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化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案
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。
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案
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)范是如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置：自力式氮封閥裝置調(diào)節(jié)閥，供氮閥，泄氮閥，以閥后壓力為動力源，引入閥后壓力到指揮器膜片上以控制指揮器閥芯位置，改變流經(jīng)指揮器閥芯的介質(zhì)壓力和流量，使閥門后端壓力保持恒定的調(diào)節(jié)閥。進口自力式氮封閥壓力設(shè)定在指揮器上的彈簧上實現(xiàn)，擰緊壓縮彈簧閥后壓力變大，反之則變小，操作簡單因而存在方便、便捷、比一般的直接取壓自力式壓力調(diào)節(jié)閥精度要高;一般用于儲罐氮封系統(tǒng);調(diào)節(jié)和穩(wěn)定儲罐的氮氣壓力，控制精度極其靈敏，控制精度閥后能達到0.0001MPa (100pa，0.1kp)運行過程中壓力可以連續(xù)調(diào)節(jié),特別適合是控制微壓場合的工況。 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?，F(xiàn)已廣泛用于連續(xù)送氣的天然氣采輸，城市煤氣以及冶金、石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)部門。該閥控制精度高，比一般直接操作型調(diào)壓閥高一倍左右。減壓比大，反應(yīng)靈敏，極小的壓力或極小的壓力變化都可以感知出來，對同一臺閥而言，調(diào)節(jié)范圍比普通自力式調(diào)節(jié)閥廣，壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時可在運行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案自力式氮封閥工作原理
供氮裝置將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導壓管引入檢測機構(gòu)(7)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與與彈簧(8)、預(yù)緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯(6)，打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥(5)，節(jié)流閥(4)、進入主閥執(zhí)行機構(gòu)(3)上、下膜室，打開主閥閥芯(2)，向罐內(nèi)充注氮氣；當罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預(yù)設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯(6)、由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中的彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。 泄氮裝置該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進入檢測機構(gòu)(2)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預(yù)設(shè)彈簧(3)預(yù)緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡被破壞，使閥芯(1)上移，打開閥門，向外界泄放氮氣；當罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設(shè)定點，由于預(yù)設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案自力式氮封閥技術(shù)參數(shù)和性能
自力式氮封閥閥體
公稱通徑 | DN25、32、40、50、65、80、100mm | |
公稱壓力 | PN1.0M Pa JB/T79.1-94、79.2-94等 | |
法蘭標準 | ||
閥體材料 | 鑄鐵（HT200）、鑄鋼（ZG230-450）、鑄不銹鋼（ZG 1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti） | |
閥芯材料 | 硬密封 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） 不銹鋼鑲嵌橡膠圈 |
軟密封 | ||
閥桿材料 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） | |
流量特性 | - | |
使用溫度 |
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案自力式氮封閥執(zhí)行器
壓力設(shè)定范圍(KPa) | 0.4～0.5 5～10 9～14 13～19 18～24 22～28 27～33 |
膜蓋材料 | A3、A4鋼板涂四氟乙烯 |
膜片材料 | 丁晴橡膠、乙炳橡膠、氟橡膠、耐油橡膠 |
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案自力式氮封閥性能
設(shè)定值偏差±5% | 允許泄露量 | |
允許泄露量 | 標準型 | IV級（符合GB/T4312-92標準） |
嚴密型 | VI級（符合GB/T4312-92標準） |
化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案額定流量系數(shù)、額定行程、性能
自力式供氮裝置
公稱通徑DN | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | ||||||||
閥座通徑Dn | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 120 | 100 |
流量系數(shù)Kv | 0.2 | 0.32 | 0.5 | 0.8 | 1.8 | 2.8 | 4.4 | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 |
額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 |
自力式泄氮裝置
公稱通徑DN | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
閥座通徑Dn | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
流量系數(shù)Kv | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 |
額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 |
1.化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案《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》（GB50160-2008）（2018年版）
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。
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。
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。
6 化工儲罐氮封閥泄壓閥呼吸閥組成系統(tǒng)方案儲罐防腐及其他
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。參照1.《國際油輪與油碼頭安全指南（第5版）》2.《碼頭油氣回收設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）》JTS196-12-2017 3.《碼頭油氣回收船岸安全裝置》JT/T1333-2020等標準規(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。
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