低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜原因分析及处理

低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜原因分析及处理

杨斌

广东寰球广业工程有限公司

摘 要： 某现场 10000m3 低温乙烯储罐在预冷后，建立液位后，外罐壁距底板400位置出现凝露、结霜现象。各位专家从储罐构造、制造工艺及罐体周边环境分析判断出透冷原因及对外罐壁凝露、结霜采取措施，保证储罐安全运行，为今后 乙烯双金属储罐设计及施工提供了借鉴。

关键词 乙烯双金属储罐 、冷桥、内外罐体间锚带结构、保冷施工工艺

引言

近年来，随着化工行业的快速发展，乙烯作为重要的原料之一，广泛应用于塑料、化纤等领域。然而，在乙烯的储存和运输过程中，低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜问题是一个值得关注的技术难题。虽然已有一些研究对此进行了一定的探索，但仍存在一些不足之处。首先，现有的研究大多集中在乙烯储存设备的设计、施工和运行管理方面，对于低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜的机理及影响因素的深入探讨较为有限。在实际应用中，外罐壁凝露、结霜问题的发生往往受到多种因素的影响，如环境温度、保温材料质量、施工过程质量等，这些因素之间的相互作用及其对问题的综合影响仍需要进一步研究。其次，现有研究对于解决低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜问题的措施和方法的讨论较为有限。虽然一些保温技术和材料已经得到应用，但其效果和适用性仍然需要进一步验证和改进。此外，对于内外罐体间锚带结构、乙烯罐环隙空间底部保冷结构混凝土层、乙烯双金属罐底部保冷施工工艺影响保温效果的研究也相对不足，如何保持罐体的保温性能、加强设备维护等方面的研究还有待深化。基于以上问题，本研究旨在明确低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜问题的研究意义，并指出现有研究存在的不足之处。通过深入研究低温乙烯罐壁透冷的机理和影响因素，探索有效的措施和方法来减少外罐壁凝露、结霜的发生，以提高设备的使用寿命和安全性。

一、低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜的危害

低温乙烯罐是储存乙烯等液化气体的一种常见容器，用于保障乙烯的贮存及供应。乙烯的贮存温度通常为负100度左右，这意味着罐体的壁厚、材质、设备选择等都需要特别考虑。然而，乙烯的储存也面临着一些独特的技术难题，比如低温乙烯罐壁透冷问题。这种问题可能导致外罐壁上的凝露、结霜等现象，严重影响罐体的使用寿命和安全性。低温乙烯罐壁透冷是指罐内乙烯经过外罐壁透露到环境中，使外罐表面形成大量凝露、结霜等现象。这种现象会对外罐壁造成严重的腐蚀和氧化，降低罐体的使用寿命和安全性。同时，罐体周围还会形成一定的冷凝水，导致基础、地面及周边环境出现水渍等问题。低温乙烯罐壁透冷的主要原因是内外罐罐壁间保温材料性能因锚带结构影响降低。导致冷量透过罐壁保温层到达外罐壁，在罐壁表面生成有一圈凝露和结霜[1]。因此，为了减轻这种现象的影响，应该采取有效的措施。其中，最主要的方法是完善罐体的保温措施，以减少外罐壁的温度影响，进而减少乙烯的透冷现象。具体措施包括增加外罐壁的保温材料及厚度，采用合适的保温技术和方法等。如果低温乙烯罐壁透冷问题得不到解决，将会对储罐使用寿命和安全性造成严重影响。首先，凝露和结霜会使外罐壁的腐蚀程度加剧，加速罐体的老化和失效。同时，外罐壁的结霜现象会增强罐体表面的粗糙程度，容易形成沉积物和污垢，影响罐体的清洁度和维护保养。其次，罐壁透冷会引起冷凝水汇集，对周围环境和设备安全带来一系列的不良影响，导致生产安全事故，造成人员伤亡和财产损失[2]。

二、概述

某项目乙烯罐为双金属壁全容式储罐，外罐直径27 m，内罐外罐直径25 m。乙烯储罐内罐底部承重部分采用钢筋混凝土加高强度泡沫玻璃组成的环梁结构，罐底采用泡沫玻璃保冷。热角保护处采用泡沫玻璃砖保冷。内罐底板与外罐底板之间保温层厚度为75CM(参考图一）。内罐壁保冷采用膨胀珍珠岩加弹性毡结构。 

