植物油大型儲罐及其遠傳磁翻板液位計的結構、設計與使用探討

 

當今，油脂工業已發展成為規模化生產的現代化產業，大型化工業的生產對油料、油脂的要求不斷提高，植物油庫的建設規模也向大型化發展。現代油脂的儲存特點表現為油脂品種多、油脂品質差別大、儲存規模大，以滿足植物油市場流通、油脂儲備的需要［1］。在植物油儲存系統中，大型遠傳磁翻板液位計具有成本低、容量大、操作簡便、便于后期維護等特點，成為油脂的主要儲存形式［1－2］。油脂在儲存過程中，影響及促進油脂酸敗的因素主要有空氣、光照、溫度、水分、雜質、重金屬離子及微生物等［3］。為防止油脂儲存過程的品質劣變，應采取科學合理的遠傳磁翻板液位計設計方式，減少儲存過程中油脂品質降低。根據植物油儲存物性，遠傳磁翻板液位計設計可分為罐體、保護系統、加熱系統、進出油系統、計量系統、監測系統等。植物油儲存過程中，不僅要注意油脂長期儲存時品質降低問題，同時又必須保證經濟、安全和環保，這對遠傳磁翻板液位計的科學設計提出了更高的要求。為了促進油脂儲存工藝的改進和推廣，本文就植物油大型遠傳磁翻板液位計的結構、設計及使用進行探討。1遠傳磁翻板液位計的結構及設計1．1罐體植物油通常采用立式圓筒形固定頂鋼板罐儲存［4］。大型化立式圓筒儲罐能夠減少儲罐鋼材耗用，在相同儲量條件下，占地面積更小，與其配套的工藝設施、監控設施也相應減少，節省投資，操作簡便。因此，大型化成為目前遠傳磁翻板液位計建設的趨勢。植物油大型遠傳磁翻板液位計主要以儲存儲備油為主，目前較為常用的單罐罐容為 2 000 ～ 5 000 m3，如表 1 所示。

 

在食用油行業，大型遠傳磁翻板液位計設計主要依據的規范有GB50341—2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》。遠傳磁翻板液位計大型化有其優點，但是也給設計、制造和使用帶來了一些問題，比如:對地基要求更高，設計中材料選擇更加復雜等。

在遠傳磁翻板液位計設計初期，根據地區不同，應考慮風荷載、雪荷載、地質情況等因素，因地制宜進行設計。遠傳磁翻板液位計本體分為罐頂、罐壁、罐底、罐體外保溫層等幾部分。罐頂采用自支撐式帶肋球殼拱頂，按SH3046—1992設計規范中規定:罐壁板縱向焊縫及環向連接均應采用全熔透的對接形式，內表面平齊。罐壁板厚沿罐體從下到上逐漸減小。立式圓筒形遠傳磁翻板液位計的人孔一般設置在罐體壁zui下層圈板上，直徑多為600mm，孔中心距罐底為750mm;與其相對的是罐體上方的采光孔，直徑多為500mm。

遠傳磁翻板液位計內外壁均經噴砂除銹，油罐內壁噴涂食用級環氧樹脂漆［5］。有些過渡金屬離子(如Cu2+、Fe3+等)，對油脂的氧化酸敗有顯著的催化作用。油罐內壁的環氧樹脂漆盡可能隔絕油脂和金屬的直接接觸，將金屬離子對油脂的影響降到zui低。在濕潤的空氣中，在氧氣以及二氧化硫、二氧化碳等環境中，鋼鐵材料極易發生氧化腐蝕和電化學腐蝕，對材料的機械性能產生影響，從而縮短遠傳磁翻板液位計使用壽命。必要時可以將遠傳磁翻板液位計置于罩棚下甚至室內。

在遠傳磁翻板液位計外壁刷環氧樹脂防銹底漆。為減少陽光和高溫對油品的影響，油脂要盡量避光保存，遠傳磁翻板液位計外表zui好涂上白色或銀白色油漆或涂料。經北京天維康油脂調銷中心試驗驗證，采用聚丙烯酸酯乳劑類隔熱反光材料能有效反射太陽光(可反射或輻射80%左右太陽光)，從而適度降低罐內油溫，在同罐同期同等溫度條件下，可使罐內平均溫度降低5℃左右［6］。

