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石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例
ZZYVP型指挥器操作自力式压力调节阀（氮封阀），是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节和稳定阀后压力为设定值的节能型压力调节阀。该阀压力设定在指挥器上实现，方便、快捷，压力设定值在运行中也可随意调整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式压力调节阀高一倍，适合于控制精度要求高的场合。它广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻纺等工业部门中用作生产过程的自动调节。氮封或其他惰性气体保护系统可有效防止储罐发生火灾爆炸事故。从近几年对各类企业隐患排查的情况来看，部分企业尤其是精细化工企业在储罐氮封系统设置和管理上存在一些问题。
一、石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例储罐氮封系统存在的常见问题
1 应采用氮封的储罐未设置氮封系统。
2 后期增加的氮封系统未经正规设计，系统不能正常使用。
3 氮封系统压力得不到有效管控。如进储罐前的氮气管线未设置自力式调节阀、无压力表或压力表选型过大，仅靠手动阀门控制进气量，无法监控氮封压力；氮封气源未采用压力分程控制，或自力式调节阀选型不合理，造成氮封压力过高、过低，氮封系统不能正常使用；氮气管线或储罐上未设置压力远传、报警，压力得不到有效控制。
4 氮气管线上的安全设施不足，如氮气管线上未设置止回阀。
5 储罐顶部未设置紧急泄放人孔(或紧急泄放阀)等保护措施。
6 因氮封压力不稳定或为了节约成本，将氮气管线阀门关闭，氮封系统未投用等。
二、石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例哪些储罐需要设置氮气保护系统
对于氮封系统的设置，我们来看看国家标准到底是如何要求的？
国家标准《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）、《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）、《石油库设计规范 》（GB 50074-2014）均对储罐氮封系统的设置有明确要求。
《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）规定，当单罐容积小于或等于5000m3的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施；储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。
《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）规定，当采用固定顶罐或低压罐（单罐容积不小于100m3）储存甲B、乙A类液体时，应采用氮气或惰性气体密封措施。如常见的甲醇、甲苯等甲B类物质；再如可燃液体二硫化碳，自燃点、沸点及闪点均较低，具有的挥发性、易燃性和爆炸性，采用固定顶罐水封加氮封储存比采用单纯的内浮顶罐储存更安全可靠。
《石油库设计规范 》（GB 50074-2014）规定，当选用内浮顶储罐、固定顶储罐储存沸点低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体时，应设置氮气密封保护系统。当采用容量小于或等于10000m3的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m3的卧式储罐储存沸点不低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体化工品和轻石脑油时，应设置氮气密封保护系统。储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐应设置氮封保护系统。有些甲B、乙A类液体化工品有防聚合等特殊储存需要，不适宜采用内浮顶储罐，可选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于50m3的卧式储罐，但应采取氮封等安全保护措施，典型的易自聚不稳定的丁二烯、苯乙烯储罐，应设置氮封系统，防止空气进入储罐。
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例结构与原理
ZZYVP型指挥器操作自力式压力调节阀是由指挥器、调节阀、执行机构和阀后接管四部分组成。（见图一）工作原理：介质以所示箭头方向进入阀体，一路经过滤减压器减压后的压力被引入指挥器；另一路通过阀芯、阀座，节流后的压力流向阀后，并通过导压管引入指挥器执行机构。当阀后压力高于设定压力时，其压力作用在指挥器薄膜有效面上产生一个推力带动指挥器阀芯关闭，切断引入主阀执行机构膜室中的压力，使主阀阀芯关闭，阀后压力随之降低。当阀后压力低于设定值时，由于指挥器主弹簧的反作用力打开指挥器阀芯，阀前压力又被引入主阀执行机构膜室产生推力，使主阀阀芯打开，阀后压力随之升高。如此往复，保持阀后压力为设定值。氮封装置的作用是防止储罐挥发性有毒或可燃气体泄放到罐外危害安全，以一定的微压氮气在罐内保持一定的压力，氮封阀是设在罐顶的。
氮封装置取压点的介质经导压管引入检测机构，反馈结构的设计使得介质直接经阀盖进入检测机构，在罐顶的罐呼吸阀能起安全作用，一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作。
在流量控制方面每个阀门都配有控制流量百分比的固定板孔，气体密封系统的每个阀门尺寸根据气体流量表排列，根据提供的稳定气体压力计算适应特定需要气体密封的流量。
氮封阀中的氮气可以起到置换装置介质、平衡系统的压力等功能，用于保持容器顶部保护气的压力恒定，一般的氮气压力是常压，主要作用
一是在于减少挥发，如苯罐，
二是防止介质与空气的反应，如碱罐，防止储罐内物料与氧接触会氧化或发生化学反应；还有可以稀释呼出气体的浓度。进罐压力一般减压至1bar。适用于各类大型储罐的气封保护系统，运行可靠，并广泛适用于石油、化工等行业。
石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例
序号 | 品 名 | 型 号 及 规 格 | 单位 | 数量 |
1 | 氮封阀 | 自力式氮封阀ZZYVP-II DN15 PN16 法兰连接 常温氮气 进口压力 0.3-0.6 MPA, 出口压力1 KPA | 台 | 1 |
