化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析

氮?dú)饷芊饧夹g(shù)就是用氮?dú)庋a(bǔ)充罐內(nèi)氣體空間。由于氮?dú)獗扔驼魵廨p，所以氮?dú)飧≡谟驼魵馍厦�。�?dāng)呼氣時(shí)，呼出罐外的是氮?dú)舛�不是油蒸氣。�?dāng)罐內(nèi)壓力降低時(shí)，氮?dú)庾詣?dòng)進(jìn)罐補(bǔ)充氣體空間，減少蒸發(fā)損耗，避免油品接觸空氣氧化。化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置上圖氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)工藝流程圖 氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的流程如圖所示。它主要由氮封閥、信號(hào)閥（又稱(chēng)控制閥）、減壓閥和針形閥等部分組成。氮封閥是自力式調(diào)節(jié)閥，它能根據(jù)信號(hào)閥發(fā)出的氣信號(hào)，快速作出相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)信號(hào)閥打開(kāi)時(shí)，氮封閥下膜室的壓力下降，利用彈簧的反作用力使閥芯向下移動(dòng)，閥芯處于與閥座全開(kāi)位置；當(dāng)信號(hào)閥關(guān)小或*關(guān)閉時(shí)，氮封閥下膜室的壓力增加，壓縮彈簧，閥芯向上移動(dòng)，閥芯與閥座逐漸關(guān)小或全關(guān)。通過(guò)減壓閥將氮?dú)鈮毫τ?.7MPa 降至0.15MPa

一、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析氮封裝置特性及作用

1、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的儲(chǔ)罐。此種物料一般具有以下特性之一：

1）、石油化工行業(yè)易揮發(fā)。如汽油、甲醇等飽和蒸汽壓高的物料，在常溫下容易揮發(fā)造成物料大量損失；

2）、工藝過(guò)程中應(yīng)控制或避免與空氣接觸的物料。氮封系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，信號(hào)閥打開(kāi)，降低氮封閥薄膜下側(cè)壓力，氮封閥也相應(yīng)打開(kāi)，將氮?dú)廨斎牍迌?nèi)，使儲(chǔ)罐壓力逐漸回升到設(shè)定值。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，信號(hào)閥關(guān)閉，此時(shí)氮封閥薄膜下側(cè)壓力上升，氮封閥也相應(yīng)關(guān)閉。 如罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)罐呼吸閥將打開(kāi)，呼出罐內(nèi)氣體，罐內(nèi)壓力下降至設(shè)定值。 在我國(guó)儲(chǔ)罐呼吸閥的正負(fù)壓力設(shè)定值一般為正壓180mmH2O、負(fù)壓-30mmH2O則氮封閥壓力可設(shè)定為正壓150mmH2O、負(fù)壓-20mmH2O，然后根據(jù)此壓力通過(guò)觀測(cè)水柱表來(lái)調(diào)整信號(hào)閥、氮封閥上部的彈簧，設(shè)定回訊控制壓力。自力式微壓儲(chǔ)罐氮封閥是中大型儲(chǔ)罐的氮封閥；結(jié)構(gòu)緊湊，反應(yīng)靈敏，但輸入壓力不應(yīng)小于0.15MPa。

代替ZZV型自力式微壓調(diào)節(jié)閥

ZZV型自力式微壓調(diào)節(jié)閥閥前一般要求介質(zhì)壓力≤0.1MPa，而自力式氮封閥則不受此限制。

2、用于氮封裝置

氮封裝置的貯罐內(nèi)成品油上端覆蓋氮?dú)�，其壓力一般�?00mmH2O左右，通過(guò)氮封保護(hù)裝置加以控制。出液閥開(kāi)啟放油時(shí)，貯罐內(nèi)液位下降，此時(shí)，ZZDG-16B供氮閥開(kāi)度增大，向貯罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)馐箟毫υ黾拥皆O(shè)定值為止。進(jìn)液閥開(kāi)啟進(jìn)油時(shí)，液位上升，氣相部分容積減小，氮?dú)鈮毫ι仙�，此時(shí)ZZDG-16B供氮閥關(guān)閉，而ZZDX-16K泄氮閥在壓力控制器作用下開(kāi)啟，排出氮?dú)馐箟毫�降至設(shè)定值。為確保儲(chǔ)罐安全，應(yīng)在罐頂設(shè)置呼吸閥。

供氮壓力調(diào)整：在ZZDG-16B型供氮閥選定一設(shè)定值如1KPa(100mm.W.C)，通過(guò)調(diào)整主彈簧1的預(yù)壓縮(拉伸)量來(lái)達(dá)到；

泄氮壓力調(diào)整：在ZZZDX-16K泄氮閥中的壓力控制器部分，通過(guò)調(diào)整主彈簧預(yù)壓縮量達(dá)到，一般為避免氮封裝置啟閉頻繁，泄氮設(shè)定值應(yīng)遠(yuǎn)離供氮壓力設(shè)定值，如2Kpa(200mm.W.C)。

