儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案

一、儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案氮封裝置特性及作用

1、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)的儲罐。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）、工藝過程中應(yīng)控制或避免與空氣接觸的物料。ZZYVP自力式氮?dú)馕赫{(diào)壓閥在工業(yè)應(yīng)用中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在需要精確控制氣體壓力的場合。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得它能夠在無人值守的情況下自動調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫?，保持穩(wěn)定的工作壓力輸出，這對于提高生產(chǎn)效率和保障設(shè)備安全具有重要意義。該調(diào)壓閥采用先進(jìn)的自力式調(diào)節(jié)原理，通過內(nèi)置的敏感元件感知出口壓力的變化，并自動調(diào)整閥門的開度，以達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值。這種自動調(diào)節(jié)機(jī)制不僅減少了人工干預(yù)的頻率，還大大提高了壓力控制的精度和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，ZZYVP自力式氮?dú)馕赫{(diào)壓閥展現(xiàn)出了出色的可靠性和耐用性。其材質(zhì)經(jīng)過精心挑選，能夠承受高壓、高溫等惡劣工況的考驗(yàn)。同時，閥門內(nèi)部的密封結(jié)構(gòu)也經(jīng)過了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保了氣體不會泄漏，從而保障了生產(chǎn)環(huán)境的安全。此外，該調(diào)壓閥還具備易于安裝和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。其緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得安裝過程更加簡便快捷，而閥門本身也采用了模塊化設(shè)計(jì)，使得在維護(hù)時能夠迅速定位并更換損壞的部件，大大降低了停機(jī)時間和維修成本。隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，ZZYVP自力式氮?dú)馕赫{(diào)壓閥的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。從石油化工到食品加工，從醫(yī)藥制造到航空航天，它都以其的性能和可靠的質(zhì)量贏得了廣大用戶的信賴和好評。相信在未來，它將繼續(xù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

2、氮封裝置的主要作用：

1）. 防止氧化：通過向儲罐內(nèi)注入氮?dú)?，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。

2）. 抑制揮發(fā)：氮封可以減少儲罐內(nèi)物料的揮發(fā)，對于易揮發(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程中，氮封裝置可以調(diào)節(jié)儲罐內(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：通過控制儲罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫?，可以避免由于壓力過高或過低導(dǎo)致的安全事故。

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

8）. 適用于多種儲罐：氮封裝置適用于各種類型的儲罐，包括化工原料儲罐、食品級儲罐、超純水儲罐等。

GB50160-2008石化企業(yè)防火標(biāo)準(zhǔn)[1]、 SH/T3007-2014儲運(yùn)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[2]的要求，對甲 B 、乙A 類的可燃液體儲罐，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù) 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)氮?dú)饬渴怪畛漤敳靠臻g，節(jié)能降耗的同時，隔離油品與外界接觸以起到保護(hù)作用。

二、儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案氮封系統(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型和存儲介質(zhì)的性質(zhì)。常適用于以下幾種工況：

根據(jù)GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和SH/T 3007-2014《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)要求，甲、乙A類可燃液體儲罐必須配備氮封裝置，旨在降低儲罐發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險。

在石油化工企業(yè)的罐區(qū)，常常存儲著大量易揮發(fā)的化工原料。當(dāng)原料從外部打入儲罐時，隨著罐內(nèi)液位的上升，罐內(nèi)氣體需要排出以容納更多液體；而在將物料從儲罐輸送到生產(chǎn)設(shè)備時，隨著液位的下降，又需要補(bǔ)充氣體以完成液體的輸送。由于儲罐通常設(shè)置在室外，罐內(nèi)物料的溫度會隨外界環(huán)境變化而波動，進(jìn)而影響罐內(nèi)氣體的壓力。這種熱脹冷縮效應(yīng)會導(dǎo)致儲罐氣相空間出現(xiàn)體積變化，即所謂的“呼氣”和“吸氣”現(xiàn)象。為確保儲罐不會進(jìn)入超壓或負(fù)壓狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)中通常會采取兩種保護(hù)措施來應(yīng)對這一現(xiàn)象。

