CN105236042A - 储罐内浮顶防冲击安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储罐内浮顶防冲击安全装置，包括设置在罐体底部的均气装置和设置在内浮顶上的消气排气装置，所述内浮顶置于所述罐体的内部且与所述罐体的侧壁连接。本发明提供的储罐内浮顶防冲击安全装置，均气装置可以使扫线作业时排气均匀，避免对内浮顶造成损坏，内浮顶上的消气排气装置平时处于关闭状态，当储罐进行扫线作业，该装置自动打开，将涌入的携带储液的气体进行气液分离后将气体有序的排出，避免浮盘泛液及沉盘事故的发生。

Description

储罐内浮顶防冲击安全装置

技术领域

本发明涉及油田大型储罐技术领域，特别是涉及一种储罐内浮顶防冲击安全装置。

背景技术

为了减少储罐内油品的损耗，防止空气污染，同时，雨雪、风沙、灰尘不会也落入罐内，内浮顶广泛应用于易挥发品质较高的石化产品。内浮顶储罐为了清除管线内的杂质达到减小输油回压、减小磨阻、降低输油温度的目的，会进行扫线。现有的内浮顶储罐在扫线过程中，一般由压缩气体吹扫，为了达到吹扫的效果，吹扫的流量应该要足够，压力不超过设计压力(0.5Mpa-0.8Mpa)，流速不低于20m/s。

在吹扫过程中，由于大量压缩气体涌入储罐，气体基本是在很小的区域内上升到罐顶，对内浮顶局部造成很大的冲击；同时，压缩气体在快速上升的过程中，会带动罐内液体流动，对内浮顶形成冲击；这些气体形成的气泡以及气泡破裂也会对内浮顶形成冲击，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种储罐内浮顶防冲击安全装置，在罐体底部设置均气装置解决了由于流入气体不均匀对内浮顶造成损坏的技术问题，采用消气排气装置避免浮盘泛液及沉盘事故的发生，同时其阻火结构能够防止排出气体发生意外火灾时火焰进入储罐内。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种储罐内浮顶防冲击安全装置，包括设置在罐体底部的均气装置和设置在内浮顶上的消气排气装置，所述内浮顶置于所述罐体的内部且与所述罐体的侧壁连接。均气装置可以使扫线作业时排气均匀避免对内浮顶造成损坏，内浮顶上的消气排气装置平时处于关闭状态，当储罐进行扫线作业，储罐内压力升高到一定程度时，该装置自动打开，将涌入的携带储液的气体进行气液分离后将气体有序的排出，避免浮盘泛液及沉盘事故的发生。

具体的，所述均气装置为设有多个排气孔的盘形结构，所述排气孔连通所述盘形结构的上下底面。内浮顶储罐进行扫线时，大量压缩气体冲入储罐，储罐内压力升高，储罐内的压力高于盘形均气装置内的压力时，在压力差的作用下，气体通过盘形均气装置上的排气孔均匀排出，使内浮顶上受到的气体冲击力均匀。

随着气流的不断排出，盘形均气装置内的压力不断变化，为使气体均匀排出，在盘形均气装置上的排气孔孔径应不断变化，从储罐入口接管到盘形均气装置中心压力逐渐下降，为使盘形均气装置各处排出的气量相同，从储罐入口接管到盘形均气装置中心盘形均气装置上的排气孔孔径应该逐渐增大。

其中，盘形均气装置上排气孔的大小按以下方式计算：具体的，所述排气孔的开孔面积为A，

当时，储罐内气体在泄漏口属于亚音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}\·\frac{k}{k-1}{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{2}{k}}\[1-{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{k-1}{k}}\]}}$

当时，储罐内气体在泄漏口属于音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}}}$

式中：q_m—排气强度(kg/s)；

c_g—气体排出系数；

A—排气孔的面积(m²)；

p₁—盘形均气装置内气体的绝对压力(pa)；

M—气体的摩尔质量(kg/mol)；

Z—压缩因子；

R—摩尔气体常数；

T₁—气体的温度(k)。

其中，气体流动状态判定公式为：

$\mathrm{\β}=\frac{p_0}{p_c}={\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k}{k-1}}$

