网站地图 加入收藏 设为首页 原创论文网,覆盖经济,法律,医学,建筑,艺术等800余专业,提供60万篇论文资料免费参考

不同行业橡胶膜密封储气罐的技术发展和应用情况

作者:原创论文网 时间:2017-05-11 17:25 加入收藏
摘要

  1、概述

  橡胶膜密封储气罐为全焊接钢结构,按储存气体种类分为高炉煤气橡胶膜密封储气罐和焦炉煤气橡胶膜密封储气罐; 按活塞结构形式分为单段式活塞橡胶膜密封储气罐和二段式活塞橡胶膜密封储气罐; 按橡胶膜材料种类分为普通橡胶膜( 丁腈橡胶为主要成分) 密封储气罐和氟橡胶膜( 含氟橡胶为主要成分) 密封储气罐。无特殊强调,本文中的橡胶膜密封储气罐均指普通橡胶膜密封储气罐。与低压湿式储气罐和稀油密封储气罐相比,橡胶膜密封储气罐具有许多优点: 重量轻,地基处理费用低,抗风抗震性能优异,冬季在寒冷地区使用不需要供暖,运行能耗低,运行管理方便。目前橡胶膜密封储气罐已广泛应用于燃气、钢铁、化工和煤炭等行业[1]。

  本文主要介绍橡胶膜密封储气罐在不同行业中的技术发展和应用情况,包括高炉煤气橡胶膜密封储气罐、焦炉煤气橡胶膜密封储气罐及单段式活塞橡胶膜密封储气罐的应用情况。

  2、高炉煤气橡胶膜密封储气罐

  2. 1、高炉煤气橡胶膜密封储气罐的应用情况

  低压湿式储气罐由于自身结构原因,存在储存压力多级化、储气压力低、活塞升降速度慢等问题,不适合储存压力相对较高的高炉煤气,一般采用稀油密封储气罐和橡胶膜密封储气罐储存高炉煤气。

  2002 年以来,工业领域开始采用设计压力在 8 ~ 12kPa 范围内的橡胶膜密封储气罐储存高炉煤气、电石炉煤气。其较高的设计压力能够充分利用进气端的煤气压力( >14 kPa) ,直接给厂内其他设备供气( 一般其他设备用气压力在 6 ~ 10 kPa) ,以省去在出气管道上配置加压机。这样,不仅方便运行,还节省造价及运行费用,同时提高了安全性。

  2. 2、橡胶膜密封储气罐储存高炉煤气的优势

  与稀油密封储气罐相比,橡胶膜密封储气罐储存高炉煤气具有以下优势:① 稀油密封储气罐的活塞安全升降速度不超过 1. 5 m/min,储存高炉煤气存在气体回收速度慢等问题。橡胶膜密封储气罐升降速度较快,可以达到 4. 0 ~ 5. 0 m/min,适用于气体吞吐量较大的工况。② 稀油密封储气罐采用稀油作为密封机构,气体中的粉尘溶解在密封油中,降低密封油的闪点和燃点,影响储气罐的安全性能; 粉尘会磨损密封机构,降低储气罐使用寿命。橡胶膜密封储气罐采用橡胶膜作为密封机构,可以将含有粉尘的气体密封在储气罐内部,干净环保,橡胶膜不会与高炉煤气发生反应。③ 稀油密封储气罐在寒冷地区使用时需要加热密封油,如果遇到超过设计范围的低温天气,密封油从储气罐顶部油箱向下流动过程中可能在壁板上凝结而损坏密封机构。橡胶膜的最低使用温度可达- 40 ℃ ,因此,橡胶膜密封储气罐适合在寒冷地区使用。④ 稀油密封储气罐运行需要消耗电力、水和热介质,橡胶膜密封储气罐运行过程中没有这些消耗,运行费用低。因此,本文推荐采用橡胶膜密封储气罐储存 8~ 12 kPa 的高炉煤气。

