卷帘型干式气柜橡胶密封膜使用管理

王孝忠， 苏同君， 李伟娟， 田付海， 王 博

(中国石油化工股份有限公司 石家庄炼化分公司， 河北 石家庄 050099)

气柜在炼油企业用作生产装置低压瓦斯的收集设备。按密封型式，气柜主要分为干式气柜和湿式气柜。湿式气柜采用水密封，干式气柜采用润滑油、润滑脂或橡胶膜密封。湿式气柜由于耗水量大、维护困难，已经被逐渐淘汰。干式气柜中的卷帘型气柜亦称威金斯气柜，具有节水、节能、结构简单、自重轻、升降灵活、压力稳定、对地基要求不高、不受寒冷气候影响及腐蚀风险小等优点，自20世纪90年代末开始在石化行业大量推广应用[1]。气柜的投用避免了瓦斯通过火炬直接烧掉，具有平衡全厂瓦斯、节约能源，保护环境的多重作用，是炼油企业长周期运行的重要保障之一[2]。

卷帘型气柜以橡胶膜为主要密封装置，橡胶密封膜的平稳运行是制约气柜能否长周期运行的主要因素。某炼油厂于2000年新增1台处理能力2万m3的卷帘型干式气柜，文中结合日常工作实践对该气柜橡胶密封膜的使用管理情况进行探讨。

1 气柜基本结构及部件功能

1.1 基本结构

某炼油厂卷帘型干式密封型气柜储存介质为瓦斯气，公称体积20 000 m3，储存压力3～4 kPa，储存温度-15～60 ℃，活塞行程22.5 m，柜体直径34.3 m，檐口高度28.5 m，柜体全高33.8 m，侧板段数19，密封段数2，底面积928 m2。该气柜主要由柜体、活塞、T型挡板、橡胶密封膜、波纹板和其他附属部件组成，见图1[2]。

图1 卷帘型干式气柜结构简图

1.2 部件功能

1.2.1 柜体和活塞

柜体是气体存储的主要空间，也是气柜的结构主体，必须同时具备严密性和适当的刚度，以防气体泄漏和抵抗自重及其调平等系统产生的压力，因此是一个焊接的钢结构整体，由支柱、底板、壁板和顶板组成。活塞通过上下运动实现气柜对瓦斯气的吞吐，其周边布置水泥块配重用于保持气柜的压力稳定，在气柜首次投用时通过调整配重保证活塞不发生倾斜。

1.2.2 T型挡板和波纹板

T型挡板是分段式气柜的关键部件。分段式气柜适用于橡胶膜气柜使用受限的应用场合，由T型挡板在结构上接力橡胶膜以实现气柜储量的提升。T型挡板为桁架结构，由角钢、工字钢等焊接而成。T型挡板的下端为环形钢结构密封槽，上端为环形外伸支架。在活塞围栏和T型挡板的外侧安装有波纹板,波纹板的作用是保护橡胶密封膜，使之在上下折叠运动中不被钢结构划伤。

1.2.3 橡胶密封膜

橡胶密封膜为干式气柜的核心部件，包括外密封膜和内密封膜。内密封膜的一端与活塞外圈密封连接，另一端与T型挡板密封槽的内圈密封连接；外密封膜的一端与T型挡板密封槽的外圈密封连接，另一端与柜壁11 m高度处密封连接。这样，活塞—内密封膜—T型挡板密封槽—外密封膜—11 m高度下方气柜壁面—柜底，组成了一个密闭的空间用于储存低压瓦斯。

1.2.4 其他附属部件

气柜的附属部件主要包括平衡调节系统和放散系统。平衡调节系统沿柜体均布，总共有4组，通过8根 Ø20 mm钢丝绳一端连接活塞，另一端连接配重坨，以气柜顶上的大滑轮为支点，保证活塞在上下运行过程中的自动平衡。放散系统是气柜的安保设施，在气柜的顶部设有4个机械式放散阀，当气柜液位高于最高报警液位时，活塞就会顶开放散阀顶杆使气体放空，保证气柜的安全。

2 橡胶密封膜使用管理

2.1 选型

选型时要熟悉橡胶密封膜的生产技术和质量控制要求[3-5]。橡胶密封膜通常为胶料(介质侧)+胶布+胶料(大气侧)3层结构。胶布由双层浸胶帘线布按左右45°垂直交叉粘合而成，由于目前的胶布生产线不可能生产特别宽的胶布，该产品无法一次成型，故采用多块胶布拼接。单块胶布的宽度为2 600 mm，一般搭接长度为100 mm，要求搭接部分的机械强度不低于常规部位。橡胶密封膜的两面均使用专门研制的NBR+PVC+HNBR共混胶料，接触介质侧为PVC+HNBR，接触空气侧为NBR+PVC。出厂的橡胶膜要有质量合格证明，其各项性能指标需满足相关标准和规范要求[6-7]。

