专利名称：顶部装卸液体烃类产品的油气回收密闭机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油化工或化工产品储运过程中回收油气的密闭机构。特别是一种用于顶部充装液体烃类产品槽车时回收油气的密闭机构。
背景技术：
液体烃类产品(如汽油、芳烃、溶剂油等)从出厂到最终用户通常要经历若干次火车或汽车槽车的装卸过程，在向这些槽车的油罐内充装液体烃类产品(以下称为装油)的过程中，会有一部分含烃类气体(以下简称油气)从油罐内排出。装油口敞开，任由装油过程产生的油气排入大气的方法称为敞口装油；与其对应的是将装油口密闭，将装油过程中产生的油气集中起来，通过专门的油气回收装置回收其中的烃类组分后，最后将净化后达到环保排放标准的尾气排入大气，这种装油方法称为密闭装油。随着社会的不断进步和各项法律法规的日益完善，越来越多的企业开始认识到敞口装油对环境、人身健康、安全生产造成的不利影响，以及回收利用排出气体中的烃类组分的经济意义，敞口装油正逐渐被密闭装油取代。
以国内普遍采用的顶部装油的装油过程为例，密闭装油的基本工艺过程可以描述为在由多个装油鹤位组成的装油区内，多辆槽车同时进行着装油作业。操作人员手动将装油鹤管的装油管从槽车油罐顶部的装油口插入，当装油管的底口接近油罐的底部位置时，固定在装油管上的密闭机构刚好将装油口盖住形成密封。通过装油管向油罐内装油时，会有一部分烃类组分从罐内的液相中挥发出来进入罐内气相空间，与油罐内原有的空气混合形成烃类组分与空气的混合气体(以下称之为油气)，随着装油过程中罐内液位的不断上升，罐内的气相空间逐渐被液相所取代，罐内油气被迫从设在密闭机构上的排气口排出，经气相支管汇入气相总管，各个装油鹤管的气相支管排出的油气经过一单向阀后在气相总管内汇合，最后集中进入独立设置的油气回收装置。油气回收装置将油气中的烃类组分回收，除去了烃类组分达到环保排放标准的尾气排入大气。为防止装油过程种因意外操作失误过量装油出现溢罐，在装油管上通常安装有液位探头，以便在溢罐发生前，自动切断油源。
国内外现有的油气回收密闭机构大多是固定在装油管上的圆台形结构，因此密闭机构与油罐的装油口接触的密封面为锥面，在锥面的外层裹附着橡胶类的弹性材料，利用鹤管上向下的外力(鹤管上弹簧机构施加的弹簧力或其它形式的外力及鹤管自身的部分重力)，使密闭机构与装油口之间形成线密封，阻止装油过程中油气的外泄。也有的采用气囊结构，通过向安装在装油管上密闭机构的气囊内充气，使其膨胀，形成密闭机构与装油口内壁之间的密封。但现有的密闭机构都程度不同地存在以下缺陷1)需要对密闭机构施加一个足够大的向下的外力。外界向密闭机构施加的向下作用力不但要满足密闭机构与装油口之间的密封要求，还要克服罐内气体压强作用在密闭机构上产生的相当大的向上推力，这大大增加了鹤管施力设备结构的难度和操作人员的操作难度。
2)密封力大小变化大。在装油管和密闭机构就位后到装油后油罐内压强未达到正常压强前的一段时间内，油罐内尚未产生或未产生足够的向上作用力，此段时期施加在鹤管上的满足正常操作时密封要求的外力几乎全部施加在密封面上，过大的密封力易造成密封材料的损坏；另外由于槽车底座弹簧的形变，不论是汽车槽车还是火车槽车装油过程中装油口的高度都会随着装油量的增加而逐渐降低，有时施加在密闭机构上的密封力难以适应这种变化，影响密封效果。
3)对位不准造成密封不严。装油时，鹤管与装油口的对位是靠鹤管或槽车的移动实现的，由于各种各样的原因鹤管常常不是很好地处于装油口的中垂线位置，而是处于一定的倾斜状态，这时固定在装油管上的锥面密封的密闭机构与装油口的顶缘之间形成的线密封就不是一个真正意义的圆，造成密封不严而泄漏。
