甲醇储罐的蒸发损耗分析及对策

2023-01-09徐丹

大众标准化 2022年23期

徐丹

（蓝星工程有限公司，北京 102208）

1 存储损耗分析

1.1 自然通风损耗

自然通风是甲醇出现挥发比较常见的问题之一，主要原因在于罐顶密封性不足，在灌顶上存在着孔眼，而由于介质密度与空气的密度不同，所以会导致内外产生压强差，罐内的气体不断向外排放，与此同时，储存罐外的气体也会通过上面的缺口进入到罐内部，所以由于储罐的缺陷引起了内外气体相互交换，通常把这种情况叫作自然通风损耗。主要产生的原因在于储罐在焊接的过程中存在着焊接缺陷。由此可知出现了自然通风损耗可能是储罐本身存在的问题，也可能是人为方面的原因，所以可以根据储罐的损耗原因进行针对性处理解决。

1.2 “小呼吸”损耗

小呼吸损耗指的是储存罐内部处于静止的状态时，内部的压强是不变的，但是，外界的环境会随着时间改变而改变，对于内部的温度压强等也不断增强，而导致了随着空气的进入内部，甲醇也就不断被消耗，这就是“小呼吸”消耗，通常也被称为禁止储存消耗，主要的原因往往在于随着时间的变化，温度也在发生改变，尤其是在中午的时间段温度变化会更大，温度的增高导致了罐内的温度也在不断增高，当达到临界值的时候，“小呼吸”损耗也就无法避免了。

1.3 “大呼吸”损耗

储罐在开始工作的时候，比如说是存放甲醇，就会导致储罐内部的液体高度会下降，这就会引起气体压力的变化，而内部的大气压小于外部的大气压，储存罐内外部产生了压强差，也就会形成外部的空气或者是其他气体不断被吸入，“小呼吸”损耗相比“大呼吸”损耗要大得多，也叫作动态损耗。除此之外储罐的耐压等级或者是周转的频率，以及地域的情况都有很大的关系。

2 蒸发损耗分析

2.1 通气部分造成的蒸发

一般来说，化工企业对于甲醇的利用率是非常高的，利用甲醇来生产一些环保用品，比如说聚乙烯等产品，但是即使通过良好的封闭也会存在一些蒸发，其原因在于罐顶部分以及周边的通气设施并没有达到完全隔绝空气，所以也就导致了内部的甲醇不断挥发，除此之外，空气部分造成的蒸发还与其他因素有关。比如说：在运输以及装料的时候温度的变化以及外部空气不断进入，而此时甲醇也能够通过空气向外进行排放。这就进一步导致了内部的损耗问题。

2.2 设备老化造成的蒸发

除了以上还存在着设备本身的问题，由于设备使用时间比较长，没有进行及时更换，或者当设备出现问题也是修修补补，久而久之设备不断老化，同时内浮盘与罐壁之间的一些密封材料也会由于时间的原因导致密封性不足，无法去阻挡外部的气体或者是内部的气体。除了技术上的原因或者是人为方面的原因之外，和设备本身出现的老化问题也有很大的关联性，可为今后降低甲醇损耗提供一些经验性的方案。

2.3 昼夜温差造成的蒸发

储罐在储存的时候，也会随着昼夜温差的变化而发生变化，原因在于由于温差变化，导致储罐内部浓度发生改变，当浓度降低的时候，甲醇就会产生蒸发损耗。对比之前，某一企业的生产情况来看，每天损耗甲醇大概在600 kg以上。如果算上整个厂区的甲醇损耗来看，那么一年下来，造成甲醇损耗的量将不计其数，如果再算上当年的价格来看，直接造成的经济损失高达将近700 000元。

3 蒸发损耗量计算公式

3.1 拱顶罐小呼吸计算公式

Lds指的是气体排放量；KE指的是产品因子；P是指蒸汽压力；D指的是储存罐的直径；H指的是蒸汽空间高度；T是平均温度差；FP指的是图层因子；C指的是调节因子；V指的是储存甲醇的平均质量。

