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精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案

某化工廠儲存醋酸和乙炔合成反應(yīng)液的儲罐液位整體出現(xiàn)下降，導(dǎo)致罐內(nèi)形成負壓并吸入空氣，與罐內(nèi)氣相物質(zhì)（90%為乙炔）混合形成爆炸性混合氣體，遇靜電火花，發(fā)生爆燃，罐內(nèi)物料流出，蒸發(fā)成大量可燃爆蒸氣云隨風(fēng)擴散，繼而引發(fā)空間爆炸。常壓內(nèi)浮頂儲罐是石油化工企業(yè)包括庫區(qū)最常見的一個罐體類型，其儲存介質(zhì)通常為甲B、乙類的液體，雖然稱呼為常壓儲罐，但是其內(nèi)部氣相空間的壓力也是頻繁波動的，其壓力波動的來源通常包括物料裝卸帶來的氣相空間體積的變化，以及外界環(huán)境對于罐體氣相溫度帶來的變化，專業(yè)名詞稱呼為大呼吸和小呼吸。

既然存在氣相壓力的波動，那么就需要對氣相壓力進行無級變速式的調(diào)節(jié)。早期建設(shè)的儲罐一般是在罐壁四周的上方設(shè)置排放口，和大氣互通，后來為了減少大氣VOC的排放，更多地儲罐安裝了呼吸閥、單呼閥，甚至密閉油氣回收設(shè)施等。這種技術(shù)上的改進帶給常壓儲罐的一個典型特性，就是儲罐內(nèi)部氣相空間的壓力特性不斷增強，基于此，為了解決這種越來越顯著的壓力特性，一系列的泄壓設(shè)施被用來解決此類問題。其中呼吸閥是一類，屬于常規(guī)泄壓設(shè)施，也可以稱為非緊急泄壓設(shè)施。自然另一類就是緊急泄壓設(shè)施了。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上常常提及的“緊急泄放人孔"“事故泄壓設(shè)備"“緊急泄放閥"等，都是同一個東西。為了寫作方便，以下統(tǒng)一用“緊急泄壓人孔"術(shù)語來代替。

案例的直接原因是爆炸性混合氣體與空氣混合，遇到點火源爆炸。在此情況下氮封是最常見的預(yù)防措施之一，可有效防止儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。

化工企業(yè)，特別是精細化工企業(yè)通常有兩方面疑問：第一，哪些情況需要設(shè)氮封？第二，氮封如何設(shè)置？安在什么位置？多大的流量能夠避免爆炸環(huán)境產(chǎn)生？

《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》（GB50160-2008）規(guī)定，當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護等安全措施；儲存溫度超過120℃的重油時，固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護。

《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB51283-2020）規(guī)定，固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲存甲B、乙A類液體時，應(yīng)采用氮氣或惰性氣體密封措施。

個別精細化工企業(yè)，由于存在早期設(shè)計不完善、常壓儲罐未經(jīng)正規(guī)設(shè)計、或者經(jīng)由其他儲罐改造等情況，儲罐沒有設(shè)置氮封或設(shè)置不合規(guī)的情況依然存在。氮封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氣（一般為氮氣）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、動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點。廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)。產(chǎn)品特點：無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便，又節(jié)約能源，降低成本；·氮封裝置供氮、泄氮壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進行；·壓力檢測膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動作靈敏，裝置工作平穩(wěn)；·采用無填料設(shè)計，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100:1,減壓效果好，控制精度高；·為確保儲罐的安全，需在罐頂設(shè)置呼吸閥；·呼吸閥僅起安全作用，避免了常規(guī)氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。 氮封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)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成。氮氣壓力一般設(shè)為100mmH2O.通過氮封裝置控制。 當(dāng)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(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于泄氮裝置壓力設(shè)定值時，泄氮裝置打開，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)定點時，泄氮裝置自動關(guān)閉。當(dāng)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(dāng)罐內(nèi)壓力上升至供氮裝置自動關(guān)閉。

精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案

氮封裝置主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，以保護罐內(nèi)物料不被氮化及儲罐安全。氮封裝置由ZZYVP微壓供氮閥及ZZV微壓泄氮閥兩大部分組成。泄氮閥由壓力控制器及ZMQ-16K型單座切斷閥組成。當(dāng)儲罐內(nèi)壓力升高至設(shè)定壓力時，泄氮閥迅速開啟，將罐內(nèi)多余壓力泄放。微壓調(diào)節(jié)閥在儲罐內(nèi)壓力降低時，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮氣。因微壓調(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場壓力較高，必須安裝ZZYVP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℃。

由于本篇文章重點是寫緊急泄壓人孔相關(guān)的內(nèi)容，也就是偏重于儲罐內(nèi)部氣相壓力的正壓特性，對于負壓及真空特性，和本篇文章關(guān)系不大，涉及到的我會一筆帶過。提前聲明一下，防止引起大家的誤解。好了，下面開始進入正題。我們知道常壓固定頂儲罐（包含內(nèi)浮頂）其罐內(nèi)氣相上方的壓力上升主要來源于兩個因素：第一就是物料在進罐過程中導(dǎo)致的氣相空間體積變化而引起壓力變化，第二就是外界環(huán)境因素（溫升、日曬等）引起的罐內(nèi)氣相空間溫度變化而引起的壓力變化。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程的三大定律：