由于密闭机构存在的上述缺陷，尽管目前的油气回收装置本身回收效率很高，但整个油气回收过程实际回收的油气量远远达不到预期，相当一部分油气从装油口的密封处泄漏到大气中。因此，解决好密闭机构的密封问题成为整个油气回收系统的一个关键环节。
发明目的本发明的一个目的是要提出一种靠自身产生的密封力实现密封的自密封力密封油气回收密闭机构。
本发明的另一个目的是要提出一种不需要鹤管提供额外压紧力的具有力自平衡功能的油气回收密闭机构。
发明内容
本发明的目的是这样实现的一个固定安装在装油鹤管的装油管上、带有液位测量探头和排气口的油气回收密闭机构，有一个固定在装油管上、上面开有排气口的圆形顶板，液位测量探头密闭地穿过顶板，一个位于顶板正下方的环形密封座，和一个上端与顶板密封连接，下端与密封座密封连接的环形伸缩体，三者合围形成一个密封腔体，密封腔体与油罐的气相空间连通，靠密封座与油罐装油口之间形成的密封使油气不外泄，有一个固定在装油管或顶板上的定位装置，以便使密闭机构的密封座在与装油口接触时处于合适的位置，至少有一组上端挂接在顶板上而下端可以钩住或脱开油罐的挂钩装置，利用挂钩装置钩住油罐将油气压强作用在密闭机构顶板上的作用力传递到油罐上，实现力自平衡，从而不需要鹤管提供额外的向下压紧力，以密封座的自重力与油气压强作用在密封座上下横截面积之差的环形面积上的作用力的合力作为密封力实现自密封力密封。
本发明所说的自密封力密封是相对于由外部施力的现有技术而言的。现有技术通常是靠弹簧机构将弹簧力施加在鹤管上，再由鹤管的装油管传递到密闭机构上的。而本发明的自密封力密封作用在密封座与槽车装油口之间的密封力主要由两个力构成，一个是密封座自重产生的自重力，其方向向下；另一个是油气的压强作用在密封座上下横截面积之差的环形面积上的作用力，也就是油气压强在伸缩体横截面积与密封座和装油口之间形成的密封所辖横截面积之差的环形面积上产生的作用力。此作用力的方向有三种情况，第一种情况是伸缩体横截面积大于密封所辖横截面积，此时压强作用力向下，横截面积之差大得越多，向下的压强作用力越大；第二种情况是二者相等，压强作用力为零；第三种情况是伸缩体横截面积小于密封所辖横截面积，此时压强作用力向上，横截面积之差小得越多，向上的压强作用力越大。显然第一种情况下密封座的自重力与压强作用力方向相同，密封力大于密封座的自重力；第二钟情况下密封力也就是密封座的自重力；而第三钟情况下压强作用力与自重力的方向相反，密封力小于密封座的自重力。从具体应用角度讲，由于装油过程中油罐内油气的压强越大，达到相同的密封要求所需的密封力也越大，因此，比较理想的是，密闭机构的伸缩体横截面积大于或等于密封所辖横截面积，更好的是密闭机构的伸缩体横截面积大于密封所辖横截面积，这样油气压强越大，密封力也就越大。因作用在密封座上的两种力均源自密闭机构自身，而非由外界施加，因此本发明人称这种密封方式为自密封力密封。当密闭机构的结构参数确定后密封力只与油气压强有关，采用自密封力密封可以根据密封要求，密封材料的特性，密封面对密封力的要求和罐内油气压强等因素综合确定合适的密封座重量、伸缩体横截面积和密封所辖横截面积的大小。
在装油过程中，密闭机构腔体内油气的压强同样也会对顶板并进而对装油管产生一个向上的推力，推力值为连接在顶板上的伸缩体的横截面积与油气压强的乘积，这个推力通常有几公斤至几十公斤，这就意味着如果不平衡这个推力，鹤管将需要向下额外施加一个几公斤至几十公斤的外力。显然最理想的方案是将这个推力平衡到油罐上。本发明是通过挂钩装置实现这一目的的。挂钩装置的顶端连接在顶板上，在装油时，底端能够钩住油罐而将作用在顶板上的向上推力传递到油罐上，而在装油结束后，压缩伸缩体，底端又能够与油罐脱开。挂钩装置可以设在密闭机构的外侧，以钩住装油口或油罐体的外面的合适位置，也可以穿过顶板，设置在密闭机构的腔体内侧，钩住装油口或油罐内侧的合适位置。为避免可能与碳钢的装油口发生接触碰撞而发生打火，从安全角度考虑，挂钩装置与装油口接触部分的零部件的材质最好为与碳钢碰撞时不打火的有色金属或其它非金属材料。密闭机构的挂钩装置的数量至少为1个，最好为2个。
