罐顶结构分类方法详解

按罐顶的结构形式又分为固定顶罐、浮顶罐和内浮顶罐。

（一）固定顶罐

固定顶储罐顶部与罐体固定焊接，分为拱顶罐和锥顶罐。锥顶罐适用于直径小于5 m的储罐，拱顶罐适用于直径大于5 m的储罐。

固定顶储罐，随着气温的变化、罐内液面的升降，常有空气吸进罐内，油气呼出罐外，这不仅增加油品的损耗，也增加了火灾危险性。固定拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为1 000～10 000 m3。

带氮封系统的固定顶罐，《石油库设计规范》（GB 50074—2014）6.1.8规定：储存I、II级毒性液体的甲B、乙A类液体储罐的单罐容量不应大于5 000 m3，且应设置氮气保护系统。

《石油化工企业设计防火标准》6.2.4A储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

图3-1　固定顶罐外观图

（二）浮顶罐

1.浮顶

浮顶储罐的浮顶是一个漂浮在储液表面上的浮动顶盖，随着储液的输入输出而上下浮动，浮顶与罐壁之间有一个环形空间，这个环形空间有一个密封装置，使罐内液体在顶盖上下浮动时与大气隔绝，从而大大减少了储液在储存过程中的蒸发损失。采用浮顶罐储存油品时，可比固定顶罐减少油品损失80%左右。

2.浮盘

浮顶可分为单盘式浮顶和双盘式浮顶。

单盘式浮顶由周边的环形浮舱和中间的单盘板组成，典型的单盘式浮顶罐的示意图见图3-2。

图3-2　单盘式浮顶罐示意图

环形浮舱为浮顶提供所需要的浮力，为保证浮舱的可靠性，用隔板把环形浮舱分割成多个独立的封闭式隔舱，以免某一个隔舱发生泄漏事故时，不至于发生浮顶沉没的恶性事故。

单盘板的作用是把储液的液面与大气分隔开，单盘板由钢板焊接而成。组焊后单盘板的半径比单盘板的厚度大得多，通常认为单盘板是覆盖在储液表面上的弹性薄膜。

双盘式浮顶由上盘板、下盘板和船舱边缘板组成，由径向隔板和环向隔板隔成若干独立的环形舱。其优点是浮力大、排水效果好。典型的双盘式浮顶罐的示意图见图3-3。

双盘式浮顶多用于多雨和寒冷地区的大直径储罐中，双盘式浮顶本身可以承受较大的偏心荷载（如冬季在浮顶上的不均匀分布的雪载等），双盘式浮顶的上、下顶板之间的气体空间，是良好的隔热层，对于有加热器的储罐，有利于减少热损失。储存高凝点的原油时，为了减少热损失和减少罐壁结蜡的可能性，可以采用双盘式浮顶。同时，双盘式浮顶有稳定的排水坡度，在降水频繁并且水量较大的地区，采用双盘式浮顶可获得较好的排水效果。外浮顶罐上部是敞口的，不再另设顶盖，具有储存容量大的显著优势。目前最大外浮顶罐容积达150 000 m3，一般储存原油及重油。缺点是由于中央排水管直接暴露于大气中，落在浮顶上的雨雪不及时排除就有可能造成浮顶沉没。（见图3-3）

图3-3　双盘式浮顶罐的示意图

3.浮顶罐的主要附件

大型外浮顶储罐主要结构有浮顶、中央排水系统、浮盘密封（一、二次密封）、罐壁、罐底、转动扶梯、盘梯、静电导出装置、消防设施等。浮顶罐的主要附件有如下几种。

（1）浮顶密封装置。为保证浮顶在储罐内部可以自由地上下运动，浮顶与罐壁之间必须有足够的环形间隙，一般情况下环形间隙为200～250 mm。目前使用的主要密封装置有机械密封装置、弹性密封装置、管式密封装置等一次密封装置。为控制油品蒸气对大气环境的污染，二次密封装置得到普遍应用，20世纪90年代中期，我国开始使用二次密封技术，二次密封是在一次密封（上述3种密封均为一次密封）的基础上再增加一道密封。通过实验证实，采用二次密封后可减少50%～98%的油气损耗，并且在安全性、环境保护方面有更为显著的社会效益和经济效益。图3-4泡沫填充一、二次密封装置。

