橡胶膜干式气柜的结构及设计要点
2015/11/16 10:26:19 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
1.简介
橡胶膜干式气柜的结构亦称威金斯型气柜或卷帘型干式气柜，是1947年由美国人威金斯发明。威金斯气柜正越来越多地应用到冶金、石化、城市煤气储存、煤层气开发、电石、污水厂沼气储存等行业中，对生产中的可燃气体进行收集、储存及输配送。
2.橄胶膜干式气柜结构组成(以下简称气柜):
2. 1气柜的外体
侧壁板、立柱、底板及柜顶板组成了气柜的非活动构架，即气柜的外体，立柱与壁板由角钢圈连接，在气柜外部设有防风梁、环形走道及斜梯，在内侧密封角钢圈以上的壁板上设有进出气柜的柜门，以便以后检修人员进人气柜:在内侧密封角钢圈以上的壁板匕及柜顶板上设有换气的通风口及通风帽，及时排出微里泄露的易爆气体。立柱之间的间距一般为6mo
2. 2气柜的内部构件
(1)活塞构件主要有:活塞底板、活塞支架、波形板、槽钢圈、混凝土围坝、梯子、平台、调平临时活塞支柱及调平装置的吊柱。
T围栏构件主要有:T围栏底板、T围栏挡板、波形板、槽钢圈、上下导轮、梯子平台，仅多层橡胶膜的气柜有此构件。
T围栏架台焊接在气柜底板上，用于支撑T围栏。
橡胶膜密封装置主要有:橡胶膜、密封胶条、导向板、压板、止动垫、螺栓、螺母。
橡胶膜干式气柜的结构亦称威金斯型气柜或卷帘型干式气柜，是1947年由美国人威金斯发明。威金斯气柜正越来越多地应用到冶金、石化、城市煤气储存、煤层气开发、电石、污水厂沼气储存等行业中，对生产中的可燃气体进行收集、储存及输配送。
2.橄胶膜干式气柜结构组成(以下简称气柜):
2. 1气柜的外体
侧壁板、立柱、底板及柜顶板组成了气柜的非活动构架，即气柜的外体，立柱与壁板由角钢圈连接，在气柜外部设有防风梁、环形走道及斜梯，在内侧密封角钢圈以上的壁板上设有进出气柜的柜门，以便以后检修人员进人气柜:在内侧密封角钢圈以上的壁板匕及柜顶板上设有换气的通风口及通风帽，及时排出微里泄露的易爆气体。立柱之间的间距一般为6mo
2. 2气柜的内部构件
(1)活塞构件主要有:活塞底板、活塞支架、波形板、槽钢圈、混凝土围坝、梯子、平台、调平临时活塞支柱及调平装置的吊柱。
T围栏构件主要有:T围栏底板、T围栏挡板、波形板、槽钢圈、上下导轮、梯子平台，仅多层橡胶膜的气柜有此构件。
T围栏架台焊接在气柜底板上，用于支撑T围栏。
橡胶膜密封装置主要有:橡胶膜、密封胶条、导向板、压板、止动垫、螺栓、螺母。
(2)气柜分单层密封及多层密封，单层密封气柜内部主要为活塞构件与橡胶膜组成的密封腔，多层密封气柜内部主要为活塞构件, T围栏栏构件及橡胶膜
组成的多层密封腔。
现以20000m3橡胶膜干式气柜为例介绍密封腔的连接情况:20000m3橡胶膜十式气柜共内、外两层密封，橡胶膜为圆柱状。
外层密封:外橡胶膜的上部与距离柜底11. 75m处内侧壁上的角钢圈连接，外橡胶膜的下部与丁围栏底板外侧的槽钢圈连接;
内层密封:内橡胶膜的上部与，1门玉{栏底板内侧的槽钢圈连接，内橡胶膜的下部与活塞底板外侧的槽钢圈连接，角钢、槽钢圈粘有密封胶条，橡胶膜通过螺栓与角钢、槽钢圈连接。
(3)检查人员进人气柜的路径:
当活塞与T围栏均着陆时，从外部斜梯间的柜门一时当板L部平台--T围栏竖梯一T}1栏内侧护板门一活塞挡板上部平台一斜梯~活塞板;
