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资料简介
石油化工罐区氮封阀装置设计规范
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。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。自力式氮气调节阀(以下简称调压阀),是一种无需外来能源，利用被控介质自身能量作动力源，引入指挥器的检测执行机构，以控制调压阀的阀芯位置，改变流经阀门的介质流量，使阀后压力保持在恒定值。该阀的特点:压力设定值可在指挥器上实现，在运行中可随意调整,因而方便、快捷、省力；控制精度比一般调压阀高一倍左右；减压比大;设定压力低等。
一、石油化工罐区氮封阀装置设计规范储罐氮封系统存在的常见问题
一是应采用氮封的储罐未设置氮封系统。无需外加能源，利用被调介质自身能量为动力源。自动控制阀门介质流量，使阀后压力保持恒定的压力稳定装置。现已广泛应用于连续送气的天然气采输，城市煤气以及冶金、石油、化工等工业生产部门。阀特点：控制精度高，可比一般ZZY型直接操作型调压阀高一倍左右。调节压差比大（如阀前0.8MPa、阀后0.001MPa）特别适合微压气体控制。自力式氮封阀压力设定在指挥器上实现，因而方便、快捷、省力省时可在运行状态下连续设定。
二是后期增加的氮封系统未经正规设计，系统不能正常使用。
三是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。
四是氮气管线上的安全设施不足，如氮气管线上未设置止回阀。
五是储罐顶部未设置紧急泄放人孔(或紧急泄放阀)等保护措施。
六是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、石油化工罐区氮封阀装置设计规范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。
二、石油化工罐区氮封阀装置设计规范结构与原理
2.1．结构
指挥器、主阀、节流阀、过滤减压器所组成，见图一(a)、(b)。
1、阀体 2、阀座 3、阀芯组件 4、阀杆 5、密封套筒 6、压盖 7、支杆 8、执行机构 9、弹簧 10、指挥器11、过滤减压器 12、取压管 13、截止阀 14、取压接管
图一 ZZYP-16BII系列指挥器操作型自力式压力调节阀内部结构简图
2.2．作用原理
调压阀由指挥器、主阀、节流阀、过滤减压器所组成(见图一)。介质由箭头方向进入阀体,经阀芯、阀座节流后输出。同时阀前介质经过滤减压器过滤减压后进入指挥器阀体，经指挥器调节后进入主阀执行机构上下膜室。阀后介质经接管引入指挥器检测膜室，当输出压力升高时，经指挥器和节流阀作用关闭主阀,直到阀后压力降低到设定值为止。同理，当输出压力降低时，经指挥器和节流阀作用开启主阀,直到阀后压力上升到设定值为止。
2.3、执行机构部分
表1 执行机构主要技术参数
规 格 型 号 | 薄膜式 |
用 途 | 调 节 |
膜片材质 | D腈橡胶、氟橡胶、耐油橡胶 |
接 口 | M16×1.5 |
作用方式 | 压力升高阀门打开、压力升高阀门关闭 |
使用温度 | 气体：-20～+120℃ |
标配阀门附件 | 取压管(含取压接头) |
可选阀门附件 | 取压接管、截止阀、压力表、法兰、垫片及紧固件 |
二、石油化工罐区氮封阀装置设计规范零件资料：
阀体、阀盖：HT200、ZG230～450 ZG1Cr18Ni9Ti
阀芯、阀座：1Cr18Ni9Ti 司太莱合金堆焊
填料：聚四氟乙烯
推杆、衬套：2Cr13
1、主阀
2、主阀阀芯
3、主阀执行机构
4、节流阀
5、减压阀
6、指挥器阀芯
7、检测机构
8、预设弹簧
9、指挥器
三、石油化工罐区氮封阀装置设计规范制造标准：
设计规范：GB/T 17213.1
结构长度：GB/T 12221
试验与检验：ASME B16.104
法兰连接：JB/T79、GB9112～9131、HG20592、SH3406、ANSI B16.5
产品标识：GB/T 12220
供货规范：JB/T 7928
四、石油化工罐区氮封阀装置设计规范技术参数：
| 公称通径 DN(mm) | 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 | 3.2 | 5 | 8 | 10 | 20 | 32 | 50 | 80 | 100 | 160 | 250 | 400 |
| 压力调节范围 Kpa | 0.5~7 5~20 15~50 30~150 | |||||||||||
| 公称压力 PN(MPa) | 1.0 1.6 | |||||||||||
| 被调介质温度 ( ℃ ) | -20~90 | |||||||||||
| 流量特性 | 快开 | |||||||||||
| 调节精度 (%) | ≤ 3 | |||||||||||
