浮顶罐密封装置专利分析

尚万 朱新新

摘 要：文章从专利分析的角度对国内外浮顶罐密封装置的专利进行统计分析，对专利申请量年度发展趋势、主要技术分支和重点申请人、以及浮顶罐密封装置专利技术的发展演进等方面进行了分析，为国内相关企业进行浮顶罐密封装置的专利技术开发、布局提供一定的参考。

关键词：浮顶罐密封；专利分析；重点申请人；技术演进

中图分类号：TQ053.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0022-02

Abstract： From the point of view of patent analysis， this paper makes a statistical analysis on the patents of the sealing device of floating roof tank at home and abroad. The annual development trend of patent application， the main technical branches and key applicants， and the development and evolution of patent technology for floating roof tank sealing device are analyzed. It provides a certain reference for domestic enterprises to develop and layout the patent technology of floating roof tank sealing device.

Keywords： floating roof tank seal； patent analysis； key applicant； technical evolution

引言

在化工行业中，通常采用储罐形式存储原油等化工产品，由于浮顶储罐设置了漂浮在液面的浮顶，使得油气的挥发损耗减少到最低程度，因而被广泛应用。浮顶是一种覆盖在油面上，由钢材制成的并随油面升降的盘状结构物。但由于制造以及运行浮顶的需要，在罐壁与浮顶间有一个环形空间，其成为浮顶储罐油气损耗、污染以及引发火灾的主要源由。据统计，1951年至1995年直径超过30mm的浮顶储罐火灾事故中密封圈火灾占72.8%。由此可见，浮顶与罐壁之间的环状缝隙需要采取合理有效的密封方式，从而确保储罐的正常运行，最大程度地降低原油损耗，为罐区的安全提供有效保障[1][2]。本文从专利分析[3]的角度对浮顶罐密封装置的专利进行统计分析。

1 浮顶罐密封装置专利申请量年度发展趋势

国外对于浮顶储罐密封的研究已经非常成熟，国内从1987年提交一份专利申请开始，到目前为止，浮顶罐密封装置也取得了快速的发展。浮顶罐密封装置的专利申请量年度发展趋势如图1所示：

从图1可以看出，浮顶罐密封装置的专利申请最早出现在20世纪初，从20世纪20年代至80年代取得了快速的发展，期间受全球经济形势的影响，在20世纪60年代中期以及80年代末期，申请量有所减少，从20世纪90年代之后一直处于平稳的发展。而中国关于浮顶罐密封装置的专利申请最早出现在1987年，到2010年都一直处于平稳发展阶段，从2011年开始，浮顶罐密封装置的专利申请量呈现快速增长的趋势。

2 浮顶罐密封装置专利主要技术分支及重点申请人

浮顶罐密封装置的专利主要涉及5个技术分支，即机械密封、弹性泡沫（或填料）密封、流体密封、舌形密封以及磁力密封。在全球范围内前10位重点申请人的专利申请及其主要技术如图2所示：

从图2中可以看出，全球范围内前10位申请人所涉及的技术主要是机械密封以及弹性泡沫（或填料）密封以及流体密封领域，舌形密封和磁力密封所占比例较小。其中，芝加哥桥梁钢铁公司重点在机械密封，同时还涉及弹性泡沫（或填料）密封以及流体密封，并涉及少量的舌形密封；JOHN HENRY WIGGINS和格雷弗油罐制造公司的研究方向主要集中在机械密封；ELECTRICITE DE FRANCE公司的研究方向則非常专一，仅涉及流体密封；中石化重点研究弹性泡沫（或填料）密封，也涉及机械密封、流体密封、舌形密封以及磁力密封。

3 浮顶罐密封装置专利技术演进

浮顶罐密封装置专利技术发展演进路线如图3所示。

从图3中可以看出，浮顶罐密封装置专利申请的发展大致经历了三个阶段，即1970年之前各技术分支不断发展阶段，1970年至2000年的安全节能的二次密封阶段，以及2000年之后的更有效密封阶段。

3.1 各技术分支不断发展阶段

机械密封起源最早也是研究最多的技术分支，该领域第一份专利申请就是弹簧式机械密封，在之后的几十年时间里，相继出现了密封效果更好的弹簧式机械密封装置（US1892144、DE1759513）和炮架式、滚轮式以及重锤式等（US1662225、US2897998）其他机械密封装置。

