油庫上裝密閉發(fā)油鶴管的技術(shù)特點(diǎn)及需要解決的問題

       根據(jù)油庫油氣回收系統(tǒng)的工藝要求，分析了現(xiàn)有油庫上裝發(fā)油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)油氣密閉收集的技術(shù)難點(diǎn)及需要解決的問題。借鑒下裝式發(fā)油的技術(shù)特點(diǎn)，研發(fā)了上裝密閉發(fā)油系統(tǒng)，提出了鶴管系統(tǒng)及油罐車改造方案。在對(duì)現(xiàn)有油庫上裝發(fā)油鶴管不進(jìn)行大規(guī)模改造的前提下，實(shí)現(xiàn)了上裝密閉發(fā)油，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，效果良好。
       關(guān)鍵詞：油庫油氣回收上裝密閉發(fā)油鶴管
       汽油等輕質(zhì)油品、苯、甲苯等低沸點(diǎn)易揮發(fā)液體在收發(fā)作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)氣體（以下簡(jiǎn)稱VOC），造成嚴(yán)重的蒸發(fā)損耗。VOC既污染環(huán)境、又損害操作人員身體健康。另外，高濃度的VOC積聚，容易形成爆炸性混合氣體，對(duì)生產(chǎn)安全構(gòu)成直接威脅。
       目前國內(nèi)油庫密閉發(fā)油有兩種方式，一種為上裝密閉發(fā)油，另一種為下裝密閉發(fā)油。下裝發(fā)油因其投資成本高、施工周期長，在現(xiàn)有油庫推廣具有一定的難度。
       通過對(duì)油庫密閉發(fā)油技術(shù)的研究，提出了在油庫現(xiàn)有敞開式上裝發(fā)油鶴管基礎(chǔ)上，改造成密閉上裝發(fā)油的鶴管方案，可有效地提高油庫油氣回收系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)密閉上部裝車，并具有與下裝密閉發(fā)油設(shè)備相同的功能，實(shí)現(xiàn)成本的小化，在中國石化廣東石油分公司部分油庫應(yīng)用，取得較好的效果。
1現(xiàn)有油庫密閉裝車方式對(duì)比
1.1上裝密閉發(fā)油方式
       目前國內(nèi)油庫普遍采用上裝式鶴管，這種類型上裝鶴管均是源于德國CONNEX公司20世紀(jì)80年代末的技術(shù)。由于其外臂末端的彎頭與人孔蓋發(fā)生干涉，懸在罐口之上而無法實(shí)現(xiàn)真正密閉裝車。
       為了滿足上裝發(fā)油密閉性要求，生產(chǎn)商在鶴管的垂管部分固定安裝氣囊結(jié)構(gòu)、壓蓋結(jié)構(gòu)和圓錐結(jié)構(gòu)（圖1），利用鶴管的重力或其他外力，使密閉面與裝油口形成線密閉，以達(dá)到阻止油氣外泄的目的，但使用效果并不理想。
a)錐形帽密閉b)壓蓋式上c)氣囊式上
上裝鶴管裝密閉鶴管裝密閉鶴管
圖1幾種在用的上裝密閉發(fā)油鶴管
       氣囊密閉裝車鶴管是利用安裝在垂管處的彈性氣囊密閉裝置進(jìn)行密閉。彈性氣囊經(jīng)過充氣可以產(chǎn)生彈性變形。該裝置的特點(diǎn)是當(dāng)裝油口的尺寸、規(guī)格不一致時(shí)，彈性氣囊都能實(shí)現(xiàn)密閉裝車。但是，該裝置氣囊材料為軟體橡膠，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，易于發(fā)生老化或者漏氣，嚴(yán)重影響密閉效果。
       壓蓋式上裝密閉鶴管，是利用汽缸經(jīng)密閉蓋壓緊在裝油口的一種裝車方式。一般來說，在裝車過程中，鶴管與裝油口的對(duì)位不能十分準(zhǔn)確，垂管有可能傾斜，這樣就造成密閉蓋的不對(duì)正，密閉失效。
       密閉罩式上裝鶴管將整個(gè)裝油口用密閉罩密閉，壓緊力采用偏心壓桿，其密閉效果與壓蓋式相同。
1.2現(xiàn)有上裝密閉發(fā)油鶴管存在的問題
       a）需要較大的向下壓力，克服罐內(nèi)氣體壓力、發(fā)油的反推力，實(shí)現(xiàn)密閉機(jī)構(gòu)與裝油口之間的密閉。
       b）由于不同油罐車的注油口尺寸規(guī)格不統(tǒng)一，造成鶴管與油罐車的密閉不好；因此難以形成良好密閉，油氣依然外泄。
       c）難于垂直定位，造成密閉不嚴(yán)。鶴管與裝油口的對(duì)位是依靠鶴管或槽車移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。垂管一般不在垂直于裝油口中垂線位置，而存在一定傾斜；此時(shí)的密閉機(jī)構(gòu)與裝油口之間難于形成密閉面，造成油氣泄漏。
