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化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
1.《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-1995氮封閥（供氮裝置/泄氮裝置）是本廠自主開發(fā)、研制的一套自力式微壓力控制系統(tǒng)，主要用于保持容器頂部保護(hù)氣(一般為氮?dú)?的壓力恒定，以避免容器內(nèi)物料與空氣直接接觸，防止物料揮發(fā)、被氧化，以及容器的安全。該產(chǎn)品具有節(jié)能、動(dòng)作靈敏、運(yùn)行可靠、操作與維修方便等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)。氮封閥由供氮裝置供氮閥和泄氮裝置泄氮閥兩部分組成。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。氮封閥 產(chǎn)品特點(diǎn)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；
氮封閥壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進(jìn)行；
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，裝置工作平穩(wěn)；
采用無(wú)填料設(shè)計(jì)，閥桿所受摩擦力小，反應(yīng)迅速，控制精度高；
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；
為確保儲(chǔ)罐的安全，需在罐頂設(shè)置呼吸閥；
在儲(chǔ)罐上設(shè)氮封閥，維持罐內(nèi)氣相空間壓力在工藝要求范圍（以JVOCs項(xiàng)目為例，如0.2-0.5KPa）左右，當(dāng)氣相空間壓力高于設(shè)定值（如0.4KPa）時(shí)，氮封閥關(guān)閉，停止氮?dú)夤?yīng)；當(dāng)氣相空間壓力低于設(shè)定值（如0.4KPa）時(shí)，氮封閥開啟，開始補(bǔ)充氮?dú)?。?chǔ)罐氮封系統(tǒng)使用的氮?dú)饧兌炔灰说陀?9.96%，氮?dú)鈮毫σ藶?.5-0.7MPa。氮封閥主要用于儲(chǔ)罐頂部，維持儲(chǔ)罐的微正壓，隔離物料與外界接觸，減少物料的揮發(fā)和浪費(fèi)，保護(hù)儲(chǔ)罐安全。是否要設(shè)氮封設(shè)施和氮封閥可參考如下規(guī)定：
1.SH/T3007《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》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：
?、僭O(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；
?、谠O(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度低于閃點(diǎn)5℃及以下。
儲(chǔ)存I、工級(jí)毒性的甲B、乙A類液體儲(chǔ)罐不應(yīng)大于10000m3，且應(yīng)設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)。
2.《石油化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)VOCs治理項(xiàng)目指導(dǎo)意見》規(guī)定：甲B、乙A類中間原料儲(chǔ)罐、芳烴類儲(chǔ)罐、輕污油儲(chǔ)罐、酸性水罐、排放氣中含有較高濃度油氣和硫化物等需對(duì)排放氣體進(jìn)行收集治理的儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)。
3.其他為防止儲(chǔ)罐揮發(fā)性有毒或可燃?xì)怏w泄放到罐外危害安全或防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與氧接觸氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等場(chǎng)合。
2.《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）（2018年版）
6.2.2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；
6.2.2條文解釋：對(duì)于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲(chǔ)罐或臥式儲(chǔ)罐加氮封儲(chǔ)存也是可行的；
6.2.4A條款：儲(chǔ)存溫度超過(guò)120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。
6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存甲類液體時(shí)，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲(chǔ)罐的安全狀況，應(yīng)采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統(tǒng)、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。
3.《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）
化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例主要零件常用材料
閥體、閥蓋：ZG230-450、ZG1Cr18Ni9、WCB、CF8、CF8M、CF3M、CF8+F46
閥芯、閥座：1Cr18Ni0Ti、304、316、316L、304+F46
平衡波紋管：1Cr18Ni0Ti
墊片：不銹鋼+柔性石墨
膜片：橡膠
彈簧：60Si2Mn
閥桿：1Cr18Ni0Ti、304、316、316L、304+F46
導(dǎo)壓管：不銹鋼、銅
六、化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例整機(jī)工作原理及作用方式
ZZYVP-16B指揮器操作自力式氮封閥是一種控制閥后壓力的調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在開啟位置，當(dāng)指揮器執(zhí)行機(jī)器檢測(cè)到閥后壓力升高至設(shè)定值，自動(dòng)關(guān)閉指揮器，隨即主閥開度逐漸減小，直至閥后壓力穩(wěn)定在要求的設(shè)定值。
七、化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例規(guī)格用技術(shù)參數(shù)
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M10×1.5 | M16X1.5 | |||||||||||
2、化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例壓力調(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 |
3、化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例主要零件材料見表三 表三
零 件 名 稱 | 材 料 |
氣動(dòng)活塞式執(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 |
膜片 | 橡膠夾增強(qiáng)滌綸織物/四氟膜片/氟橡膠膜片 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
5.1.5化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例條文解釋：
