CN1736849A - 顶部装卸液体烃类产品的油气回收密闭机构 - Google Patents

Abstract

一种适用于烃类密闭装卸槽车的油气回收密闭机构，具有自密封力、力自平衡和油气止回等功能，在不需要鹤管提供的额外压紧力的情况下，可实现槽车装油口处良好的密封，可有效地防止油气外泄。

Description

顶部装卸液体烃类产品的油气回收密闭机构

技术领域

本发明涉及一种石油化工或化工产品储运过程中回收油气的密闭机构。特别是一种用于顶部装卸液体烃类产品槽车时回收油气的密闭机构。

背景技术

液体烃类产品(如汽油、芳烃、溶剂油等)从出厂到最终用户通常要经历若干次火车或汽车槽车的装卸过程，在向这些槽车的油罐内装卸液体烃类产品(以下称为装油)的过程中，会有一部分含烃类气体(以下简称油气)从油罐内排出。装卸口敞开，任由装卸过程产生的油气排入大气的方法称为敞口装卸；与其对应的是将装卸口密闭，将装卸过程中产生的油气集中起来，通过专门的油气回收装置回收其中的烃类组分后，最后将净化后达到环保排放标准的尾气排入大气，这种装卸方法称为密闭装卸。随着社会的不断进步和各项法律法规的日益完善，越来越多的企业开始认识到敞口装卸对环境、人身健康、安全生产造成的不利影响，以及回收利用排出气体中的烃类组分的经济意义，出现了敞口装卸逐渐被密闭装卸取代的趋势。

以国内普遍采用的顶部装油的装油过程为例，密闭装油的基本工艺过程可以描述为：在由多个装油鹤位组成的装车区内，多辆槽车同时进行着装油作业。操作人员手动将装油鹤管的装油管从槽车油罐顶部的装油口插入，当装油管的底口接近油罐的底部位置时，固定在装油管上的密闭机构刚好将装油口盖住形成密封。通过装油管向油罐内装油时，会有一部分烃类组分从罐内的液相中挥发出来进入罐内气相空间，与油罐内原有的空气混合形成烃类组分与空气的混合气体——油气，随着装油过程中罐内液位的不断上升，罐内的气相空间逐渐被液相所取代，罐内油气被迫从设在密闭机构上的排气口排出，经气相支管汇入气相总管，各个装油鹤管的气相支管排出的油气在气相总管内汇合后被送至独立设置的油气回收装置。油气回收装置将油气中的烃类组分回收，除去了烃类组分达到环保排放标准的尾气排入大气。通常在每个鹤管的气相支管上设置一个止回阀，这样可以在每个鹤管装油过程结束提起鹤管后避免其它正在运行中的鹤管排出的油气通过气相支管反串到大气中。

国内外现有的油气回收密闭机构大多是固定在装油管上的圆台形结构，因此密闭机构与油罐的装油口接触的密封面为锥面，在锥面的外层裹附着橡胶类的弹性材料，利用鹤管上向下的外力(鹤管上弹簧机构施加的弹簧力及鹤管自身的部分重力)，使密闭机构与装油口之间形成线密封，阻止装油过程中油气的外泄。也有的采用气囊结构，通过向气囊内充气使其膨胀进而形成密封。但现有的密闭机构都程度不同地存在以下缺陷：

1)需要对密闭机构施加一个足够大的向下的外力。外界向密闭机构施加的向下作用力不但要满足密闭机构与装油口之间的密封要求，还要克服罐内气体压强作用在密闭机构上产生的相当大的向上推力，这大大增加了鹤管施力设备结构的难度和操作人员的操作难度。

2)密封力大小变化大。在装油管和密闭机构就位后到装油后油罐内压强未达到正常压强前的一段时间内油罐内尚未产生或未产生足够的向上作用力，此段时期施加在鹤管上的满足正常操作时密封要求的外力几乎全部施加在密封面上，过大的密封力易造成密封材料的损坏；另外由于槽车底座弹簧的形变，不论是汽车槽车还是火车槽车装油过程中装油口的高度都会随着装油量的增加而逐渐降低，有时施加在密闭机构上的密封力难以适应这种变化，影响密封效果。