式中：β—临界压力比(Pa)；

p₀—储罐内绝对压力(Pa)；

p_c—排气孔处气体的压力(Pa)；

k—气体等熵指数。

进一步，所述消气排气装置包括壳体，从下到上依次设置在所述壳体内的单向放空阀、油气分离装置和防爆阻燃装置，所述单向放空阀与所述油气分离装置之间设有下隔板，所述油气分离装置和所述防爆阻燃装置之间设有上隔板，所述下隔板和上隔板均与所述壳体的侧壁固定连接，所述下隔板上设有下隔板气阀，所述下隔板气阀连通所述下隔板上下两端面，所述上隔板上设有上隔板气阀，所述上隔板气阀连通所述上隔板上下两端面。上下隔板用于将单向放空阀、油气分离装置和防爆阻燃装置分隔开，采用气阀将单向放空阀、油气分离装置和防爆阻燃装置相邻的区域连通。便于油气分离及气体的排出。

优选的，为了保证气体能够快速有效的释放，所述下隔板气阀为两个，沿径向对称分布在所述下隔板上。

进一步，所述单向放空阀包括阀座和阀瓣，所述阀座下端设有阀座安装板，所述阀座安装板与所述壳体下部的侧壁固定连接，所述阀瓣置于所述阀座的顶部，且所述阀瓣与所述阀座严密配合，所述阀瓣中心设置有导向杆，所述阀瓣与所述导向杆滑动连接，所述导向杆的另一端与所述下隔板固定连接。压缩气体进入单向放空阀后，当压缩气体对阀瓣形成的压力大于一定的值，即大于阀瓣自身的重力和阀瓣上的外加压力时，单向放空阀的阀瓣自动打开，排出高压气体；一般情况，没有压缩气体及没有发生吹扫时，阀瓣和阀座是严密配合的。

进一步，为了固定安装导向杆，所述下隔板上设有导向杆安装套，所述安装套与所述下隔板固定连接，所述导向杆与所述安装套固定连接。

进一步，所述油气分离装置包括浮球管、浮球和连接杆，所述浮球设置在所述浮球管内，所述连接杆连接所述浮球与所述壳体的侧壁。气体由下隔板气阀进入油气分离装置，由于气体密度小，会上升到油气分离装置的顶部，随着气体的增多压力也越来越大，使气液界面下降，因此浮球在自身重力的作用下位置降低，上隔板气阀打开，高压气体排出，实现气液分离。

具体的，所述连接杆包括依次铰接的第一连接臂、第二连接臂和第三连接臂，所述第一连接臂和第三连接臂分别与所述壳体的侧壁铰接，所述第一连接臂与第二连接臂的连接处设有第四连接臂，所述第四连接臂的另一端与所述浮球固定连接，所述第三连接臂上设有第五连接臂，所述第五连接臂另一端与所述上隔板气阀连接。通过浮球的上下浮动实现上隔板气阀的打开与闭合，当浮球下降时上隔板气阀打开，当浮球上升时上隔板气阀关闭。

进一步，残余气液在满足燃烧的条件下，很容易发生燃烧，为了防止排出气体发生意外火灾时火焰进入储罐内，所述防爆阻燃装置包括防火板，所述防火板与所述壳体顶部的侧壁固定连接，所述防火板上设有多个空隙，所述空隙连通所述防火板上表面与下表面。防爆阻燃装置中的防火板可以有效的阻止火焰的传播。防火板是一个有很多空隙的固体材料，火焰进入防爆阻燃装置后，就被防火板的空隙所作用，分为很多细小的火焰流被熄灭。

具体的，为了实现阻燃防火的功能，所述防火板采用防火阻燃材料制成。

火焰的熄灭直径由下式计算：

D₀＝6.976H^0.403

其中：D₀—熄灭直径(mm)；

H—最小点火能量(mj)。

防火板的安全火焰传播速度要大于安装位置的火焰传播速度，安全传播速度由下式计算：

V＝0.38AY/d^-2

其中，V—安全传播速度(m/s)；

A有效面积比(防火板面积与防火层空障面积之比)；

Y—防火层厚度(mm)；

d—空隙直径(cm)。

其中，消气排气装置的容积根据流量来计算：

V＝q_vmaxT

V—消气排气装置的容积(m³)；

q_vmax—流量(m³/h)；

T—时间(h)。

进一步，为了便于安装操作，所述壳体上端和下端均设有锥形收口，所述下端收口与所述内浮顶顶部固定连接。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种储罐内浮顶防冲击安全装置，采用均气装置，可以使扫线作业时排气均匀，避免对内浮顶造成损坏；内浮顶上的消气排气装置平时处于关闭状态，当储罐进行扫线作业，该装置自动打开，将涌入的携带储液的气体进行气液分离后将气体有序的排出，避免浮盘泛液及沉盘事故的发生；消气排气装置中的防爆阻燃装置可以防止排出气体发生意外火灾时火焰进入储罐内，有效的阻止火焰的传播。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的最佳实施例的结构示意图；