氮封系統(tǒng)旨在隔絕氧氣與易燃易爆可燃液體的接觸，從而從根本上預(yù)防火災(zāi)或爆炸事故。具體而言，供氮系統(tǒng)提供的氮?dú)饨?jīng)過自力式調(diào)節(jié)閥減壓至設(shè)定的壓力后，被充入儲罐，這一過程稱為充氮。當(dāng)儲罐壓力達(dá)到設(shè)定的安全值時，充氮即停止。

在進(jìn)料時，隨著物料的加入，儲罐氣相空間壓力逐漸升高。當(dāng)壓力超過呼吸閥的排放開啟壓力時，呼吸閥開始排氣，以維持儲罐內(nèi)外的壓力平衡。而出料時，則相反，隨著物料的排出，儲罐氣相空間壓力降低，此時系統(tǒng)會自動啟動充氮，以補(bǔ)充損失的氮?dú)?，保持儲罐?nèi)的壓力穩(wěn)定。

通過供氮系統(tǒng)和呼吸閥的協(xié)同作用，氮封系統(tǒng)精確控制儲罐內(nèi)氣相空間的氧氣濃度，確保其處于安全范圍。

? 壓力設(shè)定和設(shè)計(jì)原則

鋼制立式圓筒形固定頂儲罐的設(shè)計(jì)壓力范圍通常為-0.5至2KPa。在這個狹窄的壓力范圍內(nèi)，如何確保各安全附件的壓力區(qū)間不產(chǎn)生交集，是氮封系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

氮封系統(tǒng)失效的主要原因是安全附件的定壓不準(zhǔn)確或壓力區(qū)間重疊。一般而言，泄氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)會略高于氮封閥，以避免供、泄氮裝置頻繁操作，節(jié)約氮?dú)獠⒀娱L設(shè)備壽命。

呼吸閥的呼出設(shè)定值需大于泄氮閥的壓力設(shè)定值，而吸入設(shè)定值則應(yīng)低于氮封閥，以確保罐頂呼吸閥僅作為安全保護(hù)措施，在正常情況下保持關(guān)閉。當(dāng)?shù)忾y或泄氮閥出現(xiàn)故障，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力異常時，呼吸閥才會啟動。

其呼出起跳壓力應(yīng)低于儲罐的最高設(shè)計(jì)壓力，但高于操作壓力，以確保儲罐的正常操作；而吸入起跳壓力則應(yīng)高于設(shè)計(jì)壓力，從而保護(hù)儲罐免受損壞。

? 供氣量計(jì)算

根據(jù)API2000標(biāo)準(zhǔn)，儲罐氮封裝置的進(jìn)氣量被明確規(guī)定，它必須足夠補(bǔ)充因出料泵泵出液體和外界氣溫變化導(dǎo)致的儲罐內(nèi)氣體冷縮。具體來說，該進(jìn)氣量應(yīng)至少等于泵的最大輸出體積流量。

對于儲罐氮封裝置的進(jìn)氣量，具體流量與儲罐的容積或表面積成比例。對于容積V≥3180m³的儲罐，補(bǔ)氣量與儲罐外殼和罐頂?shù)谋砻娣e成正比，即每平方米表面積每小時需補(bǔ)入0.6m³氮封氣；而對于容積V＜3180m³的儲罐，補(bǔ)氣量則與容積成正比，即每立方米容積每小時需補(bǔ)入0.178m³氮封氣。

? 應(yīng)用優(yōu)勢

氮封系統(tǒng)能夠保持容器頂部的保護(hù)氣壓力穩(wěn)定，從而維持儲罐內(nèi)的安全環(huán)境并有效抑制氣體排放。這一系統(tǒng)不僅節(jié)能高效，還具備動作靈敏、運(yùn)行可靠以及操作維修簡便等特點(diǎn)。

在石油化工行業(yè)中，氮封裝置得到了廣泛應(yīng)用。其獨(dú)特之處在于，無需額外能源，即可利用被調(diào)介質(zhì)的自身能量為動力源。通過引入壓力閥的指揮器，可以精準(zhǔn)控制壓力閥芯的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量，確保閥門后端的壓力恒定。此外，氮封裝置的供（泄）氮壓力設(shè)定簡便，且能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）采用內(nèi)浮頂罐或固定頂罐儲存沸點(diǎn)在 45℃下，或37.8℃時的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類 液體時，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

