上海申弘閥門有限公司
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化工儲罐氮封閥系統(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)。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。氮氣壓力一般設(shè)為100mmH2O.通過氮封裝置精確控制。氮封閥 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；
氮封閥壓力設(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；
在儲罐上設(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，氮封閥關(guān)閉，停止氮氣供應(yīng)；當(dāng)氣相空間壓力低于設(shè)定值（如0.4KPa）時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。儲罐氮封系統(tǒng)使用的氮氣純度不宜低于99.96%，氮氣壓力宜為0.5-0.7MPa。氮封閥主要用于儲罐頂部，維持儲罐的微正壓，隔離物料與外界接觸，減少物料的揮發(fā)和浪費，保護儲罐安全。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《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》其他甲B、乙A類液體化工品有特殊儲存需要時，可以選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于100m3的臥式儲罐，但應(yīng)采取下列措施之一：
①設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
②設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度低于閃點5℃及以下。
儲存I、工級毒性的甲B、乙A類液體儲罐不應(yīng)大于10000m3，且應(yīng)設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)。
2.《石油化工儲運罐區(qū)VOCs治理項目指導(dǎo)意見》規(guī)定：甲B、乙A類中間原料儲罐、芳烴類儲罐、輕污油儲罐、酸性水罐、排放氣中含有較高濃度油氣和硫化物等需對排放氣體進行收集治理的儲罐應(yīng)設(shè)置氮氣密封系統(tǒng)。
3.其他為防止儲罐揮發(fā)性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全或防止儲罐內(nèi)物料與氧接觸氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等場合。
2.《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準》（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；
6.2.2條文解釋：對于有特殊要求的甲、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，選用固定頂儲罐或臥式儲罐加氮封儲存也是可行的；
6.2.4A條款：儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護。
6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲罐儲存甲類液體時，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲罐的安全狀況，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.《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標準》（GB 51283-2020）
化工儲罐氮封閥系統(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、化工儲罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例整機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)行機器檢測到閥后壓力升高至設(shè)定值，自動關(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)行機構(gòu)有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號接口 | 內(nèi)螺紋M10×1.5 | M16X1.5 | |||||||||||
2、化工儲罐氮封閥系統(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 |
氣動活塞式執(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 |
膜片 | 橡膠夾增強滌綸織物/四氟膜片/氟橡膠膜片 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
5.1.5化工儲罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例條文解釋：
1）對于會產(chǎn)生高濃度有機廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過濾器等設(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，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。
6.2.2條文解釋，對于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲存，可選用固定頂罐加氮氣或惰性氣體密封。
4.《石油庫設(shè)計規(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(dāng)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。
5.《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）從上面幾個規(guī)范來看，對各種儲罐儲存何種物料、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)。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數(shù)要求。
五、化工儲罐氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例氮氣濃度如何設(shè)置？
化工儲罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃氣體的濃度惰化到遠遠低于爆炸濃度下限。根據(jù)這個原則，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)各種可燃氣體介質(zhì)的極限氧濃度來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氣的純度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。
儲罐氮封閥是一種用于儲罐中介質(zhì)處理的重要防爆裝置，通過輸送氮氣將設(shè)備中的易燃介質(zhì)排放掉，從而達到防止爆炸的效果。在石化、化工等工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
二、儲罐氮封閥的工作原理
儲罐氮封閥主要是通過控制氮氣的進出口，實現(xiàn)對介質(zhì)環(huán)境的控制，從而達到防止爆炸的目的。在當(dāng)介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)時，氮氣會自動打開閥門進入，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)自動檢測介質(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，就會自動啟動儲罐氮封閥進行處理，以此維護儲罐內(nèi)部的安全性。
三、儲罐氮封閥的主要作用
由于儲罐中的介質(zhì)通常具有易燃、易爆的特點，因此在儲罐的使用過程中需要配備防爆裝置。而儲罐氮封閥作為其中一種重要的防爆裝置，能夠有效地控制儲罐內(nèi)的環(huán)境，從而確保介質(zhì)的安全性。
具體來說，儲罐氮封閥能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個方面的作用：
1.對儲罐內(nèi)的介質(zhì)環(huán)境進行控制，保持氧氣濃度小于5%，從而防止可燃氣體達到爆炸下限。
2.通過對儲罐內(nèi)部空氣進行置換，消除，進而保證儲罐內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性。
3.降低爆炸事故的風(fēng)險，確保工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性。
綜上所述，儲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。通過對其工作原理的詳細解析，我們更能夠深入了解這一裝置的優(yōu)點和重要性，從而更好地保障工業(yè)生產(chǎn)過程的安全和可靠性。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)計時應(yīng)詳細確定儲罐物料與橡膠材質(zhì)的性質(zhì)，提高氮封閥在實際安裝使用過程中的壽命和功能；