3.2 拱顶罐大呼吸计算公式

LW指的是拱顶罐的工作损失；M指的是甲醇蒸汽的摩尔质量；P指的是介质温度下的蒸汽压力；KT指的是周转系数；KC指的是产品因子。

4 拱顶储罐的内浮顶改造设计方案

通过对于以往情况的科学考察与研究来看，对于储存罐出现的“小呼吸”消耗。与内部气压相关，而随着使用过程中，内部的甲醇逐渐减少，液面也在不断下降，“小呼吸”消耗也会越来越快，所以采用浮顶罐代替拱顶罐来储存甲醇，能够最大程度上减少甲醇的损耗问题，所以在解决的时候，优先采用内浮顶罐，通过科学的计算之后，能够发现后者甲醇损耗率要远远地小于前者，减少率甚至达到了60%以上，可见采用内浮顶罐带来的优势比起传统的固定顶储罐来说是非常明显的。

内浮顶罐主要设计结构包括：罐体、内浮顶、密封装置、通气孔、高液位报警器、导向防转装置、静电引出线等组成。

（1）罐体。内浮顶储罐的对接焊缝，其内表面必须光滑、无焊接毛刺。这是为了不妨碍内浮盘的自由升降、防止损坏密封件。故固定顶储罐改造成内浮顶罐时应将罐内壁焊缝的毛刺、尖角铲平磨光，以免运行中刮破密封胶袋。大多数内浮顶储罐上部开均布的通气孔，使内浮盘上部气体和大气相通。（2）内浮顶。内浮顶使罐内储液与大气隔绝，它漂浮于储液表面，随液面升降。在用的储罐，当需要改造为内浮顶罐时，采用铝制内浮顶是最佳的选择。根据相关的标准规定，浮顶浮力最小为浮顶质量的两倍，保证整体的安全系数，浮顶能够承受的力一定要大于两千牛。（3）密封装置。内浮盘与罐壁之间的密封通常采用弹性材料密封结构，也叫填料式密封。密封后一定要严格进行检查是否会存在漏气现象。可以用水探法，看是否有水流出，也可以采用光照法，利用光束照密封处，如果没有漏光，说明密封性完好。

（4）内浮盘。内浮盘采用4 mm钢板，同时设置立柱，支撑位置分为高低两个档次，在投用期间将浮盘降至700 mm处，最大程度增大内浮顶罐的有效容积，检修的过程中，浮盘要提高至1 800 mm，防止出现碰撞产生的火花，可以在钢法兰上加上一片铝法兰。

（5）罐顶透气孔。罐顶透气孔直径27 mm一个，位于中心，利用储罐顶部自带的通气孔两者形成良好的空气对流，罐顶部的三个通气孔完全能够满足透气要求。

（6）环向通气孔位置。提供足够的通风条件，使内浮盘上方空间的蒸汽浓度在爆燃范围之外。应该在罐壁设置若干个通气孔，以达到内外压平衡，一般来说，数量上不得小于4个，通气孔的总通气面积应至少满足0.06倍储罐直径。位置应根据泡沫消防管线的入口位置和内浮盘的边缘板高度来确定。

（7）进出管的结构形式。内浮顶罐的进管距离罐子底部一般不小于200 mm，出管尽可能地靠近罐底部，中心部位或管口距离储罐底部的距离尽可能地小，主要目的是为了增大使用容积，进管采用合理的扩散管的形式。

（8）实际案例分析及注意事项。本次要改造的储罐为甲醇罐区的粗甲醇罐200 m3，精甲醇罐200 m3，直径均为6 500 mm，高度均为6 000 mm，材质为Q235B。改造方式为：在原有储罐基础上增设内浮顶及氮封等安全设施，不改变储罐原有尺寸。增设的内浮顶采用不锈钢浮盘形式，密封圈材质选用囊式三元乙丙橡胶。把旧的固定顶储罐改造成内浮顶储罐需要注意以下几点：①根据现有的罐体尺寸，决定内浮盘的合理直径，应使罐壁的实际变形范围落在弹性密封元件的许用弹性工作范围之内。②安装前应彻底清罐，去除罐内所存在可燃、易爆的储液及蒸汽。经厂安全部门检查合格后方可动火。③旧罐罐底除设计时就存在一定坡度外，还存在因地基沉降而引起的变形，因此需要找平。④应将罐内壁焊缝的毛刺、尖角铲平磨光，以免运行中刮破密封胶袋。⑤控制内浮顶安装过程中的变形。⑥必须保证内浮盘在全行程上能无障碍地正常运行，在升降和静止过程中均处于水平漂浮状态。⑦全部安装完毕后进行充水试验，试验时检查罐壁有无异常变形，罐壁和内浮盘各部位有无渗漏。并注意观察内浮盘升降是否平稳，密封装置配套工程有无卡住和异常变形，发现故障和缺陷后应进行返修，返修后应重新充水试验。

