上海申弘閥門有限公司
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一、化工儲罐氮封系統設計充氮量計算氮封裝置特性及作用
1、氮氣密封系統的儲罐。此種物料一般具有以下特性之一：
1）、石油化工行業易揮發。如汽油、甲醇等飽和蒸汽壓高的物料，在常溫下容易揮發造成物料大量損失；
2）、工藝過程中應控制或避免與空氣接觸的物料。氮封閥作為一種重要的工業閥門，普遍應用于石油化工、制、食品飲料等區域，其主要功能是通過準確控制氮氣的注入與釋放來維持系統或儲罐內部的壓力穩定，從而保護設備和介質的穩定。以下是對氮封閥壓力控制與釋放功能的詳細探討。
一、氮封閥的工作原理
氮封閥的工作原理基于氮氣壓力差異調節進出量。當系統或儲罐內部壓力升過設定值時，供氮閥關閉，同時泄氮閥（如果呼吸閥未設或故障）打開，將多余的壓力通過泄氮閥釋放到外界，使系統內部壓力降低。相反，當系統或儲罐內部壓力降低時，泄氮閥關閉，供氮閥打開，向系統內部注入氮氣，以維持壓力穩定。這種設計了容器內部壓力的動態平衡，防止了物料揮發、氧化等問題，同時確定了容器的穩定。
二、氮封閥的壓力控制功能
氮封閥的壓力控制功能主要通過其內部的壓力傳感器和控制系統實現。壓力傳感器實時監測系統內部的壓力變化，并將信號傳遞給控制系統。控制系統根據預設的壓力范圍自動調節氮封閥的開啟和關閉，從而準確地控制壓力。
自動調節：現代氮封閥通常采用自動調節方式，通過內置的傳感器和控制系統來實現。這種自動化和智能化的控制方式提升了生產速率和穩定性。
手動調節：在一些簡單的應用場景中，也可以通過手動操作閥門上的調節裝置來調整氮封閥的開啟和關閉程度，從而控制氮氣的流量和壓力。這種方法需要操作人員具備相應的經驗和技能。
三、氮封閥的釋放功能
氮封閥的釋放功能主要體現在當系統或儲罐內部壓力過高時，能夠不慢打開泄氮閥，將多余的壓力釋放到外界，以防止設備超壓和損壞。這一功能在以下情況下尤為重要：
介質溫度變化：當系統內部介質溫度升高時，其體積膨脹，導致內部壓力升高。此時，氮封閥的釋放功能能夠響應，將多余的壓力釋放出去，防止設備超壓。
介質消耗或泄漏：在某些過程中，介質可能會因化學反應、蒸發或輸送而逐漸減少，或存在泄漏點，導致內部壓力降低。雖然這通常會導致供氮閥打開以補充氮氣，但在某些情況下，如果泄漏速度過快或介質消耗過大，也可能導致系統內部壓力瞬間升高。此時，氮封閥的釋放功能同樣能夠發揮作用。
外部因素干擾：如火災、爆炸等突發事件可能導致系統內部壓力急劇升高。氮封閥的釋放功能能夠不慢響應，將多余的壓力釋放到外界，以減輕對設備和人員的傷害。
2、化工儲罐氮封系統設計方氮封裝置的主要作用：
1）. 防止氧化：通過向儲罐內注入氮氣，可以排擠罐內的空氣，減少物料與氧氣的接觸，從而降低物料被氧化的風險。
2）. 抑制揮發：氮封可以減少儲罐內物料的揮發，對于易揮發的化學物質尤其重要。
3）. 維持壓力平衡：在物料的裝入或抽出過程中，氮封裝置可以調節儲罐內部的壓力，保持壓力平衡，防止因壓力變化導致的儲罐結構損壞。
4）. 減少VOCs排放：氮封可以減少揮發性有機化合物（VOCs）的排放，有助于環境保護和滿足工業排放標準。
5）. 防止污染：氮氣是一種惰性氣體，可以防止儲罐內的物料受到外界污染，確保物料的純度和質量。
6）. 提高安全性：通過控制儲罐內的氮氣壓力，可以避免由于壓力過高或過低導致的安全事故。
7）. 保護儲罐結構：氮封裝置有助于防止儲罐因內部壓力波動而產生的變形或損壞。
8）. 適用于多種儲罐：氮封裝置適用于各種類型的儲罐，包括化工原料儲罐、食品級儲罐、超純水儲罐等。
GB50160-2008石化企業防火標準[1]、 SH/T3007-2014儲運罐區設計規范[2]的要求，對甲 B 、乙A 類的可燃液體儲罐，應設置氮氣密封保護 系統，通過調節氮氣量使之填充頂部空間，節能降耗的同時，隔離油品與外界接觸以起到保護作用。
二、化工儲罐氮封系統設計充氮量計算氮封系統適用工況?