图2是图1中消气排气装置的结构示意图；

图3是图1中消气排气装置的结构示意图。

图中：1、罐体，2、均气装置，3、内浮顶，4、消气排气装置，5、壳体，6、单向放空阀，7、油气分离装置，8、防爆阻燃装置，9、下隔板，10、上隔板，11、气阀，12、阀座，13、阀瓣，14、阀座安装板，15、导向杆，16、安装套，17、浮球管，18、浮球，19、第一连接臂，20、第二连接臂，21、第三连接臂，22、第四连接臂，23、第五连接臂，24、防火板，25、收口。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示，本发明的一种储罐内浮顶防冲击安全装置，包括设置在罐体1底部的均气装置2和设置在内浮顶3上的消气排气装置4，内浮顶3置于罐体1的内部且与罐体1的侧壁连接，均气装置2为设有多个排气孔的盘形结构，排气孔连通盘形结构的上下底面，为使气体均匀排出，在盘形均气装置2上的排气孔孔径应不断变化，排气孔的开孔面积为A，计算公式如下：

当时，储罐内气体在泄漏口属于亚音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}\·\frac{k}{k-1}{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{2}{k}}\[1-{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{k-1}{k}}\]}}$

当时，储罐内气体在泄漏口属于音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}}}$

式中：q_m—排气强度(kg/s)；

c_g—气体排出系数；

A—排气孔的面积(m²)；

p₁—盘形均气装置内气体的绝对压力(pa)；

M—气体的摩尔质量(kg/mol)；

Z—压缩因子；

R—摩尔气体常数；

T₁—气体的温度(k)。

其中，气体流动状态判定公式为：

$\mathrm{\β}=\frac{p_0}{p_c}={\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k}{k-1}}$

式中：β—临界压力比(Pa)；

p₀—储罐内绝对压力(Pa)；

p_c—排气孔处气体的压力(Pa)；

k—气体等熵指数。

消气排气装置4包括壳体5，从下到上依次设置在壳体5内的单向放空阀6、油气分离装置7和防爆阻燃装置8，单向放空阀6与油气分离装置7之间设有下隔板9，油气分离装置7和防爆阻燃装置8之间设有上隔板10，下隔板9和上隔板10均与壳体5的侧壁固定连接，下隔板9上设有两个下隔板9气阀11，沿径向对称分布在下隔板9上，下隔板9气阀11连通下隔板9上下两端面，上隔板10上设有上隔板10气阀11，上隔板10气阀11连通上隔板10上下两端面。

单向放空阀6包括阀座12和阀瓣13，阀座12下端设有阀座安装板14，阀座安装板14与壳体5下部的侧壁固定连接，阀瓣13置于阀座12的顶部，且阀瓣13与阀座12严密配合，阀瓣13中心设置有导向杆15，阀瓣13与导向杆15滑动连接，导向杆15的另一端与固定设置在下隔板9上的导向杆15安装套16固定连接。

油气分离装置7包括浮球管17、浮球18和连接杆，浮球18设置在浮球管17内，连接杆连接浮球18与壳体5的侧壁，连接杆包括依次铰接的第一连接臂19、第二连接臂20和第三连接臂21，第一连接臂19和第三连接臂21分别与壳体5的侧壁铰接，第一连接臂19与第二连接臂20的连接处设有第四连接臂22，第四连接臂22的另一端与浮球18固定连接，第三连接臂21上设有第五连接臂23，第五连接臂23另一端与上隔板10气阀11连接。

防爆阻燃装置8包括防火板24，防火板24与壳体5顶部的侧壁固定连接，防火板24上设有多个空隙，空隙连通防火板24上表面与下表面，防火板24采用防火阻燃材料制成。

壳体5上端和下端均设有锥形收口25，下端收口25与内浮顶3顶部固定连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：包括设置在罐体(1)底部的均气装置(2)和设置在内浮顶(3)上的消气排气装置(4)，所述内浮顶(3)置于所述罐体(1)的内部且与所述罐体(1)的侧壁连接。