3)对位不准造成密封不严。装油时鹤管与装油口的对位是靠鹤管或槽车的移动实现的，由于各种各样的原因鹤管常常不是很好地处于装油口的中垂线位置，而是有些倾斜状态，这时对于固定在装油管上的锥面密封的密闭机构来说，其外缘在装油口密封面高度上的水平横断面就不是一个真正意义的圆，造成密封不严泄漏。

4)止回阀压降大，位置设置不合理。普通的止回阀用于油气回收时压降相对过大，将其设在气相支管上会相当程度地增加油罐的气相压强，从而增大泄漏的可能。另外在装油过程结束提起鹤管时，止回阀至装油口之间的气相支管内的油气会有一部分排到大气中。

由于密闭机构存在的上述缺陷，尽管目前的油气回收装置本身回收效率很高，但整个油气回收过程实际回收的油气量远远达不到预期，相当一部分油气从装油口的密封处泄漏到大气中。因此，解决好密闭机构的密封问题成为整个油气回收系统的一个关键环节。

发明目的

本发明的一个目的是要提出一种靠自身产生的密封力实现密封的自密封力密封油气回收密闭机构。

本发明的另一个目的是要提出一种不需要鹤管提供额外压紧力的具有力自平衡功能的油气回收密闭机构。

本发明的再一个目的是要提出一种即使鹤管对位有些不准时仍能良好密封的油气回收密闭机构。

本发明还有一个目的是要提出一种可选择地包含低压降止回功能的油气回收密闭机构。

发明内容

本发明的目的是这样实现的：一个固定在装油鹤管的装油管上带有液位测量探头和排气口的油气回收密闭机构，有一个固定在装油管上的顶盖，一个位于顶盖正下方的密封座，和一个上端与顶盖的外圆密封连接下端与密封座的上部密封连接的伸缩体，三者合围形成一个密封腔体，靠密封座与油罐装油口之间形成的密封使腔体与油罐的气相空间连通并使油气不外泄，而腔体的顶部则与排气口连通。至少有一组上端挂接在顶盖上而下端可以挂住或脱开油罐的挂钩机构，利用挂钩机构挂住油罐将油气压强作用在密闭机构顶盖上的作用力传递到油罐上，实现力自平衡，从而不需要鹤管提供额外的向下压紧力。以密封座的自重力与油气压强作用在密封座上下横截面积之差上的作用力的合力作为密封力实现自密封力密封。密封座的密封体的特别结构以及伸缩体的可伸缩功能可以在装油管有一些倾斜时仍能很好地满足密封要求。在密闭机构上可选择性地设置保护套筒，以在装油管插入或抽出油罐的过程中保护挂钩机构和液位探头免受损坏。在密闭机构上可选择性地设置低压降的止回机构，不但可在装油过程停止时有效地阻止其它正在作业中的装油鹤管排出的油气经排气口形成反串，而且可降低油罐内气相压强。

本发明所说的自密封力密封是相对于由外部施力的现有技术而言的。现有技术通常是靠弹簧机构将弹簧力施加在鹤管上，再由鹤管的装油管传递到密封盖上的。而自密封力密封作用在密封座上的密封力主要由两个力构成，一个是密封座自重产生的自重力，其方向向下；另一个是油气的压强在伸缩体横截面积与装油口横截面积之差的环形面积上产生的压强作用力。此作用力的方向有三种情况，第一种情况是伸缩体横截面积大于装油口横截面积，压强作用力向下，横截面积之差大得越多，向下的压强作用力越大；第二钟情况是二者相等，压强作用力为零；第三种情况是伸缩体横截面积小于装油口横截面积，压强作用力向上，横截面积之差小得越多，向上的压强作用力越大。显然第一种情况下的密封力为密封座的自重力与压强作用力方向相同，密封力大于密封座的自重力；第二钟情况下密封力也就是密封座的自重力；而第三钟情况下压强作用力与自重力的方向相反，密封力小于密封座的自重力。当设备的结构参数确定后密封力只与油气压强有关；装油操作稳定时，密封力基本上是恒定的。因作用在密封座上的两种力均源自密闭机构自身，因此本发明人称这种密封方式为自密封力密封。采用自密封力密封可以根据密封要求，密封材料的特性，密封面对密封力的要求和罐内油气压强等因素综合确定合适的密封座重量和伸缩体直径，使密封力既能满足不泄漏的要求，又不至于过大而影响密封材料的使用寿命。

