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化工儲罐氮封系統設計方案
點(diǎn)擊次數:162      更新時(shí)間:2024-12-14

化工儲罐氮封系統設計方案

在儲罐上設置氮封系統裝置,用于維持罐內氣相空間壓力。假設:供氮閥壓力是 1.2KPa(可根據實(shí)際工 況需求選擇壓力設定點(diǎn)),當氣相空間壓力高于 1.4KPa 時(shí),供氮閥關(guān)閉,停止氮氣供應;當氣相空間壓 力低于 0.8KPa 時(shí),氮封閥開(kāi)啟,開(kāi)始補充氮氣。假設:泄氮閥壓力設定點(diǎn)是 3KPa(可根據實(shí)際工況需求 選擇壓力設定點(diǎn)),當氣相空間壓力高于 3KPa 時(shí),泄氮閥開(kāi)啟,泄放罐內壓力至 3KPa 以?xún)取5庀到y裝 置主要起保證儲罐在正常運行過(guò)程中不吸進(jìn)空氣,防止形成爆炸性氣體作用。 儲罐氮封系統裝置使用的氮氣純度不宜低于 99.96%,可根據實(shí)際現場(chǎng)工況及用途選擇合適氮封系統裝置。

ZZYVP型帶指揮器調壓閥046.jpg

1、氮氣密封系統的儲罐。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)程中應控制或避免與空氣接觸的物料。

2、氮封裝置的主要作用:

1). 防止氧化:通過(guò)向儲罐內注入氮氣,可以排擠罐內的空氣,減少物料與氧氣的接觸,從而降低物料被氧化的風(fēng)險。

2). 抑制揮發(fā):氮封可以減少儲罐內物料的揮發(fā),對于易揮發(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,氮封裝置可以調節儲罐內部的壓力,保持壓力平衡,防止因壓力變化導致的儲罐結構損壞。

4). 減少VOCs排放:氮封可以減少揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的排放,有助于環(huán)境保護和滿(mǎn)足工業(yè)排放標準。

5). 防止污染:氮氣是一種惰性氣體,可以防止儲罐內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)控制儲罐內的氮氣壓力,可以避免由于壓力過(guò)高或過(guò)低導致的安全事故。

7). 保護儲罐結構:氮封裝置有助于防止儲罐因內部壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的變形或損壞。

8). 適用于多種儲罐:氮封裝置適用于各種類(lèi)型的儲罐,包括化工原料儲罐、食品級儲罐、超純水儲罐等。

GB50160-2008石化企業(yè)防火標準[1]、 SH/T3007-2014儲運罐區設計規范[2]的要求,對甲 B 、乙A 類(lèi)的可燃液體儲罐,應設置氮氣密封保護 系統,通過(guò)調節氮氣量使之填充頂部空間,節能降耗的同時(shí),隔離油品與外界接觸以起到保護作用。

ZZYVP型帶指揮器調壓閥39.jpg

二、化工儲罐氮封系統設計方案適用工況?

氮氣密封系統的應用主要取決于罐的類(lèi)型和存儲介質(zhì)的性質(zhì)。常適用于以下幾種工況:
(1)采用內浮頂罐或固定頂罐儲存沸點(diǎn)在 45℃下,或37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類(lèi) 液體時(shí),應設置氮氣密封保護系統;

(2)采用內浮頂儲罐常壓儲存沸點(diǎn)≥45℃、 或37.8℃時(shí)飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類(lèi)液體 時(shí),可設置氮氣密封保護系統;另,當有特殊要 求而選擇固定頂、低壓儲罐或容量≤100m3的臥式 儲罐時(shí),應設置氮氣密封保護系統;

(3)當常壓存儲I、II級毒性的甲B 、乙A 類(lèi)液 體時(shí),應設置氮氣密封保護系統;

(4)儲存介質(zhì)與空氣接觸,易發(fā)生氧化、聚合等反應,常壓儲存時(shí),應設置氮封保護系統;

(5)儲存介質(zhì)具有水溶性,并對其含水量有 嚴格要求,常壓儲存時(shí),應設置氮封保護系統。

三、化工儲罐氮封系統設計方案氮封系統設計方案

ZZYVP型帶指揮器調壓閥28.jpg


1、壓力控制設計方案?