依據(jù)《SH/T 3007-2014 石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》第5.1.6條的規(guī)定，可知呼吸閥所解決的壓力源主要就是大呼吸（物料進罐）和小呼吸（儲罐溫升）所帶來的氣相壓力增加。

也就是說，對于呼吸閥來說，從原生的設(shè)計階段開始，其呼吸量的計算和設(shè)備選型都是基于這兩種常規(guī)的呼吸（大呼吸和小呼吸）來設(shè)定的。但是凡事總有例外，如果儲罐氣相空間出現(xiàn)了第三種壓力急劇增大的情景，導(dǎo)致原有的呼吸閥即使在100%的開度下也無法及時泄放增大的氣壓，就會帶來潛在的罐體撕裂的風(fēng)險后果。那么這第三種壓力急劇增大的情景又是什么呢？主要有兩類場景：氮封失效和外部火災(zāi)。我們先說第一類：氮封失效。

對于固定頂類的儲罐（包括內(nèi)浮頂儲罐），尤其是涉及到易燃易爆有毒介質(zhì)的固定頂儲罐，都會設(shè)計氮封系統(tǒng)的（具體哪些儲罐設(shè)置氮封，可參考我之前寫的這篇文章《罐區(qū)VOC改造閃爆事故思考：儲罐氮封的最大意義到底是什么》）。對于帶氮封的儲罐來說，所謂的氮封失效，專指氮封閥（包括各類型的調(diào)節(jié)閥）無法關(guān)閉，導(dǎo)致氮氣源源不斷地進入儲罐內(nèi)部氣相空間。這種場景就會導(dǎo)致儲罐內(nèi)部的氣相空間壓力不斷增加，如果沒有有效地泄壓措施，就會超過儲罐的設(shè)計壓力，造成儲罐撕裂。針對這種情況應(yīng)該怎么辦呢？標(biāo)準(zhǔn)中給出的答案是增加緊急泄壓人孔。

■精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案產(chǎn)品特點

    氮封裝置的供（泄）氮壓力設(shè)定方便，且可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進行；氮氣壓力設(shè)定范圍廣，低至0.5Kpa（50mm.w.c）,高至Kpa，比值達132倍，壓力檢測膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動作極靈敏。 
       供氮壓力調(diào)整：在ZZV型微壓調(diào)節(jié)閥壓力調(diào)節(jié)范圍內(nèi)選定一設(shè)定值如1Kpa（100mm.w.c）,通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺絲2以改變彈簧3的預(yù)壓縮（拉伸）量來達到；泄氮壓力調(diào)整：在ZZDQ快速泄放閥在的壓力控制器部分，通過調(diào)整座3，改變彈簧4預(yù)壓縮量達到。一般為避免氮封裝置啟閉頻繁，泄氮設(shè)定值應(yīng)遠離供氮壓力值，如2Kpa（200mm.w.c）;呼吸閥高定值調(diào)整：在上述兩設(shè)定值調(diào)整好后，為避免呼吸閥啟閉頻繁，呼吸閥設(shè)定值應(yīng)大于泄壓設(shè)定值。

精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案自力式氮封閥 產(chǎn)品特點

（1）不用外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節(jié)約能源。
（2）氮封裝置供氮，泄氮壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進行。
（3）壓力檢測膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。
（4）采用無填料設(shè)計，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100:1，減壓效果好、控制精度高。
（6）需在罐頂設(shè)置呼吸閥。
（7）呼吸閥制止了常規(guī)氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。

■精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案主要零件材質(zhì)

閥體：ZG230-450、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12No2Ti
閥芯閥座：1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12No2Ti
膜片：丁腈橡膠增強滌綸織物
波紋管：1Cr18Ni9Ti

■精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案技術(shù)參數(shù)

三、精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案自力式氮封閥 主要技術(shù)參數(shù)

四、精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案自力式氮封閥 主要外形圖

五、精細化工儲罐氮封閥裝置優(yōu)化方案自力式氮封閥 主要外形尺寸

關(guān)于氮封安裝，分享兩種錯誤安裝場景：一種是直接安裝在呼吸閥下部短節(jié)位置（圖1），另外一種是靠近呼吸閥位置直接焊接在法蘭接管處（圖2）。這兩種場景均會導(dǎo)致氮氣直接排出，無法起到氮封作用。

若呼吸閥用在氮封罐上，建議氮氣供氣管的接管位置一定要遠離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內(nèi)，使氮氣進罐后不直接排出，從而達到氮封目的。大部分工廠設(shè)置氮封多采用自力調(diào)節(jié)閥或者壓力控制閥，關(guān)于操作方面可參照《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T3007-2014）規(guī)定，采用氮氣保護的儲罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa；其他設(shè)置有呼吸閥的儲罐，其操作壓力宜為1Kpa～1.5Kpa。同時有些儲罐因介質(zhì)含有腐蝕性，要注意定期檢查清理氮氣管線，防止氮封失效。