苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案

某公司對貯存苯等高毒物的貯罐實(shí)施了尾氣治理改造，采用 “冷凝+吸附” 技術(shù)對尾氣進(jìn)行回收，氣體達(dá)標(biāo)后排放。裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為 400Nm³/h。本文對該該裝置使用及改造進(jìn)行跟蹤，為類似裝置的改造提供經(jīng)驗(yàn)。某企業(yè)有6臺(tái)3000m³內(nèi)浮頂罐，其中4臺(tái)用于收貯苯，2臺(tái)用于收貯鄰二甲苯，最高收料量為200 Nm³/h。2019年起，企業(yè)進(jìn)行了有毒物貯罐尾氣環(huán)保治理工作。取消貯罐側(cè)壁呼吸耳孔，增加氮封裝置及泄放人孔，回收并處理呼吸閥排出口的氣體。經(jīng)持續(xù)對該企業(yè)6臺(tái)貯罐進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，改造后，該部分貯罐大小呼吸排出氣體到達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。



氮封裝置的作用是防止儲(chǔ)罐揮發(fā)性有毒或可燃?xì)怏w泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮?dú)庠诠迌?nèi)保持一定的壓力，氮封閥是設(shè)在罐頂?shù)摹５庋b置取壓點(diǎn)的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機(jī)構(gòu)，反饋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進(jìn)入檢測機(jī)構(gòu)，在罐頂?shù)墓藓粑y能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)略大于供氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)，以免供、泄氮裝置頻繁工作?！　?/p>



　　在流量控制方面每個(gè)閥門都配有控制流量百分比的固定板孔，氣體密封系統(tǒng)的每個(gè)閥門尺寸根據(jù)氣體流量表排列，根據(jù)提供的穩(wěn)定氣體壓力計(jì)算適應(yīng)特定需要?dú)怏w密封的流量。氮封閥中的氮?dú)饪梢云鸬街脫Q裝置介質(zhì)、平衡系統(tǒng)的壓力等功能，用于保持容器頂部保護(hù)氣的壓力恒定，一般的氮?dú)鈮毫κ浅?，主要作?   
        一是在于減少揮發(fā)，如苯罐，二是防止介質(zhì)與空氣的反應(yīng)，如堿罐，防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與氧接觸會(huì)氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；還有可以稀釋呼出氣體的濃度。進(jìn)罐壓力一般減壓至1bar。適用于各類大型儲(chǔ)罐的氣封保護(hù)系統(tǒng)，運(yùn)行可靠，并廣泛適用于石油、化工等行業(yè)。



一、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置情況

該貯罐的尾氣處理裝置采用冷凝吸附技術(shù)，前端采用了三級(jí)串聯(lián)深冷技術(shù)后端采用活性炭吸附技術(shù)。三級(jí)深冷溫度可達(dá)-55℃，C4及以上組份的有機(jī)物及水份均能液化。因苯在15.7℃凝結(jié)及水在0℃凝結(jié)的物理性質(zhì)，該尾氣裝置的冷凝處理單元采用雙通道設(shè)計(jì)。流道A運(yùn)行時(shí)，伴隨運(yùn)行時(shí)長增長，氣體物質(zhì)逐步凝結(jié)，流通阻力增加，流通阻力與運(yùn)行時(shí)長成正比，最終出現(xiàn)流道堵死情況。為此增設(shè)流道切換系統(tǒng)。在A流道運(yùn)行一定時(shí)長后，系統(tǒng)流道切換至B運(yùn)行，同步流道A利用機(jī)組散發(fā)的熱進(jìn)行熱熔處理，去除掉凝固的苯及水份，確保了裝置長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

后端活性炭吸附部分采用煤基活性炭。煤基活性碳具有孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)和大比表面積特性，吸附能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，能經(jīng)受水浸、高溫和高壓的作用，失效后可以再生，且不溶于水和有機(jī)溶劑的等優(yōu)點(diǎn)。吸附時(shí)采用常壓吸附，真空脫附方式。單元內(nèi)并聯(lián)設(shè)置兩塔，切換進(jìn)行吸附/脫附操作。



苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要參數(shù)及主要性能指標(biāo)見表一 表一

公稱通徑DN（mm）	20			25	40			50	80		100	150
閥座直徑（mm）	6	15	20	25	32	40		50	65	80	100	125	150
額定流量系數(shù)Kv	0.32	5	8	11	20	30		48	75	120	190	300	480
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa	0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、
公稱壓力PN（MPa）	1.6
被調(diào)介質(zhì)溫度（℃）	-5～+100
流量特性	快開
調(diào)節(jié)精度（%）	≤±5
執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積（cm2）	100						200		280			400
信號(hào)接口	內(nèi)螺紋M10×1											M16X1

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案壓力調(diào)節(jié)范圍見表二 表二

壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa）	指揮器膜室 有效面積（cm2）	執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室 有效面積（cm2）	使用閥門口徑（mm）
0.1～0.5	1200	100	20～32
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	200	40～50
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	400	65～100
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	600	125～150
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要零件材料見表三 表三