  2. 3、存在的问题

  橡胶膜密封储气罐储存高炉煤气的主要技术问题是结构构件受力复杂,常规二布三胶橡胶膜的强度无法满足要求。为此,可以利用有限元分析软件计算各结构构件的应力和应变,根据计算结果结合工程经验选择合理断面尺寸[2]; 橡胶膜采用两层帘子布中间加设米字布,形成三布四胶的骨架结构形式,可承受最高 15 kPa 的储气压力。

  3、单段式活塞橡胶膜密封储气罐

  3. 1、橡胶膜密封储气罐活塞的发展过程

  单段式活塞的活塞架只有一段,升降过程中活塞高度不变; 二段式活塞包括活塞架和 T 型围栏,上升过程中活塞架先升起,达到 T 型围栏高度,顶起 T 型围栏与其一同上升,活塞高度在升降过程中发生变化。20 世纪 90 年代,橡胶膜生产设备落后,工业领域中 2 ×104m3及以上容积橡胶膜密封储气罐采用二段式活塞。随着生产技术进步,橡胶膜生产设备不断更新,国内橡胶膜粘接长度可达 19 m,基本能够满足 15 × 104m3及以下单段式活塞橡胶膜密封储气罐的使用要求。单段式活塞橡胶膜密封储气罐于 2010 年左右在我国正式开发应用,天津市天重江天重工有限公司投资建设的有效容积为 5 ×104m3、设计压力为 3 kPa 的储气罐为我国投产的第1 台单段式活塞橡胶膜密封储气罐。截至目前,全国已经投产的单段式活塞橡胶膜密封储气罐已超过50 台。

  3. 2、单段式活塞与二段式活塞的比较

  ① 采用单段式活塞可以保证储气压力稳定,即储气压力与活塞重量产生的压力相当,更容易满足工艺要求。二段式活塞由于在升降过程中活塞重量变化,导致储气压力波动[3]。

  ② 单段式活塞运行比二段式活塞更加平稳安全,二段式活塞在顶起 T 围栏的过程中造成活塞整体重心位置变化,易使活塞发生倾斜、漂移和扭转,相对而言,二段式活塞的故障率高于单段式活塞[4]。

  单段式活塞橡胶膜密封储气罐已在我国得到广泛应用,并且逐渐替代原有二段式活塞,实现橡胶膜密封储气罐的更新换代。

  4、焦炉煤气橡胶膜密封储气罐

  4. 1、焦炉煤气橡胶膜密封储气罐使用状况

  目前我国储存焦炉煤气常用的储气罐有稀油密封储气罐、低压湿式储气罐和橡胶膜密封储气罐 3种。国内采用橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气的相关技术已经研发了大约 10 a 左右。2006 年邢台市煤气热力总公司投资建设一台 5 ×104m3橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气,该厂煤气经过二级净化,苯、萘、焦油和硫化氢的质量浓度均小于 20 mg/m3,因此,采用以丁腈橡胶为主要成分的普通橡胶膜。

  到目前为止,该储气罐已经运行 10 a,运行状况良好。2010 年湖北省大冶特殊钢股份有限公司改建一台 5 ×104m3橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气。

  由于该项目的焦炉煤气未经净化,煤气中含有大量苯、萘、焦油和硫化氢,实际运行时焦油质量浓度约为 300 mg/m3。2014 年底进行储气罐检查时发现,该储气罐的氟橡胶膜腐蚀迹象逐渐严重。因此,初步确定氟橡胶膜储存未经净化焦炉煤气的设计使用寿命为 4 ~6 a。

  4. 2、焦炉煤气橡胶膜密封储气罐存在的问题

  采用丁腈橡胶为主要成分的普通橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气,焦炉煤气中含有焦油、苯、萘、硫化氢及 C6以上气体,有可能与橡胶膜发生反应,造成橡胶结构链断裂,橡胶膜膨化、分层、粘接处失去粘接力,橡胶膜整体拉开从而发生破坏。国内相关试验表明,当焦炉煤气中焦油、苯、萘各自的质量浓度超过20 mg/m3,硫化氢体积分数超过3%时,容易发生上述破坏。在未净化焦炉煤气的气质条件下,普通橡胶膜使用寿命得不到可靠保证,要求焦炉煤气在进入储气罐之前必须经过脱硫、洗萘、电捕焦油等净化工序,以保证气体质量符合设计要求,在此条件下才可以采用普通橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气。