当活塞与T围栏处于上升时，从外部斜梯间的柜门一T#}板上部平台一活塞挡板上部平台一斜梯一活塞板。
2. 3活塞调平装i
由于活塞升降的过程中会出现倾斜，活塞调平装置就是自动调整活塞升降时水平的装置。
2. 4放散装置
自动放散:当柜容量超限时，T围栏会顶起放散阀的顶杆，通过机械传动打开放散阀盖进行排空。
自动放散是防止出现活塞发生冲顶事故的预防性措施之一，实际运行中只有当活塞超限时才会出现这种情况。活塞运行过程中有两次高位报警，关闭进气口，气体进人火炬进行燃烧或进人备用通道，应该说，出现气柜自动放散这一概率是微乎其微的，但为了气柜的安全运行而设置的最后一道安全屏障，被人们所接受。
手动放散:当气柜刚开始投运或停产时，往往要进行气体的置换，此时通过手摇卷扬机打开放散阀盖进行气柜内气体的放散。
25安全附属装置
气柜还设有测量容积的雷达测位仪、就地液位计(横标尺、圆盘液位计、钢带液位计、在柜壁上标标尺);低位报警器及高位报警器:可燃气体报警器;避雷针;照明等。
3.橡胶膜干式气柜的优缺点
优点:
(I)橡胶膜千式气柜结构简单、附幌设备少，既不需要水封，也不需要任何油封免除了复杂的供水、供气、供油系统，升降速度可达到Sm.} mug，制作方便，造价费用低;
(2)运作的费用低，属“三无”型(既无动力消耗、无润滑油消耗，无人操作)，气柜运行的高限位、低限位均实现了与进出口阀门连锁计算机控制自动开关，操作人员工作量小。 (3)维护工作作量小，正常情况下，按维护规程，对气柜各活动导轮加润滑油脂。
自动放散:当柜容量超限时，T围栏会顶起放散阀的顶杆，通过机械传动打开放散阀盖进行排空。
自动放散是防止出现活塞发生冲顶事故的预防性措施之一，实际运行中只有当活塞超限时才会出现这种情况。活塞运行过程中有两次高位报警，关闭进气口，气体进人火炬进行燃烧或进人备用通道，应该说，出现气柜自动放散这一概率是微乎其微的，但为了气柜的安全运行而设置的最后一道安全屏障，被人们所接受。
手动放散:当气柜刚开始投运或停产时，往往要进行气体的置换，此时通过手摇卷扬机打开放散阀盖进行气柜内气体的放散。
25安全附属装置
气柜还设有测量容积的雷达测位仪、就地液位计(横标尺、圆盘液位计、钢带液位计、在柜壁上标标尺);低位报警器及高位报警器:可燃气体报警器;避雷针;照明等。
3.橡胶膜干式气柜的优缺点
优点:
(I)橡胶膜千式气柜结构简单、附幌设备少，既不需要水封，也不需要任何油封免除了复杂的供水、供气、供油系统，升降速度可达到Sm.} mug，制作方便，造价费用低;
(2)运作的费用低，属“三无”型(既无动力消耗、无润滑油消耗，无人操作)，气柜运行的高限位、低限位均实现了与进出口阀门连锁计算机控制自动开关，操作人员工作量小。 (3)维护工作作量小，正常情况下，按维护规程，对气柜各活动导轮加润滑油脂。
缺点:
（1）像胶膜是气柜的关键部件，易受介质中硫、奈、臭氧、蒸汽及光照、反复折叠等因素的影响，使像胶膜老化、破裂，降低使用寿命，橡胶膜费用较高。
（2）柜内检修准备工作量大，检修工期长。
4.工作原理
气柜在未进“v前.活塞处在底板_1.,T围栏停在T围栏架台上正常投产后，气体由下部的进气口进人气密空间.压力随气量进入不断上升，当活塞下部的气体压力达到活塞升起的压力值时，活塞就随着气体的不断进入而上升，当升至一定高度，此时活塞顶部的橡胶垫触到T围栏挡板的上部，压力升高，当气体压力达到活塞与T围栏同时升起的压力值时，活塞则带动T围栏一起上升，若达到气柜的高位报警时，气柜人口阀门自动关闭。当气柜气体输出时，活塞与T围栏发生与上升过程相反的动作，若达到气柜的低位报誉时，气柜出口阀门自动关闭。整个过程橡胶膜随活塞、"栩栏的运动而卷动升降。
