甲醇儲罐的蒸發損耗分析及對策

徐 丹

（藍星工程有限公司，北京 102208）

1 存儲損耗分析

1.1 自然通風損耗

自然通風是甲醇出現揮發比較常見的問題之一，主要原因在于罐頂密封性不足，在灌頂上存在著孔眼，而由于介質密度與空氣的密度不同，所以會導致內外產生壓強差，罐內的氣體不斷向外排放，與此同時，儲存罐外的氣體也會通過上面的缺口進入到罐內部，所以由于儲罐的缺陷引起了內外氣體相互交換，通常把這種情況叫作自然通風損耗。主要產生的原因在于儲罐在焊接的過程中存在著焊接缺陷。由此可知出現了自然通風損耗可能是儲罐本身存在的問題，也可能是人為方面的原因，所以可以根據儲罐的損耗原因進行針對性處理解決。

1.2 “小呼吸”損耗

小呼吸損耗指的是儲存罐內部處于靜止的狀態時，內部的壓強是不變的，但是，外界的環境會隨著時間改變而改變，對于內部的溫度壓強等也不斷增強，而導致了隨著空氣的進入內部，甲醇也就不斷被消耗，這就是“小呼吸”消耗，通常也被稱為禁止儲存消耗，主要的原因往往在于隨著時間的變化，溫度也在發生改變，尤其是在中午的時間段溫度變化會更大，溫度的增高導致了罐內的溫度也在不斷增高，當達到臨界值的時候，“小呼吸”損耗也就無法避免了。

1.3 “大呼吸”損耗

儲罐在開始工作的時候，比如說是存放甲醇，就會導致儲罐內部的液體高度會下降，這就會引起氣體壓力的變化，而內部的大氣壓小于外部的大氣壓，儲存罐內外部產生了壓強差，也就會形成外部的空氣或者是其他氣體不斷被吸入，“小呼吸”損耗相比“大呼吸”損耗要大得多，也叫作動態損耗。除此之外儲罐的耐壓等級或者是周轉的頻率，以及地域的情況都有很大的關系。

2 蒸發損耗分析

2.1 通氣部分造成的蒸發

一般來說，化工企業對于甲醇的利用率是非常高的，利用甲醇來生產一些環保用品，比如說聚乙烯等產品，但是即使通過良好的封閉也會存在一些蒸發，其原因在于罐頂部分以及周邊的通氣設施并沒有達到完全隔絕空氣，所以也就導致了內部的甲醇不斷揮發，除此之外，空氣部分造成的蒸發還與其他因素有關。比如說：在運輸以及裝料的時候溫度的變化以及外部空氣不斷進入，而此時甲醇也能夠通過空氣向外進行排放。這就進一步導致了內部的損耗問題。

2.2 設備老化造成的蒸發

除了以上還存在著設備本身的問題，由于設備使用時間比較長，沒有進行及時更換，或者當設備出現問題也是修修補補，久而久之設備不斷老化，同時內浮盤與罐壁之間的一些密封材料也會由于時間的原因導致密封性不足，無法去阻擋外部的氣體或者是內部的氣體。除了技術上的原因或者是人為方面的原因之外，和設備本身出現的老化問題也有很大的關聯性，可為今后降低甲醇損耗提供一些經驗性的方案。

2.3 晝夜溫差造成的蒸發

儲罐在儲存的時候，也會隨著晝夜溫差的變化而發生變化，原因在于由于溫差變化，導致儲罐內部濃度發生改變，當濃度降低的時候，甲醇就會產生蒸發損耗。對比之前，某一企業的生產情況來看，每天損耗甲醇大概在600 kg以上。如果算上整個廠區的甲醇損耗來看，那么一年下來，造成甲醇損耗的量將不計其數，如果再算上當年的價格來看，直接造成的經濟損失高達將近700 000元。

3 蒸發損耗量計算公式

3.1 拱頂罐小呼吸計算公式

Lds指的是氣體排放量；KE指的是產品因子；P是指蒸汽壓力；D指的是儲存罐的直徑；H指的是蒸汽空間高度；T是平均溫度差；FP指的是圖層因子；C指的是調節因子；V指的是儲存甲醇的平均質量。

3.2 拱頂罐大呼吸計算公式

LW指的是拱頂罐的工作損失；M指的是甲醇蒸汽的摩爾質量；P指的是介質溫度下的蒸汽壓力；KT指的是周轉系數；KC指的是產品因子。

4 拱頂儲罐的內浮頂改造設計方案

通過對于以往情況的科學考察與研究來看，對于儲存罐出現的“小呼吸”消耗。與內部氣壓相關，而隨著使用過程中，內部的甲醇逐漸減少，液面也在不斷下降，“小呼吸”消耗也會越來越快，所以采用浮頂罐代替拱頂罐來儲存甲醇，能夠最大程度上減少甲醇的損耗問題，所以在解決的時候，優先采用內浮頂罐，通過科學的計算之后，能夠發現后者甲醇損耗率要遠遠地小于前者，減少率甚至達到了60%以上，可見采用內浮頂罐帶來的優勢比起傳統的固定頂儲罐來說是非常明顯的。