零 件 名 稱	材 料
氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，指揮器	組合件
閥體，閥蓋	ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
推桿，閥桿	2Cr13，1Cr18Ni9
閥座	1Cr18Ni9Ti
閥芯（軟密封）/填料	聚四氟乙烯
波紋膜片	丁腈橡膠夾增強(qiáng)滌綸織物
彈簧	1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn


 

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案外形尺寸見表四、圖二 表四 單位：mm



公稱 通徑	L	B	H1	H
				A=1200 cm2	A=600 cm2	A=400 cm2
				壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa）
				0.1～0.5	0.4～5.0	0.5～7
20	150	383	53	605	554	554
25	160		58	605	554	554
32	180	512	70	615	564	564
40	200		75	640	589	589
50	230	603	83	655	604	604
65	290	862	93	722	671	671
80	310		100	738	687	687
100	350	1023	110	755	704	704
125	400	1380	125	918	867	867
150	480		143	1.25	974	974

注：1）標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接形式PN16為凸面，連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84，鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94，閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶標(biāo)準(zhǔn)制造，如：ANSI，JIS，DIN等標(biāo)準(zhǔn)。
2）接管根據(jù)用戶需要配置



 

■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案產(chǎn)品重量見表五 表五 單位：Kg

公 稱 通 徑（mm）	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150
A=400cm2	18	18	25	27	40	55	80	108	130	150
A=600 cm2	20	20	27	30	45	60	86	115	140	160
A=1200 cm2	22	22	30	34	50	66	92	120	150	170

二、裝置尾氣排放指標(biāo)情況

冷凝吸附尾氣處理裝置投用前，各貯罐罐頂氣監(jiān)測發(fā)現(xiàn)氣體濃度均超過行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，見下表。

表1儲(chǔ)罐 G-303/304/305 罐頂氣物料含量測定數(shù)據(jù)

貯罐號(hào)	介質(zhì)	罐頂濃度mg/m3	貯罐形式	容積m3	有無氮封
G303	苯	494	拱頂罐	3000	有氮封
G304	苯	50	拱頂罐	3000	有氮封
G305	鄰二甲苯	350	拱頂罐	3000	無氮封

表 2 涉苯儲(chǔ)罐現(xiàn)場總烴測定數(shù)據(jù)

貯罐號(hào)	介質(zhì)	罐頂濃度mg/m3	貯罐形式	容積m3	有無氮封
G301	苯	4881	拱頂罐	1000	有氮封
G306	鄰二甲苯	873	拱頂罐	1900	無氮封

  

冷凝吸附尾氣處理裝置投用后，排放的尾氣監(jiān)測數(shù)據(jù)見下表。

表2冷凝吸附裝置尾氣排口檢測情況

監(jiān)測日期	采樣點(diǎn)名稱	非甲烷總烴實(shí)測濃度：mg/m3	苯（mg/m3）	鄰二甲苯（mg/m3）
2023.1.10	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.95	0	0
2023.2.13	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.27	0	0
2023.3.8	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	5.50	0	0
2023.4.17	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	1.58	0	0
2023.5.8	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.66	0	0
2023.6.6	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	2.02	0	0
2023.7.3	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	2.46	0	0

以上監(jiān)測結(jié)果由專業(yè)監(jiān)測站提供，歷次監(jiān)測數(shù)據(jù)均符合中國石化內(nèi)控指標(biāo)和江蘇省地方的規(guī)定，即尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)：非甲烷總烴 ≤50mg/ m³（去除效率≥97%）、苯含量≤2mg/ m³、甲苯≤8mg/ m³、二甲苯≤10mg/ m³。 



三、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置在運(yùn)行中曾出現(xiàn)的問題

1.三級(jí)蒸發(fā)器通道堵塞故障。

   該冷凝吸附裝置初始運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)了兩次通道堵塞現(xiàn)象。一次發(fā)生在三級(jí)蒸發(fā)器A通道，一次發(fā)生在一級(jí)蒸發(fā)器B通道。兩次故障均發(fā)生在清晨7:00-9：00時(shí)間段。由于該企業(yè)地處北緯31°14-32°27，初春季節(jié)7:00附近開始日出，太陽光開始直射在貯罐表面，貯罐小呼吸量迅速升高，此時(shí)正值貯罐收料高峰期，大小呼吸同時(shí)作用，貯罐呼吸閥排出量迅猛增加。故障記錄顯示此時(shí)氣量達(dá)586Nm3/h，超過設(shè)計(jì)量400Nm3/h，變頻的羅茨風(fēng)機(jī)頻率達(dá)到50Hz，風(fēng)機(jī)出口達(dá)到23kPa。由此判斷在高流量高壓作用下，蒸發(fā)器在儲(chǔ)液罐內(nèi)的管線液封失效，氣體從一級(jí)蒸發(fā)器凝液排口管線串入儲(chǔ)液罐，翻滾的液位及壓力作用下，凝液在又通過三級(jí)蒸發(fā)器凝液排口管線倒回三級(jí)蒸發(fā)器中，遇三級(jí)的低溫，凝液在管道內(nèi)凝結(jié)，造成通道冰堵。