在机械密封出现不久之后，1924年GLASS CLIFTON A提出第一份弹性填料密封装置申请（US1674038），其通过在扩张的分段管内填充沙砾等重物实现了浮顶罐边缘与罐壁之间的密封。之后美国芝加哥桥梁钢铁公司的专利中公开了填充海绵状橡胶的技术方案（US2523292），在此基础上哈蒙德钢铁厂于1957年研发的密封装置中填充海绵状橡胶填充物（US2914212）、美国芝加哥桥梁钢铁公司于1960年研发了填充发泡材料的密封装置，这些装置适应性更为良好，具有更良好的密封效果。

1935年，芝加哥桥梁钢铁公司研究了一种充液式流体密封（US2085752），其在浮顶与罐壁之间设置内袋和外袋，并在内袋和外袋中填充不同液体，使内袋中的液压大于外袋中的液压，通过两者的液压差使得外袋可靠地密封浮顶与罐壁之间的空隙；之后该公司又对充液式流体密封的支撑以及液位保持等方面进行了改进。1962年，匹兹堡得梅因钢铁公司发明的充液式流体密封（US3116850）具有更强的适应性。

1945年芝加哥橋梁钢铁公司发明了舌形密封（US2459178），之后美国通用运输公司提出了一种舌形密封（US3439829），提高了密封效果。

磁力密封出现比较晚，研究得也比较少，1960年匹兹堡得梅因钢铁公司首先提出了磁力装置密封（GB917310），其在浮顶罐的罐壁与浮顶壁之间设置了两条具有磁性的弹性带，一条贴近浮顶罐罐壁，另一条则贴靠在浮顶壁上，还可以在两磁性带之间布置发泡材料，以使两磁性带保持间隔状态；随后，在上述方案的基础上，增加了辅助磁性块或磁性棒（US3033413）以提高密封效果。

3.2 安全节能的二次密封阶段

随着技术的发展，对浮顶罐的节能提出了更高的要求，同时浮顶罐发生火灾等安全事故的现象也频繁出现，因此，考虑安全和节能，浮顶罐纷纷都采用了“双重密封”的密封方式。芝加哥桥梁钢铁公司率先在机械密封方式上增加一个二次密封装置，有效的防止蒸发损失。之后，WO09620886、US4238953、US4130217以及US5560509等专利分别在机械密封、弹性泡沫或填料密封、流体密封上增加一个二次密封装置，形成双重密封，具有良好的适应性和密封效果，有效的防止了蒸发损失。另外，专利JPH08310592以及CN1079917等增设灭火装置，确保储罐运行安全。

3.3 更有效的密封阶段

由于一、二次密封之间容易存在油气，并且蒸发的油气对环境有一定影响，因此，2000年以后，要求更为有效的密封出现。主要有两种方式，第一种就是对原有的一、二次密封进行改进，如：CN201351035Y、CN202284031等专利对机械式二次密封进行改进，进一步确保机械密封的密封效果；专利JP2010247861对作为一次密封的流体密封进行改进来确保密封效果；专利CN104370002A通过对作为一次密封的弹性填料密封的密封橡胶带进行改进，将其设置为整体式的T字形，并在一、二次密封之间填充占位的轻质填料，提高密封效果的同时还减少了一、二次密封之间的油气聚集。第二种方式为多种密封方式的相互组合，如专利US6354488B1通过在管40内填充弹性发泡材料或液体或气体，压迫顶端密封件确保密封；专利CN201102752Y以及CN204549005U通过弹性泡沫（或填料）密封和舌形密封的结合，进一步提高密封效果；专利CN204226645U提出了一种复合软密封装置，结合流体密封与弹性泡沫密封，克服了弹性泡沫的弹性失效和充液密封袋破裂的问题，提高密封效果，并基本消除油气蒸发的隐患。

4 结束语

本文从专利分析的角度重点分析了浮顶罐密封装置的专利申请量年度发展趋势、主要技术分支和重点申请人、以及浮顶罐密封装置专利技术的发展演进。虽然浮顶罐密封装置的专利技术发展已经比较成熟，但是对于更有效安全的密封装置仍然值得去研究并进行专利布局，比如考虑彻底消除油气空间或者研究新的密封方式。

参考文献：

[1]马文婷.大型外浮顶储罐密封结构对比和安全性探讨[J].化工装备技术，2014（2）：31-33.

[2]胡建春.浮顶油罐密封分析[J].中国设备工程，2002（12）：45-46.

[3]杨铁军.专利分析实务手册[M].北京：知识产权出版社，2012.