图3-4　泡沫填充一、二次密封装置

《中国石化大型浮顶储罐安全设计、施工、运行管理规定》（中国石化安〔2011〕754号）中对密封结构进行明确规定。

密封结构：大型储罐应设置一次密封和二次密封。在雷雨多发区域，一次密封宜采用软密封。

储罐罐壁与浮顶之间的环形密封间距宜按下表的规定选取。

表3-2　储罐罐壁与浮顶间隙规格表

在浮顶外边缘板与罐壁之间的环形密封间距偏差为±100 mm的条件下，一次密封和二次密封的密封件应保持与罐壁良好接触。

应尽可能减小一次密封和二次密封之间的油气空间。(www.xing528.com)

一次密封的橡胶包带、橡胶充液管应符合现行化工行业标准《浮顶油罐软密封装置橡胶密封带》（HG/T 2809）要求，除具有良好的耐油性能外，还应满足强度、耐老化等要求。

一次密封的软泡沫塑料应符合国家标准《轻质聚氨酯泡沫塑料》中JM30优等品的要求，应具有良好的弹性和耐老化性能。

一次密封和二次密封所用紧固件、二次密封的压条等材料应为不锈钢。

一次密封的橡胶包带和二次密封的油气隔膜接头的物理性能、耐油性能以及机械性能等应不低于对橡胶包带和油气隔膜的性能要求。

二次密封的支撑板应采用不锈钢，橡胶刮板宜采用“L”形结构，以保证刮板与罐壁之间形成良好的面接触；当采用其他结构时，密封油气空间不应存在金属凸出物。

二次密封的橡胶刮板应具有良好的耐磨性、耐候性和耐油性。

一次密封应采用浸液安装的方式

一次弹性泡沫密封安装后，下部突出应规则，无扭曲现象，上部应平整。

（2）中央排水系统。大型外浮顶储罐使用的中央排水系统主要有旋转接头式排水系统、枢轴式排水系统、全软管式排水系统、分规式排水系统。

旋转接头式排水系统：回转接头式中央排水装置主要由回转接头与钢管连接形成的，其中回转接头由有相对运动副的套管、滚珠等部件组成，套管之间由密封圈形成密封结构，既确保了排水管内的介质不外漏，又阻断了油罐内的介质泄漏到排水管中。回转接头与钢管相连，随着浮顶的上下运行而转动，形成折叠管，以满足浮顶运行的需要。

回转接头具有通用性强、易加工、价格相对较低的优点，但是，由于回转接头存在相对运动副，密封圈本身会磨损，同时存在法兰静密封点，回转接头式中央排水泄漏概率较大。

枢轴式排水系统：枢轴式中央排水装置主要由挠性接头和钢管组成（称为静密封结构），其折叠管直管段间的连接旋转头由挠性管替代，具有密封性好、结构简单、运行轨迹稳定等特点。但是，常用挠性管的挠曲性有限，曲率半径大，频繁的低液位运行，挠性管易出现疲劳损坏，制造工艺要求严格，局部接头处易产生开裂。

全软管式排水系统：全软管式排水系统其整体结构形式仅为一根柔性管，两端通过法兰与进水口单向阀、出水口与罐壁接管相连，中间既不用回转接头，又不用枢轴式接头；既消除了磨损泄漏，又消除了挠曲疲劳破坏，受浮盘漂移的影响小，有效地降低了泄漏的可能性。但是，安装时应避开浮顶支柱、加热盘管及其他可能相碰附件。

（3）转动扶梯和转动扶梯轨道。转动扶梯是从罐壁梯顶平台到浮顶之间的连接通道。转动扶梯和管道要求转动灵活，接地良好。大型储罐转动扶梯与罐体及浮顶各两处应做电气连接，连接导线应采用横截面不小于50 mm2扁平镀锡软铜复绞线或绝缘阻燃护套软铜复绞线，连接点用铜接线端子及2个M12不锈钢螺栓加防松垫片连接。

（4）刮蜡机构。重锤式刮蜡机构是目前最广泛使用的一种刮蜡机构。重锤式刮蜡机构采用机械方式除去罐壁上的凝油及结蜡。刮蜡机构主要由固定横梁、重锤、四连杆机构、刮蜡板组成，横梁固定在浮顶下侧边缘，四连杆机构固定在横梁上，重锤的重力通过连杆机构转化为水平力，作用在刮蜡板，使之紧贴在罐壁上，在浮顶下降时，除去罐壁上的凝油及结蜡。

