一、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(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(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。

一、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 50160-2008（2018版）

6.2.2 儲(chǔ)存甲B、乙A類液體應(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐，對(duì)于有特殊要求的物料或儲(chǔ)罐容積小于或等于 200m3的儲(chǔ)罐，在采取相應(yīng)安全措施后可選用其他型式的儲(chǔ)罐。浮盤應(yīng)根據(jù)可燃液體物性和材質(zhì)強(qiáng)度進(jìn)行選用，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用易熔材料制作的浮盤時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；

2單罐容積大于5000m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐應(yīng)采用鋼制單盤或雙盤式浮頂；

3單罐容積大于或等于50000m3的浮頂儲(chǔ)罐應(yīng)采用鋼制雙盤式浮頂。

二、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51283-2020

6.2.2 單罐容積不小于 100m3的甲B、乙A類液體儲(chǔ)存應(yīng)選用內(nèi)浮頂罐。當(dāng)采用易熔材料制作浮盤時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施。采用固定頂罐或低壓罐時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封，并采取減少日曬升溫的措施。

精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案性能特點(diǎn)

1、無(wú)需外加能源，能在無(wú)電、無(wú)氣的場(chǎng)合工作，既方便又節(jié)約能源，降低成本。

2、氮封裝置供氮，泄氮壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)經(jīng)營(yíng)的條件下進(jìn)行。

3、壓力檢測(cè)膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小、動(dòng)作靈敏、裝置工作平衡。

4、采用無(wú)填料設(shè)計(jì)，閥桿所受磨擦力小、反應(yīng)迅速、控制精度高。

5、供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達(dá)100:1，減壓效果好、控制精度高。

6、氮?dú)鈮毫υO(shè)定范圍廣，低至0.5Kpa高至1000Kpa，比值達(dá)高；

7、調(diào)節(jié)調(diào)壓力檢測(cè)膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動(dòng)作極靈敏。

2、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)?，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?，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)范的要求，對(duì)甲 B 、乙A 類的可燃液體儲(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畛漤敳靠臻g，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、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(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(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 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、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(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(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將打開以補(bǔ)充氮?dú)猓乐刮M(jìn)空氣形成。

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部山档陀蜌馀欧帕?。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 。）

四、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案充氮量計(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)算按照浮盤沉底考慮，即取設(shè) 計(jì)液位h=1.8m來(lái)計(jì)算儲(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)氣體體積最大值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)∫何粫r(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)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、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案氮封裝置常見故障

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。自力式氮封閥(即氮封裝置)主要用于儲(chǔ)罐頂部氮?dú)鈮毫愣刂?，自力式氮封閥是一種無(wú)須外來(lái)能源，以彈簧為動(dòng)力核心利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力來(lái)控制閥芯位置變化，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定壓力的目的，以保護(hù)罐內(nèi)物料不被氮化及儲(chǔ)罐的安全。該閥由ZZYVP快速泄放閥及ZZV自力式微壓調(diào)節(jié)閥兩大部分組成。快速泄放閥由壓力控制器及ZMQ-16K型單座切斷閥組成。

精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案工作原理

       儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高至設(shè)定壓力時(shí)，快速泄放閥迅速開啟，將罐內(nèi)多余壓力泄放。微壓調(diào)節(jié)閥在儲(chǔ)罐內(nèi)壓力降低時(shí)，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮?dú)?。因微壓調(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場(chǎng)壓力較高，必須安裝ZZYP型壓力調(diào)節(jié)閥將壓力調(diào)節(jié)閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設(shè)定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質(zhì)溫度溫度≤80℃。

　氮封閥門氮?dú)鈮毫σ话阍O(shè)為100mmH2O.通過(guò)氮封閥裝置精確控制。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)，泄氮裝置打開，向外界釋放氮?dú)?，使罐?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自動(dòng)關(guān)閉。

選型裝置泄氮閥說(shuō)明：

　　一般供氮?dú)鈮毫υ?×10^5-10×10^5Pa之間，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(guò)高或過(guò)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)液閥口徑一致，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，浪費(fèi)氮?dú)?、影響設(shè)備的使用壽命。氮封閥在氮?dú)庀到y(tǒng)中處于重要的使用位置，控制精度和性能決定了使用效果，一般要選擇像這種比較著名的調(diào)節(jié)閥國(guó)際品牌，性能會(huì)比較穩(wěn)定；當(dāng)然，正確安裝和使用進(jìn)口氮封閥對(duì)氮封閥的正常工作起到?jīng)Q定性作用。