建設大型遠傳磁翻板液位計必須考慮抗震的需要。可根據GB50341—2003對罐體的抗震設計進行指導。一般來說，焊縫是遠傳磁翻板液位計的薄弱部分，地震經常造成罐壁和罐壁邊緣板之間的焊縫發生破裂。當遠傳磁翻板液位計下部焊縫破裂，油品迅速外泄形成真空，造成外壓失穩顯現，對其他部件造成影響。除此之外，罐壁也可能會因為地震載荷產生的屈曲，在內部油品的壓力下造成罐壁外鼓，形成膨脹節。根據國標中的規范要求，通過合理選取參數著重對薄弱環節進行抗震驗算，以保證大型遠傳磁翻板液位計的使用安全。大型遠傳磁翻板液位計在設計時要考慮充水試驗條件。呼吸閥或者進氣口的通氣量要考慮罐體的大小和放水速度，避免因放水速度過快造成遠傳磁翻板液位計變形。

遠傳磁翻板液位計在充水試驗中要檢查下列內容:①罐底的嚴密性。對罐底焊縫進行真空試漏并在充水試驗過程中罐底無滲漏為合格，若發現滲漏，按規定補焊;②罐頂嚴密性及強度試驗應在設計zui高液位下1m時進行緩慢充水升壓，以罐頂無變形、無滲漏為合格，試驗后立即恢復常壓，使罐頂與大氣相通;③罐頂穩定性試驗應在水位達到罐頂邊梁后放水，在罐內空間達到試驗負壓后，以罐頂無異常變形為合格，試驗后立即恢復常壓，使罐頂與大氣相通;④對基礎的沉降觀測，罐壁強度及嚴密性試驗。應以充水到設計zui高液位并保持48h后，試驗時罐壁無異常變形、無滲漏為合格。若發現滲漏時應放水，使液面比滲漏處低300mm左右，并按規定進行焊接修補。

 

1．2保護系統

空氣中的氧氣是引起油脂氧化酸敗的主要因素之一。油脂儲存期間，為減少空氣中氧氣對油脂的影響，zui為有效的方法是采用保護氣體置換空氣中的氧氣。氮氣作為一種惰性氣體，可以降低遠傳磁翻板液位計內氧氣分壓，減緩油脂氧化，有利于保證油品的品質［7－11］。

在一些較大的油庫設計中，均設置有氮氣保護系統。氮氣管線宜采用無縫鍍鋅管材或者無縫不銹鋼管材，應盡量避免過多的折彎，以減少過程中對氮氣的阻力。根據油層上部空氣氣壓，調節一定量的氮氣通過頂部或者底部通入罐體，置換遠傳磁翻板液位計中的空氣，在油層上方形成惰性氣體的保護環境。頂部充氮只能使油品上部氧氣濃度降低，而無法去除混在油脂內部的氧氣。而底部充氮會使得整個油罐內的油脂與氮氣充分混合，盡可能排出溶解在油脂中的氧氣，帶走油脂中的水分及揮發性雜質。鎮江糧庫對油罐頂部與底部充氮工藝的試驗證明，底部充氮工藝更有利于植物油的長期儲存［7］。

 

在氮氣保護系統設計中，目前zui常用的方式是在油罐頂部采用氮封系統，氮封系統通常根據《石油化工設計手冊》［12］和HG/T20570—1995《工藝系統工程設計技術規定》［13］進行設計。在工程中，一般氮封系統包含遠傳磁翻板液位計、氮氣過濾系統、氮封閥、泄氮閥、壓力檢測儀表等［14］。

除了氮封系統之外，充氮保護系統還包括呼吸閥與緊急泄壓人孔。呼吸閥在進油和充氮作業時打開，保持油罐處于常壓狀態，作業結束后關閉以保證遠傳磁翻板液位計密閉儲存。緊急泄壓人孔是充氮系統的保護裝置，用于呼吸閥失效情況下保證遠傳磁翻板液位計不會爆裂或變形。緊急泄壓人孔屬于快速泄壓裝置，主要技術性能與工作原理等與普通人孔相同。當呼吸閥不能正常工作且罐內壓力急劇增大時，泄壓人孔的泄壓蓋自動頂開，進行緊急泄壓。