此方案:氮氣密封系統的設置,氮封系統通過(guò)控制儲罐內部的壓力,保持在一個(gè)安全和穩定的范圍內。這通常涉及到安裝壓力調節閥,如自力式氮封閥,它無(wú)需外部能源,可以自動(dòng)控制儲罐內部的壓力 。重要場(chǎng)合儲罐頂部通常需設置阻火呼吸閥和泄壓人孔等安全裝置。值得注意的是,氮氣操作壓力宜為0.5~0.6 MPa ,通常氮氣的純度不應低于99.2%。例如:控制罐內氣體壓力維持在300 Pa(G)上下。當儲罐內氣體壓力上升≥500 Pa(G)時(shí),關(guān)停氮氣控制閥,暫停氮氣的補充;當內壓力≤200 Pa (G)時(shí),氮氣控制閥將打開(kāi)以補充氮氣,防止吸進(jìn)空氣形成。

2. 氧含量控制設計方案

此方案:氮氣密封系統的設計, 旨在控制罐內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)在罐內設置氧氣濃度監測器進(jìn)行監控, 將高值與氮氣管路控制閥進(jìn)行聯(lián)鎖設計。當罐內氧含量達到高值時(shí),自動(dòng)報警,然后通過(guò)聯(lián)鎖打開(kāi)氮氣閥,使氮氣充入罐內。當檢測器指標達到設定的正常范圍時(shí),立即聯(lián)鎖關(guān)停氮氣閥停止充氮。

(2)在同類(lèi)介質(zhì)儲罐間設計一組管道將氣相管道貫通,可減少作業(yè)時(shí)氮氣的用量,也可降低油氣排放量。例如聯(lián)通管道的管徑為DN150,流量宜為 150m3/h。

(控制系統:現代氮封系統可能包括與DCS或PLC控制系統的集成,以實(shí)現遠程監控和自動(dòng)化控制。這包括安裝壓力表和設置高、低壓報警功能、設置變送器維持儲罐微正壓、超設定壓力時(shí)自動(dòng)泄壓、以及可能的氧含量監測和控制等 。)

四、化工儲罐氮封系統設計方案充氮量計算

ZZYVP型帶指揮器調壓閥27.jpg


一般來(lái)說(shuō),充氮量Q等于儲罐物料的排出量 Q1 與由溫度變化導致的吸氣量Q2 之和。

例:下面以罐區中3000m3苯罐所需充氮量的計算為例進(jìn)行說(shuō)明。根據化工部“鋼制立式圓筒形內浮頂罐系 列"HG21502.2-1992可查表得[5],3000m3儲罐內 徑D=17m,罐壁高度H1 =15.85m,拱頂球冠高度 H2 =1.841m,本次計算按照浮盤(pán)沉底考慮,即取設 計液位h=1.8m來(lái)計算儲罐內最大氣體的體積 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儲罐內氣體體積最大值Vm=3400m, 當儲罐內部氣體溫度T(35℃)隨外界氣溫變化一小時(shí)內降至T′(20℃) 罐內操作壓力由 1000Pa(G)降至0Pa(G)時(shí),根據理想氣體狀態(tài) 方程:

式中:P0 :標準大氣壓(取0.101325MPa (A));
P1 :操作壓力(MPa(A));
V0 :標準狀態(tài)下的氣體體積(Nm3);
V1 :操作狀態(tài)下的氣體體積(m3,我們取液位時(shí)的Vm值); T0 :標準狀態(tài)下的氣體溫度(273.15K);
T1 :操作狀態(tài)下的氣體溫度(K)。
得:在儲罐內液位,標準狀態(tài)下,35℃ 時(shí),罐內氣體體積V0 為3044Nm3;同理可得25℃ 時(shí),罐內氣體體積V0 '為3168Nm3。因此,此降溫過(guò) 程內需要補充的氮氣量Q為124m3/h。因 此,為避免浪費氮氣資源,可在參考SH/T3007 2014表5.1.6中推薦的氣量規范值的基礎上根據實(shí)際工況進(jìn)行計算。

