Vap-O-LocTM全复合材料浮盘是澳科中意独家引进全球卓越的FRP复合材料浮盘供应商新加坡Dynaglass Reinforced Plastic Pte Ltd. 的技术生产。Dynaglass是一家拥有50年历史的复合材料液体存储系统的专业设计制造商和供应商,也是全球范围内应用复合材料浮盘的大型化工企业——陶氏化学的授权生产商。
Vap-O-LocTM全复合材料浮盘目前广泛应用于全球,主要客户包括壳牌(SHELL)、新加坡国家石油化工公司(NSL)、Vijay Tanks、Hiap Seng Engineering等等,尤其是壳牌,在其位于新加坡、马来西亚、卡塔尔和澳大利亚的诸多炼厂库区均有长期的应用。
1、复合材料浮盘应用历程
2、复合材料浮盘在我国的首次应用
2004年,中海壳牌引进DM公司技术,投用了5台直径78米的10万m³原料油内浮顶罐。为了展示新型内浮顶的可靠性,在充水试验后还在浮盘上进行了一场友谊足球赛……
我国浮顶储罐的历史可追溯至20世纪60年代,由外浮顶罐开始应用,到1978年时才应用于内浮顶储罐。经过了几十年的发展,浮顶储罐的浮盘形式也经历了更新换代,目前在我国浮顶储罐的大致类型如下:
相对于外浮顶储罐,内浮顶所处的工况更为稳定,不受雨雪风霜等外界因素的影响,对于顶部排液能力和设备承载能力方面均要求不高,因此在内浮顶的应用中,有很强烈的使用轻型浮盘的客观需求。在内浮顶中使用轻型浮盘,能够很好的控制设备成本投入,而且能够为储罐带来更大的有效容积利用率。
在我国内浮顶储罐所使用的轻型浮盘中,占比最高的是铝制浮筒式内浮顶,其中绝大多数的技术是来源自80年代初期,由原石油部建设工程局从瑞士设在德国的Rheinfelden公司所引进的。这种浮盘是一种典型的非全接液式的结构,由浮盘底部的浮筒结构提供浮力,浮筒与浮盘顶部平面之间存在油气空间。
当存储易挥发的化工液体时,铝制浮筒式浮盘相对于无浮盘的固定顶储罐而言,在减少产品蒸发损失方面已经起到了很大的作用,但是由于其存在油气空间的结构,仍有相当体量的产品蒸发损失存在,浮盘底部所聚集的高浓度高压力油气,会持续的从浮盘的边缘密封处、浮盘甲板拼接处等位置排放至环境中。
有数据表明,一台36米直径的铝制浮筒式内浮顶储罐,在存储汽油时每年由蒸发所带来的产品损失可达数吨,尽管这一数字本身所代表的经济损失并不明显,但如果从环保的角度来考虑,那么将会是一个非常严峻的问题。
尤其是随着国家强制标准GB 27822-2019《挥发性有机物无组织排放控制标准》的出台,对于VOCs无组织排放的企业提出了更高要求,明确规定如对企业进行随机抽查,在检测不超过100个密封点的情况下,如发现有2个以上(不含)不在修复期内的密封点出现可见泄漏现象或超过泄漏认定浓度时,属于违法行为。
在环保法规日益严格的大背景下,我国的主要石油化工企业纷纷开始了VOCs排放治理工作,如中石化于2020年9月16日签发了第1号总经理令,制定并印发了《臭氧污染防治专项行动方案》,对各板块氮氧化物和可挥发性有机物的排放限值做出规定,并制定了相应的行动计划和完成时间。
在VOCs排放治理工作中,大致存在两种思路,第一是源头治理,第二是后端治理,所谓源头治理,是指从排放本身入手解决问题,对挥发源进行有效限制,从而达到符合排放要求的目的;而所谓后端治理,是指从后续处理入手解决问题,将已经挥发出的产品进行收集处理,从而达到符合排放要求的目的。两者对比,虽然无法直接评判孰优孰劣,但如果有条件进行源头处理,那么就意味着从根本层面上解决了排放的问题,就意味着不需要后续复杂的设备投入来达到排放的相关指标要求了。
对于储罐来说,是具备实现源头治理的基础的,作为控制挥发性化工液体蒸发损失的主要设备,如果浮盘本身能够将挥发的程度控制到足够低的程度,那么就是理想的解决方案。而要实现利用浮盘有效控制挥发,那么就有两个核心需求:
全接液浮盘结构
在我国应用广泛的铝制浮筒式浮顶中,其浮盘以下存在油气空间是影响其蒸发损失控制能力的主要因素,因此出现了全接液浮盘结构的需求。