  针对普通橡胶膜存在的问题,经过对橡胶膜结构骨架和橡胶成分的研究,目前可以采用含氟橡胶为主的氟橡胶膜密封储气罐储存未净化的焦炉煤气。氟橡胶膜具有较好的抗腐蚀性能,允许煤气中焦油质量浓度达到 300 mg/m3,而且新粘接方法使得氟橡胶膜比普通橡胶膜具有更高粘接强度。国产氟橡胶膜价格大约比国外进口氟橡胶膜低 50%。

  4. 3、焦炉煤气橡胶膜密封储气罐的优点

  与低压湿式储气罐和稀油密封储气罐相比,焦炉煤气橡胶膜密封储气罐具有以下优点。

  ① 安全性受煤气杂质影响小焦炉煤气中含有苯、萘、焦油和硫化氢等杂质,对低压湿式储气罐的腐蚀比较严重,尤其钢结构频繁在水中升降,硫化氢对其腐蚀更为严重。储存未经净化的焦炉煤气时,一般 8 a 左右低压湿式储气罐容易发生漏气甚至完全报废。稀油密封储气罐储存未经净化的焦炉煤气时,气体中的杂质溶解在密封油中,造成密封油闪点和燃点降低,影响储气罐安全性能,而且气体中的粉尘颗粒影响密封效果。因此,稀油密封储气罐应经常更换密封油以保证储气罐安全运行。采用氟橡胶膜密封储气罐储存未经净化的焦炉煤气,运行安全性受苯、萘、焦油和硫化氢等杂质的影响小。

  ② 适合寒冷地区使用在寒冷地区,为了避免水槽结冰,低压湿式储气罐需在水槽内加设蒸汽管道伴热以保证储气罐正常运行。因此,在寒冷地区的运行费用较高。在寒冷地区,稀油密封储气罐运行同样需加热密封油,否则密封油凝结造成活塞无法运行。冬季与夏季密封油的黏度也应做一定调整,保证密封油系统正常运行。

  橡胶膜密封储气罐冬季无须加热,适合寒冷地区使用,橡胶膜可承受的最低温度约为 - 40 ℃,基本能够满足我国北方地区使用要求。

  ③ 活塞运行速度快低压湿式储气罐的活塞升降速度为 0. 9 m/min; 稀油密封储气罐活塞最快升降速度为 1. 5 m /min; 橡胶膜密封储气罐运行速度最快,活塞升降速度可达 5. 0 m/min[5]。

  ④ 能耗低,易于管理低压湿式储气罐日常运行中耗水、耗热、耗电,管理流程复杂,在寒冷地区和大风地区更应注意安全管理[6]。稀油密封储气罐运行中耗热、耗电、耗油,需要有专职管理人员。如果停电时间过长,会造成密封油补油量不够,密封系统漏气等事故。运行一段时间后,活塞导轮导辊磨损严重,需要维修密封系统。橡胶膜密封储气罐管理简单,运行时无能源消耗,可以实现自动运行,在冬季和台风条件下优越性较明显。

  ⑤ 地基处理费用低低压湿式储气罐需配置满堂水槽,且运行时对地基不均匀沉降要求较为严格,在软弱地基和不均匀地基条件下需打满堂桩,地基处理费用较高[7]。稀油密封储气罐重量较轻,而且活塞运行对地基不均匀沉降要求较为严格,遇到软弱地基时需打桩[8]。由于上部荷载通过立柱传给环梁基础,只需在环梁基础下打桩,比低压湿式储气罐节省地基处理费用。

  橡胶膜密封储气罐重量最轻,且对地基沉降均匀性要求相对宽松,适用于软弱地基条件,地基处理费用与低压湿式储气罐及稀油密封储气罐相比较低。

  ⑥ 运行费用较低以寒冷地区有效容积为 5 ×104m3的储气罐为例进行比较。低压湿式储气罐运行费用包括: 冬季耗热 20 ×104元/a; 每 5 a 进行防腐维护,费用约 40 × 104元,平均 8 ×104元/a。总计 28 ×104元/a。