连接顶板与密封座的伸缩体的主要功能是使固定在装油管上的顶板与密封座之间不是硬连接，而是可以根据需要，允许二者之间的相互距离在一定范围内伸缩的软连接。在密封座就位后，需要将顶板下压产生向下位移，以便挂钩装置的挂钩能够钩住装油口或罐顶，这时伸缩体被压缩；而装油过程开始后，密封座稳定地与装油口之间形成密封，罐内压力作用在顶板上产生的向上推力，使顶板产生一定量的向上位移，这时伸缩体被拉伸，顶板的上移联动挂钩装置的挂钩钩住装油口或罐顶。伸缩体的上述功能不但保证了自密封功能的实现，还可以消除装油过程中装油管的振动或稍许偏移对密封效果的影响。伸缩体的结构可以是各种圆环状可被压缩和伸展的结构。伸缩体的材料应当满足不透气和耐油性、耐久性的要求。伸缩体的材质可以是皮革、耐油橡胶、纤维织物、塑料或金属等。
密封座的主要功能是实现密闭机构与装油口之间的密封。密封座的结构主要由一个环形骨架和一个附着在骨架上的环形密封体组成，骨架的顶部与伸缩体的底端密封连接，密封体固定在骨架的下方。根据密封座与装油口之间的密封方式的不同，骨架和密封体可以有不同的结构型式。密封座与装油口之间密封方式可以是平面密封或球面线密封或锥面线密封，其中的平面密封又可分为平面线密封和平面面密封。所说的平面线密封是指，密封座的密封体与装油口的顶部二者之中的一方为环形平面结构，另一方为环形曲面结构，如”O”型圈或国内火车槽车装油口顶缘的环形曲面结构等；所说的平面面密封是指，密封体与装油口的顶面的相互接触部分均为环形平面结构，密封体与装油口顶面之间形成面密封；所说的球面线密封是指，在密封体与装油口的密封部位，密封体的外表面部分为球面结构，密封体与装油口的顶内缘之间形成线密封；所说的锥面线密封是指，在密封体与装油口的密封部位，密封体的外表面部分为锥面结构，密封体与装油口的顶内缘之间形成线密封。为实现密封体与装油口之间的良好密封，密封体的材料最好是具有良好的弹性、良好的气密性、耐油、使用寿命长的弹性体。如各种耐油发泡橡胶、耐油橡胶、耐油发泡塑料、耐油塑料、纤维织物、皮革等。
密闭机构上最好设置具有对位功能的对位装置。对位装置可以固定在装油管上或顶板下方，对位装置的外形为圆柱形或其它具有相同功能的结构型式，其外径略小于装油口内径，密闭机构就位时，对位装置能够容易地插入装油口，设置对位装置既可以保证密闭机构的密封体与装油口之间能够准确对位，又能保持装油管的垂直，从而保证良好的密封。当然实现对位功能的对位装置不限于上述结构型式，固定在顶板下方、能够套住装油口的外缘的对位装置，或其它能够实现密闭机构对位功能的对位装置同样能够达到上述目的。由于对位装置可能与装油口发生碰撞，对位装置与装油口接触部分的材质最好采用有色金属或非金属材料。
本发明的密闭机构既可用于顶部装油的汽车槽车也可用于顶部装油的火车槽车的油气回收，不仅可以安装在新建的鹤管上，也可安装在已有的普通鹤管上，使普通鹤管具有密闭装油的功能，这对于要将已有的敞开装油系统改造为密闭装油系统的企业来说，可以节省大量的投资。
以下是为了便于理解本发明的方法和原理而提出的两个实施例。需要说明的是，实施例只是用来解释本发明的方法和原理，本发明的范围不能被理解为仅限于本实施例。
图-1是一个用于汽车槽车油气回收的密闭机构实施例的示意图。
图-2是一个用于火车槽车油气回收的密闭机构实施例的示意图。
具体实施例方式