（1）像胶膜是气柜的关键部件，易受介质中硫、奈、臭氧、蒸汽及光照、反复折叠等因素的影响，使像胶膜老化、破裂，降低使用寿命，橡胶膜费用较高。
（2）柜内检修准备工作量大，检修工期长。
4.工作原理
气柜在未进“v前.活塞处在底板_1.,T围栏停在T围栏架台上正常投产后，气体由下部的进气口进人气密空间.压力随气量进入不断上升，当活塞下部的气体压力达到活塞升起的压力值时，活塞就随着气体的不断进入而上升，当升至一定高度，此时活塞顶部的橡胶垫触到T围栏挡板的上部，压力升高，当气体压力达到活塞与T围栏同时升起的压力值时，活塞则带动T围栏一起上升，若达到气柜的高位报警时，气柜人口阀门自动关闭。当气柜气体输出时，活塞与T围栏发生与上升过程相反的动作，若达到气柜的低位报誉时，气柜出口阀门自动关闭。整个过程橡胶膜随活塞、"栩栏的运动而卷动升降。
与.设计过程中的几个，点:
5.1壁板焊缝的连接方式
由于壁板为6mm, 4. Smm的薄板，采用对接变形大，施工进度慢，气柜的圆度不易保证，对橡胶膜不利;采用搭接，焊接变形小，气柜的圆度易保证，施工进度快。
5.2橡胶膜
(1)选材:
橡胶膜质盘直接关系到整个气柜的运行状况，应具有气密性、耐磨性、抗腐蚀性、耐久性、弹性和相应的强度，橡胶膜应由橡胶膜厂家根据介质的成分、工作压力、工作温度，量体制衣进行配方选材。橡胶膜的抗拉强度、拉断伸长率、邵尔硬度、脆性温度、热空气老化、耐液体质量变化率、耐臭氧龟裂等检测项目的性能指标及橡胶膜验收应符合HG/T4074一2008((贮气柜用橡胶密封膜》的规定。HG/T4074一2008((贮气柜用橡胶密封膜》的适用范围:温度<800C。压力<6kPe橡胶膜的使用年限不少于10年。
5.1壁板焊缝的连接方式
由于壁板为6mm, 4. Smm的薄板，采用对接变形大，施工进度慢，气柜的圆度不易保证，对橡胶膜不利;采用搭接，焊接变形小，气柜的圆度易保证，施工进度快。
5.2橡胶膜
(1)选材:
橡胶膜质盘直接关系到整个气柜的运行状况，应具有气密性、耐磨性、抗腐蚀性、耐久性、弹性和相应的强度，橡胶膜应由橡胶膜厂家根据介质的成分、工作压力、工作温度，量体制衣进行配方选材。橡胶膜的抗拉强度、拉断伸长率、邵尔硬度、脆性温度、热空气老化、耐液体质量变化率、耐臭氧龟裂等检测项目的性能指标及橡胶膜验收应符合HG/T4074一2008((贮气柜用橡胶密封膜》的规定。HG/T4074一2008((贮气柜用橡胶密封膜》的适用范围:温度<800C。压力<6kPe橡胶膜的使用年限不少于10年。
(2)尺寸的确定
直径的确定:橡胶膜的半径等于橡胶膜上端紧固处的半径与橡胶膜下端紧固处的半径之和的一半。
高度的确定:分别计算出活塞着陆时内橡胶膜在自由状态下L1、活塞着陆时内橡胶膜在承压状态下L2、活塞升到与T围栏搭接时内橡胶膜在承压状态下的有效高度L3，根据承压状态下的最大拉伸率不得大于自由状态的高度的3%来确定橡胶膜的高度，即:(LZ-L1)L1<3%. (L3-L1)L1<3%。外橡胶膜的计算过程与内橡胶膜相同，只是计算的对象为1围栏.