2.如权利要求1所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述均气装置(2)为设有多个排气孔的盘形结构，所述排气孔连通所述盘形结构的上下底面。

3.如权利要求2所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述排气孔的开孔面积为A，

当时，储罐内气体在泄漏口属于亚音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}\·\frac{k}{k-1}{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{2}{k}}\[1-{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{k-1}{k}}\]}}$

当时，储罐内气体在泄漏口属于音速流动，其开孔面积为：

$A=\frac{q_m}{c_g{p}_1\sqrt{\frac{kM}{{\mathrm{ZRT}}_1}{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}}}$

式中：q_m—排气强度(kg/s)；

c_g—气体排出系数；

A—排气孔的面积(m²)；

p₁—盘形均气装置内气体的绝对压力(pa)；

M—气体的摩尔质量(kg/mol)；

Z—压缩因子；

R—摩尔气体常数；

T₁—气体的温度(k)。

其中，气体流动状态判定公式为：

$\mathrm{\β}=\frac{p_0}{p_c}={\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k}{k-1}}$

式中：β—临界压力比(Pa)；

p₀—储罐内绝对压力(Pa)；

p_c—排气孔处气体的压力(Pa)；

k—气体等熵指数。

4.如权利要求1、2或3所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述消气排气装置(4)包括壳体(5)，从下到上依次设置在所述壳体(5)内的单向放空阀(6)、油气分离装置(7)和防爆阻燃装置(8)，所述单向放空阀(6)与所述油气分离装置(7)之间设有下隔板(9)，所述油气分离装置(7)和所述防爆阻燃装置(8)之间设有上隔板(10)，所述下隔板(9)和上隔板(10)均与所述壳体(5)的侧壁固定连接，所述下隔板(9)上设有下隔板(9)气阀(11)，所述下隔板(9)气阀(11)连通所述下隔板(9)上下两端面，所述上隔板(10)上设有上隔板(10)气阀(11)，所述上隔板(10)气阀(11)连通所述上隔板(10)上下两端面。

5.如权利要求4所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述下隔板(9)气阀(11)为两个，沿径向对称分布在所述下隔板(9)上。

6.如权利要求4所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述单向放空阀(6)包括阀座(12)和阀瓣(13)，所述阀座(12)下端设有阀座安装板(14)，所述阀座安装板(14)与所述壳体(5)下部的侧壁固定连接，所述阀瓣(13)置于所述阀座(12)的顶部，且所述阀瓣(13)与所述阀座(12)严密配合，所述阀瓣(13)中心设置有导向杆(15)，所述阀瓣(13)与所述导向杆(15)滑动连接，所述导向杆(15)的另一端与所述下隔板(9)固定连接。

7.如权利要求6所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述下隔板(9)上设有导向杆(15)安装套(16)，所述安装套(16)与所述下隔板(9)固定连接，所述导向杆(15)与所述安装套(16)固定连接。

8.如权利要求4所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述油气分离装置(7)包括浮球管(17)、浮球(18)和连接杆，所述浮球(18)设置在所述浮球管(17)内，所述连接杆连接所述浮球(18)与所述壳体(5)的侧壁。

9.如权利要求8所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述连接杆包括依次铰接的第一连接臂(19)、第二连接臂(20)和第三连接臂(21)，所述第一连接臂(19)和第三连接臂(21)分别与所述壳体(5)的侧壁铰接，所述第一连接臂(19)与第二连接臂(20)的连接处设有第四连接臂(22)，所述第四连接臂(22)的另一端与所述浮球(18)固定连接，所述第三连接臂(21)上设有第五连接臂(23)，所述第五连接臂(23)另一端与所述上隔板(10)气阀(11)连接。

10.如权利要求4所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述防爆阻燃装置(8)包括防火板(24)，所述防火板(24)与所述壳体(5)顶部的侧壁固定连接，所述防火板(24)上设有多个空隙，所述空隙连通所述防火板(24)上表面与下表面。

11.如权利要求10所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述防火板(24)采用防火阻燃材料制成。

12.如权利要求4所述的储罐内浮顶防冲击安全装置，其特征在于：所述壳体(5)上端和下端均设有锥形收口(25)，所述下端收口(25)与所述内浮顶(3)顶部固定连接。