一、氮封閥選型結(jié)構(gòu)與工作原理：

　　氮封閥裝置由供氮閥、 泄氮閥、 呼吸閥 組成，供氮閥由指揮器和主閥兩部分組成;泄氮閥由內(nèi)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成，氮?dú)鈮毫σ话阍O(shè)為100mmH2O，通過(guò)氮封裝置精確控制。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)壓力升至高于泄氮閥壓力設(shè)定值時(shí)，美國(guó)威盾VTON泄氮閥打開，向外界釋放氮?dú)猓构迌?nèi)壓力下降，降至泄氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，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，供氮閥開啟，向儲(chǔ)罐內(nèi)注入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)閉。

三、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50074-2014

6.1.3 儲(chǔ)存沸點(diǎn)不低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體化工品和輕石腦油，應(yīng)采用外浮頂儲(chǔ)罐或內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。有特殊儲(chǔ)存需要時(shí)，可采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐或容量不大于100m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取下列措施之一：

1 應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體；2 應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)控制儲(chǔ)存溫度低于液體閃點(diǎn)5℃及以下。

6.1.4 儲(chǔ)存甲B、乙A類原油和成品油，應(yīng)采用外浮頂儲(chǔ)罐、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐和臥式儲(chǔ)罐。3號(hào)噴氣燃料的最高儲(chǔ)存溫度低于油品閃點(diǎn)5℃及以下時(shí)，可采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲(chǔ)罐。當(dāng)采用臥式儲(chǔ)罐儲(chǔ)存甲B、乙A類油品時(shí)，儲(chǔ)存甲B類油品臥式儲(chǔ)罐的單罐容量不應(yīng)大于 100m3，儲(chǔ)存乙A類油品臥式儲(chǔ)罐的單罐容量不應(yīng)大于 200m3。

6.1.5 儲(chǔ)存乙B類和丙類液體，可采用固定頂儲(chǔ)罐和臥式儲(chǔ)罐。

4.2.5儲(chǔ)存沸點(diǎn)大于或等于45℃或在37.8℃時(shí)飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體，應(yīng)選用浮頂儲(chǔ)罐或內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。其他甲B、乙A類液體化工品有特殊儲(chǔ)存需要時(shí)，可以選用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于100m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取下列措施之一：

——設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；

——設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度低于液體閃點(diǎn)5℃及以下。

4.2.6儲(chǔ)存乙B和丙類液體可選用浮頂儲(chǔ)罐、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐、固定頂儲(chǔ)罐和臥式儲(chǔ)罐。4.2.7容量小于或等于100m3的儲(chǔ)罐，可選用臥式儲(chǔ)罐。

精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案

精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案主要技術(shù)參數(shù)

精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案主要外形尺寸

三、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案氮封閥裝置安裝：

　　(1)安裝氮封閥前，檢查整機(jī)零件是否缺損或者松動(dòng)，對(duì)管道應(yīng)進(jìn)行清洗，介質(zhì)流向應(yīng)與閥體箭頭指向一致。

　　(2) 為便于現(xiàn)場(chǎng)維修與操作，氮封閥四周應(yīng)留有適當(dāng)?shù)目臻g。

　　(3)氮封閥應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上，閥體與管道的法蘭連接，要注意軸度，并應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不超過(guò)-25~55°C的場(chǎng)合使用。

四、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案氮封閥的使用

　　(1)開啟閥前的截止閥，使介質(zhì)緩慢流入閥體

　　(2)擰開指揮器護(hù)罩，松開指揮器調(diào)節(jié)螺釘

　　(3)調(diào)節(jié)指揮器主彈簧，使閥后壓力至設(shè)定值

　　(4)固定指揮器調(diào)節(jié)螺釘，裝好護(hù)罩，調(diào)壓閥即可開始工作

　　(5)不用時(shí)，關(guān)閉閥前截止閥

　　3、精細(xì)化工儲(chǔ)罐氮封裝置設(shè)計(jì)方案維護(hù)

　　(1)拆卸閥門時(shí)，要保護(hù)好精密零件的表面，拆裝閥座時(shí)，要使用專用工具

　　(2)閥芯與閥座，不管修理或者更換，密封面都必須進(jìn)行研磨

　　(3)彈簧若有裂縫跡象，必須更換

　　(4)密封墊片與0型圈每次檢修時(shí)全部更換，膜片根據(jù)檢查結(jié)果而定。

　　(5)閥門平時(shí)維護(hù)，只有觀察閥后導(dǎo)壓器上的壓力表是否符合設(shè)計(jì)值要求即可。另外若發(fā)現(xiàn)各連接處有滲漏，可擰緊螺母與螺釘或更換密封墊片與0型圈