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石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例
ZZYVP型指揮器操作自力式壓力調節閥（氮封閥），是一種無須外來能源，利用被調介質自身的壓力變化達到自動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合。它廣泛應用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業部門中用作生產過程的自動調節。氮封或其他惰性氣體保護系統可有效防止儲罐發生火災爆炸事故。從近幾年對各類企業隱患排查的情況來看，部分企業尤其是精細化工企業在儲罐氮封系統設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應用案例儲罐氮封系統存在的常見問題
1 應采用氮封的儲罐未設置氮封系統。
2 后期增加的氮封系統未經正規設計，系統不能正常使用。
3 氮封系統壓力得不到有效管控。如進儲罐前的氮氣管線未設置自力式調節閥、無壓力表或壓力表選型過大，僅靠手動閥門控制進氣量，無法監控氮封壓力；氮封氣源未采用壓力分程控制，或自力式調節閥選型不合理，造成氮封壓力過高、過低，氮封系統不能正常使用；氮氣管線或儲罐上未設置壓力遠傳、報警，壓力得不到有效控制。
4 氮氣管線上的安全設施不足，如氮氣管線上未設置止回閥。
5 儲罐頂部未設置緊急泄放人孔(或緊急泄放閥)等保護措施。
6 因氮封壓力不穩定或為了節約成本，將氮氣管線閥門關閉，氮封系統未投用等。
二、石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例哪些儲罐需要設置氮氣保護系統
對于氮封系統的設置，我們來看看國家標準到底是如何要求的？
國家標準《石油化工企業設計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）、《石油庫設計規范 》（GB 50074-2014）均對儲罐氮封系統的設置有明確要求。
《石油化工企業設計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）規定，當單罐容積小于或等于5000m3的內浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應設置氮氣保護等安全措施；儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設置氮氣保護。
《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）規定，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；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浮頂罐儲存更安全可靠。
《石油庫設計規范 》（GB 50074-2014）規定，當選用內浮頂儲罐、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，應設置氮氣密封保護系統。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，應設置氮氣密封保護系統。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應設置氮封保護系統。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，但應采取氮封等安全保護措施，典型的易自聚不穩定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應設置氮封系統，防止空氣進入儲罐。
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例結構與原理
ZZYVP型指揮器操作自力式壓力調節閥是由指揮器、調節閥、執行機構和閥后接管四部分組成。（見圖一）工作原理：介質以所示箭頭方向進入閥體，一路經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，節流后的壓力流向閥后，并通過導壓管引入指揮器執行機構。當閥后壓力高于設定壓力時，其壓力作用在指揮器薄膜有效面上產生一個推力帶動指揮器閥芯關閉，切斷引入主閥執行機構膜室中的壓力，使主閥閥芯關閉，閥后壓力隨之降低。當閥后壓力低于設定值時，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行機構膜室產生推力，使主閥閥芯打開，閥后壓力隨之升高。如此往復，保持閥后壓力為設定值。氮封裝置的作用是防止儲罐揮發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保持一定的壓力，氮封閥是設在罐頂的。
氮封裝置取壓點的介質經導壓管引入檢測機構，反饋結構的設計使得介質直接經閥蓋進入檢測機構，在罐頂的罐呼吸閥能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作。
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，氣體密封系統的每個閥門尺寸根據氣體流量表排列，根據提供的穩定氣體壓力計算適應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、平衡系統的壓力等功能，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，如苯罐，
二是防止介質與空氣的反應，如堿罐，防止儲罐內物料與氧接觸會氧化或發生化學反應；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，運行可靠，并廣泛適用于石油、化工等行業。
石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例
序號 | 品 名 | 型 號 及 規 格 | 單位 | 數量 |
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應用案例主要參數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Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
壓力調節范圍KPa | 0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、 | ||||||||||||
公稱壓力PN（MPa） | 1.6 | ||||||||||||
被調介質溫度（℃） | -5～+100 | ||||||||||||
流量特性 | 快開 | ||||||||||||
調節精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
執行機構有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號接口 | 內螺紋M10×1 | M16X1 | |||||||||||
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例壓力調節范圍見表二 表二
| 指揮器膜室 | 執行機構膜室 | 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應用案例主要零件材料見表三 表三
| 材 料 |
氣動薄膜式執行機構，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應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 | ||||
壓力調節范圍（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）接管根據用戶需要配置
■石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例產品重量見表五 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應用案例安裝、維護與調試
1、石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例安裝：
（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，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）介質流動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致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應在環境溫度-25～+55℃場所使用。
（6）為使自控系統失靈或檢修閥門時，仍能連續生產，應設置旁路閥。
2、石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例維護：
（1）清洗閥門：對清洗一般介質，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質，首先要了解其性質，在選用相應的清洗辦法。
（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示將來可能發生裂紋、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。組裝后應按產品出廠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閉位置。
3、石油化工儲罐自力式氮封閥系統應用案例調試
所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調節螺母的操作而得到調整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調整調節螺母。順時針方向旋轉使壓力增大，逆時針旋轉則壓力減小。安裝在壓力調節閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調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大于或等于由于泵抽出儲罐內儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產生的儲罐內氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和"。規范中計算的補氣量只是一個經驗值，工作中還需結合實際，計算出更符合需求的數值，以此來確定氮氣管線管徑和氮封閥型號。建議專業技術力量不足的企業，委托設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。
《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007-2014）規定，采用氮氣保護的儲罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa；其他設置有呼吸閥的儲罐，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，還應采取其他措施。
