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石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
ZZYVP型指揮器操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥（氮封閥），是一種無須外來能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定閥后壓力為設(shè)定值的節(jié)能型壓力調(diào)節(jié)閥。該閥壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，方便、快捷，壓力設(shè)定值在運行中也可隨意調(diào)整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合。它廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業(yè)部門中用作生產(chǎn)過程的自動調(diào)節(jié)。氮封或其他惰性氣體保護系統(tǒng)可有效防止儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。從近幾年對各類企業(yè)隱患排查的情況來看，部分企業(yè)尤其是精細化工企業(yè)在儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)置和管理上存在一些問題。
一、石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例儲罐氮封系統(tǒng)存在的常見問題
1 應(yīng)采用氮封的儲罐未設(shè)置氮封系統(tǒng)。
2 后期增加的氮封系統(tǒng)未經(jīng)正規(guī)設(shè)計，系統(tǒng)不能正常使用。
3 氮封系統(tǒng)壓力得不到有效管控。如進儲罐前的氮氣管線未設(shè)置自力式調(diào)節(jié)閥、無壓力表或壓力表選型過大，僅靠手動閥門控制進氣量，無法監(jiān)控氮封壓力；氮封氣源未采用壓力分程控制，或自力式調(diào)節(jié)閥選型不合理，造成氮封壓力過高、過低，氮封系統(tǒng)不能正常使用；氮氣管線或儲罐上未設(shè)置壓力遠傳、報警，壓力得不到有效控制。
4 氮氣管線上的安全設(shè)施不足，如氮氣管線上未設(shè)置止回閥。
5 儲罐頂部未設(shè)置緊急泄放人孔(或緊急泄放閥)等保護措施。
6 因氮封壓力不穩(wěn)定或為了節(jié)約成本，將氮氣管線閥門關(guān)閉，氮封系統(tǒng)未投用等。
二、石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例哪些儲罐需要設(shè)置氮氣保護系統(tǒng)
對于氮封系統(tǒng)的設(shè)置，我們來看看國家標準到底是如何要求的？
國家標準《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標準》（GB 51283-2020）、《石油庫設(shè)計規(guī)范 》（GB 50074-2014）均對儲罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置有明確要求。
《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）規(guī)定，當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)計防火標準》（GB 51283-2020）規(guī)定，當采用固定頂罐或低壓罐（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。如常見的甲醇、甲苯等甲B類物質(zhì)；再如可燃液體二硫化碳，自燃點、沸點及閃點均較低，具有的揮發(fā)性、易燃性和爆炸性，采用固定頂罐水封加氮封儲存比采用單純的內(nèi)浮頂罐儲存更安全可靠。
《石油庫設(shè)計規(guī)范 》（GB 50074-2014）規(guī)定，當選用內(nèi)浮頂儲罐、固定頂儲罐儲存沸點低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。當采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲罐、低壓儲罐或容量不大于100m3的臥式儲罐儲存沸點不低于45℃或在37.8℃時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，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應(yīng)設(shè)置氮封保護系統(tǒng)。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲存需要，不適宜采用內(nèi)浮頂儲罐，可選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于50m3的臥式儲罐，但應(yīng)采取氮封等安全保護措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)，防止空氣進入儲罐。
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例結(jié)構(gòu)與原理
ZZYVP型指揮器操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥是由指揮器、調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機構(gòu)和閥后接管四部分組成。（見圖一）工作原理：介質(zhì)以所示箭頭方向進入閥體，一路經(jīng)過濾減壓器減壓后的壓力被引入指揮器；另一路通過閥芯、閥座，節(jié)流后的壓力流向閥后，并通過導(dǎo)壓管引入指揮器執(zhí)行機構(gòu)。當閥后壓力高于設(shè)定壓力時，其壓力作用在指揮器薄膜有效面上產(chǎn)生一個推力帶動指揮器閥芯關(guān)閉，切斷引入主閥執(zhí)行機構(gòu)膜室中的壓力，使主閥閥芯關(guān)閉，閥后壓力隨之降低。當閥后壓力低于設(shè)定值時，由于指揮器主彈簧的反作用力打開指揮器閥芯，閥前壓力又被引入主閥執(zhí)行機構(gòu)膜室產(chǎn)生推力，使主閥閥芯打開，閥后壓力隨之升高。如此往復(fù)，保持閥后壓力為設(shè)定值。氮封裝置的作用是防止儲罐揮發(fā)性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮氣在罐內(nèi)保持一定的壓力，氮封閥是設(shè)在罐頂?shù)?。 ?/p>
氮封裝置取壓點的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機構(gòu)，反饋結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進入檢測機構(gòu)，在罐頂?shù)墓藓粑y能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設(shè)定點略大于供氮閥的壓力設(shè)定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作?！ ?br/> 在流量控制方面每個閥門都配有控制流量百分比的固定板孔，氣體密封系統(tǒng)的每個閥門尺寸根據(jù)氣體流量表排列，根據(jù)提供的穩(wěn)定氣體壓力計算適應(yīng)特定需要氣體密封的流量。
氮封閥中的氮氣可以起到置換裝置介質(zhì)、平衡系統(tǒng)的壓力等功能，用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，一般的氮氣壓力是常壓，主要作用
一是在于減少揮發(fā)，如苯罐，
二是防止介質(zhì)與空氣的反應(yīng)，如堿罐，防止儲罐內(nèi)物料與氧接觸會氧化或發(fā)生化學反應(yīng)；還有可以稀釋呼出氣體的濃度。進罐壓力一般減壓至1bar。適用于各類大型儲罐的氣封保護系統(tǒng)，運行可靠，并廣泛適用于石油、化工等行業(yè)。
石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 氮封閥 | 自力式氮封閥ZZYVP-II DN15 PN16 法蘭連接 常溫氮氣 進口壓力 0.3-0.6 MPA, 出口壓力1 KPA | 臺 | 1 |