在全接液的浮盘结构中,除了最边缘的一圈外,其余完整的液体表面完全被浮盘盘体所覆盖,几乎消除了所有的油气空间,因此相对存在油气空间的浮盘结构来说大幅减少了产品蒸发。
无接缝浮盘结构
除全接液之外,还有一个因素会影响浮盘控制挥发能力的大小,那就是盘体的连接结构,如果盘体存在拼接接缝结构,那么会有额外的蒸发损失,一项由美国API支持的研究表明,所有存在连接结构的接缝都为蒸汽泄漏提供了通道,相对焊接等无缝整体结构,存在更多的产品蒸发损失。
如上图所示,一个储存汽油,年周转24次,120英尺×48英尺的储罐中,由拼接缝所造成的额外蒸发损失可达8,475磅/年(3.8吨/年)。
单从控制排放的角度来看,性能比较好的的浮盘类型是钢制焊接式浮盘,无论是单盘式还是双盘式,一方面都属于全接液结构,另一方面焊接成型的盘体属于无缝整体结构,所以能够很好的控制排放。但是,钢制焊接式浮盘本身造价较高,材料易被腐蚀,维护和检修成本也较高,再加上需要现场焊接制作,对于现有储罐的改造并不友好,而且盘体尺寸较厚,对储罐的有效容积有大幅的影响,对其实际使用造成了一定的压力。
所以轻型内浮顶领域也有了相应的发展,首先出现的是全接液形式的铝制拼接式浮盘。这种类型的浮盘解决了原先铝制浮筒式浮盘存在油气空间的问题,但是由于铝制材料的密封成型存在技术门槛,需要有较为严格的工艺控制水平才能保证拼接单元的密封性;另外铝材与作为芯材的蜂窝板之间的连接多采用胶粘,其连接的耐久性存在一定的问题,甚至人在浮盘顶面行走都可能会导致连接失效,因此这种浮盘的故障率较高,部分项目中的铝制拼接式全接液浮盘的故障率甚至会高达50%。对于此,后期又出现了铝制全焊接的拼接式全接液浮盘,解决了蜂窝板与铝材的连接可靠性问题。但整体来说,这类浮盘都属于拼接式,都存在拼接缝所造成的额外蒸发损失。
而全复合材料浮盘受益于复合材料质轻高强的特性,复合材料浮盘从诞生起就继承了钢制焊接式浮盘所有优势,包括全接液、整体无缝结构、综合强度高等等,而且还额外具备了无腐蚀、整体提供积极浮力等优势。正是由于复合材料浮盘优异的性能,所以尽管其诞生时的定位是应用于轻型内浮顶场合,但是在发展过程中成功实现了逆袭,还可以应用于外浮顶场合,包括日本、挪威、德国等国家,都有复合材料浮盘应用于外浮顶的成功案例。
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘采用三明治结构,浮盘顶层和底层及相关构件由玻璃纤维增强塑料制成,芯材为阻燃性复合型蜂窝材料。浮盘单元在工厂制作和现场安装中,均采用玻璃纤维增强塑料一体化成型技术进行连接,确保浮盘整体的材料和成型工艺的统一,进而保证浮盘在长久使用中的一致性。
相对于其他类型的浮盘,澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘具备如下技术特点:
a、终身免维护
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘的顶层和底层均采用玻璃纤维增强塑料制成,这种材料本身不会像金属一样因容易失去电子形成氧化物,从根本上解决了金属浮盘可能被腐蚀的问题。投用后正常使用几乎不需维护,使用寿命超过20年。同时也使储罐中的液体化工产品远离铁锈等污物,特别适用于高腐蚀性或对产品清洁度有较高要求的场合。
如果有特殊的应用场合,还可以有针对性的对复合材料配方进行调整,以使其在相应场合中具备更好的兼容性。
b、一体单元化设计
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘具备一体单元化设计特征,同时具备钢制焊接式浮盘的一体化和铝制全焊接蜂巢式拼接浮盘的单元化优势。
(1)一体化
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘全盘均采用玻璃纤维增强塑料材料,从工厂预制到现场安装,均采用同材料同工艺的一体化成型技术,保证了安装后的浮盘整体材料统一、工艺统一、性能统一,全盘没有薄弱环节,也不存在长久使用后性能下降的可能性。
