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化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(yīng)用案例
隨著儲罐設(shè)施規(guī)模大型化、運(yùn)行長周期化、罐區(qū)工藝復(fù)雜化、儲罐檢修專業(yè)化等影響，儲運(yùn)設(shè)施本質(zhì)安全和安全管理重要性日益顯著該建議明確了常壓儲罐VOCs治理安全安全附件的要求，以進(jìn)一步規(guī)范常壓儲罐VOCs治理安全改造風(fēng)險防范工作，本文對該文件進(jìn)行解讀分享，如下：
自力式氮封閥工作原理
工作原理（1）當(dāng)?shù)忾y關(guān)閉時，主閥的活塞是在一個密封室內(nèi)，當(dāng)儲罐壓力等于或大于設(shè)定的壓力時，膜片就被向上頂起，氣導(dǎo)閥在彈簧的作用下向上移動，把氣導(dǎo)閥上的密封圈緊緊壓在閥座上，關(guān)閉了控制氣的進(jìn)口，同時特殊閥芯室的壓力增加并接近氮?dú)饪偣艿膲毫Γ藟毫νㄟ^內(nèi)部通道，從特殊閥芯室傳到主閥閥芯室。主閥的活塞就處于氮?dú)饪偣軌毫Φ淖饔?，由于主閥閥芯上、下所受氣體壓力平衡，所以主閥閥芯在自重和彈簧的作用下將閥門緊密關(guān)死。
（2）氮封閥打開時，當(dāng)儲罐壓力稍微低于設(shè)定壓力時，膜片因?yàn)楦袘?yīng)壓力下降而向下移動，推動氣導(dǎo)閥打開，氮?dú)饨?jīng)過孔板、氣導(dǎo)閥的出口進(jìn)入儲罐，使儲罐內(nèi)的壓力增加，同時氣導(dǎo)閥的特殊閥芯室的壓力下降，氮?dú)馔ㄟ^內(nèi)部通道從特殊閥芯室進(jìn)入主閥閥芯室。由于主閥閥芯的活塞面積大于主閥閥座孔面積，并有彈簧的彈力和主閥的重量，所以當(dāng)儲罐壓力稍微低于設(shè)定點(diǎn)時，特殊閥芯室和主閥閥芯室的壓力降低很小，主閥仍然保持關(guān)閉，氮?dú)庵粡臍鈱?dǎo)閥進(jìn)入儲罐。
化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(yīng)用案例
（一）儲罐附件的本質(zhì)安全水平低
目前，我國在立式鋼結(jié)構(gòu)儲罐主體（罐底、罐壁和罐頂）的設(shè)計(jì)、建造及驗(yàn)收等環(huán)節(jié)有著嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理流程，但在儲罐安全附件要求方面存在空缺，認(rèn)證、檢驗(yàn)程序不規(guī)范，儲罐安全附件多作為單一產(chǎn)品進(jìn)行管理。在采購、使用和日常維護(hù)過程中，其優(yōu)劣基本多憑借甲方的經(jīng)驗(yàn)和乙方的宣傳，對其性能沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z驗(yàn)手段和管理辦法，使用單位把自身的安全需求寄托于廠家自身質(zhì)量保證。具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
1. 內(nèi)浮盤可靠性低。
內(nèi)浮盤的本質(zhì)安全水平與其自身的“密封性"、“穩(wěn)定性"、“耐火性"和“可維修性"密切相關(guān)，浮盤應(yīng)具備一定強(qiáng)度的“穩(wěn)定性"和“耐火性"，可避免儲罐閃爆之后，浮盤失穩(wěn)或失效引發(fā)全面積火災(zāi)。
2. 呼吸閥和浮盤的密閉性是企業(yè)提質(zhì)增效的重要保障
呼吸閥和浮盤的密封性是減少油品損耗、提升氮封系統(tǒng)運(yùn)行效率和滿足無組織排放達(dá)標(biāo)的重要保障。一方面，當(dāng)前氮封系統(tǒng)壓力控制范圍狹窄，壓力控制閥（呼吸閥、單呼閥、氮封閥）的控制壓力相互之間易產(chǎn)生交集，易導(dǎo)致氮封系統(tǒng)失效。另一方面，《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 37822-2019）標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，要求氮封儲罐的呼吸閥和無氮封儲罐的罐頂 通氣孔位置的油氣濃度不應(yīng)超過5000μmol/mol(重點(diǎn)地區(qū)為 2000μmol/mol，中石化要求為 4000μmol/mol)。由于氮封儲罐罐內(nèi)油氣濃度普遍較高，如果呼吸閥密閉性不達(dá)標(biāo)，呼吸閥口將無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
3. 阻火器是保障儲罐及連通系統(tǒng)安全的基石
儲罐氣相連通支線管道和罐頂中央通氣孔上設(shè)置的阻火器性能是否達(dá)標(biāo)，是確保儲罐安全運(yùn)行的重要保障。
（二）儲罐安全附件的檢測和評估能力不足
由于儲罐不屬于特種設(shè)備，最能反映儲罐安全狀況的全面檢驗(yàn)只對罐體腐蝕和裂紋進(jìn)行檢測，儲罐安全附件檢驗(yàn)技術(shù)要求不明確，其優(yōu)劣基本多憑借使用經(jīng)驗(yàn)和廠家宣傳。當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)尚不具備能力對儲罐的安全附件進(jìn)行有效、全面的檢測和評估，如浮盤、呼吸閥、氮封閥、緊急泄壓閥和阻火器等。
（三）儲罐安全附件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求低或規(guī)范缺失。
如我國對呼吸閥的泄漏量要求為 0.4m3/h，遠(yuǎn)低于 API 和 ISO 要求的 0.014m3/h 和部分國家要求的 0.0017 m3/h。另外，呼吸閥、單呼閥、氮封閥等安全附件在產(chǎn)品和使用方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完備或可操作性差
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 | 單 價 | 金 額 | 閥體材質(zhì)及其它 |
1 | 氮封閥 | 自力式氮封閥ZZYVP-II DN15 PN16 | 臺 | 6 | 閥體304不銹鋼， | ||
2 | 單呼閥 | 帶阻火單呼閥ZXF-7 DN50 PN10 法蘭連接 常溫氮?dú)?br/>起跳壓力2KPA | 臺 | 1 | 閥體304不銹鋼， | ||
3 | 單呼閥 | 帶阻火單呼閥ZXF-7 DN65 PN10 法蘭連接 常溫氮?dú)?/p> 起跳壓力2KPA | 臺 | 1 | 閥體304不銹鋼， | ||
4 | 氮封閥 | 自力式氮封閥ZZYVP-II DN25 PN16 進(jìn)口壓力 0.3-0.6 MPA,出口壓力1 KPA | 臺 | 1 | 閥體304不銹鋼， | ||
5 | 單呼閥 | 帶阻火單呼閥ZXF-7 DN100 PN10 法蘭連接 常溫氮?dú)?/p> 起跳壓力2KPA | 臺 | 1 | 閥體304不銹鋼， |