呼吸閥設(shè)定值調(diào)整：在上述兩設(shè)定值調(diào)整好后，為避免呼吸閥啟閉頻繁，呼吸閥設(shè)定值應(yīng)大于泄壓設(shè)定值。兩者設(shè)定期亦不能靠得太近。呼吸閥型號(hào)為：ZZFX-10。ZZDG-16B壓力設(shè)定值為PC，ZZDX-16K壓力設(shè)定值P1，PC與P1兩值不能靠得太近，以免閥門(mén)工作太頻繁，呼吸閥的排放壓力P2的設(shè)定值應(yīng)大于P1，P2與P1兩值也不能靠得太近。三者關(guān)系PC< P1< P2。

化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析

作用方式：指揮器操作型調(diào)壓閥

口徑系列：3/4"-6"(DN15-DN150)

公稱(chēng)壓力：PN16；40；64

閥體材質(zhì)：CS；304SS；316SS；316L

內(nèi)件材質(zhì)：304SS；316SS；316L

膜片材質(zhì)：丁腈橡膠；氟橡膠

泄漏等級(jí)：VI級(jí)

使用溫度：－30℃－70℃

調(diào)壓范圍：0.3-0.8KPa；0.5-1.5KPa；1－4KPa；3－15KPa

輸入壓力：0.15-1.0MPa

2、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析氮封裝置的主要作用：

1）. 防止氧化：通過(guò)向儲(chǔ)罐內(nèi)注入氮?dú)猓�可以排擠罐內(nèi)的空氣，減少物料與氧氣的接觸，從而降低物料被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

2）. 抑制揮發(fā)：氮封可以減少儲(chǔ)罐內(nèi)物料的揮發(fā)，對(duì)于易揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)尤其重要。

3）. 維持壓力平衡：在物料的裝入或抽出過(guò)程中，氮封裝置可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，保持壓力平衡，防止因壓力變化導(dǎo)致的儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)損壞。

4）. 減少VOCs排放：氮封可以減少揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的排放，有助于環(huán)境保護(hù)和滿(mǎn)足工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

5）. 防止污染：氮?dú)馐且环N惰性氣體，可以防止儲(chǔ)罐內(nèi)的物料受到外界污染，確保物料的純度和質(zhì)量。

6）. 提高安全性：通過(guò)控制儲(chǔ)罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫Γ�可以避免由于壓力過(guò)高或過(guò)低導(dǎo)致的安全事故。

7）. 保護(hù)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)：氮封裝置有助于防止儲(chǔ)罐因內(nèi)部壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的變形或損壞。

8）. 適用于多種儲(chǔ)罐：氮封裝置適用于各種類(lèi)型的儲(chǔ)罐，包括化工原料儲(chǔ)罐、食品級(jí)儲(chǔ)罐、超純水儲(chǔ)罐等。

GB50160-2008石化企業(yè)防火標(biāo)準(zhǔn)[1]、 SH/T3007-2014儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[2]的要求，對(duì)甲 B 、乙A 類(lèi)的可燃液體儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù) 系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)氮?dú)饬渴怪�填充頂部空間，節(jié)能降耗的同時(shí)，隔離油品與外界接觸以起到保護(hù)作用。

二、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析氮封系統(tǒng)適用工況

氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的應(yīng)用主要取決于罐的類(lèi)型和存儲(chǔ)介質(zhì)的性質(zhì)。常適用于以下幾種工況：
（1）采用內(nèi)浮頂罐或固定頂罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)在 45℃下，或37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類(lèi) 液體時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

（2）采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐常壓儲(chǔ)存沸點(diǎn)≥45℃、 或37.8℃時(shí)飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類(lèi)液體 時(shí)，可設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；另，當(dāng)有特殊要 求而選擇固定頂、低壓儲(chǔ)罐或容量≤100m3的臥式 儲(chǔ)罐時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

（3）當(dāng)常壓存儲(chǔ)I、II級(jí)毒性的甲B 、乙A 類(lèi)液 體時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

（4）儲(chǔ)存介質(zhì)與空氣接觸，易發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)，常壓儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)；

（5）儲(chǔ)存介質(zhì)具有水溶性，并對(duì)其含水量有 嚴(yán)格要求，常壓儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。

三、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、壓力控制設(shè)計(jì)方案

此方案：氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的設(shè)置，氮封系統(tǒng)通過(guò)控制儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，保持在一個(gè)安全和穩(wěn)定的范圍內(nèi)。這通常涉及到安裝壓力調(diào)節(jié)閥，如自力式氮封閥，它無(wú)需外部能源，可以自動(dòng)控制儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力 。重要場(chǎng)合儲(chǔ)罐頂部通常需設(shè)置阻火呼吸閥和泄壓人孔等安全裝置。值得注意的是，氮?dú)獠僮鲏毫σ藶?.5~0.6 MPa ，通常氮?dú)獾募兌炔粦?yīng)低于99.2%。