內浮頂罐主要設計結構包括：罐體、內浮頂、密封裝置、通氣孔、高液位報警器、導向防轉裝置、靜電引出線等組成。

（1）罐體。內浮頂儲罐的對接焊縫，其內表面必須光滑、無焊接毛刺。這是為了不妨礙內浮盤的自由升降、防止損壞密封件。故固定頂儲罐改造成內浮頂罐時應將罐內壁焊縫的毛刺、尖角鏟平磨光，以免運行中刮破密封膠袋。大多數內浮頂儲罐上部開均布的通氣孔，使內浮盤上部氣體和大氣相通。（2）內浮頂。內浮頂使罐內儲液與大氣隔絕，它漂浮于儲液表面，隨液面升降。在用的儲罐，當需要改造為內浮頂罐時，采用鋁制內浮頂是最佳的選擇。根據相關的標準規定，浮頂浮力最小為浮頂質量的兩倍，保證整體的安全系數，浮頂能夠承受的力一定要大于兩千牛。（3）密封裝置。內浮盤與罐壁之間的密封通常采用彈性材料密封結構，也叫填料式密封。密封后一定要嚴格進行檢查是否會存在漏氣現象。可以用水探法，看是否有水流出，也可以采用光照法，利用光束照密封處，如果沒有漏光，說明密封性完好。

（4）內浮盤。內浮盤采用4 mm鋼板，同時設置立柱，支撐位置分為高低兩個檔次，在投用期間將浮盤降至700 mm處，最大程度增大內浮頂罐的有效容積，檢修的過程中，浮盤要提高至1 800 mm，防止出現碰撞產生的火花，可以在鋼法蘭上加上一片鋁法蘭。

（5）罐頂透氣孔。罐頂透氣孔直徑27 mm一個，位于中心，利用儲罐頂部自帶的通氣孔兩者形成良好的空氣對流，罐頂部的三個通氣孔完全能夠滿足透氣要求。

（6）環向通氣孔位置。提供足夠的通風條件，使內浮盤上方空間的蒸汽濃度在爆燃范圍之外。應該在罐壁設置若干個通氣孔，以達到內外壓平衡，一般來說，數量上不得小于4個，通氣孔的總通氣面積應至少滿足0.06倍儲罐直徑。位置應根據泡沫消防管線的入口位置和內浮盤的邊緣板高度來確定。

（7）進出管的結構形式。內浮頂罐的進管距離罐子底部一般不小于200 mm，出管盡可能地靠近罐底部，中心部位或管口距離儲罐底部的距離盡可能地小，主要目的是為了增大使用容積，進管采用合理的擴散管的形式。

（8）實際案例分析及注意事項。本次要改造的儲罐為甲醇罐區的粗甲醇罐200 m3，精甲醇罐200 m3，直徑均為6 500 mm，高度均為6 000 mm，材質為Q235B。改造方式為：在原有儲罐基礎上增設內浮頂及氮封等安全設施，不改變儲罐原有尺寸。增設的內浮頂采用不銹鋼浮盤形式，密封圈材質選用囊式三元乙丙橡膠。把舊的固定頂儲罐改造成內浮頂儲罐需要注意以下幾點：①根據現有的罐體尺寸，決定內浮盤的合理直徑，應使罐壁的實際變形范圍落在彈性密封元件的許用彈性工作范圍之內。②安裝前應徹底清罐，去除罐內所存在可燃、易爆的儲液及蒸汽。經廠安全部門檢查合格后方可動火。③舊罐罐底除設計時就存在一定坡度外，還存在因地基沉降而引起的變形，因此需要找平。④應將罐內壁焊縫的毛刺、尖角鏟平磨光，以免運行中刮破密封膠袋。⑤控制內浮頂安裝過程中的變形。⑥必須保證內浮盤在全行程上能無障礙地正常運行，在升降和靜止過程中均處于水平漂浮狀態。⑦全部安裝完畢后進行充水試驗，試驗時檢查罐壁有無異常變形，罐壁和內浮盤各部位有無滲漏。并注意觀察內浮盤升降是否平穩，密封裝置配套工程有無卡住和異常變形，發現故障和缺陷后應進行返修，返修后應重新充水試驗。