1.汽车槽车油气回收的密闭机构实施例图-1示意的是一个安装在汽车槽车装油鹤管的装油管(2)上的油气回收密闭机构(1)插入汽车槽车的油罐(21)的装油口(19)，形成密闭装油系统的结构示意图，其左半部分为密闭机构的剖面图，右半部分为密闭机构的外形图。密闭机构的圆形顶板(3)被装油管(2)的上半部分(2-1)和下半部分(2-2)的连接法兰所夹，垂直固定在装油管(2)上，顶板(3)上开有排气口(18)。位于顶板(3)的下方的密封座(5)由圆环形的金属骨架(6)和粘附在骨架底部的密封体(7)构成。连接顶板(3)和密封座(5)的伸缩体(4)由两片内圆被粘接在一起的圆环形皮革制成，伸缩体的上半部分外圆通过压环(9-1)与顶板(3)连接，下半部分外圆通过压环(9-2)与密封座(5)连接。在密封座(5)下方的装油管(2)上，固定安装着上半部分为外径略小于装油口(19)内径的圆柱形结构，下半部分为圆台形结构的定位装置(8)。对称地设在装油口外部两侧的两个挂钩装置(10)的顶端通过“U”支架(11)连接在顶板(3)上，挂钩杆(14)的顶端可以绕轴(13)旋转，设在支架(11)上的限位杆(12)用来限制挂钩杆(14)向上旋转的角度，而固定在挂钩杆(14)上的挡桩(15)与顶板(3)的外缘接触时，可以限制挂钩杆(14)向下旋转的角度。焊接在挂钩杆(14)底端的三边形挂钩(16)就位时可以钩住装油口顶法兰(22)的底面，三边形挂钩(16)的斜边可以是一条直边，也可以是一条曲线边，采用曲线边的好处在于，在密闭机构(1)垂直插入装油口时，曲线边与装油口顶法兰(22)的外缘接触点的斜率始终保持一固定的角度，以便于密闭机构(1)插入装油口的过程中，挂钩(16)能够顺利地向外侧张开。实际上，挂钩装置的具体结构型式可以有很多种，连接在顶板上，能够方便地钩住和脱开装油口的其它型式的挂钩装置也同样能够实现本发明的目的。安装在槽车装油口顶法兰(22)顶面上的“O”型圈(20)有两个功能，密闭装油时，“O”型圈(20)与密封体(7)接触形成线密封可以防止油气外泄；汽车槽车行走时，装油口上的密封盖(图中未画出)盖住装油口，“O”型圈(20)与密封盖形成的线密封可以防止油罐内的油从装油口溅出。密闭地穿过顶板(3)的液位探头(17)装油时用来探测油罐的液位，以防止液位超高。
在装油管(2)未插入装油口(19)前，密闭机构两侧的挂钩装置(10)处于自然状态(如图中右侧挂钩装置所处的状态)，密封座(5)坐落在定位装置(18)上，此时，伸缩体(4)被拉伸。装油操作时，首先插入槽车装油口(19)的是装油管(2)，随之定位装置(8)插入，当定位装置(8)插入一定深度时，两侧挂钩装置的挂钩(16)的曲线边碰触到槽车装油口顶法兰(22)的顶外缘，挂钩装置的转动部分(包括挂钩杆(14)、挡桩(15)和挂钩(16))随即向外张开，装油管(2)进一步插入时，密封座(5)的密封体(7)接触到装油口顶法兰(22)顶面上的“O”型圈(20)，装油管(2)再进一步插入时，伸缩体(4)被压缩，当伸缩体(4)被压缩到一定程度时，挂钩(16)曲线边的顶端滑过装油口顶法兰(22)的外缘，挂钩装置的转动部分迅速回落，当回落至挡桩(15)触及顶板(3)的外缘时，回落停止，此时，挂钩装置的挂钩(16)到达能够钩住装油口顶法兰(22)底部的位置(也就是自然状态的位置)，至此，装油管及密闭机构的就位过程结束。此后开始装油。装油时，油品沿箭头(23)所示的方向从装油管(2)进入油罐，随着油品进入油罐，油罐内的气相空间被压缩，使油罐内的压强增加，压强作用在顶板(3)的底面上，对顶板产生向上的推力，加之油品进入油罐时产生的向上反作用力，推动装油管和除密封座(5)外的整个密闭机构向上移动，当挂钩装置的挂钩(16)上移至钩住装油口顶法兰(22)底部时，向上的位移停止，向上的推力被传递到槽车装油口上。由于伸缩体(4)的伸缩功能，密封座(5)始终稳定地坐落在装油口上，作用在密封座的密封体(7)和装油口的“O”型圈(20)之间形成的线密封上的作用力有两个，一是密封座(5)的自重力，二是油气压强作用在伸缩体(4)连接在密封座(5)处的圆形横截面积与“O”型圈(20)所辖的圆形横截面积之差的环形面积上的作用力，这两个力的共同作用形成的密封力，保证了油气不会从密封处向外泄漏。