油庫上裝密閉發(fā)油鶴管的技術(shù)特點及需要解決的問題

       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)實現(xiàn)油氣密閉收集的技術(shù)難點及需要解決的問題。借鑒下裝式發(fā)油的技術(shù)特點，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。在對現(xiàn)有油庫上裝發(fā)油鶴管不進行大規(guī)模改造的前提下，實現(xiàn)了上裝密閉發(fā)油，經(jīng)現(xiàn)場應(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、甲苯等低沸點易揮發(fā)液體在收發(fā)作業(yè)時會產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機氣體（以下簡稱VOC），造成嚴重的蒸發(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。該裝置的特點是當裝油口的尺寸、規(guī)格不一致時，彈性氣囊都能實現(xiàn)密閉裝車。但是，該裝置氣囊材料為軟體橡膠，經(jīng)過一段時間運行，易于發(fā)生老化或者漏氣，嚴重影響密閉效果。
       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，鶴管與裝油口的對位不能十分準確，垂管有可能傾斜，這樣就造成密閉蓋的不對正，密閉失效。
       密閉罩式上裝鶴管將整個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，實現(xiàn)密閉機構(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。鶴管與裝油口的對位是依靠鶴管或槽車移動實現(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；此時的密閉機構(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接的裝置，由旋轉(zhuǎn)接頭、軟管、平衡系統(tǒng)和對接接頭組成，如圖2所示。
下裝鶴管的優(yōu)點是：
       a）安全性高。操作工不需要爬到油槽車的頂部去進行操作，降低高空作業(yè)的危險。
       b）下裝鶴管實現(xiàn)液下裝油，實現(xiàn)靜態(tài)裝車，不像上裝方式油流對罐底的沖擊產(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，便于與罐車進行對接。方便快捷實現(xiàn)單車多品種裝車，而不用頻繁移動罐車。
       e）自動化程度高。經(jīng)過模塊化集成，便于實現(xiàn)自動化發(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，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。
       針對上述問題，研發(fā)密閉效果好、既具有下裝鶴管優(yōu)點，又具有改造工程量小、成本低的特點的上裝密閉發(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
2.1快速分離閥的設(shè)計
       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標準的干式閥。干式閥實現(xiàn)密閉的原理是閥芯能夠在彈簧的作用下，自動回位封閉。由于液體靜壓作用，干式閥在分離過程中會有少量的泄漏，根據(jù)API標準，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行設(shè)計制造的。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構(gòu)修改采用快速接頭的偏心凸輪夾緊機構(gòu)，以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的變化。
       其工作原理是當兩部分閥體對接后，陰端偏心凸輪夾緊扣入陽端閥座壓緊槽內(nèi)，實現(xiàn)陰、陽端閥座密閉對接，閥芯緊密相對。轉(zhuǎn)動陰端操作手柄，通過閥芯凸輪軸帶動連桿機構(gòu)，推動陰端閥芯移動，使陽端閥芯離開閥座，打開通道，介質(zhì)可以流過。關(guān)閉時，反向轉(zhuǎn)動手柄，陰端閥芯后退關(guān)閉陰端；陽端閥芯在彈簧作用下復(fù)位，實現(xiàn)關(guān)閉。
       由于快速分離閥分離時不承受液體靜壓，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，實際測試泄漏量少于1mL，實現(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)過改造才能實現(xiàn)密閉發(fā)油。在汽車油罐車改造設(shè)計方案上，提出了少改動、不動火、簡化安裝、降低成本的原則，盡量只改動油罐車人孔蓋部件。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，實現(xiàn)裝車自動化；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比
2.4實際應(yīng)用
       為了檢驗設(shè)計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)場試用，實現(xiàn)了密閉式上裝發(fā)油。系統(tǒng)自投用以來，各項功能指標達到了預(yù)期目標，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：
       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�。慌浜蠚庀嗷厥站�，沒有油氣泄漏，實現(xiàn)了密閉裝車，明顯改善作業(yè)場地環(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，操作方便；在分離的過程中兩端都能同時自動封閉。平均分離泄漏量小于1mL；優(yōu)于GB20950標準分離泄漏量小于10mL的要求，也優(yōu)于APIRP1004標準分離泄漏量5mL的要求。
       c）整套方案中實現(xiàn)了防溢油、靜電報警，油氣壓力檢測等模塊化設(shè)計，與棧臺發(fā)油系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了自動化發(fā)油。
       d）罐車進油管直接固定安裝于人孔蓋上，避免鶴管進出人孔，實現(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，提高密閉性兩個方面，對現(xiàn)有的上裝式裝車系統(tǒng)進行改造。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，同時油罐車進行配套改造，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，實現(xiàn)了更安全、更有效的密閉上部裝車方式。