  稀油密封储气罐运行费用包括: 电费 40 × 104元/a; 冬季耗热费用 25 ×104元/a; 更换补充密封油平均 40 × 104元/a; 更换密封机构 15 × 104元/a,更换密封机构期间需停产 45 d; 检修费用 25 ×104元/a,检修部件包括油泵、电梯、吊笼、导轮、密封机构、油泵站等。总计 145 ×104元/a。橡胶膜密封储气罐工作时不需要消耗电能,主要运行费用包括: 每 5 a 更换橡胶膜,费用约 200 ×104元,平均 40 ×104元/a,更换橡胶膜需停产 45 d;检修费用 2 × 104元/a,检修部件包括导轮、钢丝绳等。总计 42 ×104元/a。

  5、结论和建议

  ① 储存 8 ~12 kPa 高炉煤气适合选用单段式活塞普通橡胶膜密封储气罐。

  ② 采用单段式活塞可以保证储气压力稳定,单段式活塞运行比二段式活塞更加平稳安全,建设单段式活塞橡胶膜密封储气罐是今后发展趋势。

  ③ 与低压湿式储气罐和稀油密封储气罐相比,橡胶膜密封储气罐具有重量轻、地基处理费用低、密封性能好、运行速度快、运行无能源消耗、易于管理等优点。

  ④ 关于选用橡胶膜密封储气罐储存焦炉煤气,提出如下建议:

  a. 当储存未经净化焦炉煤气时,应采用以含氟橡胶为主的氟橡胶膜,使用寿命一般为 4 ~ 6 a。不建议采用丁腈橡胶为主要成分的普通橡胶膜密封储气罐储存未经净化的焦炉煤气。

  b. 氟橡胶膜使用寿命与煤气中苯、萘和焦油含量有直接关系,建议采取脱硫、洗萘、电捕焦油等净化工序,以提高氟橡胶膜使用寿命。

  c. 从管理流程难易程度考虑,本文推荐采用橡胶膜密封储气罐。寒冷地区有效容积为 5 ×104m3的橡胶膜密封储气罐每年运行费用约为 42 × 104元,相同容积稀油密封储气罐每年的运行费用相对较高,约为 145 × 104元/a,因此,从运行费用考虑,本文推荐采用橡胶膜密封储气罐。

  参考文献:
  [1] 曹开朗,李伟,蔡斌,等. 干式储气罐橡胶密封膜性能的研究[J]. 煤气与热力,2005,25( 12) : 1 -5.
  [2] 王新敏. ANSYS 工程结构数值分析[M]. 北京: 人民交通出版社,2012: 262 -272.
  [3] 姜德进,李伟. 干式储气罐若干问题的探讨[J]. 冶金动力,2008( 4) : 19 -22.
  [4] 王晖,张琪,李伟. 维金斯储气罐中 T 围栏静力与稳定性分析[J]. 特种结构,2013,30( 2) : 48 -50.
  [5] 黄红祥,李伟. 橡胶膜密封干式储气罐的运行管理与维护[J]. 煤气与热力,2006,26( 3) : 1 -3.
  [6] 李伟,陈娟,刘兰慧,等. 燃气低压储气罐储气压力及罐位的控制[J]. 煤气与热力,2002,22( 2) : 144 -146.
  [7] 曹开朗,李建勋,李伟. 低压储气罐技术经济比较及选型[J]. 煤气与热力,2001,21( 1) : 66 -68.
  [8] 李伟,王文军. 高炉煤气橡胶膜密封干式储气罐的技术分析[J]. 煤气与热力,2003,23( 12) : 746 -750.


上一篇:飞机用复合材料层压板的偏离及工程处理方法
下一篇:混纺纱线各组分分布判断中二步法染色与等离子技术的运用
重要提示:转载本站信息须注明来源:原创论文网,具体权责及声明请参阅网站声明。
阅读提示:请自行判断信息的真实性及观点的正误,本站概不负责。
别人都分享了,你还在等什么?赶快分享吧!
更多
不同行业橡胶膜密封储气罐的技术发展和应用情况相关文章
我们的服务
联系我们
热门推荐
热门推荐
快速导航: