儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案

目前，在精細(xì)化工行業(yè)和制藥行業(yè)，生產(chǎn)過程中將使用并儲(chǔ)存大量可燃、易燃、易爆、易揮發(fā)有機(jī)溶劑，由于密閉儲(chǔ)存空間存在空氣，經(jīng)常達(dá)到爆 炸極限，若出現(xiàn)火花，會(huì)引發(fā)著火甚至爆炸，從而導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和 環(huán)境污染，甚至還會(huì)造成社會(huì)影響。另外，精細(xì)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(xué)和（或）生物反應(yīng)的物質(zhì)。 因此，需要針對(duì)此類生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套安全、經(jīng)濟(jì)、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(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染和產(chǎn)品污染。氮封系統(tǒng)是利用氮?dú)庠诜忾]的儲(chǔ)罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置， 設(shè)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(yīng)商，多年來積累了豐富的化工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和化工項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，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(duì)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(jìn)行了轉(zhuǎn)變，由粗放性轉(zhuǎn)變成精準(zhǔn)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(qiáng)罐區(qū)安全運(yùn)行、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、檢測(cè)檢驗(yàn)等方面的工作，從源頭進(jìn)行安全和環(huán)保的治理。

氮封系統(tǒng)是提升儲(chǔ)罐安全、減少油品損耗、環(huán)保排放達(dá)標(biāo)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(dǎo)致氮封系統(tǒng)密封不嚴(yán)或失效。《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 37822-2019）標(biāo)準(zhǔn)要求儲(chǔ)罐的呼吸閥和罐頂通氣孔位置的油氣濃度不應(yīng)超過5000μmol/mol (重點(diǎn)地區(qū)為 2000μmol/mol）。特別是對(duì)于氮封儲(chǔ)罐，罐內(nèi)油氣濃度普遍超標(biāo)，如果呼吸閥密閉不嚴(yán)，那么呼吸閥口處的檢測(cè)值，無法滿足無組織排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

一 儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)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(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時(shí)，液面上升，氣相部分容積減小，壓力 升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于泄氮裝置壓力設(shè)定值時(shí)，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(shè)定點(diǎn)時(shí)，泄氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)儲(chǔ)罐出液閥開啟，用戶放料時(shí)，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(chǔ)罐注入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力上升，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升至供氮裝 置設(shè)定點(diǎn)時(shí)，供氮裝置自動(dòng)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?dú)猓ㄍǔ?.4MPa～0.8MPa）引至每個(gè)使用點(diǎn)，這樣增加了高壓氮?dú)庑孤┑膸茁?，易?dǎo)致人員窒息事故的 發(fā)生，因此，需在每個(gè)使用點(diǎn)設(shè)置氮?dú)夂?檢測(cè)，增加了投資；二是由于充氮保護(hù)容器 大多屬于常壓容器，為避免容器超壓破裂導(dǎo) 致易燃、易爆液體外泄，需要在每個(gè)使用點(diǎn) 設(shè)置安全閥或爆破片，增加了定期檢測(cè)、日 常維護(hù)以及前期投入；三是該系統(tǒng)無法保證 在氮?dú)馐褂酶叻鍟r(shí)各使用點(diǎn)的緩沖時(shí)間； 四是該系統(tǒng)在每個(gè)使用點(diǎn)采用氮封閥及泄氮 閥，投資成本高昂。故該系統(tǒng)應(yīng)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(diǎn)， 筆者開發(fā)了一種微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)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(qiáng)的有毒、有害、有腐蝕性物質(zhì)的 使用、儲(chǔ)存、運(yùn)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(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

（一）裝置構(gòu)造及工藝流程

如圖2所示，該微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置包 括以下主要部件：①封閉式外殼；②氮?dú)鈨?chǔ) 罐；③事故風(fēng)機(jī)；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(cè)儀GSA- 01；⑨壓力檢測(cè)儀（控制室安裝）；⑩壓力 表（現(xiàn)場(chǎng)安裝）； 球閥； 止回閥。該微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置將各部件集成于 封閉式外殼內(nèi)。封閉殼體與事故風(fēng)機(jī)相連， 并由管道引至室外安全區(qū)域。0.7MPa（G） 的高壓氮?dú)膺M(jìn)入封閉殼體氮?dú)鈨?chǔ)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(diǎn)。氮?dú)鈨?chǔ)罐出口管道和兩支路上分別 設(shè)置放空管道，放空管道合并后排放至室外 安全區(qū)域。

當(dāng)?shù)鈿馐褂命c(diǎn)容器出料時(shí)，容器內(nèi)液 位下降導(dǎo)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(dǎo)致氣相空間壓力 降低，當(dāng)?shù)夤艿老到y(tǒng)壓力低于設(shè)定值時(shí)， 氮封閥PCV-02自動(dòng)開啟工作，向使用容器 補(bǔ)充氮?dú)?，待系統(tǒng)壓力增加至設(shè)定值時(shí)，氮 封閥PCV-02自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)?shù)庀到y(tǒng)管道末 端壓力低于設(shè)定值時(shí)，聯(lián)鎖開啟電磁閥XV- 02，氮封閥PCV-03自動(dòng)開啟工作，向系統(tǒng) 中快速補(bǔ)充氮?dú)?；待系統(tǒng)末端壓力增加至設(shè) 定值時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉電磁閥XV-02。本模塊將 氮?dú)飧邏翰糠种糜诿荛]殼體中，當(dāng)檢測(cè)氮?dú)?濃度超標(biāo)時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)事故排風(fēng)機(jī)，關(guān)閉高 壓氮?dú)馊肟陔姶砰yXV-01，將聲光報(bào)警信號(hào) 傳遞至控制室進(jìn)行檢查并消除警報(bào)。