在装油过程中，密闭机构腔体内油气的压强同样也会对顶盖并进而对装油管产生一个向上的推力，推力值为套在顶盖上的伸缩体的横截面积与油气压强的乘积，通常情况下这个推力达到50公斤以上，这就意味着如果不平衡这个推力，鹤管将需要向下额外施加一个50公斤以上的外力。显然最理想的方案是将这个推力平衡到油罐上。本发明提出的挂钩机构就是顶端挂接在顶盖上，并在装油时底端能够挂住油罐而将作用在顶盖上的向上推力传递到油罐上，并在装油结束时底端能够与油罐脱开的连接机构。挂钩机构可以设在密闭机构的外侧以挂住装油口或油罐体的外面的合适位置，也可以设在密闭机构的腔体内侧挂住装油口与罐顶连接处的罐顶内缘。但由于国内外现有的槽车装油口外部普遍没有适合快速挂接位置，本发明提出的最好挂钩机构是设在密闭机构的内侧。密闭机构的挂钩机构的数量至少为1个，最好为2个或2个以上。

连接顶盖与密封座的伸缩体的主要功能是使装油管以及固定在装油管上的顶盖与密封座之间不是硬连接，使二者之间的距离可以根据需要伸缩。这样在密封座就位过程中，相对于装油管密封座可以在一定范围内的三维空间移动甚至稍许转动；在密封座就位后，可以允许顶盖被下压后向下移动以使挂钩机构的挂钩能够挂住罐顶；而装油过程开始后，密封座固定在装油口上不动，可以允许顶盖有一定量的向上移动，以消除挂钩机构的挂钩与罐顶之间的距离。因此伸缩体的结构可以是各种圆环状可被压缩和伸展的结构。伸缩体的材料应当满足不透气和耐油性、耐久性的要求。伸缩体的材质可以是皮革、耐油橡胶、纤维织物、塑料或金属等。

密封座的主要功能是实现密闭机构与装油口之间的密封。密封座的结构由一个骨架和一个套在骨架上的密封体组成，骨架的顶部可与伸缩体的底端密封连接。现有技术密封座与装油管固定为一体且密封体的外表面多为锥面或平面结构，当装油管稍有倾斜时密封面就容易泄漏。本发明的密封座与装油管和顶盖之间通过允许有一定伸缩量的伸缩体相连，这样即使装油管有一些倾斜，倾斜量可以部分地被伸缩体吸收，密封座不会倾斜，仍可处于良好的密封状态。同时本发明人认为，球面结构是密封体密封面的最好结构，这是因为即使密封座有一些倾斜，密封体的球形表面与装油口仍能形成良好的线密封。因此本发明提出的比较好的密封体外表面结构是球面、锥面或平面结构。更好的密封体外表面结构是球面结构。理想的密封体材料是具有一定的弹性、耐油、耐磨和使用寿命长的弹性体。可以是耐油橡胶、塑料、纤维织物、皮革等。

在频繁地将装油管插入或抽出油罐的过程中，挂钩机构和液位探头很容易被装油口碰坏，为保护这些机构免遭碰撞，可选择性地在这些机构的外围设置保护套筒。保护套筒可以是顶端固定连接在顶盖下面的专门设置的圆筒，也可以利用延长密封座骨架的圆筒。在保护套筒的下方挂钩机构的挂钩伸出位置开有孔口，以供挂钩伸出或缩回。

所说的特别的止回机构是指设置在密闭机构内的一组由升降体、阀座和筒体等组成的升降式止回机构或一组由旋板、阀座和筒体等组成的旋启式止回机构。止回机构底部的阀座与密闭机构的腔体连通，顶部出口与排气口连通。将现有技术中设在气相支管上的止回阀取消而改在密闭机构内设置止回机构的目的一是使装油过程结束时存留在气相支管内的油气不会泄放到大气中，二是可以通过将止回机构的旋板或升降体的重量设计得更轻以使止回机构的压降更低，从而降低装油过程中油罐内的气相压力。