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例主要参数及主要性能指标见表一 表一
| 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | ||||||
阀座直径（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | |
额定流量系数Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
压力调节范围KPa | 0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、 | ||||||||||||
公称压力PN（MPa） | 1.6 | ||||||||||||
被调介质温度（℃） | -5～+100 | ||||||||||||
流量特性 | 快开 | ||||||||||||
调节精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
执行机构有效面积（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信号接口 | 内螺纹M10×1 | M16X1 | |||||||||||
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例压力调节范围见表二 表二
| 指挥器膜室 | 执行机构膜室 | 使用阀门口径（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 |
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例主要零件材料见表三 表三
| 材 料 |
气动薄膜式执行机构，指挥器 | 组合件 |
阀体，阀盖 | ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti |
推杆，阀杆 | 2Cr13，1Cr18Ni9 |
阀座 | 1Cr18Ni9Ti |
阀芯（软密封）/填料 | 聚四氟乙烯 |
波纹膜片 | 丁腈橡胶夹增强涤纶织物 |
弹簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例外形尺寸见表四、图二 表四 单位：mm
| L | B | H1 | H | ||
A=1200 cm2 | A=600 cm2 | A=400 cm2 | ||||
压力调节范围（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）标准法兰连接形式PN16为凸面，连接尺寸铸铁法兰按GB4216.5-84，铸钢法兰按GB9113-2000、JB/T-94，阀体法兰及法兰端面距也可按用户标准制造，如：ANSI，JIS，DIN等标准。
2）接管根据用户需要配置
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例产品重量见表五 表五 单位：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 |
■石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例安装、维护与调试
1、石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例安装：
（1）检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏与精度测试。
（2）在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要注意同轴度。
（3）安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。
（4）阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。
（5）介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏，阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。
（6）为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀。
2、石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例维护：
（1）清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了解其性质，在选用相应的清洗办法。
（2）阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。
（3）阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。
（4）阀杆：表面损坏，必须换新。
（5）压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。
（6）易损零件：填料、密封垫片与O型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期一般最多2～3年。
（7）阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。
3、石油化工储罐自力式氮封阀系统应用案例调试
所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值采用氮封的储罐，一般为常压罐或低压罐，因此，防止储罐氮气超压是一个重要问题。在化工标准《气封的设置》（HG/T 20570.16-1995）中，给出了氮气供气量的计算方式，“储罐气封装置的供气量应大于或等于由于泵抽出储罐内储存的液体所需的补充气量与由于外界气温变化而产生的储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量之和"。规范中计算的补气量只是一个经验值，工作中还需结合实际，计算出更符合需求的数值，以此来确定氮气管线管径和氮封阀型号。建议专业技术力量不足的企业，委托设计单位计算合理的补气量，既能保证氮封要求也不会造成浪费。
《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）规定，采用氮气保护的储罐，其操作压力宜为0.2Kpa～0.5Kpa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1Kpa～1.5KPa。为防止储罐超压，除计算符合实际的补气量外，还应采取其他措施。