（二）儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案主要技術(shù)條件、參數(shù)

第一，高壓氮?dú)猓?.7MPa（G）的潔凈 氮?dú)狻?/p>

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?dú)猓?KPa（G）氮?dú)猓?0KPa（G）氮?dú)狻?/p>

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(shí)開啟。

儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)：

1 供氮裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

2泄氨裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

（1）儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案“高壓"氮封運(yùn)行狀況

嚴(yán)格按照儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力為 2kPa 進(jìn)行設(shè)計(jì)的氮封系統(tǒng)，可稱為“高壓"氮封。各壓力控制閥參數(shù)設(shè)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(guó)對(duì)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(chǔ)罐（2.0kPa）各安全附件定壓值示例圖（配圖）

目前國(guó)內(nèi)外呼吸閥泄漏量要求現(xiàn)狀如下：

（2）儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案“低壓"氮封運(yùn)行現(xiàn)狀

對(duì)于老舊儲(chǔ)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(shè)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(shí)際運(yùn)行過程中，此時(shí)呼吸閥已處于連續(xù)呼出狀態(tài)）。

（3）儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案低超壓 10%呼吸閥對(duì)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(chǔ)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(shè)定壓力之間易產(chǎn)生交集，進(jìn)而導(dǎo)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：?jiǎn)魏糸y設(shè)計(jì)壓力。

1. 對(duì)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(yùn)行可靠性。

2. 對(duì)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(yùn)行可靠性。附錄C解讀：氮封儲(chǔ)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(shè)定頗有講究，

設(shè)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(yīng)盡量將常用壓力設(shè)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(dòng)壓力，即閥前壓力不得低于200KPa（表壓）。

八、儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案安裝方式說明

九、儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案安裝示意圖

該微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置充分結(jié)合傳統(tǒng)技 術(shù)應(yīng)用及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、制造業(yè)的實(shí)際情況，采用 模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)用有效的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)氮措施，可 保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及技術(shù)的先進(jìn)性和專有 性。該裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

第一，適用性廣。該微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)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(qiáng)的有毒、有 害、有腐蝕性物質(zhì)的使用、儲(chǔ)存、運(yùn)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?dú)庖撩總€(gè)使用點(diǎn)， 但這樣增加了高壓氮?dú)庑孤┑目赡堋Ｔ撐⒄?壓氮?dú)獗Ｗo(hù)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(fēng)機(jī)相連，并由管 道引至室外安全區(qū)域。高壓氮?dú)饨?jīng)該裝置減 至低壓氮?dú)馊ジ鞯獨(dú)馐褂命c(diǎn)，且在封閉外殼 內(nèi)增加氧含量監(jiān)測(cè)措施，減少了高壓氮?dú)馐?用點(diǎn)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(cè)和補(bǔ)氮措 施可靠性強(qiáng)，成本低。采用管道末端壓力監(jiān) 測(cè)和補(bǔ)氮措施，當(dāng)?shù)夤艿老到y(tǒng)末端壓力監(jiān) 測(cè)低于設(shè)定值時(shí)，裝置向系統(tǒng)中快速補(bǔ)充氮 氣，使系統(tǒng)末端壓力增加至設(shè)定值。該監(jiān)測(cè)和補(bǔ)氮措施保證了在氮?dú)馐褂酶叻鍟r(shí)下游各使用點(diǎn)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(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊。整個(gè)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，所有 設(shè)備、管道、儀表安裝在一個(gè)框架內(nèi)，便于制造、運(yùn)輸、安裝和操作。

儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案工作原理：

    當(dāng)儲(chǔ)罐出液閥開啟，放料時(shí)，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)氮?dú)鈮毫档?，供氮閥開啟，向儲(chǔ)罐注入氮?dú)?，罐?nèi)氮?dú)鈮毫ι仙?，?dāng)罐內(nèi)壓力上升至供氮閥壓力設(shè)定值時(shí)，供氮閥自動(dòng)關(guān)閉。

    當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)液閥開啟，進(jìn)料時(shí)，液面上降，氣相部份容積減小，罐內(nèi)壓力升高，當(dāng)高于泄氮閥壓力設(shè)定值時(shí)，泄氮閥打開，向外界釋放氮?dú)猓迌?nèi)氮?dú)鈮毫ο陆?，降至泄氮閥壓力設(shè)定值時(shí)，泄氮閥自動(dòng)關(guān)閉。

儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案選用說明：

    一般供氮壓力在300~800KPa左右，氮封設(shè)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(dǎo)致罐內(nèi)壓力過高或過低時(shí)，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(jìn)液閥口徑相近，但工況參數(shù)不一樣，需進(jìn)選型計(jì)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(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案安裝、維護(hù)、調(diào)試

1、安裝（見圖三）

    檢查整機(jī)零件是否缺損與松動(dòng)，對(duì)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(cè)試。

    在安裝前，對(duì)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。

    安裝場(chǎng)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。

    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(chǎng)合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

    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(chǎng)所使用。

    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（見圖三）。

維護(hù)：

    清洗閥門：對(duì)清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對(duì)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。

    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)使用工具。

    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。

    閥桿：表面損壞，必須換新。

    壓縮彈簧：如有裂紋等影響強(qiáng)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(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，但膜片使用期一般多2～3年。

    閥門組裝要注意對(duì)中，螺栓要在對(duì)角線上擰緊，滑動(dòng)部分要加潤(rùn)滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測(cè)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。

儲(chǔ)罐氮封裝置閥門壓力設(shè)計(jì)方案調(diào)試：

    所需要壓力值是通過對(duì)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。