新材料应用对储罐内浮顶结构发展趋势推动探讨

(保定市新华石化设备制造有限公司， 河北 保定 071051)

新材料应用对储罐内浮顶结构发展趋势推动探讨

段冠军

(保定市新华石化设备制造有限公司， 河北 保定 071051)

内浮顶是一种安装在石油化工液体储罐中用来防止储液挥发损失的装置。随着新材料的不断出现及非金属材料在性能及制作工艺方面的创新，对内浮顶储罐的结构设计及制造工艺也产生一些变革。近几年开发了很多可规模化生产的新型材料，如发泡铝合金、阻燃且含氧指数大大提高的玻璃钢以及密度与发泡聚氨酯相当、但不燃烧的酚醛发泡塑料，这些材料在储罐内浮顶上的应用必然对传统的内浮顶的技术创新起到推动作用。

储罐； 内浮顶； 发泡铝合金； 玻璃钢； 酚醛发泡塑料； 应用

内浮顶是一种安装在石油储罐或其它化工液体储罐中可以随液面上、下浮动的盘状装置。采用内浮顶装置可以完全覆盖罐内的液面，避免易挥发的液体表面暴露在空气中，不仅可大幅度减少储存液体蒸发造成的损失，而且可以减少对环境的污染，降低火灾风险。采用内浮顶是世界公认的降低固定顶油罐油品蒸发的最有效、最经济的方之一。

20世纪60年代以来，国内外主要发展了3种类型内浮顶装置：①钢制焊接内浮顶，结构形式主要有浅盘式、浮舱式和环舱式，材质为4.5～6.0 mm钢板，制造方法是在现场进行焊接。② 铝合金、不锈钢浮筒式内浮顶、铝合金浮箱式内浮顶，其结构形式为井字形与三角形，材质为0.5～2.5 mm的不锈钢板和铝合金板，预先制造好后在现场进行装配。③非金属内浮顶，其结构形式主要有玻璃钢内浮顶及塑胶浮子金属骨架内浮顶两种，其中玻璃钢内浮顶制造方式是在现场支撑模板后进行层层刷涂成型，材质主要为树脂与玻璃毡。

任何产品的型式、结构都与产品设计定型时的材料、工艺、技术现状有着直接的关系。随着新技术、新材料、新工艺的不断推新，内浮顶的结构形式必然会发生变化，使内浮顶防止储液挥发的效能更高，制作与安装、维修更加快捷方便。文中对新材料的创新对储罐内浮顶结构发展趋势的影响进行了简单的探讨，以供同行借鉴。

1 发泡铝合金在储罐内浮顶的应用

发泡铝合金属是近年来发展起来的一种新型结构材料[1]。早在20世纪40年代初期，很多国家就对泡沫金属材料进行研究[2]，但由于发泡工艺很难控制， 一直未得到发展，直到80年代末期才取得长足的进展，并可进行规模化生产。

发泡铝合金密度为0.2～0.4 g/cm3[3],可制成闭泡状态，具有轻质、不燃、隔热及隔音等良好的性能，可制成板状等型材，已应用于航空航天、 高铁、电子及军工等高科技领域。

用发泡铝合金制造内浮顶，完全可用成型的发泡铝合金板材作为覆盖液面的浮力元件，但发泡铝合金弹性模量较低[4]，需在内浮顶结构中用铝合金型材做主副梁，以承受浮顶运行中的力荷载。由于直接覆盖油面(属于浸入式)，消除了浮筒式内浮顶浮筒与蒙皮间产生的油气空间，发泡铝合金内部是闭泡结构，其浮力是自重的近4倍，因此发泡铝合金制作的内浮顶不会沉盘。

发泡铝合金制作的内浮顶结构示意图见图1。

图1 发泡铝合金内浮顶结构示图

2 非金属材料在储罐内浮顶的应用

2.1玻璃钢

国外已有用玻璃钢制作内浮顶的先例，其专利技术归荷兰DM Tank Systems 公司所属，中海壳牌南海石化项目10万m3原料油罐中引进了玻璃钢内浮顶技术[5]。

玻璃钢内浮顶结构由中间层蜂巢板和加强型玻璃钢上、下面层组成，其主要材料为环氧乙烯树脂、无碱短切玻璃纤维毡和聚丙烯蜂巢板，上、下两层加强型玻璃纤维板由玻璃毡和树脂组成。树脂通过特殊的树脂泵和喷枪喷涂在玻璃毡上，树脂凝固后与玻璃毡一起形成加强玻璃纤维板，也就是通常所说的玻璃钢。中间层蜂巢板用来抵抗剪切变形并增加内浮顶厚度和惯性模量，可以满足重量轻、强度高、刚度大、隔热及保温等多项性能要求。

采用玻璃钢制作的内浮顶整体密度只有190 kg/m3(低于储液的密度)，且整体铺设在液面的表面，支撑浮顶及附加重量的浮力基本上可达自重的3.5倍。即使发生故障，内浮顶仍浮于液面，不会有沉盘现象出现。