装油过程中产生的几乎所有油气都经过密闭机构的排气口(18)沿箭头(24)所示的方向被排至专门的油气回收装置集中处理。如果定量装油系统出现故障，装油时罐内液位出现超高，液位探头(17)检测到液位信号后，通过控制系统立即切断供油，从而避免因过量装油发生溢罐。装油过程结束后，下压顶板(3)，伸缩体(4)被压缩，挂钩(16)与装油口顶法兰(22)底面脱开，这时，将两侧的挂钩装置的转动部分向外张开，提起装油管以及整个密闭机构，整个装油操作过程结束。挂钩装置上设置的限位杆(12)的作用是限制挂钩装置的转动部分向外张开时过度向上旋转，以便使挂钩装置的转动部分在下次装油操作开始前，始终处于自然状态。
2.火车槽车油气回收的密闭机构实施例图-2示意的是一个安装在火车槽车装油管(31)上的油气回收密闭机构(30)插入火车槽车的油罐(43)的装油口(42)，形成密闭装油系统的结构示意图，其左半部分为密闭机构的剖面图，右半部分为密闭机构的外形图。密闭机构的圆形顶板(32)被装油管(31)的上半部分(31-1)和下半部分(31-2)的连接法兰所夹，垂直固定在装油管(31)上，顶板(32)上开有排气口(41)。位于顶板(32)下方的密封座(34)由骨架(35)和密封体(36)构成，其中的骨架(35)由三部分结合而成，顶部是一圆环结构，圆环下面是一外径略小于装油口(42)内径的圆筒形结构，最下部是一圆台形桶体结构。连接顶板(32)和密封座(34)的伸缩体(33)由两片内圆被粘接在一起的圆环形皮革制成，伸缩体的上半部分外圆通过压环(40-1)与顶板(32)连接，下半部分外圆通过压环(40-2)与密封座(34)连接。在顶板(32)下方伸缩体的内侧固定着一圆筒形定位筒(37)，定位筒的外径略小于密封座(34)顶部圆环内径，外侧底端固定着一能够托住密封座(34)的圆环。实际上，在本实施例中，定位筒(37)和密封座骨架(35)下部的圆筒形结构共同构成了密闭机构的定位装置。当然采用与实施例1相同的密封座结构和相同的定位装置结构也可以达到相同的目的。设在装油口内侧的两个挂钩装置(38)密封地穿过顶板(32)，其底端为可以钩住油罐(43)内顶缘的挂钩，顶端为旋转手柄。槽车装油口(42)顶的曲面环形结构有两个功能，密闭装油时，装油口与密封体(36)接触形成线密封可以防止油气外泄；火车槽车行走时，装油口上的密封盖(图中未画出)盖住装油口，装油口与密封盖上的橡胶垫形成的线密封可以防止油罐内的油从装油口溅出。密闭地穿过顶板(32)的液位探头(39)装油时用来探测油罐的液位，以防止液位超高。
在装油管(31)未插入装油口(42)前，将密闭机构的两个挂钩装置(38)转向内侧(如图右侧的挂钩装置所示)，此时，密封座(34)坐落在定位筒(37)底部的圆环上，伸缩体(33)被拉伸。装油操作时，首先插入槽车装油口(42)的是装油管(31)，随之密封座(34)的筒体部分插入，当密封体(36)接触到装油口顶时，密封座(34)就位，装油管(31)再进一步插入时，伸缩体(33)被压缩，当伸缩体(33)被压缩到底时，旋转手柄，使挂钩装置(38)转向外侧(如图左侧的挂钩装置所示)，至此，装油管及密闭机构的就位过程结束。此后开始装油。装油时，油品沿箭头(44)所示的方向从装油管(31)进入油罐，随着油品进入油罐，油罐内的气相空间被压缩，使油罐内的压强增加，压强作用在顶板(32)的底面上，对顶板产生向上的推力，加之油品进入油罐时产生的向上反作用力，推动装油管和除密封座(34)外的整个密闭机构向上移动，当上移至挂钩装置(38)的挂钩钩住油罐(43)内顶缘时，向上的位移停止，向上的推力被传递到油罐上。