儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案

目前，在精細化工行業(yè)和制藥行業(yè)，生產(chǎn)過程中將使用并儲存大量可燃、易燃、易爆、易揮發(fā)有機溶劑，由于密閉儲存空間存在空氣，經(jīng)常達到爆 炸極限，若出現(xiàn)火花，會引發(fā)著火甚至爆炸，從而導致人員傷亡、財產(chǎn)損失和 環(huán)境污染，甚至還會造成社會影響。另外，精細化工行業(yè)和制藥行業(yè)生產(chǎn)過程 中還涉及與外界空氣接觸而變質(zhì)或與空氣發(fā)生化學和（或）生物反應的物質(zhì)。 因此，需要針對此類生產(chǎn)特點，設計一套安全、經(jīng)濟、可行的氮封系統(tǒng)，從而 避免物質(zhì)泄露造成的人員傷害、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染和產(chǎn)品污染。氮封系統(tǒng)是利用氮氣在封閉的儲罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置， 設置氮封系統(tǒng)具有以下重要意義。

成品油和石化產(chǎn)品供應商，多年來積累了豐富的化工生產(chǎn)經(jīng)驗和化工項目建設經(jīng)驗，上述若干條具體的意見和建議，鞭辟入里、一針見血，從以往僅對VOCs回收治理的思路向罐區(qū)本質(zhì)安全環(huán)保整治的思路進行了轉(zhuǎn)變，由粗放性轉(zhuǎn)變成精準性、系統(tǒng)性，意味著今后涉及到的所有的安全附件，都將納入整體考慮，而且還將加強罐區(qū)安全運行、標準規(guī)范制定、檢測檢驗等方面的工作，從源頭進行安全和環(huán)保的治理。

氮封系統(tǒng)是提升儲罐安全、減少油品損耗、環(huán)保排放達標的重要保障。但目前氮封系統(tǒng)壓力控制區(qū)間狹窄，壓力控制閥（呼吸閥、單呼閥、氮封閥）的控制壓力相互之間易產(chǎn)生交集，易導致氮封系統(tǒng)密封不嚴或失效?！稉]發(fā)性有機物無組織排放控制標準》（GB 37822-2019）標準要求儲罐的呼吸閥和罐頂通氣孔位置的油氣濃度不應超過5000μmol/mol (重點地區(qū)為 2000μmol/mol）。特別是對于氮封儲罐，罐內(nèi)油氣濃度普遍超標，如果呼吸閥密閉不嚴，那么呼吸閥口處的檢測值，無法滿足無組織排放標準要求。

一 儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)裝置

傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)裝置由供氮裝置和泄氮裝置兩部分組成。供氮裝 置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內(nèi)反饋微壓調(diào)節(jié)閥組成。當儲罐進液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力 升高，當罐內(nèi)壓力升至高于泄氮裝置壓力設定值時，液氮裝置打開，向外界釋放氮 氣，使罐內(nèi)壓力下降，降至泄氮裝置壓力設定點時，泄氮裝置自動關(guān)閉。當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降 低，供氮裝置開啟，向儲罐注入氮氣，使罐內(nèi)壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮裝 置設定點時，供氮裝置自動關(guān)閉。

傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)存在以下弊端：一是需要將高壓氮氣（通常為0.4MPa～0.8MPa）引至每個使用點，這樣增加了高壓氮氣泄漏的幾率，易導致人員窒息事故的 發(fā)生，因此，需在每個使用點設置氮氣含量 檢測，增加了投資；二是由于充氮保護容器 大多屬于常壓容器，為避免容器超壓破裂導 致易燃、易爆液體外泄，需要在每個使用點 設置安全閥或爆破片，增加了定期檢測、日 常維護以及前期投入；三是該系統(tǒng)無法保證 在氮氣使用高峰時各使用點的緩沖時間； 四是該系統(tǒng)在每個使用點采用氮封閥及泄氮 閥，投資成本高昂。故該系統(tǒng)應用范圍受到 極大約束。

為克服傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)裝置存在的缺點， 筆者開發(fā)了一種微正壓氮氣保護裝置。該裝 置適用于可燃、易燃、易爆、易揮發(fā)物質(zhì)和揮發(fā)性較強的有毒、有害、有腐蝕性物質(zhì)的 使用、儲存、運輸，且較傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)更加 安全可靠，并大大降低了成本。

二 儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案保護裝置的設計

（一）裝置構(gòu)造及工藝流程

如圖2所示，該微正壓氮氣保護裝置包 括以下主要部件：①封閉式外殼；②氮氣儲 罐；③事故風機；④電磁閥XV-01～02；⑤ 減壓閥PCV-01；⑥氮封閥PCV-02～03； ⑦安全閥PSV-01；⑧氧含量檢測儀GSA- 01；⑨壓力檢測儀（控制室安裝）；⑩壓力 表（現(xiàn)場安裝）； 球閥； 止回閥。該微正壓氮氣保護裝置將各部件集成于 封閉式外殼內(nèi)。封閉殼體與事故風機相連， 并由管道引至室外安全區(qū)域。0.7MPa（G） 的高壓氮氣進入封閉殼體氮氣儲罐后，經(jīng) 減壓閥PCV-01減壓至400KPa（G），分 為兩支路，再分別經(jīng)氮封閥PCV-02 和氮 封閥PCV-03減壓至8KPa（G）和20KPa （G），減壓后兩支路合并至下游各氮封氣 使用點。氮氣儲罐出口管道和兩支路上分別 設置放空管道，放空管道合并后排放至室外 安全區(qū)域。

