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石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例
是一種無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身壓力為動力源，進行自動調(diào)節(jié)壓力恒定的節(jié)能型產(chǎn)品，該閥控制精度高，比一般自力式調(diào)壓閥高一倍左右，適合在控制精度要求較高的場合。
易燃性物質(zhì)貯槽的氣層部有可能有爆炸性氣體，使氣層部處于缺氧狀態(tài)，為不發(fā)生爆炸，應(yīng)采用非活性氣體密封法。氮封裝置主要用于儲罐頂部，來維持儲罐的微正壓，隔離物料與外界的接觸，減少物料的揮發(fā)和浪費，保護儲罐安全。氮封閥無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動力源。自動控制閥門介質(zhì)流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩(wěn)定裝置。
石油化工儲運罐區(qū)氮封裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范儲罐加氮封的主要是減少易揮發(fā)物料蒸發(fā)，減少大小呼吸損耗，還有就是保護易氧化物料的變質(zhì)。有很強揮發(fā)性、毒性的和與空氣接觸易于氧化的一般都加氮封，使儲罐內(nèi)維持一定壓力（正壓），防止儲罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。同時減少靜電量，當儲罐收發(fā)貨品時，氣相空間氣體流動加劇，單一氣體之間摩擦產(chǎn)生的靜電量較少，可以降低靜電帶來的負面影響。例如：在儲罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)裝置，維持罐內(nèi)氣相空間壓力在1.2KPa左右，當氣相空間壓力高于1.4KPa時，氮封閥關(guān)閉，停止氮氣供應(yīng)；當氣相空間壓力低于0.8KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣，保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性氣體。
自力式氮封閥有自動調(diào)壓的功能，沒有必要再在前面設(shè)置減壓閥，貯罐的氮封壓力很低，例如我們控制在±800pa，對于貯槽的保護一種型式是通過與自力式氮封閥配套的安裝在貯槽頂?shù)牡忾y來控制的，該氮封閥也是由自力式調(diào)節(jié)閥廠家提供的，氮封閥的作用是配合自力式調(diào)節(jié)閥工作起到安全的作用，在壓力過高時，如當貯罐的壓力在+800pa時，雖然氮封閥停止進入氮氣，但當貯罐繼續(xù)進入物料時，貯罐的壓力上升，則貯罐內(nèi)的物料通過氮封閥排出氣體，以維持貯罐內(nèi)的氣體的壓力維持不超過+800pa，使貯槽不超壓，不設(shè)安全閥而是通過氮封閥控制，當貯罐壓力將低于－800pa時，自力式調(diào)節(jié)閥進入氮氣以使貯罐壓力不致過低。
還有一種形式則是自力式調(diào)節(jié)閥與帶雙水封的呼吸槽配套，貯罐壓力也是控制±800pa，工作原理基本同上，當壓力達 到+800pa時，貯罐內(nèi)的氣體沖破呼吸槽的水封，保持了貯罐內(nèi)的壓力不超過+800pa，當貯罐內(nèi)的壓力過低時，一方面自力式調(diào)節(jié)閥動作補充氮氣到貯 罐，以維持氮氣壓力不致過低，萬一自力式調(diào)節(jié)閥故障時，呼吸槽的另一個水封起了作用，外界氣體沖破另一水封進入貯罐，以維持貯罐壓力不致過低到 －800pa，避免了貯罐的吸弊，這種形式也沒有安全閥。上述的形式，即防止了貯罐的正壓可能帶來的超壓現(xiàn)象，也避免了貯罐負壓可能帶來的貯罐吸弊現(xiàn)象，確保了貯罐的安全。
我們看一下規(guī)范是如何要求石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例的設(shè)置：
1.《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-1995
1.0.1.1 為防止儲罐內(nèi)物料因與進入的外界氣體（空氣） 接觸而被污染變質(zhì)或與外界進入的氣體（空氣） 發(fā)生化學(xué)和（或） 生物反應(yīng)， 常需設(shè)置氣封系統(tǒng)。 用氣封氣使儲罐內(nèi)維持一定壓力（正壓）， 防止儲罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。
2.《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準》
6.2.2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；
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）
5.1.5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。《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。
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 氮封閥 (供氮閥) | 氮封閥(供氮閥)ZZYVP-II DN25 PN16 進口壓力 0.3-0.8 MPA, 出口壓力0.5-0.8KPA 法蘭連接 對角螺絲孔中心距85MM 4個螺絲孔，螺絲孔大小14MM 含同口徑配套Y型過濾器 | 臺 | 1 |
二、石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例儲罐腐蝕分析
2.1 儲罐儲存介質(zhì)特性與腐蝕性
（1）原油
不同產(chǎn)地的原油，其物性和腐蝕性不一樣。原油的腐蝕性可從5個指標來評價，即原油酸值、原油中的硫含量、原油中的鹽含量、原油中的氮含量和水含量。
由于原油中雜質(zhì)含量較多，在罐底滯留而析出水和雜質(zhì)，析出溶液呈酸性，具有很強的腐蝕性，導(dǎo)致鋼材儲罐腐蝕嚴重，主要表現(xiàn)為潰瘍狀坑點腐蝕，甚至可能形成穿孔，所以原油對罐底板上表面的腐蝕性很強。
在原油儲罐的內(nèi)底板，一般會沉積一層污泥或油污，它是微生物滋生的場所，容易在污泥層下造成硫酸鹽還原菌（SRB）或其他細菌的腐蝕。硫酸鹽還原菌的存在，導(dǎo)致活性硫化氫的產(chǎn)生，使得局部酸值降低，從而導(dǎo)致局部腐蝕的發(fā)生。