ZZYVP型帶指揮器調壓閥82.jpg

化工儲罐氮封系統設計方案供氮閥:

指揮器操作自力式壓力調節閥,是一種無(wú)須外來(lái)能源,利用被調介質(zhì)自身的壓力變化達到自動(dòng)調節 和穩定閥后壓力為設定值的節能型壓力調節閥。
該閥壓力設定在指揮器上實(shí)現,方便、快捷,壓力設定值在運行中也可隨意調整;控制精度高,可比一般 ZZY 型直接操作自力式壓力調節閥高一倍,適合于控制精度要求高的場(chǎng)合。

泄氮閥:

◇ 一般供氮氣壓力在 3×10^5-10×10^5Pa 之間
◇ 罐頂呼吸閥僅起安全作用,是在主閥失靈,導致罐內壓力過(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定點(diǎn)略大于供氮閥的壓力設定點(diǎn),以免供、泄氮裝置頻繁工作,浪費氮氣、影 響設備的使用壽命。
◇ 該裝置廣泛應用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業(yè)部門(mén)中用作生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)調節。

是本廠(chǎng)自主開(kāi)發(fā)、研制的一套自力式微壓力控制系統,主要用于保持容量頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定,以避免容量?jì)任锪吓c空氣直接按觸,防止物料揮發(fā)、被氧化,以及容器的安全。特別適用于各類(lèi)型儲罐的氣封保護系統。該產(chǎn)品具有節能、動(dòng)作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點(diǎn)。氮封閥被廣泛應用于石油、化工等行業(yè)。

■ 說(shuō)明

·一般供氮氣壓力在3×105~10×105Pa之間;
·罐頂呼吸閥僅起安全作用,是在主閥失靈,導致罐內壓力過(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,口徑一般在進(jìn)液閥口徑*;
·一般泄氮閥的壓力設定點(diǎn)略于供氮閥的壓力設定點(diǎn),以免供、泄氮裝置頻繁工作,浪費氮氣、影響設備使用壽命;

氮封閥01.jpg

化工儲罐氮封系統設計方案

序號

 

型 號 及 規 格

單位

數量

1

氮封閥

氮封閥ZZYVP-16B

DN25   PN16

進(jìn)口壓力 0.3-0.6 MPA,

出口壓力0.5-0.8KPA

法蘭連接

1

2

泄氮閥

泄氮閥ZZDX

DN25   PN16

起跳壓力1.5KPA

法蘭連

1

3

壓力表

膜盒壓力表 微壓使用 100KPA

1

化工儲罐氮封系統設計方案■自力式氮封閥主要技術(shù)參數及性能指標

1供氮裝置主要技術(shù)參數及性能指標

公稱(chēng)通徑DN(mm)253240506580100
閥座直徑dn(mm)567810121520253240506580100
額定流量系數Kv0.20.320.50.81.82.84.46.91120304875120190
額定行程L(mm)810142025
流量特性快開(kāi)
壓力調節范圍(kPa)0.4~5.5、5~10、9~14、13~19、18~24、22~28
27~33、31~38、36~44、42~51、49~58、56~66
公稱(chēng)壓力PN(MPa)1.6  2.5  4.0
被調介質(zhì)溫度(℃)≤80
調節精度(%)±5%
允許泄漏等級標準級:Ⅳ級(GB/T4213-92)  嚴密型:Ⅵ級(GB/T4213-92)