當?shù)鈿馐褂命c容器出料時，容器內(nèi)液 位下降導致氣相空間壓力降低，或是因容器 受冷使氣相空間體積收縮導致氣相空間壓力 降低，當?shù)夤艿老到y(tǒng)壓力低于設定值時， 氮封閥PCV-02自動開啟工作，向使用容器 補充氮氣，待系統(tǒng)壓力增加至設定值時，氮 封閥PCV-02自動關(guān)閉；當?shù)庀到y(tǒng)管道末 端壓力低于設定值時，聯(lián)鎖開啟電磁閥XV- 02，氮封閥PCV-03自動開啟工作，向系統(tǒng) 中快速補充氮氣；待系統(tǒng)末端壓力增加至設 定值時，聯(lián)鎖關(guān)閉電磁閥XV-02。本模塊將 氮氣高壓部分置于密閉殼體中，當檢測氮氣 濃度超標時，聯(lián)鎖啟動事故排風機，關(guān)閉高 壓氮氣入口電磁閥XV-01，將聲光報警信號 傳遞至控制室進行檢查并消除警報。

（二）儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案主要技術(shù)條件、參數(shù)

第一，高壓氮氣：0.7MPa（G）的潔凈 氮氣。

第二，氮封閥PCV-02：400KPa（G）- 8KPa（G）減壓系統(tǒng)。

第三，氮封閥PCV-03：400KPa（G）- 20KPa（G）減壓系統(tǒng)。

第四，低壓氮氣：8KPa（G）氮氣，20KPa（G）氮氣。

第五，減壓閥PCV-01：0.7MPa- 400KPa減壓系統(tǒng)。

第六，安 全 閥 PS V-01： 泄 放 壓 力 0.1MPa（G）。

第七，電磁閥XV-02：氮封管道末端壓 力低于3KPa（G）時開啟。

儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案技術(shù)參數(shù)及性能指標：

1 供氮裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

2泄氨裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

（1）儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案“高壓"氮封運行狀況

嚴格按照儲罐設計壓力為 2kPa 進行設計的氮封系統(tǒng)，可稱為“高壓"氮封。各壓力控制閥參數(shù)設置如下：

呼吸閥排氣壓力 Ps=1.35kPa（呼吸閥呈連續(xù)“呼出"狀態(tài)）。

呼吸閥開啟壓力 Pv=0.75×Ps=1.01kPa，各國對呼吸閥密閉狀態(tài)下的泄漏量都有要求。

單呼閥排氣：0.9kPa。

氮封常壓儲罐（2.0kPa）各安全附件定壓值示例圖（配圖）

目前國內(nèi)外呼吸閥泄漏量要求現(xiàn)狀如下：

（2）儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案“低壓"氮封運行現(xiàn)狀

對于老舊儲罐，為防止罐內(nèi)“超壓"失效，通常采用壓力值更低的呼吸閥和單呼閥，各壓力控制閥參數(shù)設置如下：

* 呼吸閥排氣壓力 Ps=0.9kPa（呼吸閥呈連續(xù)“呼出"狀態(tài)）。

* 呼吸閥開啟壓力 Pv=0.75×Ps=0.675kPa。

* 單呼閥排氣：0.6kPa（實際運行過程中，此時呼吸閥已處于連續(xù)呼出狀態(tài)）。

（3）儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案低超壓 10%呼吸閥對氮封系統(tǒng)的影響

呼吸閥泄漏量控制壓差是指氮封系統(tǒng)所用呼吸閥泄漏量控制壓力與單呼閥的差值，該值越大，儲罐氮封系統(tǒng)各壓力閥之間的壓力更容易控制， 該值越小，壓力控制閥（呼吸閥、單呼閥、氮封閥）的設定壓力之間易產(chǎn)生交集，進而導致氮封系統(tǒng)失效。

?P=Pv- P0

其中：?P：氮封系統(tǒng)呼吸閥泄漏量控制壓差；

Ps：呼吸閥排氣壓力 Ps；

Pv：呼吸閥泄漏控制壓力，[1-（10%～25%）]×Ps；

P0：單呼閥設計壓力。

1. 對于“低壓"氮封（呼吸閥排氣壓力 Ps=0.9kPa）

低超壓10%呼吸閥將“低壓"氮封系統(tǒng)的泄漏量控制壓差由 0.675-0.6=0.075kPa 提升至?P=0.81-0.6=0.21kPa，大幅提升了氮封壓力控制系統(tǒng)的運行可靠性。