5 其他降低甲醇储罐蒸发损耗的有益方式

（1）罐表面采用隔热涂料。温度问题一直是储存罐甲醇蒸发损耗的一个重要原因，所以在解决这类问题的时候，也可以通过降低温度的方式来对症下药，如何降低温度，来避免损耗的增多，可以在储存罐外部涂上防热材料。这样，无论是在昼夜温度差变化较大的地区还是在温度比较高的时间段，都能够最大程度上降低温度，这样就不会在内外部产生温度差，以保护内部的甲醇不再向外挥发，这样既达到了隔热降温的效果，也能够减少了成本的损耗。

（2）安装降温设施。除了以上降温的方式，也可以通过采用一些外部的设备来进行辅助降温，众所周知，水的比热容是最大的，体积相等的液体水的吸收热量能力最大，所以也可以采用表面淋水的方式来进行外部降温，与涂料相比，淋水的方式，能够在相同的时间内将温度降到最低，如果两者能够结合使用那么温度降低的会更加明显，尤其是对于夏季度高温的时段来说，通过以上方式为储存罐进行降温，能够最大程度上降低甲醇蒸发损耗的难题，所以应该根据天气的情况以及地区的位置来考虑是否采用淋水降温的方式。

（3）简化周转流程。当储存罐开始工作的时候，为了防止甲醇进一步损耗，可以通过提前进行降温以弱化损耗的程度，同时，当向罐内充入甲醇时，应该尽量保证流速上要有所提高，单位面积内通过的甲醇体积在条件允许内尽可能的多，这样也是减少损耗的一种方式。除此之外，在充入甲醇时，应该首先采用刚刚使用过的储罐能够减少损耗，也可以在呼吸阀的底部安装挡板。

（4）采用回收装置。对于储存罐中的甲醇损耗问题，经过了历代相关人员不断探索实验，但就目前来看想要让储存罐内的甲醇达到零消耗是非常困难，甚至是不可能的，所以也要进一步利用好挥发的甲醇，防止其扩散到空气中，可以将储存甲醇的储存罐中的气体使用管道作为载体，另一头连接到集气罐中，这样用于排放损耗的甲醇，就能够及时的收紧，也进一步了保护了环境保障了人员的身体健康。

（5）提高顶部承压力。对于储存罐而言，一般是储存各类气体和液体的主要场所，所以必须要有良好的承压效果，因为储存罐储存无论是气体，还是液体，其内部的压强往往大于外部的压强，就会产生一定的压强差，如果此时储存罐的刚性不足，承压能力比较差，随着时间的增长，将会导致储存罐难以承受内外大气压强，这也进一步导致了本就是饱和状态的甲醇液体不断向外流出，所以在设备选择或者制造上面，一定要根据所储存的材料来进行，对于甲醇储存，需要提高储存罐抗压能力，不断改善焊接工艺，以降低甲醇的呼吸损耗和蒸发带来的损失。

（6）优化工艺。通过优化工艺的手段，精细到甲醇储存的每一个环。弱化频繁的流转现象，优化焊接工艺，焊接时，应该采用自动焊的方式，着重对储存罐罐顶进行焊接，保证顶部的方法，避免出现重焊、漏焊、未焊透等情况发生，也要避免出现晶间腐蚀，电流要控制，在合理范围内过大的电流和过小的电流，都容易导致在焊接的过程中出现缺陷问题，同时，在焊接的过程中也要进行预焊，程序设置要科学。所以通过焊接手段防止储存罐出现气孔，也能进一步降低甲醇的蒸发损耗。

（7）强化储罐日常维护。因为储存罐一旦投入使用，就很难进行更换，一旦出现问题，也会采用及时维修的方式进行解决，所以当储存罐出现问题的时候如果没有得到及时解决，其内部的甲醇依然会不断外泄，那么就应该派遣专业人士根据各企业的相关规章制度，遵循操作流程，及时对相关储存设备进行定期查看、了解、维护和保养，检查储存罐的密封程度以及其他各部分的完整性。保证常态化的进行跟进，在储存罐使用比较频繁的时候，应缩短维护和保养的周期，从根源上解决甲醇蒸发和损耗的问题。