例如：控制罐內(nèi)氣體壓力維持在300 Pa（G）上下。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力上升≥500 Pa（G）時(shí)，關(guān)停氮?dú)饪刂崎y，暫停氮?dú)獾难a(bǔ)充；當(dāng)內(nèi)壓力≤200 Pa （G）時(shí)，氮?dú)饪刂崎y將打開(kāi)以補(bǔ)充氮?dú)�，防止吸進(jìn)空氣形成易體。

2. 氧含量控制設(shè)計(jì)方案

此方案：氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)， 旨在控制罐內(nèi)氣相空間氧氣濃度不超過(guò)5%，從而 阻斷可造成爆炸的助燃條件。

（1）在罐內(nèi)設(shè)置氧氣濃度監(jiān)測(cè)器進(jìn)行監(jiān)控， 將高值與氮?dú)夤苈房刂崎y進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。當(dāng)罐內(nèi)氧含量達(dá)到高值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，然后通過(guò)聯(lián)鎖打開(kāi)氮?dú)忾y，使氮?dú)獬淙牍迌?nèi)。當(dāng)檢測(cè)器指標(biāo)達(dá)到設(shè)定的正常范圍時(shí)，立即聯(lián)鎖關(guān)停氮?dú)忾y停止充氮。

（2）在同類(lèi)介質(zhì)儲(chǔ)罐間設(shè)計(jì)一組管道將氣相管道貫通，可減少作業(yè)時(shí)氮?dú)獾挠昧浚�也可降低油氣排放量。例如�?lián)通管道的管徑為DN150，流量宜為 150m3/h。

（控制系統(tǒng)：現(xiàn)代氮封系統(tǒng)可能包括與DCS或PLC控制系統(tǒng)的集成，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化控制。這包括安裝壓力表和設(shè)置高、低壓報(bào)警功能、設(shè)置變送器維持儲(chǔ)罐微正壓、超設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)泄壓、以及可能的氧含量監(jiān)測(cè)和控制等 。）

化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析

四、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析充氮量計(jì)算

一般來(lái)說(shuō)，充氮量Q等于儲(chǔ)罐物料的排出量 Q1 與由溫度變化導(dǎo)致的吸氣量Q2 之和。

例：下面以罐區(qū)中3000m3苯罐所需充氮量的計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)化工部“鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂罐系 列”HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3儲(chǔ)罐內(nèi) 徑D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱頂球冠高度 H2 =1.841m，本次計(jì)算按照浮盤(pán)沉底考慮，即取設(shè) 計(jì)*低液位h=1.8m來(lái)計(jì)算儲(chǔ)罐內(nèi)*大氣體的體積 Vm 。Vm 等于罐體圓柱部分氣相空間體積V1 與罐頂 球冠空間體積V2 之和。其中：

3000m³儲(chǔ)罐內(nèi)氣體體積*大值Vm=3400m， 當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部氣體溫度T（35℃）隨外界氣溫變化一小時(shí)內(nèi)降至T（20℃） 罐內(nèi)操作壓力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）時(shí)，根據(jù)理想氣體狀態(tài) 方程：

式中：P0 ：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作壓力（MPa（A））；
V0 ：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積（Nm3）；
V1 ：操作狀態(tài)下的氣體體積（m3，我們?nèi)∫何?a>*低時(shí)的Vm值）； T0 ：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體溫度（273.15K）；
T1 ：操作狀態(tài)下的氣體溫度（K）。
得：在儲(chǔ)罐內(nèi)*低液位，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，35℃ 時(shí)，罐內(nèi)氣體體積V0 為3044Nm3；同理可得25℃ 時(shí)，罐內(nèi)氣體體積V0 '為3168Nm3。因此，此降溫過(guò) 程內(nèi)需要補(bǔ)充的氮?dú)饬縌為124m3/h。

因 此，為避免浪費(fèi)氮?dú)赓Y源，可在參考SH/T3007 2014表5.1.6中推薦的氣量規(guī)范值的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行計(jì)算。

五、化工儲(chǔ)罐頂?shù)�封裝置選型分析氮封裝置常見(jiàn)故障

通常由截止閥、過(guò)濾器、供氮閥、調(diào)節(jié)器、壓力表、呼吸閥等組成。

氮封閥裝置是自力式調(diào)節(jié)閥的一種，自力式調(diào)節(jié)閥根據(jù)應(yīng)用介質(zhì)的不同，有很多種，有空氣的，氮?dú)獾模�蒸汽的，液體的， 儲(chǔ)罐頂一般會(huì)裝有呼吸閥，有毒介質(zhì)儲(chǔ)罐當(dāng)達(dá)到液面穩(wěn)定時(shí)，罐頂?shù)膲毫Φ扔诮橘|(zhì)于該溫度下的蒸汽壓，當(dāng)呼吸閥呼出的時(shí)候，有毒介質(zhì)會(huì)排到罐外面，容易造成人員中毒，為了避免有毒介質(zhì)揮發(fā)，需要在罐頂液面上保持一定壓力，以避免有毒介質(zhì)揮發(fā)然后排空，一般用氮?dú)鈦?lái)保持這種壓力，這就叫氮封。