内罐为锚固带筒方式,结构包括基础底部止动板、锚固筒、锚固带和上部连接构件。

图一、低温乙烯罐内罐底部保冷结构图

乙烯罐于11月16号预冷，并建立液位440MM，乙烯BOG压缩机试机期间及乙烯罐稳压期间，未出现异常情况。

三、过程调查：

1、12月15号下午5点左右，生产人员巡检发现乙烯罐北侧外罐壁有A、B两处带椭圆状结霜，结霜部位直径约20cm左右。

照片一    第一点结霜                     照片2    第二点结霜 

调查中控室乙烯罐体温度分部图，罐体各部位温度显示正常（参考图一），环隙空间温度为-39~-51.4℃，罐底电拌热温度为13.4~16.1℃,热角壁板温度为-6.5~-0.7℃。排除内罐泄漏可能。      

经测量外罐结霜中心点方位，A点距建北线右侧2.2M，离底板高度61CM；结霜中心点温度为-1℃，周边温度为5℃;B点距建北线左侧2.65M、离底板高度44CM,结霜中心点温度为-4℃，周边温度为5℃温度。从结霜形状分析乙烯罐内罐底部保冷层与外罐壁内侧有点柱状冷桥。

经查，A点结霜高度处于罐底保冷第三层泡沫玻璃砖上部，环隙空间底部位素混凝土层下部。B点结霜高度处于第三层泡沫玻璃砖下部，第二层泡沫玻璃砖上部。排除内罐壁保冷膨胀珍珠岩加弹性毡结构局部失效可能。

2、后续每天跟踪乙烯罐外壁结霜情况观测及温度测量，当环境湿度大于50%以上，乙烯罐外罐壁距底板60CM高度左右一圈会因罐壁温度低于环境露点温度有不同程度的凝露与结霜。

四、乙烯罐环隙空间冷桥产生及外罐结霜原因分析

1、乙烯罐环隙空间底部保冷结构混凝土层的影响

经比较乙烯罐、丙烷罐底部保冷结构，乙烯罐环隙空间底部素混凝土找平层（导热系数为1.75W/(M*K)）距外罐内壁25MM, 丙烷罐环隙空间底部素混凝土层距外罐内壁125MM。

丙烷罐底部保冷结构图

其它项目双金属罐环隙空间底部无混凝土层及泡沫玻璃砖、沥青毡，用珍珠岩填充。

2、双金属罐内罐锚带设置的影响

内罐外壁一周安装48座锚带盒、每个锚带盒中心位置距内罐壁外侧250mm,冷量通过内罐壁、锚带、锚带盒盖板、素混凝土层及沥青毡传递到外罐壁。

锚带结构图 

3、乙烯双金属罐底部保冷施工工艺原因

每层泡沫玻璃砖下的沥青毡紧贴外罐内壁敷设（沥青毡的导热系数为0.23W/(M*K)，是泡沫玻璃砖导热系数（0.048W/(M*K)）的五倍。乙烯罐北侧两点较严重的结霜点，因安装、土建、保冷施工交叉作业，安装、土建留下的焊条头或模板钉子之类的金属物遗留在泡沫玻璃砖与罐壁25mm间隙保温棉上，保冷施工前未清理干净。同时此结霜点部位是存放大门洞口热角壁板区域，热角壁板存放影响此区域25mm间隙保温棉清理及更换[3-4]。

照片三、乙烯双金属罐底部保冷施工

4、乙烯罐外罐壁环境原因

 1）、经统计当地罐外空气露点温度为 -15~2℃，常年西、北风3~4级，罐体东侧、南侧太阳辐射作用下的罐壁温度高于罐壁北侧温度；乙烯罐外罐西北侧凝露、结霜明显高于罐体东南侧。