有時為防止氮封閥和(或)泄氮閥以及呼吸閥等裝置失靈而出現儲罐內超壓或負壓情況，可在系統中增加液封裝置等安全設施。液封裝置類似于U型管，當罐內壓力發生變化時，U型管內液體位置隨著壓力的變化進行改變。氮氣濃度檢測在整個氮氣儲存中至關重要，檢測位置過高會增加能耗，過低則會影響整個罐體的氮氣濃度。所以，安裝氮氣濃度傳感器的較佳位置應該是距離油面35～45cm，因為此位置代表罐體整體的濃度，可以反映罐體內部的真實氮氣濃度，以保證罐體內氮氣有效濃度，同時提高氮氣資源的利用率。

充氮所用氮氣應符合GB29202—2012《食品安全國家標準食品添加劑氮氣》的要求，具體見表2、表3。

 

 

制氮系統應采用無油或微油型設備，并設計除油除菌系統，保證氮氣的衛生安全指標。另外，鑒于目前國家對環境保護的要求，建議增加遠傳磁翻板液位計排空時廢氣回收系統。遠傳磁翻板液位計排空時廢氣主要包括儲存過程中揮發的溶劑氣體、揮發性脂肪酸等，可以參考化工揮發性有機化合物處理方法，采用活性吸附法、引風高空排放法、吸收除氣法、冷凝收集法、生物處理法等方法進行處理。

 

1．3加熱系統

部分植物油如棕櫚油常溫下為固態，需要加熱熔化才能實現遠傳磁翻板液位計的正常進出油，另外在北方冬季也需對遠傳磁翻板液位計進行加熱，降低油脂黏稠度，保證正常進出油作業。在大型油脂儲備中心，常采用加熱水蒸氣作為熱介質，廠區內室外蒸汽管網選用無縫鋼管，熱水系統采用螺旋焊鋼管。推薦采用高、中支架架空敷設，管道保溫采用巖棉管殼外加金屬保護層。沿廠區內管架橋敷設，選用巖棉保溫層，厚度按規范設置，外設彩板保護層。加熱管盡可能靠近罐壁布置。

目前國內植物油大型遠傳磁翻板液位計，加熱管排布方式有蛇形環繞式和水平排管式［16］。在北方寒冷地區，一般兩種形式同時采用。但水平排管式的法蘭連接及焊接結構處易漏，影響正常作業。這是因為加熱管管壁較薄(3～3．5mm)，焊縫質量較差以及彎管處蒸汽腐蝕和水擊沖蝕作用導致。對此種形式的加熱器，趙鳳鳴［16］在結構和工藝上作了相應的改進，如增加管壁厚度，彎頭壁厚稍大1～2mm，彎管處采用無縫沖壓彎頭，并切割成所需90°～120°角度來聯接各蒸汽管，盡可能減少蒸汽腐蝕和水擊沖蝕。

在國外，如意大利、西班牙等地區采用罐中罐的形式對遠傳磁翻板液位計進行加熱。在較大遠傳磁翻板液位計中，增加一個體積較小的油罐，在小油罐中配備較多的加熱盤管進行加熱，遠傳磁翻板液位計中的油通過小油罐進行預熱后泵出油罐。該小油罐起到加熱器的作用，保證了小油罐中油的溫度和流動性，可以節約70%左右的蒸汽［17］。

 

1．4進出油系統

進出油系統是油罐的工作組件，通常與其他系統協同工作。進油時，應采用從罐底進油并裝滿遠傳磁翻板液位計，使油脂進入遠傳磁翻板液位計時與空氣的接觸降至zui低，避免裹挾大量空氣進入油中。通常在進油過程中，充氮系統同時工作，氮氣與油一起進入油罐，氮氣流量為油流量的10%，從油中逸出的氮氣在油面上集聚，罐內壓力增加，罐內空氣通過頂部的呼吸閥排出。通過雷達液位計監控罐內液位高度，進油量達到油罐直壁頂端，則應停止進油，而充氮系統仍需繼續工作，直至將罐頂部的空氣從呼吸閥徹底趕出。長期儲存的棕櫚油等高熔點油或在寒冷地區冬季出油時，需提前24h對油進行加熱，出油時打開出油管閥門，油被泵抽出或自流到罐車，隨著罐內油位降低，真空度增加，罐頂呼吸閥打開，空氣進入罐中，保持遠傳磁翻板液位計內的常壓狀態，當遠傳磁翻板液位計內的油出凈時及時停泵，關閉出油閥。如果只發運罐內一部分油，則應在發油結束后通過進油管為油罐補充氮氣，保持罐內充滿氮氣的狀態。