(3)安装橡胶膜时，需整体向上吊起橡胶膜，经常将吊绳穿过橡胶膜的密封安装孔，由于橡胶很重，出现了安装孔被拉大，造成密封不严的现象，后来改进了设计，在橡胶模安装孔的上面设置了吊装耳，专门用来起吊橡胶膜。
(4)橡胶膜的安装孔X13，孔间距约60mm，由于橡胶膜可以被拉伸，安装孔长时间被沉重的橡胶膜拉着，易发生变形，在橡胶膜的两端(安装孔处)又粘了两圈宽60mm、与橡胶膜等厚的橡胶条，缓解了变形，大大降低了气体的泄漏率。
直径的确定:橡胶膜的半径等于橡胶膜上端紧固处的半径与橡胶膜下端紧固处的半径之和的一半。
高度的确定:分别计算出活塞着陆时内橡胶膜在自由状态下L1、活塞着陆时内橡胶膜在承压状态下L2、活塞升到与T围栏搭接时内橡胶膜在承压状态下的有效高度L3，根据承压状态下的最大拉伸率不得大于自由状态的高度的3%来确定橡胶膜的高度，即:(LZ-L1)L1<3%. (L3-L1)L1<3%。外橡胶膜的计算过程与内橡胶膜相同，只是计算的对象为1围栏.
(3)安装橡胶膜时，需整体向上吊起橡胶膜，经常将吊绳穿过橡胶膜的密封安装孔，由于橡胶很重，出现了安装孔被拉大，造成密封不严的现象，后来改进了设计，在橡胶模安装孔的上面设置了吊装耳，专门用来起吊橡胶膜。
(4)橡胶膜的安装孔X13，孔间距约60mm，由于橡胶膜可以被拉伸，安装孔长时间被沉重的橡胶膜拉着，易发生变形，在橡胶膜的两端(安装孔处)又粘了两圈宽60mm、与橡胶膜等厚的橡胶条，缓解了变形，大大降低了气体的泄漏率。
5. 3气柜平衡运行的结构设计要点
(1)活塞配重的计算
气柜的活塞配重很重要，它决定了气柜的工作压力。
F1+F2十F3=W 1+W2+W3
F1一工作压力产生的向上的浮力方向1;
F2一调平配重(向上的拉力)方向1;
F3一空气与工作介质由于密度不同产生的的浮力差，F3=V( p一p 1)
V‘储气容积，
p一设计条件下的空气的密度，
p1一设计条件下的介质的密度，
W1一内橡胶与活塞构件(不含死、活配重)的重量，方向1;
W2一外橡胶与T围栏构件的重量，方向1。
W3一死、活配重的重量，方向1;
(1)活塞配重的计算
气柜的活塞配重很重要，它决定了气柜的工作压力。
F1+F2十F3=W 1+W2+W3
F1一工作压力产生的向上的浮力方向1;
F2一调平配重(向上的拉力)方向1;
F3一空气与工作介质由于密度不同产生的的浮力差，F3=V( p一p 1)
V‘储气容积，
p一设计条件下的空气的密度，
p1一设计条件下的介质的密度，
W1一内橡胶与活塞构件(不含死、活配重)的重量，方向1;
W2一外橡胶与T围栏构件的重量，方向1。
W3一死、活配重的重量，方向1;
根据工艺要求的工作压力，即可推出W3值，取一定比例，制成40kg/块的活配重，每一块都标有重且，对活塞达到均质进行微调，其余的死配重则来确定活塞上混凝土挡墙的断面尺寸。
(2)橡胶膜保护措施
为了使活塞、T围栏升降平稳，要求整个活塞构件、T围栏构件须均质，在升降过程中才不发生大的水平晃动，减少橡胶膜的扭转、撕裂。
T围栏挡板与活塞挡板的外侧装有保护橡胶膜的波形板，壁板内侧与橡胶膜接触的的焊缝表面要求打磨光滑，以减少对橡胶模的磨损、拉伤。
(3)调平装置的调平原理及注意的问题
气柜设置了调平装置，从活塞上均布的八个调平吊点向上引出啦钢丝绳，从柜顶穿出，通过导轮与四块调平配重块连接，每一组装置由两根钢丝绳系于一块配重块组成。
调平原理:当每一组装置的活塞上的A,B两点处于同一水平时，配重块的左右两段钢丝绳相等。如果实际运行中活塞发生倾斜,A点向上，B点向下，那么，A点的钢丝绳出现松弛,B点钢丝绳出现张紧,B点钢丝绳便产生一个向上的力，于是B点便会上升，A点便会下降，A.B两点的钢丝绳张力趋于相等,A.B两点又恢复了水平。在设计过程中要注意钢丝绳之伺不得碰撞，钢丝绳与柜顶板不得碰撞。