一体化成型技术,使得澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘像钢制焊接浮盘一样没有拼接缝隙,从根本上解决了拼接式浮盘可能在接缝处松脱或加速失效的隐患,同时彻底消除了拼接缝隙处的VOCs排放,确保源头治理的有效性。
(2)单元化
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘芯材为阻燃性复合型蜂窝材料,芯材与上下盘面之间同样采用复合材料一体成型技术,确保蜂窝芯材与上下盘面之间连接的长久可靠。可靠的蜂窝芯材结构又进一步为浮盘提供数以百万计的可靠独立浮力单元,假设浮盘某点出现渗漏,则进入盘体的液体会被限制在单一的蜂巢结构内,不会进一步扩散,全盘浮力损失仅为数百万分之一。
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘同时还具备单元化的结构,浮盘单元由工厂预制,每个单元由玻璃纤维增强塑料外壳将蜂窝芯材完全封闭,形成二次保护屏障。即便在最极端的情况下,浮盘局部的蜂巢结构发生损坏,进入浮盘的液体也能够被限制在泄漏所在的单元结构内部,玻璃纤维增强塑料外壳将阻挡渗漏的进一步扩散,将浮力损失限制在数百分之一,确保浮盘整体安全。
c、全平面结构
由于浮盘整体同材料同工艺的一体成型技术,使得澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘全盘能够均匀的提供强度和浮力,从而消除了传统轻型浮盘中所必须的承力梁结构,再加上一体单元化结构所带来的无拼接缝优势,使得Vap-O-LocTM全复合材料浮盘的顶面及地面均完全平整。
完全平整的浮盘表面带来了更理想的操作兼容性,在日常储罐操作及检维修等环节均具有明显优势。
d、高可用性
得益于玻璃纤维增强塑料本身质轻高强的特征,为澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘带来高可用性。
(1)高强度高韧性
可承受340kN/0.1m2的集中载荷,是GB 50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中2.2kN/0.1m2标准的150倍。
玻璃纤维增强塑料还是一种强度和韧性兼具的材料,由其制成的浮盘在保证高强度的基础上,还能接受一定程度的弹性形变,减少意外事故或不规范操作中导致卡盘的可能性。
(2)全盘高浮力
标准盘体额外承载浮力载荷高达36kg/m2,特殊场合下还可通过设计进一步加强。高浮力使得浮盘可以兼容密封效果更好的重型密封设施而不卡盘,也为后期加装盘体设备设施预留了承载能力。
(3)储罐利用率高
在拥有高强度、高韧性、高浮力的基础上,澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘的盘体厚度仅为66mm,极大的减少了对储罐有效容积的占用,提高了储罐利用率。
(4)高安全系数
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘拥有良好的承受意外工况的能力,比如在一个直径为80米的浮盘中,存在12.5%的浮盘支撑失效时,盘体变形仅为许用条件下的7%,这意味着安全系数超过14。
e、防火阻燃
澳科中意Vap-O-LocTM全复合材料浮盘还通过了新加坡中央消防局的燃烧实验(耐烧时间超过2h),可以有效阻止介质燃烧。符合BS 476 Part 7、ASTM E84、NFPA等相关标准。Vap-O-LocTM浮盘通过燃烧试验后保持结构统一且能够漂浮,边缘密封保持无损,仅边沿存在轻微损伤,完整的表面火焰不会被演化成火灾,可以有效阻止介质燃烧。
附:不同类型浮盘的性能对比
尽管以复合材料浮盘为代表的新型浮盘具备明显的优势,在全球范围内也有广泛的应用,但在我国还属于新生事物,还有一段路需要走,但好的产品终归会得到市场的认可。国内的浮盘相关标准也已经开始了修订更新,其中以复合材料浮盘为代表的新型浮盘正在逐步得到标准的认可。