2）、雨天下雨、罐顶的凝结水滴落在罐体地脚螺栓支座上，滴水飞溅在罐壁上，易引起凝露、结霜。

五、乙烯罐壁冷桥产生对罐体蒸发率的影响

对于大型常压储罐，可近似认乙烯罐内的压力恒定，其质量则可以通过低温液体的密度以及低温液体在容器中的实际体积来求得。实际上可通过重量法计算蒸发率，它是指一天( 24 h) 内蒸发的 低温液体质量与储液容器有效容积下低温液体质量之比，低温储罐的静态蒸发率能较为直观的反映储罐在使用时的保冷性能。其定义为低温绝热容器在装有大于有效体积1/2低温液体时，静置达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效体积下低温液体质量的百分比，换算为标准环境下(20℃，101325Pa)的蒸发率值。乙烯的密度为560kg／m3，常压下、温度为-104℃，乙烯气液化。

因乙烯罐目前液位建立高度为440mm,经查询中控室乙烯罐高液位液位变化，高液位439mm  低液位429mm。从低液位到高液位6个小时，高液位到下一个高液位23个小时，经计算日蒸发率在万分之5左右，小于设计规范要求万分之8。

六、消除外罐壁结冰的处理

经过建造并进液以后，低温乙烯储罐的日蒸发率符合设计要求，不过还存在一个问题，即罐壁发生结霜的现象。为了解决这个问题，专家提出了一种消除外罐结冰的方案，即使用锡箔低温胶带粘贴结冰部位。经过一段时间的观察，发现储罐外表结霜现象已经消除，且结冰点A和B的中心温度与周边温度之间的差异在4度以内。该方案的实施是出于以下考虑：通过粘贴锡箔低温胶带，可以在结冰部位形成一层隔热层，减少罐壁与外界环境的热传导，从而阻止结冰点的形成。锡箔材料具有良好的导热性能和耐低温特性，在低温环境下能够有效地隔离罐壁与外界环境的温度差异，防止结冰现象的发生。经过实际操作并观察一段时间，结果表明这种方案是有效的[5]。储罐外表的结霜现象已经消除，而且结冰点A和B的中心温度与周边温度之间的差异在4度以内，说明结冰点的温度与罐壁非结霜部位温度差距较小，也符合专家的建议。通过采取这种方案，可以消除低温乙烯储罐外罐壁结霜的问题，提高罐体的安全性和使用寿命。锡箔低温胶带作为一种简便实用的材料，不仅能够隔离结冰点与周边区域的温度差异，还能够提供一定的保护和防腐蚀效果。

七、结语

低温乙烯罐壁透冷引发外罐壁凝露、结霜问题是一个常见的技术问题。该问题主要是由于罐体的局部存在冷桥，保温性能不佳，导致低温透过罐壁到达外罐壁，空气中的水气在罐壁表面形成大量凝露和结霜，从而加速罐体的老化和失效。这种现象一旦发生，将会对设备的使用寿命、生产安全和环保等方面带来一系列的负面影响。为了避免低温乙烯罐壁透冷引发外罐壁凝露、结霜问题的发生，我们可以采取一系列的措施。首先，在罐体的设计和施工过程中，应该注重保温材料和厚度的选择，内外罐之间锚带结构对保温材料性能影响、施工过程质量的管控，提高罐体的保温性能，以减少对罐体液体蒸发率的影响。其次，在罐体使用过程中，需要对设备进行定期维护和检查，包括检查罐体的膨胀珍珠岩是否存在粉尘化、弹性毡保温材料是否存在破损等情况，及时进行维修和更换。总的来说，低温乙烯罐壁透冷引起外罐壁凝露、结霜问题是需要引起重视的技术问题。通过科学合理的设计和施工，以及定期的维护和检查，可以有效地减少问题的发生，提高设备的使用寿命和安全性。

参考文献：

[1]王凤伟. 乙烯储罐保冷层漏冷分析[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2019, 39 (22): 155.

[2]王海波, 李振宇, 赵保林. 大型低温储罐落地式基础电伴热的设置及计算[J]. 化肥设计, 2022, 60 (01): 42-44+51.

[3]郑义哲. 大型LNG低温储罐干燥过程技术探讨[J]. 化工设计通讯, 2017, 43 (08): 191-192.

[4]李明. LNG低温储罐管口传热优化设计[J]. 石油化工设计, 2020, 37 (02): 1-5+77.

[5]刘罡. 基于传热计算的低温储罐吸阀冬季可靠性分析[J]. 石油化工设备技术, 2019, 40 (03): 10-12+5.