(4)导轮的设置
T围栏、活塞升降过程中若真的出现不正常的较大晃动，20000m3气柜在3600Pa的压力下T围栏、活塞总的重量约为300多吨，整个T围栏、活塞碰到壁板是非常危险的事清。在T围栏的上部与下部圆周各均布设置了18个外伸的橡胶导轮，使Z围栏、活塞碰到壁板时有了一个缓冲，并避免金属与金属的碰撞而可能会产生火花，引起爆炸的危险。
5. 5气柜防腐
气柜的工作环境恶劣且维修困难，防腐工程质量应高度重视。柜体所有构件须喷射除锈，其标准应符合GB/T8923.1-2011中的P Sa2.5级，防腐质量直接影响着气柜的使用年限。
气柜外部经常风吹日晒，应选用耐日照好的油漆，漆膜厚度根据每个厂家的要求确定，内部与气体介质接触的部分的油漆应根据介质的成分确定。底板下表面涂厚浆型环氧煤沥青漆，干膜厚度300}m，底板下表面焊缝两侧各100mm处涂耐高温可焊无机涂料三道，干膜厚度150 a m,
(2)橡胶膜保护措施
为了使活塞、T围栏升降平稳，要求整个活塞构件、T围栏构件须均质，在升降过程中才不发生大的水平晃动，减少橡胶膜的扭转、撕裂。
T围栏挡板与活塞挡板的外侧装有保护橡胶膜的波形板，壁板内侧与橡胶膜接触的的焊缝表面要求打磨光滑，以减少对橡胶模的磨损、拉伤。
(3)调平装置的调平原理及注意的问题
气柜设置了调平装置，从活塞上均布的八个调平吊点向上引出啦钢丝绳，从柜顶穿出，通过导轮与四块调平配重块连接，每一组装置由两根钢丝绳系于一块配重块组成。
调平原理:当每一组装置的活塞上的A,B两点处于同一水平时，配重块的左右两段钢丝绳相等。如果实际运行中活塞发生倾斜,A点向上，B点向下，那么，A点的钢丝绳出现松弛,B点钢丝绳出现张紧,B点钢丝绳便产生一个向上的力，于是B点便会上升，A点便会下降，A.B两点的钢丝绳张力趋于相等,A.B两点又恢复了水平。在设计过程中要注意钢丝绳之伺不得碰撞，钢丝绳与柜顶板不得碰撞。
(4)导轮的设置
T围栏、活塞升降过程中若真的出现不正常的较大晃动，20000m3气柜在3600Pa的压力下T围栏、活塞总的重量约为300多吨，整个T围栏、活塞碰到壁板是非常危险的事清。在T围栏的上部与下部圆周各均布设置了18个外伸的橡胶导轮，使Z围栏、活塞碰到壁板时有了一个缓冲，并避免金属与金属的碰撞而可能会产生火花，引起爆炸的危险。
5. 5气柜防腐
气柜的工作环境恶劣且维修困难，防腐工程质量应高度重视。柜体所有构件须喷射除锈，其标准应符合GB/T8923.1-2011中的P Sa2.5级，防腐质量直接影响着气柜的使用年限。
气柜外部经常风吹日晒，应选用耐日照好的油漆，漆膜厚度根据每个厂家的要求确定，内部与气体介质接触的部分的油漆应根据介质的成分确定。底板下表面涂厚浆型环氧煤沥青漆，干膜厚度300}m，底板下表面焊缝两侧各100mm处涂耐高温可焊无机涂料三道，干膜厚度150 a m,
5. 6气柜的气密性试验:
(I)直接气密性试验:
①气柜构件的工厂气密焊缝，在安装前均应进行煤油检漏试验;
②气柜底板、被混凝土挡墙遮挡的活塞底板的现场焊缝，应1000/a作抽真空试验。试验的真空度应达到53KPa,
③活塞板、壁板的现场气密焊缝和密封橡胶膜的粘接缝，可在试运转中或试运转后进行直接气密性检验，并在活塞升起的工作压力下，专人用肥皂水对气密焊缝100%作检漏试验。
(2)间接气密性试验: 试运转完毕后，应进行气柜总体间接气密性试验。先将各对夕卜管口封严。再