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例主要參數(shù)及主要性能指標見表一 表一
| 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)行機構(gòu)有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號接口 | 內(nèi)螺紋M10×1 | M16X1 | |||||||||||
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例壓力調(diào)節(jié)范圍見表二 表二
| 指揮器膜室 | 執(zhí)行機構(gòu)膜室 | 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 |
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例主要零件材料見表三 表三
| 材 料 |
氣動薄膜式執(zhí)行機構(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 |
波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增強滌綸織物 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例外形尺寸見表四、圖二 表四 單位：mm
| L | B | H1 | H | ||
A=1200 cm2 | A=600 cm2 | A=400 cm2 | ||||
壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa） | ||||||
0.1～0.5 | 0.4～5.0 | 0.5～7 | ||||
20 | 150 | 383 | 53 | 605 | 554 | 554 |
25 | 160 | 58 | 605 | 554 | 554 | |
32 | 180 | 512 | 70 | 615 | 564 | 564 |
40 | 200 | 75 | 640 | 589 | 589 | |
50 | 230 | 603 | 83 | 655 | 604 | 604 |
65 | 290 | 862 | 93 | 722 | 671 | 671 |
80 | 310 | 100 | 738 | 687 | 687 | |
100 | 350 | 1023 | 110 | 755 | 704 | 704 |
125 | 400 | 1380 | 125 | 918 | 867 | 867 |
150 | 480 | 143 | 1.25 | 974 | 974 | |
注：1）標準法蘭連接形式PN16為凸面，連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84，鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94，閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶標準制造，如：ANSI，JIS，DIN等標準。
2）接管根據(jù)用戶需要配置
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例產(chǎn)品重量見表五 表五 單位：Kg
| 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
A=400cm2 | 18 | 18 | 25 | 27 | 40 | 55 | 80 | 108 | 130 | 150 |
A=600 cm2 | 20 | 20 | 27 | 30 | 45 | 60 | 86 | 115 | 140 | 160 |
A=1200 cm2 | 22 | 22 | 30 | 34 | 50 | 66 | 92 | 120 | 150 | 170 |
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例安裝、維護與調(diào)試
1、石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例安裝：
（1）檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質(zhì)，必須進行強度、密封、泄漏與精度測試。
（2）在安裝前，對管道進行清洗（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。
（3）安裝場地應(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。
（4）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的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。
（5）介質(zhì)流動方向應(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℃場所使用。
（6）為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時，仍能連續(xù)生產(chǎn)，應(yīng)設(shè)置旁路閥。
2、石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例維護：
（1）清洗閥門：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(yīng)的清洗辦法。
（2）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。拆裝閥座時應(yīng)使用專用工具。
（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，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)檢驗結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般最多2～3年。
（7）閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測試項目與方法調(diào)試，并在這期間，可更準確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。
3、石油化工儲罐自力式氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例調(diào)試
所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調(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。順時針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時針旋轉(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)整后的壓力給定值采用氮封的儲罐，一般為常壓罐或低壓罐，因此，防止儲罐氮氣超壓是一個重要問題。在化工標準《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-1995）中，給出了氮氣供氣量的計算方式，“儲罐氣封裝置的供氣量應(yīng)大于或等于由于泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和"。規(guī)范中計算的補氣量只是一個經(jīng)驗值，工作中還需結(jié)合實際，計算出更符合需求的數(shù)值，以此來確定氮氣管線管徑和氮封閥型號。建議專業(yè)技術(shù)力量不足的企業(yè)，委托設(shè)計單位計算合理的補氣量，既能保證氮封要求也不會造成浪費。
《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）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。為防止儲罐超壓，除計算符合實際的補氣量外，還應(yīng)采取其他措施。