5 其他降低甲醇儲罐蒸發損耗的有益方式

（1）罐表面采用隔熱涂料。溫度問題一直是儲存罐甲醇蒸發損耗的一個重要原因，所以在解決這類問題的時候，也可以通過降低溫度的方式來對癥下藥，如何降低溫度，來避免損耗的增多，可以在儲存罐外部涂上防熱材料。這樣，無論是在晝夜溫度差變化較大的地區還是在溫度比較高的時間段，都能夠最大程度上降低溫度，這樣就不會在內外部產生溫度差，以保護內部的甲醇不再向外揮發，這樣既達到了隔熱降溫的效果，也能夠減少了成本的損耗。

（2）安裝降溫設施。除了以上降溫的方式，也可以通過采用一些外部的設備來進行輔助降溫，眾所周知，水的比熱容是最大的，體積相等的液體水的吸收熱量能力最大，所以也可以采用表面淋水的方式來進行外部降溫，與涂料相比，淋水的方式，能夠在相同的時間內將溫度降到最低，如果兩者能夠結合使用那么溫度降低的會更加明顯，尤其是對于夏季度高溫的時段來說，通過以上方式為儲存罐進行降溫，能夠最大程度上降低甲醇蒸發損耗的難題，所以應該根據天氣的情況以及地區的位置來考慮是否采用淋水降溫的方式。

（3）簡化周轉流程。當儲存罐開始工作的時候，為了防止甲醇進一步損耗，可以通過提前進行降溫以弱化損耗的程度，同時，當向罐內充入甲醇時，應該盡量保證流速上要有所提高，單位面積內通過的甲醇體積在條件允許內盡可能的多，這樣也是減少損耗的一種方式。除此之外，在充入甲醇時，應該首先采用剛剛使用過的儲罐能夠減少損耗，也可以在呼吸閥的底部安裝擋板。

（4）采用回收裝置。對于儲存罐中的甲醇損耗問題，經過了歷代相關人員不斷探索實驗，但就目前來看想要讓儲存罐內的甲醇達到零消耗是非常困難，甚至是不可能的，所以也要進一步利用好揮發的甲醇，防止其擴散到空氣中，可以將儲存甲醇的儲存罐中的氣體使用管道作為載體，另一頭連接到集氣罐中，這樣用于排放損耗的甲醇，就能夠及時的收緊，也進一步了保護了環境保障了人員的身體健康。

（5）提高頂部承壓力。對于儲存罐而言，一般是儲存各類氣體和液體的主要場所，所以必須要有良好的承壓效果，因為儲存罐儲存無論是氣體，還是液體，其內部的壓強往往大于外部的壓強，就會產生一定的壓強差，如果此時儲存罐的剛性不足，承壓能力比較差，隨著時間的增長，將會導致儲存罐難以承受內外大氣壓強，這也進一步導致了本就是飽和狀態的甲醇液體不斷向外流出，所以在設備選擇或者制造上面，一定要根據所儲存的材料來進行，對于甲醇儲存，需要提高儲存罐抗壓能力，不斷改善焊接工藝，以降低甲醇的呼吸損耗和蒸發帶來的損失。

（6）優化工藝。通過優化工藝的手段，精細到甲醇儲存的每一個環。弱化頻繁的流轉現象，優化焊接工藝，焊接時，應該采用自動焊的方式，著重對儲存罐罐頂進行焊接，保證頂部的方法，避免出現重焊、漏焊、未焊透等情況發生，也要避免出現晶間腐蝕，電流要控制，在合理范圍內過大的電流和過小的電流，都容易導致在焊接的過程中出現缺陷問題，同時，在焊接的過程中也要進行預焊，程序設置要科學。所以通過焊接手段防止儲存罐出現氣孔，也能進一步降低甲醇的蒸發損耗。

（7）強化儲罐日常維護。因為儲存罐一旦投入使用，就很難進行更換，一旦出現問題，也會采用及時維修的方式進行解決，所以當儲存罐出現問題的時候如果沒有得到及時解決，其內部的甲醇依然會不斷外泄，那么就應該派遣專業人士根據各企業的相關規章制度，遵循操作流程，及時對相關儲存設備進行定期查看、了解、維護和保養，檢查儲存罐的密封程度以及其他各部分的完整性。保證常態化的進行跟進，在儲存罐使用比較頻繁的時候，應縮短維護和保養的周期，從根源上解決甲醇蒸發和損耗的問題。

6 結束語

對于甲醇蒸發損耗問題，一定不能掉以輕心，由于其損耗原因比較復雜，應及時找到甲醇蒸發損耗的根本原因，進行針對性的解決。采取科學有效的處理措施，并且將其損耗量降到最低，既能夠保證成本損失最小，又切實提高了企業經濟效益。