浮頂儲罐在核電廠的應用

富會佳+蔡汝旭+丁華龍

摘 要 本文介紹了核電廠內浮頂儲罐的應用，并針對核電廠的特殊性，研究該浮頂儲罐的結構、作用及其必要性。同時探討該浮頂儲罐的易發問題和解決方法。

關鍵詞 浮頂；儲罐；核電；薄膜

中圖分類號 TL4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0202-02

浮頂產生與20世紀50年代，當時的材料為塑料等非金屬，而我國于20世紀60年代末開始采用鋁制浮頂。而今，浮頂經過了數十年的發展，已在油罐領域廣泛應用。在核電領域，浮頂儲罐也在逐步擴大其應用。

1 浮頂儲罐的介紹

金屬儲罐的分類方法有很多種，但是根據頂部結構，基本上可以分為固定頂儲罐，外浮頂儲罐和內浮頂儲罐。下面分別對3種頂部結構的儲罐進行介紹。

1.1 固定頂儲罐

固定頂儲罐也叫拱頂儲罐，其罐頂大都為球冠狀，罐體為圓筒形，罐頂靠其周邊支撐于罐壁上的一種金屬容器。根據介質壓力等要求，拱頂儲罐配備一定的附件比如呼吸孔或者氣體穩壓系統等。但是拱頂儲罐制造簡單、造價低廉的優點，使其在國內外許多行業應用最為廣泛。

1.2 外浮頂儲罐

外浮頂儲罐其灌頂為漂浮在介質表面上的浮頂，罐體一般為立式圓柱形罐壁。浮頂可以隨著罐內介質儲量的增減而上下升降。一般情況下，浮頂的外緣與筒體內壁之間有環形密封裝置，確保了罐內始終只有介質，減少了介質與空氣或其他保護氣體的接觸，從而減少介質揮發。

1.3 內浮頂儲罐

內浮頂儲罐是在拱頂儲罐內部增設浮頂，三拱頂儲罐和外浮頂儲罐的組合。其包含了外浮頂的優勢，減少介質的揮發損耗；同時，外部的拱頂又可以防止浮頂部件的灰塵沉積，室外罐體還可以防止日曬、雨水、積雪等條件，保證罐內介質清潔，降低了內部橡膠材質的老化和金屬材質的腐蝕。

2 核電廠浮頂儲罐

根據浮頂儲罐隔絕介質與氣體的接觸等特點，核電廠的部分儲罐也使用浮頂儲罐，但是相比于普通的浮頂油罐，核電廠所使用的浮頂儲罐有其特殊性。浮頂油罐主要是減少揮發，而核電廠主要是減少儲罐內介質與空氣等氣體的接觸，保證介質氧含量等指標，因而核電廠主要使用了隔絕空氣最好的具有薄膜套[1]的浮頂結構（如圖1），且由于該儲罐容積較小，安置于室內，以及便于巡檢與維修，采用的是外浮頂儲罐。主要涉及的儲罐設備有補給水罐、蒸餾液監測槽和濃縮液監測槽。

2.1 密封的必要性

核電廠對于補給水的質量要求極為嚴格，主要要求電導率（25℃）≤0.1μS/cm（回收處理后蒸餾液要求≤0.5μS/cm）、溶解氧濃度（>120℃）≤0.1ppm、懸浮物濃度≤0.1ppm，鹵素濃度≤0.1ppm，至于其他礦物離子如鉀、鈉、鎂、鈣二氧化硅等等都有要求。而補給水經水箱儲存后，高純度的補給水極易受空氣中的二氧化碳、氧和灰塵等污染，導致水質變差，影響系統運行，甚至發生嚴重后果。

空氣中的CO2進入補給水后立即形成各種含碳化合物（H2CO3、HCO3-、CO32-），導致水質PH下降，會造成設備管道的腐蝕。而空氣中的O2進入補給水后會使其溶解氧濃度大幅提升，而氧濃度的提升會加速設備管道的腐蝕，另外補給水還用于沖洗部分設備系統內的氫氣，若溶解氧濃度提升后，容易導致氫氧混合，發生爆炸等隱患。

