式橡胶膜气柜检修中的绿色低碳与降耗

屈晓禾屈威刘亚贤

（1.中国石油天然气集团公司云南石化分公司；2.中国石油天然气集团公司广西石化公司；3.中国石油天然气集团公司华南化工销售公司）

干式橡胶膜气柜检修中的绿色低碳与降耗

屈晓禾1屈威2刘亚贤3

（1.中国石油天然气集团公司云南石化分公司；2.中国石油天然气集团公司广西石化公司；3.中国石油天然气集团公司华南化工销售公司）

干式气柜是炼化企业中节能降耗的关键设施，气柜在运行一定周期需进行检修。检修主要涉及柜内气体置换、干式气柜橡胶膜更换等内容。气体置换根据气体特性选择活塞落底进行气体置换，即可节约大量氮气又缩短置换工期，还能够保证置换质量。对于橡胶膜这种干式气柜主要部件更换应根据运行期间储存物料性质、橡胶膜运行次数及劳损程度情况确定。在炼化企业整体检修时，活塞落底后进行氮气置换并与系统一起置换方案，单台2×104m3气柜可节约氮气6×104m3，减少燃料气排放3×104m3。

气柜；气体置换；橡胶膜；化学清洗；升降；老化

干式橡胶膜（威金斯）气柜（以下简称气柜）以其占地面积小、有着无动力消耗、无油润滑、无需人员看管的“三无”优点。本次检修的气柜为2台2×104m3气柜，是用于炼化装置放空气回收系统的主要设备。检修前的气体置换工作按惯例全程升起活塞以保证柜内可燃气体置换彻底，由于氮气用量大，耗时过长，会有一定量挥发性有机物（以下简称VOCs）排放大气。最为关键的是橡胶膜的更换，它占气柜检修绝大部分内容与费用。

1 燃料气系统

1.1 系统流程

2台2×104m3气柜用于储存装置排出高低压放空气，两者可互用。具体流程：来自放空气管道的放空气进入干式气柜，进行缓冲收集储存，气柜内压3 kPa。柜内气由柜出口进入压缩机进行压缩，升压后的燃料气经冷却器冷却、低压缓冲罐分液后，气体进入脱硫塔，脱除H2S后，并入全厂燃料气管网供用户使用。气柜底部的凝液自流入气柜的凝缩油罐，由凝缩油罐上的液下泵送出。

1.2 回收气组成

设计高低压燃料气组分和实际运行时高低压燃料气部分组分见表1、表2。

表1 高低压燃料气组分设计值

表2 实际运行时高低压燃料气部分组分

对比表1、表2可以看出，实际运行过程中储存介质的组成与设计有较大的差距，在气柜设施的运行、维护、检修等方面要予以考虑。

2 气柜所属系统检修

气柜本体检修主要内容：柜体内气体氮气置换（含支腿安装）；化学清洗；橡胶膜拆换；其它设备检修恢复（包括柜壁复原、调平）；气密、投产。

2.1 气柜柜底冲洗

气柜柜底为高拱形中央底板结构，使得气柜能够实现自动化吹扫、凝液自动排放、检修方便，属节能环保型设备。

在将气柜内可燃回收气彻底置换达到检修标准前，必须考虑气柜内残存凝液大致清理，以免因凝液存在而不断挥发，增加气柜气体置换效果与置换气体用量。气柜回收燃气组成上看含有极少量C4以上的组分，将以挥发性油类凝液的形式残存于柜底。回收燃气中存在H2S并有单体S析出，根据气柜有别于一般储罐的罐底结构分析：凝液或可能出现的S基本上积存于气柜内柜壁周边柜底板起拱角之前的3 m宽圆周区域。气柜出入口管径DN500，管底距罐底650 mm，燃料气回收系统在进行气体置换时还将处于在用状态。喷入雾状水[1]虽可以最高效吸收气柜空间中的油气，但水雾有可能通过气柜出口进入压缩机造成压缩机损坏。因此，选择气柜出入口之间与之水平的返气口向气柜中心柜底部冲入清水约150～200 mm（远低于气柜出口下边缘），进行柜底预洗，沉降后排入密闭凝缩油罐。为阻止水进入气柜出口管道，对气柜内残存轻质凝液进行予冲洗，防止了气柜进行氮气置换时残存凝液因氮气搅动或自我不断挥发造成气柜置换次数增加。

2.2 气柜内气体的氮气置换

气柜内气体氮气置换合格与否决定着气柜检修能否安稳进行。常规氮气置换采用方式：用氮气将活塞与T挡板充顶至行程的上限，由紧急放散阀开启排入高空或排入火炬。进行几次达到标准后完成置换工作。但氮气耗量巨大，单次置换氮气就可达2.06×104m3（标）以上，柜内挥发性有机气体全部排放大气或燃烧，不利于环境保护。