（5）浮顶罐和内浮顶罐的防静电设施。浮顶罐的浮顶、罐壁、转动扶梯等活动的金属构件与罐壁之间，应采用截面不小于25 mm2软铜复绞线进行连接，连接点不应少于两处。浮顶与罐壁之间的密封圈应采取导静电橡胶制作。设置于罐顶的挡雨板应采取截面6～10 mm2的软铜复绞线与顶板连接。内浮顶油罐在进出油过程或油品调和过程中，浮盘上有可能积聚大量静电荷，而在浮盘与罐体之间产生电位差，可能产生放电，引起着火或爆炸，因此，浮盘与罐体之间也必须设置静电引出线。

（6）限位器。储罐浮顶限位除设置两根量油导向管外，在浮顶下方，还应设置限位器，浮顶限位器沿径向伸出浮顶外边缘板的长度应满足密封间隙允许偏差的要求，并对一次密封和二次密封提供极限位置保护，其安装位置应避开其他部件。

（7）自动通气阀。自动通气阀设在浮盘中部位置，它是为保护浮盘处于支撑位置时，油罐进出油料时能正常呼吸，防止浮盘以下部分出现抽空或憋压而设。

（8）浮盘支柱。内浮顶油罐使用一段时间后，浮顶需要检修，油罐需清洗，这时浮顶就需降到距罐底一定高度，由浮盘上若干支柱来支撑。

（9）扩散管。扩散管在储罐内与进口管相接，管径为进口管的2倍，并在两侧均匀钻有众多直径为2 mm的小孔。它起到油罐收油时降低流速，保护浮盘支柱的作用。

（三）内浮顶罐

内浮顶储罐是带罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的新型储罐。内浮顶储罐的顶部是拱顶与浮顶的结合，外部为拱顶，内部为浮顶。

1.内浮顶储罐具有独特优点

一是与浮顶罐比较，因为有固定顶，能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入，绝对保证储液的质量。同时，内浮盘漂浮在液面上，使液体无蒸气空间，减少蒸发损失85%～96%；减少空气污染，减少着火爆炸危险，易于保证油品质量，特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品；由于液面上没有气体空间，故减少罐壁罐顶的腐蚀，从而延长储罐的使用寿命；二是在密封相同情况下，与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。

内浮顶储罐的缺点：与拱顶罐相比，钢板耗量比较多，施工要求高；与浮顶罐相比，维修不便（密封结构），储罐不易大型化。

2.内浮顶储罐的形式

内浮顶储罐有钢制无浮舱式浮顶（钢制浅盘式）、钢制有浮舱盘式浮顶（类似于单盘式浮顶）、钢制双盘式浮顶、铝制内浮顶、铝制蜂窝式浮盘、组合式塑料浮盘、浮子式铝浮顶等。

目前，以钢制的有浮舱的盘式浮顶、浮筒式铝制内浮顶和浮子式铝制内浮顶使用最多。

（1）钢制内浮顶储罐。钢制内浮顶是指内浮顶是由碳钢钢板组焊而成的，这一点与外浮顶罐的浮顶类似，故外浮顶罐的各种浮顶型式都可以在内浮顶罐中使用，同样，外浮顶罐所采取的密封型式也可以在内浮顶罐中使用。

内浮顶的浮力构件，如周边环形浮舱、内部的单独浮舱（又称内浮子）等提供的浮力应不小于浮顶自身重力的两倍，以保证浮顶在不测因素的影响下不会沉没。

（2）铝制内浮顶储罐。铝制内浮顶的主要部件，如浮筒、浮盘板等是由铝材制造的。铝制内浮盘的全部零部件可以在制造厂生产，运至施工现场从储罐人孔处送入储罐，在罐内进行组装。铝制浮盘的零部件之间采用螺栓连接，不需要电焊机等设备，施工周期短于钢制内浮顶。将正在使用的固定顶储罐，改造成为内浮顶罐，铝制内浮顶是最佳的选择。

内浮顶结构见图3-5所示。

图3-5　内浮顶油罐结构示意图