2. 對于“高壓"氮封（呼吸閥排氣壓力 Ps=1.35kPa）：

低超壓 10%呼吸閥將“高壓"氮封系統(tǒng)的泄漏量控制壓差由 1.013-0.9=0.113 kPa 提升至?P=1.215-0.9=0.315 kPa，大幅提升了氮封壓力控制系統(tǒng)的運行可靠性。附錄C解讀：氮封儲罐涉及到的安全附件較多，罐頂有氮封閥、呼吸閥、阻火器、緊急泄放閥，這些閥門的壓力設定頗有講究，

設定壓力調(diào)節(jié)范圍分段詳見規(guī)格與技術(shù)參數(shù)表，應盡量將常用壓力設定值選取在范圍的中間值附近。

    ZZYVP-16B帶指揮器型自力式壓力氮封閥本身是一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主閥需一定的推動壓力，即閥前壓力不得低于200KPa（表壓）。

八、儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案安裝方式說明

九、儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案安裝示意圖

該微正壓氮氣保護裝置充分結(jié)合傳統(tǒng)技 術(shù)應用及國內(nèi)生產(chǎn)、制造業(yè)的實際情況，采用 模塊化設計，運用有效的監(jiān)測和補氮措施，可 保證整個系統(tǒng)的可靠性及技術(shù)的先進性和專有 性。該裝置具有以下技術(shù)特點和優(yōu)勢。

第一，適用性廣。該微正壓氮氣保護裝 置適用性廣，可適用于可燃、易燃、易爆、 易揮發(fā)物質(zhì)，以及揮發(fā)性較強的有毒、有 害、有腐蝕性物質(zhì)的使用、儲存、運輸。

第二，采用封閉式殼體，安全性高。傳 統(tǒng)氮封系統(tǒng)需將高壓氮氣引至每個使用點， 但這樣增加了高壓氮氣泄漏的可能。該微正 壓氮氣保護裝置將所有部件集中于封閉式外 殼內(nèi)，封閉式外殼與事故風機相連，并由管 道引至室外安全區(qū)域。高壓氮氣經(jīng)該裝置減 至低壓氮氣去各氮氣使用點，且在封閉外殼 內(nèi)增加氧含量監(jiān)測措施，減少了高壓氮氣使 用點的泄漏，降低了高壓危害，提高了其使 用安全性，克服了傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)的不足。

第三，氮封管道末端壓力監(jiān)測和補氮措 施可靠性強，成本低。采用管道末端壓力監(jiān) 測和補氮措施，當?shù)夤艿老到y(tǒng)末端壓力監(jiān) 測低于設定值時，裝置向系統(tǒng)中快速補充氮 氣，使系統(tǒng)末端壓力增加至設定值。該監(jiān)測和補氮措施保證了在氮氣使用高峰時下游各使用點氮封壓力的穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，與傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)相比，大大減少了氮封閥、泄氮閥、安全閥的使用數(shù) 量，降低了生產(chǎn)投資成本。

第四，模塊化設計，結(jié)構(gòu)緊湊。整個裝置采用模塊化設計，結(jié)構(gòu)緊湊，所有 設備、管道、儀表安裝在一個框架內(nèi)，便于制造、運輸、安裝和操作。

儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案工作原理：

    當儲罐出液閥開啟，放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)氮氣壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐注入氮氣，罐內(nèi)氮氣壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮閥壓力設定值時，供氮閥自動關(guān)閉。

    當儲罐進液閥開啟，進料時，液面上降，氣相部份容積減小，罐內(nèi)壓力升高，當高于泄氮閥壓力設定值時，泄氮閥打開，向外界釋放氮氣，罐內(nèi)氮氣壓力下降，降至泄氮閥壓力設定值時，泄氮閥自動關(guān)閉。

儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案選用說明：

    一般供氮壓力在300~800KPa左右，氮封設定壓力1KPa，泄氮壓力2KPa，呼吸閥呼氣壓力3KPa，吸氣壓力-300Pa。

    罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作。

泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進液閥口徑相近，但工況參數(shù)不一樣，需進選型計算再定。

一般供氮閥選用ZZYVP-16B型指揮器自力式壓力調(diào)節(jié)閥，泄氮閥選用ZZVP-16K自力式微壓調(diào)節(jié)閥、呼吸閥采用阻火式。

十、儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案安裝、維護、調(diào)試

1、安裝（見圖三）

    檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質(zhì)，必須進行強度、密封、泄漏與精度測試。

    在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導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。

    安裝場地應考慮到人員與設備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。

    閥門應正立垂直安裝在水平管道上，導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的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

    介質(zhì)流動方向應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致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應在環(huán)境溫度-25～+55℃場所使用。

    為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時，仍能連續(xù)生產(chǎn)，應設置旁路閥（見圖三）。

維護：

    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)，在選用相應的清洗辦法。

    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。拆裝閥座時應使用工具。

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

    閥桿：表面損壞，必須換新。

    壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。

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

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

儲罐氮封裝置閥門壓力設計方案調(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。順時針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時針旋轉(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。