为此采用气柜活塞落底后进行氮气置换，置换氮气经由回收系统后进入燃料气管网，不排入大气的置换方案。具体内容是将柜位落底，T型围栏所连接的外侧橡胶膜与活塞所连接的内侧橡胶膜都处于向下拉伸垂直状态，气柜内油气空间不存在死角。进行氮气置换与T型围栏活塞同时全量程升起的置换效果基本一致。置换氮气（0.6 MPa）进入柜内产生较高速的搅动形成湍流状态，很容易达到混合均匀，使得柜内各死角均能被氮气置换，消除了柜内燃气的存留。

置换的燃料气与氮气气体排入燃料气管网，供正在陆续停工的生产装置使用，实现了燃料气系统的统一气体置换。过高的氮气是否会影响生产装置末期运行，通过表1数据与实际运行数据查看，燃料其中氮气量增加对生产装置的影响极小，而且还有相应的应急措施（生产装置陆续降量停工，燃料气用量为零，仅仅锅炉使用燃料气约4000 m3/h，锅炉以使用燃油为主）。置换气去向排向燃料气管网，直至合格后再改排火炬放空系统。

此次置换共计4次。最后一次将活塞提升至5 m。置换结果完全合格，氧含量小于1%[2]。2台气柜耗氮量比全量程升降活塞T型围栏的置换方法（置换3次）节省氮气12×104m3（标）。同时，气柜内燃料气（接近6000 m3）全部送入燃料气管网，消灭了VOCs的向大气排放。

采用该置换方法，避免了多次全程置换充氮时间（尤其生产装置陆续停工期间氮气用量紧张，充氮时间延长），节省时间及氮气用量。同样进行氮气置换，低柜位与全量程柜位情况下的耗氮量明显立判。系统中压缩机系统（包括换热器等）、脱硫系统全部通过气柜置换氮气置换，节省了单独置换的氮气消耗。最大限度减少了VOCs排放大气：置换的气柜内残余燃料气与氮气混合气经由压缩机、脱硫塔等设备送入燃料气管网，供装置消耗。消除了向大气排。

为确定气柜内气体是否置换合格关键在于气体采样点确定。采集样品具有气柜内气体代表性，就能确保置换成功。根据相关标准规定[3]：大型储罐气体在不断得到补充的情况下，通常以采取部位样品或在气体离开储罐出口进行间断或连续采样。确定出在储罐出口附近采集间断样，在紧急放散阀处采取部位样品。因为紧急放散阀与罐壁接口处（6.600 m）处于T型围栏托架的上缘、活塞密封膜的连接口处，具有代表性。

2.3 化学清洗

气柜内壁化学清洗目的是将易燃的硫化物或析出硫清除，防止与空气接触自燃。清洗时需将活塞支腿支起，活塞支起高度1.2 m，活塞环墙高0.9 m，活塞总重约130 t。注入清水及化学试剂混合液如过多，液体波动会造成对活塞的冲击，使支腿损坏或活塞漂移，冲击T型围栏托架，造成损坏托架或气柜柜壁，化学清洗时清洗液充入量以低于支腿高度为宜。本次清洗液位高度为1.2 m。

2.4 气柜检修的橡胶膜更换

气柜密封橡胶膜接触大气侧采用丁晴橡胶+聚氯烯高温共混胶料，接触介质侧采用特种丁晴橡胶。骨架层为三维单层的多轴向织物结构，两侧表面均为麻面。石化企业气柜回收燃料气含氢量高（渗透力强）、组分复杂（含烷烃、环烷烃、芳烃等）、硫化氢含量高[4]，要求橡胶膜具有严密性、耐磨性、抗腐性、耐久性、弹性与相当强度[5]。

丁晴橡胶(NBR)具有优异耐油性耐溶剂性，能有效地阻止气体分子扩散，但极性大的溶剂对它有溶胀作用，其耐臭耐候性差。但聚氯乙烯（PVC）较之有良好的耐臭耐候性，与丁晴橡胶（NBR）共混后，具有良好的耐溶剂型，同时可提高屈挠性能、耐H2S气体、抗撕耐磨性。

储气柜用橡胶密封膜标准对橡胶膜具体性能的具体要求见表3。

表3 密封膜物理性质

橡胶膜更换是气柜检修的重要步骤，单柜膜费用达120万元，占气柜检修总费用的80%。鉴于橡胶膜已运行6年，且炼制原油中含硫原油量较多，决定更换橡胶膜。在拆卸下的橡胶膜检查中看出膜状态完好，目测无任何异常。膜表面未发现气泡、脱皮、褶皱打折情况。现场人力全力折叠膜未见异常，表明该橡胶膜仍处于完好状态。