| 执行机构薄膜 有效面积 (cm 2 ） | 200 | 280 | 400 | |||||||||
| 允许泄漏量 | 符合 ANSIB16.104-1976 IV 级 | |||||||||||
五、石油化工罐区氮封阀装置设计规范主要外形及连接尺寸：
| 公称通径 (DN) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
| 法兰端面距 (L) | 150 | 160 | 180 | 200 | 230 | 290 | 310 | 350 | 400 | 480 |
H | 610 | 610 | 630 | 630 | 640 | 710 | 720 | 730 | 800 | 930 |
| H1 | 330 | 330 | 350 | 350 | 360 | 430 | 440 | 450 | 520 | 650 |
| φ | 310 | 400 | ||||||||
| D | 105 | 115 | 140 | 150 | 165 | 185 | 200 | 220 | 250 | 285 |
| D 1 | 75 | 85 | 100 | 110 | 125 | 145 | 160 | 180 | 210 | 240 |
| D 2 | 56 | 65 | 76 | 84 | 99 | 118 | 132 | 156 | 184 | 211 |
| n-d | 4-14 | 4-18 | 8-18 | 8-22 | ||||||
三、石油化工罐区氮封阀装置设计规范如何设置氮封系统
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。
（1）罐顶安装就地压力表，并设置压力远传功能至DCS或PLC控制系统，设定高、低压报警功能，及时检测压力变化情况。
（2）设置双呼吸阀防止呼吸阀故障。但对于粘度较大、易发生结晶的介质，容易造成呼吸阀堵塞，建议采取其他措施，并对补气管线、排气管线进行伴热处理，降低物料粘结和结晶对阀门和管线的影响，提高安全系数。
（3）设置紧急泄放人孔，事故时打开保护储罐。根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SHT 3007-2014）的规定：事故泄压设备的开启压力应大于呼吸阀的排气压力，并应小于或等于储罐的设计正压力；事故泄压设备的吸气压力应小于呼吸阀的进气压力，并应大于或等于储罐的设计负压力；事故泄压设备应满足氮气管道系统和呼吸阀出现故障时保障储罐安全通气的需要；事故泄压设备宜选用公称直径不小于500mm的呼吸人孔。如储罐设置有备用呼吸阀，事故泄压设备也可选用公称直径不小于500mm的紧急放空人孔盖。
三、石油化工罐区氮封阀装置设计规范安装与维护
3.1安装
Ø安装前应检查产品型号、规格是否符合要求，管道应进行清洗，清除焊渣与杂物等，阀门应正立、垂直安装在管道上，介质流向应与阀体箭头一致。如有可能应设置旁通阀。
Ø为确保调压阀正常工作，在阀前应设置过滤器、压力表与手控阀，安装图见图二。
3.2石油化工罐区氮封阀装置设计规范使用
Ø缓慢将调节阀前、后截止阀开到大，此时因介质引入调节阀，可观察压力表示值。
Ø逐渐关闭旁通阀，打开壳罩，并调整弹簧预紧力，直到压力表示值达到工艺要求为止。
Ø锁紧螺母，盖上壳罩。
3.2维护保养
该装置投入正常运行后无需特殊维护,但需定期对指挥器、节流阀和过滤减压器进行清洗,若出现故障，按表四进行处理。
表2 常见故障与排除
故障现象 | 产生原因 | 排除方法 |
被控压力不能自动控制 | 控制管线堵塞 | 清洗控制管线 |
节流阀堵塞 | 疏通节流阀 | |
膜片破裂 | 更换膜片 | |
弹簧折断 | 更换弹簧 | |
阀门口径选择过小 | 更换合适阀门 | |
被控压力 不稳定 | 阀门口径选择过大 | 更换合适阀门 |
弹簧刚度过大或过小 | 更换合适弹簧 |
四、石油化工罐区氮封阀装置设计规范如何管理氮封系统
为了保证氮封系统有效运行，除了正确设置，企业还需做好以下管理工作：
一是在操作规程中完善氮封系统的操作步骤和安全要求，明确压力控制范围和报警值、偏离正常工况的后果、防止和纠正偏离正常工况的方法及步骤等，并对相关岗位人员进行培训。
二是监控控制系统中的储罐压力，规范设置报警值，监控报警信息，分析报警原因并采取改进措施；加强日常巡检，将氮封系统压力表、调节阀等运行状态列入到巡检要求中，发现问题及时处置。
三是将氮封系统的检查纳入罐区隐患排查中，构成重大危险源的企业，将氮封系统的检查纳入到操作负责人包保责任的履职检查表中，通过隐患排查治理，确保系统有效投用。
四是定期对呼吸阀、压力表等进行检查和检验。确保呼吸阀的外观无异常锈蚀、泄漏和杂物堵塞，开启压力、通气量和泄漏量满足设计要求，保证泄压设施的完好。
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