将气柜充气90%密闭，按容积测定法检验气柜的严密性. 第一次测定的气柜容积应换算成00C、标准大气压的标准容积。经过7X24小时后再测定和计算标准容积，与最初标准容积相比较，其差值不应超出最初标准容积的2%。
气柜充气密闭后，准确取得气柜内的平均温度相当困难。因此气密性试验应选择在阴天、微风和气温变化不大的气候条件下进行，并且每天一次的观测，应在日出前(同一时间)气柜内空气温度较稳定的条件下进行，才能得出较准确的结果。如果气候条件不好，测量结果有很大误差，则应延长气密性试验时间。反之，如气候条件好，3"4天即可得出比较满意的结果，届时即可结束气密性试验。
(I)直接气密性试验:
①气柜构件的工厂气密焊缝，在安装前均应进行煤油检漏试验;
②气柜底板、被混凝土挡墙遮挡的活塞底板的现场焊缝，应1000/a作抽真空试验。试验的真空度应达到53KPa,
③活塞板、壁板的现场气密焊缝和密封橡胶膜的粘接缝，可在试运转中或试运转后进行直接气密性检验，并在活塞升起的工作压力下，专人用肥皂水对气密焊缝100%作检漏试验。
(2)间接气密性试验: 试运转完毕后，应进行气柜总体间接气密性试验。先将各对夕卜管口封严。再
将气柜充气90%密闭，按容积测定法检验气柜的严密性. 第一次测定的气柜容积应换算成00C、标准大气压的标准容积。经过7X24小时后再测定和计算标准容积，与最初标准容积相比较，其差值不应超出最初标准容积的2%。
气柜充气密闭后，准确取得气柜内的平均温度相当困难。因此气密性试验应选择在阴天、微风和气温变化不大的气候条件下进行，并且每天一次的观测，应在日出前(同一时间)气柜内空气温度较稳定的条件下进行，才能得出较准确的结果。如果气候条件不好，测量结果有很大误差，则应延长气密性试验时间。反之，如气候条件好，3"4天即可得出比较满意的结果，届时即可结束气密性试验。
测定的容积用下式换算成标准容积
VO=Vt x 273(BP蒸汽+P)/760(2730+t0)
式中:
VO---O0C .760mmHg时干燥空气的标准容积(m3 )
Vt一一一气柜实测容积(m3 )
B一一约在气柜高度的1/2处r}J得的大气压力(mmHg)
P一一一试验时气柜内空气压力(mmHg)
P蒸汽一一一气柜内水蒸气分压(mmHg)
P蒸汽=中x Ps
中一一一一空气湿度(%)
Ps一一一t温度下的水蒸气饱和压力(mmHg)
t0一一一一测定时气柜内空气的平均温度(OC)
6.总结
以上总结的是橡胶膜干式气柜的主要构件及设计过程中几个主要的要点，还有很多细节性的问题在设计时也应重视.橡胶膜干式气柜以其显著的优点在我国得到广泛应用，在应用中不断地总结，不断地完善设计，使其在制造中更加方便、经济，在操作、后期维护中更加安、稳、长、满、优的运行。
VO=Vt x 273(BP蒸汽+P)/760(2730+t0)
式中:
VO---O0C .760mmHg时干燥空气的标准容积(m3 )
Vt一一一气柜实测容积(m3 )
B一一约在气柜高度的1/2处r}J得的大气压力(mmHg)
P一一一试验时气柜内空气压力(mmHg)
P蒸汽一一一气柜内水蒸气分压(mmHg)
P蒸汽=中x Ps
中一一一一空气湿度(%)
Ps一一一t温度下的水蒸气饱和压力(mmHg)
t0一一一一测定时气柜内空气的平均温度(OC)
6.总结
以上总结的是橡胶膜干式气柜的主要构件及设计过程中几个主要的要点，还有很多细节性的问题在设计时也应重视.橡胶膜干式气柜以其显著的优点在我国得到广泛应用，在应用中不断地总结，不断地完善设计，使其在制造中更加方便、经济，在操作、后期维护中更加安、稳、长、满、优的运行。
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