出现这一情况有以下原因：

1）未按设计工况对比。虽然设计说明给出大修期间隔年限约10年。但设计考虑可燃气组成H2S含量远高于实际量。

2）未对气柜橡胶膜进行全面相重点结合的实地长期观察。橡胶膜外观检查的项目主要有膜是否褶皱、脱皮、产生气泡。褶皱、脱皮原因之一是活塞旋转、偏移（包括T型围栏）以及活塞快速升降时的漂移偏转。从检修实地观察可看出气柜防旋转装置状态良好，T型围栏上导向轮无任何接触柜壁痕迹。从调平装置的运行灵活性表明活塞漂移情况几近没有；橡胶膜老化是由于长期反复运行致使橡胶膜折叠次数超出橡胶膜疲劳极限所致。一般发生部位在气柜外膜上部即T型围栏顶升位置附近[6]；橡胶膜紧固件脱落致使橡胶膜密封升降过程局部膜受力不均，长时间运行造成膜局部失效；以上情况完全可以在重点部位进行经常性的检查，为橡胶膜的运行寿命判断提供有力依据。实际上却缺少日常对这些部位检查，在确定气柜检修项目内容时无法提供参考。

3）日常监测项目缺少，不能提供可靠的数据供借鉴。气柜运行过程都已实现了DCS控制。如柜位、活塞运行上下限、柜内压力波动、温度等都设有监控检、测措施，满足气柜正常运行需要。气柜内件升降次数却少有记录，无法核对气柜实际内件升降次数（与规范规定疲劳试验80万次要求比对）；缺少柜底凝液的酸碱性分析，因为含S气体进入柜体形成酸性物对出现打折处橡胶膜腐蚀，在内压作用下造成膜开裂。

气柜在正常运行时应考虑增加气柜内件升降次数记录；进行阶段性的抽测柜底凝液酸碱性，对气柜橡胶膜使用寿命的掌握及预防损伤的加大提供有利依据。通过实地更换橡胶膜的目测及运行环境分析，可以判断出橡胶膜实际仍可运行一个周期（3年）。

综上所述，对于有2台气柜或多台气柜的炼化企业，可以考虑对其中1台气柜先行检修，对橡胶膜性能进行专业检测，确定在用橡胶膜是否继续使用，减少盲目更换造成的不必要浪费。

3 节能效果

氮气置换原采用方案是用6 kg/cm2氮气充入使整个活塞全量程升起，通过紧急放散口放空。反复两次后采样分析，不合格继续置换。以置换3次计耗氮气量约13×104m3。考虑充氮气时活塞在最低柜位，是保证活塞不落底，故以3 m柜位计入，单柜容积残存VOCs气体约2744 m3。

现在采用方案是活塞落地，进行置换，最后一次升起5 m。用氮气量为5000 m3/台。柜内剩余燃料气全部进入燃料气管网，达到零排放。将系统（压缩机，脱硫塔、换热器、分液罐）一并置换，可已实现系统的检修安全，消灭燃料气外排，消除了环境污染。

由此可以得出采用活塞落底方式置换方案，较全量程置换方案可节约氮气12×104m3（标），减少燃料气排放近6000 m3。

4 结论

1）在气柜检修与企业整体检修同步进行时，要考虑整个燃料气回收系统同时进行整体气体置换。即减少作业拆卸点，又共用置换氮气气体，还可将气柜内残存燃料气全部利用。

2）气柜进行氮气置换时，将柜位降至最低进行。两台2×104m3气柜置换消耗氮气量较全量程升降置换节省氮气12×104m3（标）。

3）增加气柜内件升降次数与柜底凝液的酸碱性分析，为橡胶膜使用寿命确定确定提供可靠数据，避免盲目更换橡胶膜造成不必要消耗。

[1]郭维新.惰性气体5.4万m3气柜检修置换工艺方案选择[J].山西科技，2015（1）：123-124.

[2]国家安全生产监督管理局.工业企业煤气安全规程：GB 6222—2005[S].北京：中国标准出版社，2005：1-29.

[3]全国化学标准化技术委员会.气体化工产品采样通则：GB/ T 6681-2003[S].北京：中国标准出版社，2003：1-20.

[4]蔡斌.回收火炬用干式气柜橡胶膜的研制与应用[J].合成橡胶工业，2001，24（6）：365-367.

[5]贾留昌.卷帘型干式气柜的泄漏分析[J].广州石化，2013，41（2）：111-113.

[6]吴志伟，李辉.威金斯型煤气柜泄漏原因分析及处理措施[J].冶金动力，2013（2）：24-25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.006

2017-02-18

（编辑 贾洪来）

屈晓禾，2014年毕业于天津理工大学（国际工商管理专业），从事油气储运操作工作，E-mail：936714830@qq.com，地址：云南省安宁市昆畹东路8号中国石油安宁大厦，650399。