ZZYVP氮封自力式壓力調節閥，作為一款集技術與工藝于一體的工業控制設備，其在化工、石油、冶金等流程工業領域中扮演著舉足輕重的角色。該調節閥采用獨特的自力式設計，無需外部能源驅動，僅憑介質自身的能量變化即可實現壓力的自動調節與穩定控制，極大地提升了系統的運行效率與能源利用率。
其核心部件——精密的壓力感應與執行機構，如同智慧的心臟，敏銳地捕捉并響應系統壓力的細微波動。通過內置的氮封裝置，該閥能夠在壓力異常時迅速介入，以氮氣為介質形成一道可靠的安全屏障，有效防止超壓或負壓現象的發生，確保生產過程的平穩與安全。
ZZYVP氮封自力式壓力調節閥的閥體材質經過精心挑選，不僅耐腐蝕、耐磨損，而且能夠適應工況下的溫度變化，展現出的耐用性與適應性。其調節精度之高，響應速度之快，使得該閥在精細化工、精密制造等領域同樣游刃有余。
此外，該調節閥還配備了直觀易讀的指示裝置與遠程監控接口，便于操作人員實時監控閥門狀態，實現智能化管理。其安裝調試簡便，維護成本低廉，為用戶帶來了極大的便利與經濟效益。
總之，ZZYVP氮封自力式壓力調節閥以其的性能、可靠的品質以及靈活的應用性，成為了現代工業控制系統中的重要元件。氮氣密封系統的應用主要取決于罐的類型和存儲介質的性質。常適用于以下幾種工況：
（1）采用內浮頂罐或固定頂罐儲存沸點在 45℃下，或37.8℃時的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類 液體時，應設置氮氣密封保護系統；
（2）采用內浮頂儲罐常壓儲存沸點≥45℃、 或37.8℃時飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類液體 時，可設置氮氣密封保護系統；另，當有特殊要 求而選擇固定頂、低壓儲罐或容量≤100m3的臥式 儲罐時，應設置氮氣密封保護系統；
（3）當常壓存儲I、II級毒性的甲B 、乙A 類液 體時，應設置氮氣密封保護系統；
（4）儲存介質與空氣接觸，易發生氧化、聚合等反應，常壓儲存時，應設置氮封保護系統；
（5）儲存介質具有水溶性，并對其含水量有 嚴格要求，常壓儲存時，應設置氮封保護系統。
三、化工儲罐氮封系統設計充氮量計算化工儲罐氮封系統設計方氮封系統設計方案
1、壓力控制設計方案?
此方案：氮氣密封系統的設置，氮封系統通過控制儲罐內部的壓力，保持在一個安全和穩定的范圍內。這通常涉及到安裝壓力調節閥，如自力式氮封閥，它無需外部能源，可以自動控制儲罐內部的壓力 。重要場合儲罐頂部通常需設置阻火呼吸閥和泄壓人孔等安全裝置。值得注意的是，氮氣操作壓力宜為0.5~0.6 MPa ，通常氮氣的純度不應低于99.2%。
例如：控制罐內氣體壓力維持在300 Pa（G）上下。當儲罐內氣體壓力上升≥500 Pa（G）時，關停氮氣控制閥，暫停氮氣的補充；當內壓力≤200 Pa （G）時，氮氣控制閥將打開以補充氮氣，防止吸進空氣形成。
2. 氧含量控制設計方案
此方案：氮氣密封系統的設計， 旨在控制罐內氣相空間氧氣濃度不超過5%，從而 阻斷可造成爆炸的助燃條件。
（1）在罐內設置氧氣濃度監測器進行監控， 將高值與氮氣管路控制閥進行聯鎖設計。當罐內氧含量達到高值時，自動報警，然后通過聯鎖打開氮氣閥，使氮氣充入罐內。當檢測器指標達到設定的正常范圍時，立即聯鎖關停氮氣閥停止充氮。
（2）在同類介質儲罐間設計一組管道將氣相管道貫通，可減少作業時氮氣的用量，也可降低油氣排放量。例如聯通管道的管徑為DN150，流量宜為 150m3/h。
（控制系統：現代氮封系統可能包括與DCS或PLC控制系統的集成，以實現遠程監控和自動化控制。這包括安裝壓力表和設置高、低壓報警功能、設置變送器維持儲罐微正壓、超設定壓力時自動泄壓、以及可能的氧含量監測和控制等 。）
四、化工儲罐氮封系統設計方充氮量計算
一般來說，充氮量Q等于儲罐物料的排出量 Q1 與由溫度變化導致的吸氣量Q2 之和。
例：下面以罐區中3000m3苯罐所需充氮量的計算為例進行說明。根據化工部“鋼制立式圓筒形內浮頂罐系 列"HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3儲罐內 徑D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱頂球冠高度 H2 =1.841m，本次計算按照浮盤沉底考慮，即取設 計液位h=1.8m來計算儲罐內氣體的體積 Vm 。Vm 等于罐體圓柱部分氣相空間體積V1 與罐頂 球冠空間體積V2 之和。其中：
3000m3儲罐內氣體體積值Vm=3400m， 當儲罐內部氣體溫度T（35℃）隨外界氣溫變化一小時內降至T′（20℃） 罐內操作壓力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）時，根據理想氣體狀態 方程：
式中：P0 ：標準大氣壓（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作壓力（MPa（A））；
V0 ：標準狀態下的氣體體積（Nm3）；
V1 ：操作狀態下的氣體體積（m3，我們取液位時的Vm值）； T0 ：標準狀態下的氣體溫度（273.15K）；
T1 ：操作狀態下的氣體溫度（K）。