由于伸缩体(33)的伸缩功能，密封座(34)始终稳定地坐落在装油口上。作用在密封座的密封体(36)和装油口之间形成的线密封上的作用力有两个，一是密封座(34)的自重力，二是油气压强作用在伸缩体(33)连接在密封座(34)处的圆形横截面积与装油口圆形横截面积之差的环形面积上的作用力，这两个力的共同作用形成的密封力，保证了油气不会从密封处向外泄漏。装油过程中产生的几乎所有油气都经过密闭机构的排气口(41)沿箭头(45)所示的方向被排至专门的油气回收装置集中处理。如果定量装油系统出现故障，装油时罐内液位出现超高，液位探头(39)检测到液位信号后，通过控制系统立即切断供油，从而避免因过量装油发生溢罐。装油过程结束后，下压顶板(32)，伸缩体(33)被压缩，挂钩装置(38)底部挂钩脱开罐顶，这时，旋转挂钩装置的手柄，将两个挂钩装置转向内侧，提起装油管以及整个密闭机构，整个装油操作过程结束。
权利要求
1.一个固定安装在装油鹤管的装油管上、带有液位测量探头和排气口的油气回收密闭机构，其特征在于有一个固定在装油管上、上面开有排气口的圆形顶板，液位测量探头密闭地穿过顶板，一个位于顶板正下方的环形密封座，和一个上端与顶板密封连接，下端与密封座密封连接的环形伸缩体，三者合围形成一个密封腔体，密封腔体与油罐的气相空间连通，靠密封座与油罐装油口之间形成的密封使油气不外泄，有一个固定在装油管或顶板上的定位装置，以便使密闭机构的密封座在与装油口接触时处于合适的位置，至少有一组上端挂接在顶板上而下端可以钩住或脱开油罐的挂钩装置，利用挂钩装置钩住油罐将油气压强作用在密闭机构顶板上的作用力传递到油罐上，实现力自平衡，从而不需要鹤管提供额外的向下压紧力，以密封座的自重力与油气压强作用在密封座上下横截面积之差的环形面积上的作用力的合力作为密封力实现自密封力密封。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是密闭机构的伸缩体的横截面积大于或等于密封所辖横截面积。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是密封体与装油口之间的密封方式是平面线密封。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是密封体与装油口之间的密封方式是平面面密封。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征是密封体与装油口之间的密封方式是球面线密封。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征是密封体与装油口之间的密封方式是锥面线密封。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征是密封座的结构主要由一个环形骨架和一个附着在骨架上的环形密封体组成。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征是密封体的材料是具有良好的弹性、良好的气密性、耐油、使用寿命长的弹性体，如各种耐油发泡橡胶、耐油橡胶、耐油发泡塑料、耐油塑料、纤维织物、皮革等。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征是密闭机构的挂钩装置的数量为2个。
全文摘要
一种适用于烃类液体密闭装车的油气回收密闭机构，具有自密封力、力自平衡功能，在不需要鹤管提供的额外压紧力的情况下，可实现槽车装油口处良好的密封，有效地防止油气外泄。
文档编号B67D7/42GK1775652SQ20041009482
公开日2006年5月24日 申请日期2004年11月15日 优先权日2004年11月15日
发明者张国瑞 申请人:张国瑞