1）對(duì)于會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過(guò)濾器等設(shè)備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應(yīng)采用氮封系統(tǒng)保護(hù)，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。
6.2.2條文解釋，對(duì)于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲(chǔ)存，可選用固定頂罐加氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封。
4.《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074-2014）
6.1.2及其條文解釋規(guī)定，當(dāng)選用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐、固定頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。當(dāng)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時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。儲(chǔ)存Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性的甲B、乙A類液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲(chǔ)存需要，不適宜采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，可選用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于50m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取氮封等安全保護(hù)措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)，防止空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐。
5.《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）從上面幾個(gè)規(guī)范來(lái)看，對(duì)各種儲(chǔ)罐儲(chǔ)存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設(shè)置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數(shù)據(jù)。但是沒(méi)有找到對(duì)氮?dú)鉂舛纫蟮木唧w參數(shù)要求。
五、化工儲(chǔ)罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例氮?dú)鉂舛热绾卧O(shè)置？
化工儲(chǔ)罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃?xì)怏w的濃度惰化到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸濃度下限。根據(jù)這個(gè)原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內(nèi)容，理論上可以根據(jù)各種可燃?xì)怏w介質(zhì)的極限氧濃度來(lái)選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質(zhì)，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮?dú)獾募兌却笥冢?-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。
儲(chǔ)罐氮封閥是一種用于儲(chǔ)罐中介質(zhì)處理的重要防爆裝置，通過(guò)輸送氮?dú)鈱⒃O(shè)備中的易燃介質(zhì)排放掉，從而達(dá)到防止爆炸的效果。在石化、化工等工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
二、儲(chǔ)罐氮封閥的工作原理
儲(chǔ)罐氮封閥主要是通過(guò)控制氮?dú)獾倪M(jìn)出口，實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)環(huán)境的控制，從而達(dá)到防止爆炸的目的。在當(dāng)介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)時(shí)，氮?dú)鈺?huì)自動(dòng)打開閥門進(jìn)入，以此將內(nèi)部的排空，保持空氣中的濃度低于爆炸下限，從而防止了爆炸的發(fā)生。
儲(chǔ)罐氮封閥內(nèi)部設(shè)有傳感器和控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)介質(zhì)內(nèi)部氣體的變化情況，并根據(jù)不同的情況控制閥門的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部氣體濃度超出一定范圍時(shí)，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)儲(chǔ)罐氮封閥進(jìn)行處理，以此維護(hù)儲(chǔ)罐內(nèi)部的安全性。
三、儲(chǔ)罐氮封閥的主要作用
由于儲(chǔ)罐中的介質(zhì)通常具有易燃、易爆的特點(diǎn)，因此在儲(chǔ)罐的使用過(guò)程中需要配備防爆裝置。而儲(chǔ)罐氮封閥作為其中一種重要的防爆裝置，能夠有效地控制儲(chǔ)罐內(nèi)的環(huán)境，從而確保介質(zhì)的安全性。
具體來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)罐氮封閥能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)方面的作用：
1.對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的介質(zhì)環(huán)境進(jìn)行控制，保持氧氣濃度小于5%，從而防止可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸下限。
2.通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)部空氣進(jìn)行置換，消除，進(jìn)而保證儲(chǔ)罐內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性。
3.降低爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)，確保工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性。
綜上所述，儲(chǔ)罐氮封閥作為一種防爆裝置，其在工業(yè)生產(chǎn)中的作用不可忽視。通過(guò)對(duì)其工作原理的詳細(xì)解析，我們更能夠深入了解這一裝置的優(yōu)點(diǎn)和重要性，從而更好地保障工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全和可靠性。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)組圖可以看出，氮封閥的供氮和泄氮內(nèi)部中應(yīng)用到較多橡膠材質(zhì)，故在選型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)詳細(xì)確定儲(chǔ)罐物料與橡膠材質(zhì)的性質(zhì)，提高氮封閥在實(shí)際安裝使用過(guò)程中的壽命和功能；
