某核电厂浮顶储罐泄漏分析及缺陷处理

唐俊杰

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222042）

0 引言

浮顶储罐当前广泛应用于石化行业，主要解决油品的蒸发损失问题[1]。经过多年发展，其在核电领域的应用也在逐步扩大。某核电厂采用一种具有薄膜套浮顶结构的除盐水储罐，用于防止除盐水的蒸发及污染，保证系统的正常运行[2-3]。

1 浮顶储罐泄漏

在调试期间，该核电厂对除盐水储罐进行充水，当水位到达约6 m 位置时，调试人员发现薄膜套与罐体密封连接部位发生泄漏（图1）。

图1 容器结构

浮顶储罐薄膜套与罐体的密封主要依靠压板将薄膜套与密封胶带挤压在罐壁上，250 颗均匀分布的开槽沉头螺钉与容器外侧的螺帽通过螺纹提供压紧力（图2）。密封胶带作为密封元件，主要材料为丁腈橡胶，具有优异的密封性能[4]。其产品性能及安装质量，对浮顶储罐的密封性具有重要影响。

2 泄漏原因分析

传统螺栓—法兰—垫片密封结构，主要依靠螺栓预紧作用使垫片发生压缩—回弹，将法兰面的微小凹坑完全填充，并维持一定的比压力，实现阻挡内部介质流出的目的。根据密封结构分析，浮顶罐发生泄漏的主要原因应为螺栓预紧力不足，导致垫片比压力不足，无法保证密封效果。

2.1 螺栓紧固力

通过查阅该核电厂的操作文件，对于丁腈橡胶垫片，其操作程序要求垫片的压缩率应在40%～70%，故螺栓压紧力应按照W0=F0=EεA 计算。其中，F0为螺栓的拉力，E 螺栓材料的弹性模量，ε 为在翻转力矩作用下的拉应变量，A 为螺栓测试段的截面积。

对丁腈橡胶取弹性模量为6.963 MPa、压缩率为40%时，计算可得单颗螺栓最小压紧力为4560 N[5]。

已知螺钉规格为M10 mm，故可计算螺钉的最小拧紧力矩T=KFD。其中，T 为扭矩，K 为扭矩系数，F 为轴向力或者角预紧力，D 为螺栓公称直径。

当K 值取0.14[6]，计算得螺钉的拧紧力矩为6.8 N·m。由于该密封结构采用开槽沉头螺钉，不能采用力矩扳手预紧，即在操作过程中无法保证预紧力。事后通过与作业人员的沟通，也证实了上述分析，故预紧力不足是造成浮顶储罐泄漏的直接原因。

2.2 隔膜安装操作

螺栓预紧方式包括力矩紧固法、转角控制法以及拉伸控制法等，该浮顶储罐在设计中并未明确紧固要求。且通过与同行电厂沟通，垫片部件在之前同类浮顶储罐的设计中并不存在，该垫片规格为Φ20/10 mm，厚度δ=3 mm，材料为丁苯橡胶。操作人员以往的安装经验不能适用于该螺钉的安装预紧，螺钉安装预紧要求不明确是造成该浮顶储罐泄漏的根本原因。

3 泄漏缺陷处理

3.1 薄膜套密封结构优化

通过对浮顶储罐泄漏分析，当密封胶带压紧力不足导致密封失效时，内部介质通过螺纹间隙流出，直接导致泄漏发生。故在垫圈与螺母间增加橡胶密封垫片，即在密封胶带密封失效时提供二次密封，降低介质泄漏风险（图4）。

图2 浮顶储罐密封结构

图3 设计中增加的垫片

3.2 薄膜套安装过程中的控制措施

该浮顶储罐薄膜套与罐体密封的安装操作具有工作量大、人员配合困难、风险高的特点。操作时需一名作业人员站立在浮顶上紧固螺钉，同时另一人在储罐外侧的对应螺钉处固定该位置的螺母，防止螺钉与螺母同时转动。

紧固操作时，作业人员将螺钉紧固至使垫片压紧至使垫片变形至与螺钉端部紧密贴合的状态（图5）。在后续调试工作中，对该浮顶储罐反复充水—排水并未发生该处泄漏现象，验证了该缺陷处理的可靠性。

4 结语

通过对浮顶储罐泄漏问题的分析，得出薄膜套与储罐连接处发生泄漏的原因主要有两个：压紧螺钉的预紧力不足是导致泄漏的直接原因；浮顶储罐设计中未明确安装预计要求且操作人员经验不足，是导致泄漏的根本原因。

在缺陷处理过程中，对该浮顶储罐的密封结构进行优化，增加二次密封，进一步降低了介质泄漏风险。同时对压紧螺钉的安装操作进行了明确，保证了密封结构的可靠性。

在后续的调试过程中，该浮顶储罐未发生泄漏现象，为其他电厂该型储罐的调试及运行工作提供了参考。

图4 优化后的密封结构

图5 螺钉紧固后状态