玻璃钢内浮顶具有导电性能好、能与多种化工溶液相容以及抗化学腐蚀性良好的显著特点，可填补腐蚀性较强的储液不能用铝合金内浮顶的空缺。玻璃钢内浮顶的不足之处是现场制作比较繁琐，不仅需要预制玻璃钢粘接成型模板，而且成型后还要用蒸汽对玻璃钢进行固化。随着今后玻璃钢类材料的创新及制作工艺的发展，玻璃钢内浮顶在防火、耐热性能及使用寿命上都会得到提高，制作工艺会简化，广泛应用于储存各类介质的玻璃钢内浮顶设计制造是完全可能的。

玻璃钢制作的内浮顶结构示意图见图2。

图2 玻璃钢内浮顶示意图

2.2酚醛泡沫塑料

酚醛泡沫塑料是近几年发展起来的一种新型泡沫塑料[6]，是由酚醛树脂加入阻燃剂、抑烟剂、发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。

酚醛泡沫塑料最为突出的特点是难燃、低烟以及抗高温歧变，可以通过现场浇注发泡，可模制也可机械加工，可制成板材、管壳及各种异型产品，不仅克服了泡沫塑料型保温材料易燃、多烟及遇热变形的缺点，而且还保留了泡沫塑料型保温材料质轻、施工方便等特点。酚醛发泡塑料与聚氨酯发泡塑料性能比较见表1[7]。

表1 酚醛发泡塑料与聚氨酯发泡塑料性能比较

本世纪初，国内有企业采用硬质闭孔聚氨酯塑胶作为浮力元件，制成全铺式硬质闭孔聚氨酯塑胶浮子钢骨架内浮顶[7]，主要由钢骨架、用薄铝板包裹的硬质闭孔聚氨酯塑胶浮子组成。塑胶浮子呈全铺方式并浸入液面，无油气空间，节能效果明显。此结构在国内石油储罐工程中有应用实例，但因聚氨酯阻燃及静电导出问题而未能推广。

若采用酚醛发泡板作为浮力元件，阻燃问题可能会得到解决。酚醛发泡板强度比其他发泡塑料材料都高，可以任意切割，在制作上比聚氨酯发泡材料更方便快捷。随着近几年对酚醛发泡材料的不断研究与发展，酚醛发泡材料的性能及制作工艺都会提高和简化，在石油储罐内浮顶上会得到广泛应用。

酚醛发泡塑料制作的内浮顶结构示意图见图3。

图3 酚醛发泡板内浮顶示图

3 结语

储罐内浮顶使用的材料需要满足阻燃与导静电性能这两个基本性能。

泡沫铝合金板本身不燃烧，用其制作的内浮顶能和浮筒式铝浮顶的阻燃性性能相同，防火性能达到DIN5510-2:2009《轨道车辆防火措施-第二部分：材料和构件的燃烧特性和燃烧并发现象》的要求[8]。泡沫铝合金为金属导体，相互连接至导静电装置接入储罐导出。

玻璃钢阻燃性能已得到很大提高，可制成氧指数超过35%、力学性能好的自熄性聚酯[9]。导电性能是将石墨掺在树脂中，将静电导出[10]。

酚醛发泡塑料具有闭孔结构均匀、导热系数低及阻燃性能好的显著特点，在火焰的直接作下具有结炭熔化现象[11,12]，抗火焰穿透时间可达1 h。导静电性能可在制作发泡板时在中间放置金属格网，使静电导出至内浮顶框架。

一种新材料的使用是逐渐被认识的过程，文中所述材料终会用于内浮顶。

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(许编)

DiscussionofDevelopmentTrendofNewMaterialforInnerFloatingRoofStorageTankStructure

DUANGuan-jun

(Hebei Xinhua Petrochemical Equipment Manufacturing Corp. Ltd., Baoding 071051， China)

The internal floating roof is a device which is installed in the oil or chemical liquid storage tank to prevent the loss of liquid storage. With the emergence of new material and non metal materials in the process and performance of innovation, inevitable internal floating roof structure design, manufacturing processes to produce change, from the development in recent years and large-scale production of new materials, such as foamed aluminum alloy, flame retardant and containing oxygen index greatly enhance the glass steel, density and the polyurethane foam quite, but not burning the phenolic foam plastics, these materials in storage tank floating roof application inevitable technological innovation on the traditional internal floating roof to promote, some discussion on the application of the floating roof from the new material.

storage tank； internal floating roof； foamed aluminum alloy; glass fiber reinforced plastics; phenolic foam; application

TQ050.4； TE977

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.011

1000-7466(2017)02-0051-04

2016-10-12

段冠军(1953-)，男，河北保定人，高级工程师，多年从事储罐内浮顶的设计及研究工作。