（2）采用內(nèi)浮頂儲罐常壓儲存沸點(diǎn)≥45℃、 或37.8℃時飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類液體 時，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、低壓儲罐或容量≤100m3的臥式 儲罐時，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

（3）當(dāng)常壓存儲I、II級毒性的甲B 、乙A 類液 體時，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)；

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

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

三、儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案氮封系統(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)通過控制儲罐內(nèi)部的壓力，保持在一個安全和穩(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，它無需外部能源，可以自動控制儲罐內(nèi)部的壓力 。重要場合儲罐頂部通常需設(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)儲罐內(nèi)氣體壓力上升≥500 Pa（G）時，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，氮?dú)饪刂崎y將打開以補(bǔ)充氮?dú)?，防止吸進(jìn)空氣形。

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，自動報(bào)警，然后通過聯(lián)鎖打開氮?dú)忾y，使氮?dú)獬淙牍迌?nèi)。當(dāng)檢測器指標(biāo)達(dá)到設(shè)定的正常范圍時，立即聯(lián)鎖關(guān)停氮?dú)忾y停止充氮。

（2）在同類介質(zhì)儲罐間設(shè)計(jì)一組管道將氣相管道貫通，可減少作業(yè)時氮?dú)獾挠昧?，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)置變送器維持儲罐微正壓、超設(shè)定壓力時自動泄壓、以及可能的氧含量監(jiān)測和控制等 。）

四、儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案充氮量計(jì)算

一般來說，充氮量Q等于儲罐物料的排出量 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)算按照浮盤沉底考慮，即取設(shè) 計(jì)液位h=1.8m來計(jì)算儲罐內(nèi)最大氣體的體積 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儲罐內(nèi)氣體體積最大值Vm=3400m， 當(dāng)儲罐內(nèi)部氣體溫度T（35℃）隨外界氣溫變化一小時內(nèi)降至T´（20℃） 罐內(nèi)操作壓力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）時，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)∫何粫r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：在儲罐內(nèi)液位，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，35℃ 時，罐內(nèi)氣體體積V0 為3044Nm3；同理可得25℃ 時，罐內(nèi)氣體體積V0 '為3168Nm3。因此，此降溫過 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、儲罐氮封裝置壓力控制設(shè)計(jì)方案氮封裝置常見故障

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

氮封閥作為重要的工業(yè)設(shè)備，其正確安裝對于保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。下面將詳細(xì)介紹氮封閥的安裝方法及需要注意的事項(xiàng)。

一、安裝前準(zhǔn)備

1. 確認(rèn)氮封閥的型號和規(guī)格與系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求相符。

2. 檢查氮封閥的外觀是否完好，無損壞或變形。

3. 清理安裝現(xiàn)場，確保無雜物和灰塵，以免影響安裝質(zhì)量。

二、安裝步驟

1. 將氮封閥放置在預(yù)定位置，確保閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

2. 連接氮封閥的進(jìn)出口管道，注意對齊管道中心線，避免產(chǎn)生應(yīng)力。

3. 調(diào)整氮封閥的位置，使其與管道保持垂直或水平，確保密封性能。

4. 緊固連接螺栓，按照對角順序逐步擰緊，以防泄漏。

5. 連接氮封閥的控制線路，確保接線正確無誤。

三、安裝后檢查

1. 檢查氮封閥的安裝位置是否牢固，無晃動現(xiàn)象。

2. 檢查進(jìn)出口管道的連接是否緊密，無泄漏現(xiàn)象。

3. 測試氮封閥的開關(guān)功能，確保其靈活可靠。

4. 檢查控制線路的接線是否正確，確保氮封閥能夠正常接收控制信號。

四、注意事項(xiàng)

1. 在安裝過程中，嚴(yán)禁使用蠻力或不當(dāng)工具，以免損壞氮封閥。

2. 安裝時應(yīng)避免雜物進(jìn)入氮封閥內(nèi)部，以免影響其密封性能和使用壽命。

3. 安裝完成后，應(yīng)對氮封閥進(jìn)行全面的檢查和測試，確保其能夠正常運(yùn)行。

4. 若在安裝過程中遇到問題，應(yīng)及時聯(lián)系專業(yè)人員進(jìn)行處理，切勿盲目操作。

通過遵循以上安裝方法和注意事項(xiàng)，可以確保氮封閥的正確安裝和有效運(yùn)行，從而保障工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。