2.2 安装

安装过程中应重点做好运输、吊装和紧固环节的管理及控制[8-10]。在向气柜内运输橡胶密封膜前，应咨询厂家了解包装的整体尺寸，并依据包装箱尺寸在气柜壁开适宜的检修门孔，拆除波纹板，留出检修通道，预制运输导轨过桥。活塞表面用棉布保护，防止损伤新膜。吊装可采用卷扬机、手动倒链、内部吊装等多种方式，推荐采用电动葫芦整体吊装。电动葫芦整体吊装需在气柜柜顶的18个透光孔上方先焊接好门型支架，然后在支架上设置电动葫芦。电动葫芦钢丝绳下端与密封膜夹具固定。18套电动葫芦采用控制柜集中控制，可一起启动，也可以单独启动，能最大程度地满足橡胶密封膜起吊时的平衡和均匀受力需求。

在安装前要仔细检查波纹板、侧板等与橡胶密封膜摩擦接触处有无棱角、尖锐物等缺陷。各个密封面要打磨干净，不允许有严重的变形，密封胶要清理干净，所有螺栓孔应平滑，不允许有卷边、毛刺等存在。检查橡胶密封膜与密封圈上螺栓孔的个数及螺栓孔的间距， 必须保证一一对应，不得偏斜和错位。安装时首先找到上端密封圈上的基准点，再使用线坠确定下端密封圈及橡胶密封膜上对应的螺栓孔。在密封槽的螺栓孔中有一段非标孔，孔距不一致，要留到最后安装以吸纳最后的安装误差。

密封膜到货型式为圆筒状，上下两端直径一致，但实际运行时固定端与活动端在直径方向上有约 600 mm的间隙，因此在周长方向上端要比下端长约 2 m。由于橡胶密封膜有很好的弹性，周长为 100 m时，约 2 m的变形可以自行吸收。因此在安装上端时应适当拉伸，安装下端时要防止产生褶皱。安装时要沿着同一方向安装，而且上下端安装要保持同步进行。 密封腻子要粘贴均匀，不能有间断，不得用力拉伸，按照∞形状布置。紧固螺栓时，第一遍要预紧，待整套膜都固定好后再整体紧固，紧固力的大小以将腻子挤出为宜。

2.3 气密试运行

橡胶密封膜安装完毕，检查质量合格后要进行气密试运行，充空气使活塞上下运行几次，调节活塞的水平度，调节活塞与侧板、T挡板与柜壁面之间的间隙，使之符合规定[11]。气柜的气密试运行要结合现场泄漏试验与理论核算综合进行。在充气的过程中，要用发泡剂对4圈密封进行仔细检查，发现泄漏及时处理，另外还要对气柜的人孔、介质出入口法兰、放空管线上的法兰等部位作静密封检查。活塞支腿抽出后，要对活塞支腿法兰密封情况进行检查。以上所有部位检查无泄漏后，对气柜进行90%体积充气，然后静置7 d，进行理论核算。气柜的泄漏率用体积变化率来表征,计算公式如下[12]。

A=(V0初-V0终)/V0×100%

其中V0=273Vt(pt-p分+p)/(273+t)×760

式中,A为泄漏率，%；V0初为试验开始干空气标准体积，V0终为试验终了干空气标准体积，Vt为测量时大气压和温度条件下的储气体积，m3；t为测量时气柜内空气温度，℃；pt为测量时的大气压力，p分为平均温度条件下的水蒸气风压，p为测量时气柜内的空气压力，kPa。

泄漏率A≤2%时，即可判定气密试验合格。生产紧急时一般不需要静置7 d， 2万 m3的气柜静置48 h后物位下降小于 114 mm即为合格。

在活塞上下行过程中要测量活塞的水平度，通过活塞上的配重调整，保证活塞水平在±30 mm、活塞与T型挡板之间的间隙在(370±145) mm、T型挡板与气柜壁面的间隙为(370±120) mm。要测量调平装置连接活塞的钢丝绳紧力，保证均匀。要测量钢丝绳的垂直度，以保证钢丝绳在气柜顶上的固定点与活塞上的点在一条垂线上。如果不在一条垂线上, 钢丝绳在引导活塞及T型围栏上下运动过程中, 就会使活塞及T型围栏逐渐旋转及偏移, 这样就使橡胶密封内膜或外膜发生扭曲拉扯等现象, 同时会使活塞与T型围栏碰撞或使T型围栏与壁板相碰撞，严重时会损坏密封膜。