化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(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(biāo)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(jī)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、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 | 執(zhí)行機(jī)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 |
3、化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(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(jī)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(qiáng)滌綸織物/四氟膜片/氟橡膠膜片 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
七、化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(yīng)用案例壓力調(diào)節(jié)范圍確定
設(shè)定壓力調(diào)節(jié)范圍分段詳見規(guī)格與技術(shù)參數(shù)表，應(yīng)盡量將常用壓力設(shè)定值選取在范圍的中間值附近。
ZZYVP-16B帶指揮器型自力式壓力氮封閥本身是一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主閥需一定的推動壓力，即閥前壓力不得低于200KPa（表壓）。
化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(yīng)用案例閥門的安裝與維護(hù)：
1、閥門安裝：
?。?）安裝前須檢查產(chǎn)品型號、位號及規(guī)格是否吻合，檢查整機(jī)零件是否缺損與松動。
?。?）在安裝前，對管道應(yīng)進(jìn)行清洗，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。
?。?）閥門安裝前，應(yīng)先清洗管道。
?。?）安裝場地應(yīng)考慮到人員設(shè)備的安全，既便于操作，又有利于拆裝與維護(hù)。
（5）閥門應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上，不得已時可傾斜安裝，盡量避免水平安裝，閥自重量較大或有振動的場合，要用支撐架。
（6）介質(zhì)流動方向應(yīng)與閥體上的箭頭指向一致。氣源應(yīng)干燥、無油。閥門應(yīng)在環(huán)境溫度-20~55℃場所使用。
2、閥門維護(hù)：
?。?）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)，再選用相應(yīng)的清洗辦法。
?。?）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(hù)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。
?。?）閥座：密封面有較小的銹斑與磨損，可用機(jī)械加工的方法進(jìn)行，如損壞嚴(yán)重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進(jìn)行研磨。
?。?）閥桿：表面損壞，只能換新。
（5）推桿、導(dǎo)向與密封表面的損壞：對反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須換新，而對正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可用適當(dāng)?shù)男蘩砗笫褂谩?br/> ?。?）壓縮彈簧：如有裂紋等影響強(qiáng)度的缺陷，必須換新。
（7）易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時，全部換新。閥芯、膜片必須檢查是否有預(yù)示將來可能發(fā)生的裂紋、老化與腐蝕痕跡，根據(jù)檢查結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般最多2-3年。
（8） 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(xiàng)目與方法調(diào)試，并在這期間，可準(zhǔn)確地調(diào)整填料壓緊力、閥芯關(guān)閉位置。
化工拱頂儲罐自力式氮封閥應(yīng)用案例工作原理
自力式氮封閥氮封裝置，由控制閥門、執(zhí)行器、壓力彈簧、指揮器、脈沖管等部件組成。主要用于保持容器頂部保護(hù)氣體（一般為氮?dú)猓┑膲毫愣?，以避免容器?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。特別適用于各類大型儲罐的氣封保護(hù)系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有節(jié)能、動作靈敏、運(yùn)行可靠、操作與維修方便等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)。
供氮裝置，將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c(diǎn)的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機(jī)構(gòu)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與與彈簧、預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時，平衡破壞，使指揮器閥芯，打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥，節(jié)流閥、進(jìn)入主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上、下膜室，打開主閥閥芯，向罐內(nèi)充注氮?dú)?；?dāng)罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)，由于預(yù)設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯、由于主閥執(zhí)行機(jī)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(jìn)入檢測機(jī)構(gòu)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預(yù)設(shè)彈簧預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時，平衡被破壞，使閥芯上移，打開閥門，向外界泄放氮?dú)?；?dāng)罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)，由于預(yù)設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。