（2）成品油
成品油主要是指汽油、煤油、柴油、航空煤油等。成品油純度較高，腐蝕性較弱。需要指出的是，航空燃料類儲罐內(nèi)壁的涂料有其特殊規(guī)定，依據(jù)《GB 50393-2017 鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)標準》中的相關(guān)規(guī)定，航空燃料類儲罐內(nèi)表面應(yīng)采用不含有鋅、銅、鎘成份的導(dǎo)靜電防腐涂料。
（3）中間產(chǎn)品油類
中間產(chǎn)品主要是指石腦油、未加氫汽油、直餾柴油、蠟油、渣油等。中間產(chǎn)品油的腐蝕性比成品油強，比原油腐蝕性弱。但石腦油比較特殊，石腦油來源于初常頂，石腦油組分中的硫含量非常高，硫、硫化氫等活性硫能直接與金屬作用而腐蝕設(shè)備，造成儲罐的腐蝕加劇，并且石腦油通常含有較高含量的芳香烴，要求儲罐內(nèi)壁涂料具有較強的耐溶劑性。
（4）其他類型產(chǎn)品
其他類型產(chǎn)品包括苯、甲苯、二甲苯、重芳烴等，其溶解性較強，一般的有機涂層在其長期浸泡下會出現(xiàn)軟化、脫落等現(xiàn)象。所以，目前這類罐內(nèi)壁多采用熱噴涂金屬（鋅、鋁、合金、不銹鋼等）防護措施。
5. 《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）
3.5 可燃液體儲罐的操作壓力應(yīng)按下述原則確定∶
a） 低壓儲罐和壓力儲罐的操作壓力，應(yīng)為液體在最高儲存溫度下的飽和蒸氣壓或工藝操作所需要的最高壓力；
b） 采用氮氣密封保護的儲罐，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；
c）其他儲罐的操作壓力宜為常壓。
4.2.4 儲存沸點低于45℃或在37.8℃時飽和蒸氣壓大于88kPa的甲b類液體，應(yīng)采用壓力儲罐、低壓儲罐或降溫儲存的常壓儲罐，并應(yīng)符合下列規(guī)定∶
a）選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應(yīng)采取防止空氣進入罐內(nèi)的措施，并應(yīng)密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
b） 選用降溫儲存的常壓儲罐時，應(yīng)采取下列措施之一∶
——選用內(nèi)浮頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于88kPa
——選用固定頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下
—選用固定頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于88kPa，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體。
4.2.5 儲存沸點大于或等于45℃或在37.8℃時飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體，應(yīng)選用浮頂儲罐或內(nèi)浮頂儲罐。其他甲B、乙人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∶
——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；
———設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
（B）控制閥后壓力
（K）控制閥前壓力
二、石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例主要零件材料
閥 體：ZG230～450、ZG1Cr18Ni9Ti、ZGCr18Ni12Mo2Ti
閥 芯：1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
閥 座：1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
波紋管：1Cr18Ni9Ti
膜 蓋：A3、1Cr18Ni9Ti
膜 片：丁脯橡膠、耐油像膠、氟橡膠
三、石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例主要技術(shù)參數(shù)
公稱通徑DN（mm） | 20 | 25 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | |||
閥座直徑（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
額定流量系數(shù)KV | 3.2 | 5 | 8 | 11 | 20 | 50 | 80 | 100 | 160 | |
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa | 0.5～5.5、5～10、9～14、13～19、18～24、23～28 | |||||||||
公稱壓力PN（MPa） | 1.0 1.6 | |||||||||
被調(diào)介質(zhì)溫度（°C） | ≤80 | |||||||||
調(diào)節(jié)精度（%） | ±10 | |||||||||
允許泄漏量 | 10-4X閥額定容量 | |||||||||
四、石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例 外形尺寸
公稱通徑DN | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
A | 395 | |||||||
H | 680 | 690 | 710 | 720 | 735 | 797 | 837 | 1050 |
L | 185 | 200 | 205 | 222 | 254 | 276 | 298 | 352 |
法蘭標準 | GB:1.6、2.5、4.0MPa ANSI:150、JIS:10K | |||||||
注：本表法蘭距離以PN16為依據(jù)。
6 石油化工儲罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例儲罐防腐及其他
7.4 儲存易氧化、易聚合不穩(wěn)定的物料時，應(yīng)采取氮氣覆蓋隔絕空氣的措施。
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。
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。標準規(guī)范，在烴類蒸汽與空氣的混合物中，氮氣含量大于92%就不會發(fā)生爆炸。