因而控制補給水的水質極為重要，從而其儲罐對空氣的密封性顯得非常重要。

2.2 浮頂儲罐的密封結構

普通油罐的浮頂密封主要有舌型密封，囊狀密封[2]、填料式密封[3]等等如圖2。整體來說，密封組件安裝在浮頂四周，浮頂升降時，密封組件與罐體內壁有相對滑動，為動密封。該浮頂結構雖然大大降低了儲油罐內部介質的揮發，但是其密封效果還是會使得部分空氣進入油罐內部。

核電廠采用的是具有薄膜套的浮頂結構，其密封件為隔膜套，隔膜套的一端密封固定在筒體（一般在中部），另一端密封固定在浮頂邊緣如圖3。浮頂在儲罐內的上下升降時，隔膜隨著浮頂移動，而兩端的密封條不動，屬于靜密封。儲罐內的介質與空之間被隔膜隔開，而連接處的密封，可以通過普通的靜密封即可達到良好的密封效果。

2.3 薄膜套浮頂的背壓水

大部分普通油罐浮頂，由于其密封組件的原因，導致其浮頂需要單獨設計一個浮筒或浮船結構。而核電廠所使用的薄膜套浮頂結構因而其背壓水的存在（如圖1），無需單獨設計制造浮力組件。

而背壓水的存在不僅僅是保證浮頂的浮力，更重要的是確保薄膜套處于自由或拉伸狀態。若無背壓水或背壓水不足則會在浮頂上下升降的過程中，薄膜套堵塞通道，甚至會使得薄膜套被浮頂擠碎的風險。而背壓水過多則會導致在浮頂處于地位的時候，背壓水過多溢流，因而產生浮頂下沉或者傾翻的風險。

因而背壓水的存在及其控制對浮頂儲罐的正常運行具有重要意義。

2.4 核電廠浮頂儲罐的易發問題及處理

沉盤和卡盤是普通浮頂油罐的嚴重問題[4]，而核電廠使用的薄膜套浮頂由于浮頂結構不同，發生概率也大大降低。而且誘發原因除設備質量問題外，基本上源于背壓水、薄膜鼓包變形及浮頂傾斜。所以預防及及時處理以上問題，即可避免事故的發生。

針對背壓水，由于背壓水一直存在已浮頂薄膜套上，正常運行時只有揮發消耗，而且與空氣接觸面較小，揮發量少，只要定期適當補充即可避免背壓水引起的問題。

薄膜鼓包和浮頂傾斜問題一般會同時發生，其主要由于一定量的氣體進入薄膜套中段位置引起的。處理時，打開相應位置的排氣閥進行排氣，若氣體無法排除，則將儲罐內的介質排到最低液位，然后打開排氣閥，并充入介質，即可將氣體排除恢復浮頂的水平和薄膜的自由或拉伸狀態。

另外針對核電廠的特殊性，保證介質的含氧量等指標，必須保證浮頂的絕對密封（圖3密封條處的密封）。即使發生意外泄漏也需進行密封條更換，確保介質達標。

3 結論

浮頂儲罐有其獨有的優勢，而薄膜套浮頂儲罐即保證了儲罐介質隔絕空氣的密封性，又保證了儲罐內介質充排時儲罐的安全。而其在核電廠多年的使用一直良好。相信隨著浮頂的不斷發展，其在核電廠的應用也將更加廣泛。

參考文獻

[1]賈艷波，左樹春.具有薄膜套浮頂結構的容器[J].廣州化工，2013，41（7）：142-144.

[2]孔昭瑞.我國組裝式浮盤的發展與建議[J].油氣儲運，2010，29（11）：801-805.

[3]付宏翔，劉國紅.內浮頂油罐淺析[J].節能技術，1999，93（1）；22-23.

[4]趙紅海，程麗芬，趙東海.浮頂罐沉盤、卡盤故障淺析[J].石油化工設備技術，2008，29（3）：23-26.