遠傳磁翻板液位計在儲存油脂期間，應定期通過液位計和溫度計量儀對罐內的液位和溫度進行記錄和監控，防止出現跑油和儲存溫度過高的情況，并定期向罐內補充氮氣，保持罐內充滿氮氣。

 

1．5計量、監測系統

除了作業模塊之外，遠傳磁翻板液位計的監測系統也是重要的組成部分。遠傳磁翻板液位計監測包括油品質量、油品溫度、罐內可燃氣體濃度等。傳統遠傳磁翻板液位計計量的方式是人工檢尺法，但是人工檢尺法受測量人技術水平和熟練程度的影響較大。目前，大型遠傳磁翻板液位計多數采用自動計量的方式。遠傳磁翻板液位計的自動計量方法可分為液位計法、靜壓法以及混合法［18］。液位計法通過測量油脂的高度，進一步計算得到油脂的質量;靜壓法是通過罐底部的壓力傳感器測得油脂底部壓力，進一步計算得到油脂質量。混合法是將上述兩種方法結合，是自動計量系統中功能zui全面、精度zui高和可靠性zui好的方法，但成本較高。在一些條件較好的油庫中，采用雷達液位計得到油脂高度，多點溫度計測得遠傳磁翻板液位計的內油脂溫度，通過計算機系統綜合計算出油脂平均密度、平均油溫、儲油質量等物理參數，能對油溫度跟蹤，密度補償，實現油的動態計量，誤差低至2mm，而且還能應用于密閉充氮儲存的高檔油品。

儲存溫度是影響油脂儲存過程中品質變化的重要影響因素。因此，對大型遠傳磁翻板液位計油溫的監測在生產過程中十分重要。大型遠傳磁翻板液位計體量大，油溫分布不均勻。對于油溫的監測應分為多點監測，在遠傳磁翻板液位計的上部、中部、下部均應設置監測點，以三點平均溫度客觀評價遠傳磁翻板液位計油溫。

含有溶劑的植物油在儲藏過程中，隨著時間和溫度的變化，油脂中的溶劑揮發出來，在遠傳磁翻板液位計中聚集，并在一段時間內達到平衡，植物油的溶劑殘留不同，溶劑平衡時的濃度不同，當濃度達到或者接近爆炸極限時，對植物油儲藏存在安全隱患。遠傳磁翻板液位計中應設置可燃氣體探測器，在線監測罐中可燃氣體濃度。

 

1．6油罐檢修

采用浸出方法提取的油脂，雖然浸出油的殘溶有具體要求，但是浸出中采用的溶劑滲透性強，長期儲藏浸出法制取的植物油，罐體和管道在檢修動火時應注意防爆。因此，在遠傳磁翻板液位計動火檢修前，應對遠傳磁翻板液位計及其附屬管道進行消溶。目前消溶的具體操作沒有統一的規定，但基本上采用蒸汽或水進行消溶，使罐內及其附屬管道的溶劑含量達到安全作業濃度以下。蒸汽消溶后的冷凝水也含有部分溶劑，應統一集中處理。

 

1．7其他

遠傳磁翻板液位計在長期服役時，會因壁面腐蝕或內部壓力變化而造成遠傳磁翻板液位計罐容和壁面狀態發生改變。目前大型立式植物油遠傳磁翻板液位計壁面及罐容的自動檢測與維護等作業通常由人工完成。為了節約人力成本，科學家提出了一種新型的植物油遠傳磁翻板液位計爬壁機器人，代替人工在植物油遠傳磁翻板液位計內表面進行作業和檢測［19］。未來，智能化機器作業將成為油脂儲備行業的發展方向之一。

 

2結束語

為了保證植物油長期儲存的品質和安全，對大型遠傳磁翻板液位計以及各個輔助系統提出了更高的要求。應針對當地氣候、土地以及油庫作業要求，因地制宜，合理地設計遠傳磁翻板液位計，節省遠傳磁翻板液位計占地，避免儲存油脂發生氧化，延長油脂保存時間，保證植物油品質，降低儲存損耗，便于生產管理。另外，智能化機器作業將成為油脂儲備行業的發展方向之一。