化工儲罐氮封系統設計方案2泄氨裝置主要技術(shù)參數及性能指標

ZZYVP型帶指揮器調壓閥44.jpg

公稱(chēng)通徑DN(mm)20253240506580100
額定流量系數Kv6.9113030487580190
額定行程L(mm)810142025
流量特性快開(kāi)
壓力調節范圍(kPa)0.4~5.5、5~10、9~14、13~19、18~24、22~28
27~33、31~38、36~44、42~51、49~58、56~66
公稱(chēng)壓力PN(MPa)0.1
被調介質(zhì)溫度(℃)≤80
調節精度(%)±5%
允許泄漏等級標準級:Ⅳ級(GB/T4213-92)  嚴密型:Ⅵ級(GB/T4213-92)


化工儲罐氮封系統設計方案安裝、維護與調試

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1、化工儲罐氮封系統設計方案安裝

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

(2) 在安裝前,對管道進(jìn)行清洗(否則由于焊渣等管道垃圾,損壞閥芯密封面,導致閥門(mén)不能 正常工作),閥門(mén)入口處要有足夠的直管段,并配有過(guò)濾器。閥體與管道的法蘭連接,要 注意同軸度。

(3) 安裝場(chǎng)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。 (4) 閥門(mén)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(chēng)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。

(5) 介質(zhì)流動(dòng)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(mén)反裝或管道有反沖壓力,則指揮器膜片由于受壓過(guò)高導致膜片損壞, 閥門(mén)不能工作。閥門(mén)應在環(huán)境溫度-25~+55℃場(chǎng)所使用。

(6) 為使自控系統失靈或檢修閥門(mén)時(shí),仍能連續生產(chǎn),應設置旁路閥。

注意:根據現場(chǎng)安裝經(jīng)驗,氮封閥在安裝時(shí),應先與管道過(guò)濾器連接。這樣可以有效的避免管道吹掃遺 留下的固體顆粒卡壞閥門(mén)內部件,而影響正常使用。

(7) 罐頂安裝時(shí),若不具備安裝支撐氮封系統裝置重量條件的情況下,可不設計或少設計安裝 截止閥等輔助型開(kāi)關(guān)閥門(mén)。以減輕罐頂安裝重量。(若安裝條件允許或必須設有應急措施 的工況,請務(wù)必按國家標準管路設計安裝施工)氮封系統裝置罐頂安裝示意圖,見(jiàn)下圖

(8) 地面安裝,在不考慮承重的地面安裝方式中,可將管路設計的更標準化。旁通可在氮封系統 裝置故障時(shí),人工應急操作使用。關(guān)閉帶指揮器自力式調節閥前后截止閥可方便返廠(chǎng)維修及 更換。地面安裝方式示意圖,見(jiàn)以下

(9) 內襯式氮封系統裝置安裝,內襯氮封閥屬微壓式壓力調節閥,閥前壓力一般控制在 30KPa 左 右,所以主管道應設計一級減壓閥(帶指揮器自力式調節閥),一級減壓閥不屬于微壓調節 閥,控制壓力一般遠大于罐內壓力,不存在罐內壓力倒流現象,故無(wú)需閥腔襯氟。以一主多 分的管道布局形式連接各處內襯式氮封系統裝置。內襯式氮封系統裝置安裝方式示意圖,見(jiàn)以下

ZZYVP型帶指揮器調壓閥堵塞47.jpg

2、 化工儲罐氮封系統設計方案維護:

(1) 清洗閥門(mén):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。

(2) 閥門(mén)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(shí)應使用專(zhuān)用工具。

(3) 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(jìn)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(jìn)行研磨。

(4) 閥桿:表面損壞,必須換新。

(5) 壓縮彈簧:如有裂紋等影響強度的缺陷,必須換新。

(6) 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 示將來(lái)可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡,根據檢驗結果,決定是否更換,但膜片使用期 一般最多 2~3 年。

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

氮封閥02.jpg

3、 化工儲罐氮封系統設計方案調試

所需要壓力值是通過(guò)對指揮器頂部的調節螺母的操作而得到調整,打開(kāi)頂部的防塵蓋,用扳手 調整調節螺母。順時(shí)針?lè )较蛐D使壓力增大,逆時(shí)針旋轉則壓力減小。安裝在壓力調節閥后的壓力 表,可使工作人員借以觀(guān)察調整后的壓力給定值。

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