       d）密閉材料本身存在缺陷。硬密閉材料，變形差，難以形成良好密閉；軟密閉材料，容易磨損。
       e）裝完車后，鶴管內(nèi)易殘留汽油，揮發(fā)損耗，污染環(huán)境。
1.3下裝密閉發(fā)油方式
       由于上裝鶴管裝車密閉性問題不易解決，20世紀(jì)80年代中期，歐洲開始采用油罐車下裝方式。與傳統(tǒng)的上裝方式相比，它更有利于環(huán)保，使用安全，操作快捷。目前已經(jīng)成為北美、歐洲國家的主要的油罐車充裝方式。下裝方式是指鶴管與油罐車底部對(duì)接的裝置，由旋轉(zhuǎn)接頭、軟管、平衡系統(tǒng)和對(duì)接接頭組成，如圖2所示。
下裝鶴管的優(yōu)點(diǎn)是：
       a）安全性高。操作工不需要爬到油槽車的頂部去進(jìn)行操作，降低高空作業(yè)的危險(xiǎn)。
       b）下裝鶴管實(shí)現(xiàn)液下裝油，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)裝車，不像上裝方式油流對(duì)罐底的沖擊產(chǎn)生大量的靜電，解決了不安全隱患。
       c）沒有油氣泄漏。液下裝油，配合氣相回收線，實(shí)現(xiàn)了密閉裝車。
       d）操作方便。下裝鶴管利用快速接頭，便于與罐車進(jìn)行對(duì)接。方便快捷實(shí)現(xiàn)單車多品種裝車，而不用頻繁移動(dòng)罐車。
       e）自動(dòng)化程度高。經(jīng)過模塊化集成，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化發(fā)油。
圖2下裝鶴管裝車方式
       雖然下裝鶴管具有較明顯的密閉性優(yōu)點(diǎn)，但是其主要的問題在于改造工程量大，設(shè)備成本高、占地面積大，因而在現(xiàn)有的油庫中全面推廣存在一定的難度。
       針對(duì)上述問題，研發(fā)密閉效果好、既具有下裝鶴管優(yōu)點(diǎn)，又具有改造工程量小、成本低的特點(diǎn)的上裝密閉發(fā)油鶴管是在上裝發(fā)油條件下解決油氣回收問題的關(guān)鍵。
2上裝密閉發(fā)油鶴管關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
2.1快速分離閥的設(shè)計(jì)
       下裝鶴管之所以能夠?qū)崿F(xiàn)密閉發(fā)油，關(guān)鍵設(shè)備是基于APIRP1004標(biāo)準(zhǔn)的干式閥。干式閥實(shí)現(xiàn)密閉的原理是閥芯能夠在彈簧的作用下，自動(dòng)回位封閉。由于液體靜壓作用，干式閥在分離過程中會(huì)有少量的泄漏，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，其泄漏量應(yīng)少于5mL。
       上裝快速分離閥是借鑒下裝鶴管的干式閥工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。由于快速分離閥位于液面以上，上裝發(fā)油的壓力小于下裝發(fā)油，考慮到制造方便，將干式閥碰鉤連接鎖緊機(jī)構(gòu)修改采用快速接頭的偏心凸輪夾緊機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的變化。
       其工作原理是當(dāng)兩部分閥體對(duì)接后，陰端偏心凸輪夾緊扣入陽端閥座壓緊槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)陰、陽端閥座密閉對(duì)接，閥芯緊密相對(duì)。轉(zhuǎn)動(dòng)陰端操作手柄，通過閥芯凸輪軸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，推動(dòng)陰端閥芯移動(dòng)，使陽端閥芯離開閥座，打開通道，介質(zhì)可以流過。關(guān)閉時(shí)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，陰端閥芯后退關(guān)閉陰端；陽端閥芯在彈簧作用下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。