同時(shí)，大量的氣體涌入冷凝機(jī)組，凝固在通道內(nèi)的物料增多，冰層加厚，需要大量的熱源，機(jī)組在投用初期，追求低溫深冷效果，熔霜閥開度為50%，不足以將大量的物料及水的冰層融化，長久的積累也導(dǎo)致了通道堵塞，



苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案解決措施：

（1）調(diào)整羅茨風(fēng)機(jī)相關(guān)比例積分參數(shù)，讓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)平緩，進(jìn)冷凝機(jī)組最大尾氣量控制在約370~400Nm³/h，既保證了氣量能處理，也保證了貯罐壓力平穩(wěn)，不再是機(jī)組忽停忽啟動(dòng)。

（2）將三級(jí)制冷融霜線手閥開大，由50%調(diào)整至60%，提高融霜效果，確保一個(gè)熔霜周期內(nèi)霜層融化。

（3）調(diào)整三級(jí)蒸發(fā)器A、B通道融霜參數(shù)，將原三級(jí)蒸發(fā)器通道溫度由-30℃至-75℃調(diào)整至-15℃至-55℃，既保證了冷凝效果，也補(bǔ)償了回溫熔霜的熱量。



2.苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案凝油管回油故障

機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了一個(gè)月后，再次出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組的貯油罐液位294mm,儲(chǔ)油罐三級(jí)下油管埋入油位中，在機(jī)組尾氣壓力作用下，貯油罐的油返灌到三級(jí)蒸發(fā)器中，引起機(jī)組停機(jī)。

解決方法：

（1）將原三級(jí)蒸發(fā)器下油口管線由250mm，縮短為150mm。

（2）將儲(chǔ)油罐液位控制由＜300mm調(diào)整為＜200mm。



3. 苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案修正了緩沖罐壓力設(shè)定值確故障

冷凝吸附裝置緩沖罐入口管線與儲(chǔ)油罐氣相設(shè)有氣相平衡流程。裝置投用時(shí)緩沖罐壓力設(shè)定為微正壓，在貯氣罐高壓時(shí)，高壓傳遞到儲(chǔ)油罐，凝油在回油管內(nèi)回流，遇到低溫的三級(jí)蒸發(fā)器，加劇冰堵情況。

苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案儲(chǔ)油罐氣相平衡管連通緩沖罐入口管線

（1）調(diào)整緩沖罐壓力設(shè)定，由微正壓（0.15kPa）調(diào)整為微負(fù)壓（-0.5kPa），儲(chǔ)油罐和緩沖罐平衡閥開度增大，儲(chǔ)油罐壓力為微負(fù)壓。

（2）增加儲(chǔ)油罐平衡閥壓力聯(lián)鎖，如緩沖罐壓力高于0.5kPa，則平衡閥關(guān)閉，避免因尾氣線壓力高沖擊儲(chǔ)油罐。
結(jié)論

該套裝置投用后，尾氣排放數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)。2022年機(jī)組完成相關(guān)改造。2023年1-7月，機(jī)組安排計(jì)劃檢修2次，未出現(xiàn)異常停機(jī)故障。



■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案安裝、維護(hù)與調(diào)試

1、安裝：

（1）檢查整機(jī)零件是否缺損與松動(dòng)，對使用有害人體健康的介質(zhì)，必須進(jìn)行強(qiáng)度、密封、泄漏與精度測試。

（2）在安裝前，對管道進(jìn)行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導(dǎo)致閥門不能正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要注意同軸度。

（3）安裝場地應(yīng)考慮到人員與設(shè)備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。

（4）閥門應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上，導(dǎo)壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的閥后管道上。閥自重較大與有振動(dòng)的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

（5）介質(zhì)流動(dòng)方向應(yīng)與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接承受介質(zhì)壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導(dǎo)致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應(yīng)在環(huán)境溫度-25～+55℃場所使用。

（6）為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時(shí)，仍能連續(xù)生產(chǎn)，應(yīng)設(shè)置旁路閥。



2、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案維護(hù)：

（1）清洗閥門：對清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質(zhì)，首先要了解其性質(zhì)，在選用相應(yīng)的清洗辦法。

（2）閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護(hù)好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時(shí)應(yīng)使用專用工具。

（3）閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機(jī)械加工的方法進(jìn)行修理，如損壞嚴(yán)重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進(jìn)行研磨。

（4）閥桿：表面損壞，必須換新。

（5）壓縮彈簧：如有裂紋等影響強(qiáng)度的缺陷，必須換新。

（6）易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時(shí)，全部換新。膜片必須檢查是否有預(yù)示將來可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般最多2～3年。

（7）閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動(dòng)部分要加潤滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測試項(xiàng)目與方法調(diào)試，并在這期間，可更準(zhǔn)確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。



3、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案調(diào)試

所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)則壓力減小。安裝在壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調(diào)整后的壓力給定值