得：在儲罐內液位，標準狀態下，35℃ 時，罐內氣體體積V0 為3044Nm3；同理可得25℃ 時，罐內氣體體積V0 '為3168Nm3。因此，此降溫過 程內需要補充的氮氣量Q為124m3/h。
因 此，為避免浪費氮氣資源，可在參考SH/T3007 2014表5.1.6中推薦的氣量規范值的基礎上根據實際工況進行計算。
ZZYVP自力式氮封閥,即供氮閥,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，減少物料的揮發和浪費，保護儲罐安全。其工作原理是將設在罐頂的取壓點的介質經導壓管引入檢測機構，介質在檢測元件上產生一個作用力與與彈簧、預緊力相平衡。當罐內壓力降低至低于供氮裝置壓力設定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯，打開，使閥前氣體經減壓閥，節流閥、進入主閥執行機構上、下膜室，打開主閥閥芯，向罐內充注氮氣;當罐內壓力升至供氮裝置壓力設定點，由于預設彈簧力，關閉指揮器閥芯、由于主閥執行機構中的彈簧作用，關閉主閥，停止供氮。通常和配合使用。
ZZYVP自力式氮封閥,供氮閥 特點
（1）無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節約能源，降低成本。
（2）氮封裝置供氮，泄氮壓力設定方便，可在連續經營的條件下進行。
（3）壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。
（4）采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小、反應迅速、控制精度高。
（5）供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達100:1，減壓效果好、控制精度高。
（6）為確保儲罐的安全，需在罐頂設置。
（7）呼吸閥公起安全作用，避免了常規氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。
ZZYVP自力式氮封閥,供氮閥 主要技術參數
| 公稱通徑(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Kv | 3.2 | 5 | 8 | 10 | 20 | 32 | 50 | 80 | 100 | 160 | 250 | 400 |
| 壓力調節范圍 | 0.5～70 20～120 60～400 300～700 500～1000 KPa | |||||||||||
| 公稱壓力PN | 1.0、1.6 MPa | |||||||||||
| 被調介質溫度 | 80、200 ℃ | |||||||||||
| 流量特性 | 快開型 | |||||||||||
| 調節精度 | ≤5% | |||||||||||
| 允許壓降(MPa) | 1.6 | 1.6 | 1.1 | 0.6 | 0.4 | |||||||
| 薄膜有效面積(C㎡) | 200 | 280 | 400 | |||||||||
| 允許泄漏量 | 符合ANSIB16.104—1976 IV級 | |||||||||||
| 閥蓋形式 | 標準型 (整體式) | |||||||||||
| 壓蓋型式 | 螺栓壓緊式 | |||||||||||
| 密封填料 | V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉紡織填料、石墨填料 | |||||||||||
| 閥芯形式 | 單座型閥芯 | |||||||||||
| 流量特性 | 直線性 | |||||||||||
ZZYVP自力式氮封閥,供氮閥 主要外形圖
ZZYVP自力式氮封閥,供氮閥 主要外形尺寸
| 公稱通徑(DN) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L | 150 | 160 | 180 | 200 | 230 | 290 | 310 | 350 | 400 | 480 |
| H | 52.5 | 57.5 | 75 | 75 | 85.5 | 92.5 | 100 | 110 | 142.5 | 158 |
| H1 | 330 | 330 | 350 | 350 | 360 | 430 | 440 | 450 | 520 | 650 |
| A | 310 | 400 | ||||||||
ZZYVP自力式氮封閥,供氮閥 安裝系統圖
五、化工儲罐氮封系統設計充氮量計算
通常由截止閥、過濾器、供氮閥、調節器、壓力表、呼吸閥等組成。
四、氮封閥的應用與維護
氮封閥在化工、石油、等區域的應用普遍。在化工生產中，氮封閥可用于保護反應釜、儲罐等設備免受過高或過低的壓力影響；在石油行業中，氮封閥可用于維持輸油管道的穩定運行；在區域，氮封閥可用于確定品生產過程中的壓力穩定。
為氮封閥的長期穩定運行，需要定期對其進行檢查和維護。包括檢查密封件的磨損情況、清洗閥門內部、檢查控制系統的準確性等。同時，還需要根據介質的特性和操作條件選擇適當的氮封閥型號和材料。
綜上所述，氮封閥的壓力控制與釋放功能在工業生產中發揮著重要作用。通過準確控制氮氣的注入與釋放，氮封閥能夠維持系統或儲罐內部的壓力穩定，從而保護設備和介質的穩定。