       由于快速分離閥分離時(shí)不承受液體靜壓，且陰、陽端閥芯能分別快速封閉各自閥座，所以沒有任何殘余油品和油氣泄漏，實(shí)際測(cè)試泄漏量少于1mL，實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保的裝車。這種零泄漏快速分離接頭陰端安裝在上裝鶴管的軟管末端，陽端安裝在罐車改造后裝車人孔蓋上。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
A、陰端B、陽端C、實(shí)物照片
圖3快速分離閥
2.2鶴管的改造
       為了降低改造成本，佳途徑就是利用原有的鶴管結(jié)構(gòu)。在改造中，僅將原鶴管的硬質(zhì)垂管部分以金屬軟管更換，并在末端安裝陰端分離閥，其余結(jié)構(gòu)不變。軟管的長度確定后，要根據(jù)所更換的垂管重量來調(diào)整原有鶴管的平衡配重，保證使用的靈活性。
2.3油罐車的改造
       由于上裝密閉發(fā)油鶴管與罐車采用快速分離閥連接，因此現(xiàn)有油罐車必須經(jīng)過改造才能實(shí)現(xiàn)密閉發(fā)油。在汽車油罐車改造設(shè)計(jì)方案上，提出了少改動(dòng)、不動(dòng)火、簡(jiǎn)化安裝、降低成本的原則，盡量只改動(dòng)油罐車人孔蓋部件。在人孔蓋部件上，安裝了上裝快速分離閥（陽端）接頭、帶自封的油氣快速接頭；還有從安全保護(hù)的要求出發(fā)，安裝防靜電溢油探桿，并與集散定量裝車系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)裝車自動(dòng)化；根據(jù)浸沒式發(fā)油的要求，在人孔蓋下固定安裝垂管，使垂管下部與油罐底的距離符合安全要求，避免液體飛濺產(chǎn)生靜電。
       具體的油罐車改造方案如圖4所示。油罐車人孔蓋改造前后對(duì)比見圖5。
圖4上裝密閉鶴管油罐車改造方案
a）改造前發(fā)油b）改造后發(fā)油
圖5油罐車人孔蓋改造前后對(duì)比
2.4實(shí)際應(yīng)用
       為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性及適用性，該系統(tǒng)于2009年5月安裝在中國石化廣東石油分公司油庫裝車現(xiàn)場(chǎng)試用，實(shí)現(xiàn)了密閉式上裝發(fā)油。系統(tǒng)自投用以來，各項(xiàng)功能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，裝車系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)裝車過程油氣零泄漏，油氣回收系統(tǒng)的回收效果明顯，效率成倍提高。
改造后的油庫上裝密閉發(fā)油鶴管主要具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
       a）密閉上裝發(fā)油鶴管與下裝發(fā)油鶴管比，投資少，施工工程量��；配合氣相回收線，沒有油氣泄漏，實(shí)現(xiàn)了密閉裝車，明顯改善作業(yè)場(chǎng)地環(huán)境。
       b）上裝快速分離閥，具有快速結(jié)合與快速分離的特點(diǎn)，操作方便；在分離的過程中兩端都能同時(shí)自動(dòng)封閉。平均分離泄漏量小于1mL；優(yōu)于GB20950標(biāo)準(zhǔn)分離泄漏量小于10mL的要求，也優(yōu)于APIRP1004標(biāo)準(zhǔn)分離泄漏量5mL的要求。
       c）整套方案中實(shí)現(xiàn)了防溢油、靜電報(bào)警，油氣壓力檢測(cè)等模塊化設(shè)計(jì)，與棧臺(tái)發(fā)油系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)油。
       d）罐車進(jìn)油管直接固定安裝于人孔蓋上，避免鶴管進(jìn)出人孔，實(shí)現(xiàn)油罐車密閉和浸沒式發(fā)油，避免油品噴濺產(chǎn)生靜電隱患。
       圍繞提高油氣回收系統(tǒng)中對(duì)裝車環(huán)節(jié)的密閉性的要求，從降低改造成本，提高密閉性兩個(gè)方面，對(duì)現(xiàn)有的上裝式裝車系統(tǒng)進(jìn)行改造。借鑒下裝密閉發(fā)油的干式閥技術(shù)，把上裝發(fā)油鶴管部分改為快速分離閥鶴管，同時(shí)油罐車進(jìn)行配套改造，形成了上裝發(fā)油密閉鶴管系統(tǒng)。本系統(tǒng)降低了投資，減少了油品損耗，并且可有效地提高油庫油氣回收系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)了更安全、更有效的密閉上部裝車方式。