本发明提出的密闭机构不但可用于新建的具有油气回收功能的装卸油鹤管上，也可安装在已有的无油气回收功能的装卸油鹤管上，只需在原有鹤管上安装气相支管系统和适当调整鹤管弹簧缸的弹簧力并增加液位探头等即可。这对于要将已有的敞开式装卸油系统改造为密闭式装卸油系统的企业来说，可以节省大量的投资。

以下是为了便于理解本发明的目的和原理而提出的实施例。需要说明的是，实施例只是用来解释本发明的方法和原理，本发明的范围不能被理解为仅限于本实施例。

附图说明

图-1是根据本发明提出的密闭机构的实施例1的透视图。

图-2是实施例1的剖面示意图。

图-3是根据本发明提出的密闭机构的实施例2的剖面示意图。

具体实施方式：

实施例1：

在图-1和图-2中，密闭机构(1)的顶盖(7)垂直固定在鹤管的装油管(5)上，液位探头(6)密闭穿过顶盖(7)伸至油罐内，顶盖(7)下面固定焊接一圆环(9)，由皮革制成的伸缩体是一直径D1＝560mm圆桶形伸缩套(8)，其顶端紧紧地套在圆环(9)上，伸缩套(8)的外面用卡箍(10)卡紧，以同样的方式伸缩套(8)的底端紧紧套在密封座(2)的顶部环板(13)顶面的圆环(11)上并被卡箍(12)卡紧。密封座(2)的骨架由环板(13)和顶端焊接在环板(13)内圆上的套筒(14)构成，套筒(14)的外面套装着具有球面结构的环状密封体(16)，密封座(2)的总重量为16kg。顶盖(7)与密封座(2)之间至少有3根均匀布置的拉绳(22)，拉绳(22)的两端分别系在设在顶盖(7)的底面和套筒(14)内侧合适位置的拉环上，使密闭机构(1)在提起状态时伸缩套(8)仍不至于过度伸展，以保护伸缩套(8)。2组挂钩机构(3)的连杆(19)的上部穿过顶盖(7)和密封件(18)并顶端接有转柄(17)，下端穿过固定在套筒(14)内侧的导向管(21)并底端为挂钩(20)。在套筒(14)的下部的挂钩(20)伸出位置处的管壁上开有矩形孔(15)，以方便挂钩(20)伸出或缩回，这种结构的密封座的套筒(14)实际上就是保护挂钩机构和液位探头(6)的保护套筒。在顶盖(7)的下面安装着一个止回机构(23)，止回机构的筒体(24)的顶端密封连接在顶盖(7)的下面并通过顶盖(7)与顶盖上的排气口(4)和气相支管(25)连通，封住筒体(24)底端的阀座(28)上有一直径D4＝50mm的通气孔，一个水平固定在筒体(24)内壁上的支架(29)中间垂直固定着一导向杆(26)，导向杆(26)上套着重量为30g的升降体是中间带有垂直导向管的升降盖板(27)。

装油操作前，先将鹤管的装油管(5)从直径D2＝500mm的装油口(30)插入油罐内，将密封座(2)坐在装油口(30)上，略微下压顶盖(7)，同时转动挂钩机构的转柄(17)使底部的挂钩(20)转至罐顶内缘(31)以下。装油过程开始后，烃类液体由上至下经装油管(5)装入油罐内。随着装油过程中液位逐渐上升，油罐内气相压强逐渐升高，在压强作用下顶盖(7)上升，这时挂钩(20)钩住罐顶内缘(31)。在罐内油气压强没有高于气相总管内280mmH2O的压强之前，油罐内的油气不会排出。当油罐内油气压强升高并稳定至340mmH2O时，止回机构的升降盖板(27)升起，止回机构(23)处于开启状态，油气经通气孔穿过支架(29)从排气口(4)排出，再经气相支管(25)汇入气相总管。此时油气通过止回机构(23)的压降为20mmH2O，通过气相支管的压降为40mmH2O。对于密封座(2)来说，由于伸缩套(8)的横截面积大于装油口(30)的横截面积，油气压强产生的作用力方向向下，其值为17kg，因此包括密封座(2)自重力在内的总密封力为33kg。与此同时，油气压强作用在顶盖(7)上产生84kg的向上作用力，该作用力通过挂钩机构(3)被传递到油罐顶部，因此装油过程中装油管(5)或鹤管基本不承受向上的作用力。当油罐的液位达到要求的高度时，液位探头(6)将测得的液位信号传至控制系统，控制系统关闭装油管路阀门，装油过程结束。与此同时，止回机构的升降盖板(27)回落在阀座(28)上将通气孔堵死，阻止了油气通过气相支管的反串。但此时油罐内油气压强仍未降低，油气的压强作用在顶盖(7)上产生的作用力使挂钩(20)牢牢钩住罐顶，需要将密封座(2)稍微抬起，泄掉油罐内油气的压强，之后转动转柄(17)使挂钩(20)缩回套筒(14)内，最后提起装油管(5)，装油过程结束。