2.4 腐蚀介质控制

工艺介质是影响橡胶密封膜安稳运行的重要因素之一。瓦斯中影响橡胶密封膜的有害气体主要有3种，第1种是酸性气(如H2S、CO2等)，第2种是具有很强渗透力的H2，第3种是苯、甲苯等溶剂类物质。这几种气体通过对橡胶大分子的反应、渗透、溶解等作用使橡胶密封膜变硬、脆化、失去弹性。因此必须严格控制瓦斯中腐蚀气体含量[13]。

某炼油厂瓦斯成分采样分析结果见表1。

表1 某炼油厂瓦斯成分采样分析结果

从表1可以看出，H2S质量浓度一直较高，大约15 000 mg/m3，H2是一种不稳定因素(含量由上游装置决定)。要解决介质对橡胶密封膜运行的影响，在日常操作中一是要加强对腐蚀介质的监控，定期对瓦斯气进行采样分析，二是要严格控制介质温度，介质温度的升高会加速橡胶密封膜的老化。

具体的腐蚀介质控制方法有：① 禁止高质量浓度H2S气体进入气柜。在焦化装置大吹气过程中，瓦斯夹带高质量浓度H2S气体、焦粉等成分进入气柜，为避免气柜橡胶密封膜长期接触高质量浓度H2S气体造成损坏，应减少焦化大吹气进入气柜，直接放火炬燃烧或增加脱硫设施。 ② 禁止含芳烃类组分气体进入气柜。瓦斯组分中的芳烃类组分对气柜橡胶密封膜接缝粘结剂有不良影响，重整芳烃装置尾气进入气柜量虽少，但对气柜橡胶密封膜损害最大[14-15]。③ 禁止液态烃等重组分进入气柜。生产装置大量放空引发进入气柜的气量瞬间急增，造成气柜活塞偏移。液态烃重组分还会对气柜橡胶密封膜产生损害，威胁气柜的安全运行。在催化等装置停工或事故状态下大量放空时，应关闭气柜入口阀门，直接放火炬燃烧，减少液化气组分对气柜橡胶密封膜的损害。④ 禁止装置扫线蒸汽等高温气体组分进入气柜。橡胶密封膜的正常使用温度为-15～60 ℃，装置大量扫线介质温度高，造成对橡胶密封膜的损害。

2.5 日常维护

日常维护不仅要对橡胶密封膜进行检查维护，还要对影响到橡胶密封膜安全运行的其他部位进行定期检查和维护。

2.5.1 平衡调节系统

平衡调节系统发生故障可间接损坏橡胶密封膜。定期检查活塞与T型挡板、T型挡板与气柜壁面的间隙，间隙过小就有可能造成橡胶膜的磨损。定期对滑轮、钢丝绳等部件加注润滑油，保证调平系统无卡阻。每年对平衡调节系统进行一次综合检查，检查钢丝绳有无断丝、松动，检查滑轮的磨损情况。要严格控制活塞的升降速度，活塞的运行速度应不大于1 m/min, 防止活塞的倾覆。

2.5.2 放散系统

放散系统是气柜的安保系统，如果气柜的放散系统发生故障, 不能有效地将柜内气体放散,活塞就会冲顶, 造成活塞倾斜和橡胶密封膜被拉坏等严重事故。应定期对放散阀的腐蚀情况和导轨进行检查。可以在放散蝶阀关闭情况下检查自动放散阀的开启灵活性，检查手动放散机构滑轮、钢丝绳的润滑情况，根据需要及时加注润滑油。

2.5.3 仪表监控系统

仪表监控系统日常巡检中要关注瓦斯的压力、温度有无异常。对可燃气及硫化氢报警仪定期进行校验，保证仪表功能的完好。每年定期对气柜避雷接地情况进行测试，确保连接可靠。气柜的各种报警、联锁要确保完好投运。

3 结语

卷帘型干式气柜橡胶密封膜的选型、安装、气密试运行、介质腐蚀物含量及日常维护相对独立又相互关联，是一种相辅相成、互相影响和制约的关系。任何一处出现短板都会影响到整体使用效果，所以在橡胶密封膜使用管理中一定要全盘考虑，使其能够长周期运行。