实施例2：

图-3的密闭机构与实施例1的主要区别是伸缩体和保护套管的结构。在图-3中，顶盖(7′)的结构是圆形顶盖的下方垂直连接了一段立管，立管的内径大于密封座骨架顶面的圆环(11)和卡箍(12)的外径，套在顶盖(7′)和圆环(11)上的伸缩体为一上口大下口小的伸缩套(8′)，必要时密封座的部分甚至全部都可以套进顶盖(7′)里，密封座骨架的套筒(14′)相对较短不起保护套筒的作用，专门设置的顶端固定在顶盖(7′)下方的套筒(32)作为保护套筒保护挂钩机构(3)和液位探头(6)免受损坏。由于排气口和气相支管是装油管(5)与套在其外层的外管(33)之间的环形通道，因此单向阀(图中未画出)设在鹤管之后的气相支管上。其它部件的编号和结构与实施例1基本相同。工作原理与实施例1基本相似，不再赘述。

Claims (9)

1.一个固定在装油鹤管的装油管上带有液位测量探头和排气口的油气回收密闭机构，其特征在于：有一个固定在装油管上的顶盖，一个位于顶盖正下方的密封座，和一个上端与顶盖的外圆密封连接下端与密封座的上部密封连接的伸缩体，三者合围形成一个密封腔体，靠密封座与油罐装油口之间形成的密封使腔体与油罐的气相空间连通并使油气不外泄，而腔体的顶部则与排气口连通，至少有一组上端挂接在顶盖上而下端可以挂住或脱开油罐的挂钩机构，利用挂钩机构挂住油罐将油气压强作用在密闭机构顶盖上的作用力传递到油罐上，实现力自平衡，从而不需要鹤管提供额外的向下压紧力，以密封座的自重力与油气压强作用在密封座上下横截面积之差上的作用力的合力作为密封力实现自密封力密封，密封座的密封体的结构以及伸缩体的可伸缩功能可以在装油管有一些倾斜时仍能很好地满足密封要求，在密闭机构上可选择性地设置保护套筒，以在装油管插入或抽出油罐的过程中保护挂钩机构和液位探头免受损坏，在密闭机构上还可选择性地设置低压降的止回机构，不但可在装油过程停止时有效地阻止其它正在作业中的装油鹤管排出的油气经排气口形成反串，而且可降低油罐内气相压强。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征是：伸缩体的结构是各种环状可被压缩和伸展的结构，伸缩体的材质可以是皮革、耐油橡胶、纤维织物、塑料或金属等。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征是：挂钩机构设在密闭机构的腔体内侧或外侧。

4.根据权利要求1和3所述的设备，其特征是：挂钩机构设在密闭机构的腔体内侧。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征是：密封座的密封体是套在套筒外面，外表面具有球面、锥面或平面结构的弹性体，其材质可以是耐油橡胶、塑料、纤维织物、皮革等。

6.根据权利要求1和5所述的设备，其特征是：密封体是具有球面结构的弹性体。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征是：保护套筒可以是利用延长密封座骨架的圆筒或顶端固定连接在顶盖下面的专门设置的圆筒。

8.根据权利要求1和7所述的设备，其特征是：在保护套筒的下方挂钩机构的挂钩伸出位置开有供挂钩伸出或缩回孔口。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征是：止回机构是设置在密闭机构内的低压降的升降式止回机构或旋启式止回机构。

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