石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例

石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例

根据GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》和SH/T 3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》的标准要求，甲、乙A类可燃液体储罐必须配备氮封装置，旨在降低储罐发生火灾和爆炸的风险。在石油化工企业的罐区，常常存储着大量易挥发的化工原料。当原料从外部打入储罐时，随着罐内液位的上升，罐内气体需要排出以容纳更多液体；而在将物料从储罐输送到生产设备时，随着液位的下降，又需要补充气体以完成液体的输送。由于储罐通常设置在室外，罐内物料的温度会随外界环境变化而波动，进而影响罐内气体的压力。这种热胀冷缩效应会导致储罐气相空间出现体积变化，即所谓的“呼气”和“吸气”现象。为确保储罐不会进入超压或负压状态，工业生产中通常会采取两种保护措施来应对这一现象。

氮封系统旨在隔绝氧气与易燃易爆可燃液体的接触，从而从根本上预防火灾或爆炸事故。具体而言，供氮系统提供的氮气经过自力式调节阀减压至设定的压力后，被充入储罐，这一过程称为充氮。当储罐压力达到设定的安全值时，充氮即停止。

在进料时，随着物料的加入，储罐气相空间压力逐渐升高。当压力超过呼吸阀的排放开启压力时，呼吸阀开始排气，以维持储罐内外的压力平衡。而出料时，则相反，随着物料的排出，储罐气相空间压力降低，此时系统会自动启动充氮，以补充损失的氮气，保持储罐内的压力稳定。

通过供氮系统和呼吸阀的协同作用，氮封系统精确控制储罐内气相空间的氧气浓度，确保其处于安全范围。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。

二、石油化工罐区氮封阀装置设计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。

压力设定和设计原则

钢制立式圆筒形固定顶储罐的设计压力范围通常为-0.5至2KPa。在这个狭窄的压力范围内，如何确保各安全附件的压力区间不产生交集，是氮封系统能够稳定运行的关键。

氮封系统失效的主要原因是安全附件的定压不准确或压力区间重叠。一般而言，泄氮阀的压力设定点会略高于氮封阀，以避免供、泄氮装置频繁操作，节约氮气并延长设备寿命。

呼吸阀的呼出设定值需大于泄氮阀的压力设定值，而吸入设定值则应低于氮封阀，以确保罐顶呼吸阀仅作为安全保护措施，在正常情况下保持关闭。当氮封阀或泄氮阀出现故障，导致罐内压力异常时，呼吸阀才会启动。

其呼出起跳压力应低于储罐的*高设计压力，但高于操作压力，以确保储罐的正常操作；而吸入起跳压力则应高于*低设计压力，从而保护储罐免受损坏。

供气量计算

根据API2000标准，储罐氮封装置的进气量被明确规定，它必须足够补充因出料泵泵出液体和外界气温变化导致的储罐内气体冷缩。具体来说，该进气量应至少等于泵的*大输出体积流量。

对于储罐氮封装置的进气量，具体流量与储罐的容积或表面积成比例。对于容积V≥3180m³的储罐，补气量与储罐外壳和罐顶的表面积成正比，即每平方米表面积每小时需补入0.6m³氮封气；而对于容积V＜3180m³的储罐，补气量则与容积成正比，即每立方米容积每小时需补入0.178m³氮封气。

应用优势

氮封系统能够保持容器顶部的保护气压力稳定，从而维持储罐内的安全环境并有效抑制气体排放。这一系统不仅节能高效，还具备动作灵敏、运行可靠以及操作维修简便等特点。在石油化工行业中，氮封装置得到了广泛应用。其独特之处在于，无需额外能源，即可利用被调介质的自身能量为动力源。通过引入压力阀的指挥器，可以精准控制压力阀芯的位置，进而调节流经阀门的介质流量，确保阀门后端的压力恒定。此外，氮封装置的供（泄）氮压力设定简便，且能连续稳定运行。

石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例

三、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例主要参数、性能指标与材料

1、主要参数及主要性能指标见表一                                        表一

2、压力调节范围见表二                                                   表二

3、主要零件材料见表三                                                   表三

 









图二 外形图

4、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例外形尺寸见表四、图二                                    表四   单位：mm

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指定标准制造，如：ANSI，JIS，DIN等标准。

    2）接管根据用户需要配置

5、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例产品重量见表五                                           表五   单位：Kg

四、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例安装、维护与调试

1、安装（见图三）

（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（见图三）。

1、 石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例维护：

（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*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。

2、 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。

五、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例型号编制说明

整机作用方式：B 阀后式

公称压力：16（1.6MPa）  

阀结构形式补充：P  单座

指挥器操作型自力式压力调节阀

六、石油化工罐区氮封阀装置设计应用案例订货须知

订货时请注明下列内容

1）阀门型号

2）通径×阀座尺寸Kv值

3）阀体压力及连接形式

4）阀体和阀内组件的材料

5）阀特性及阀芯的形式

6）上阀盖形式

7）执行机构形式，是否带手轮机构及供气压力

8）正/反作用（气关式或气开式）

9） 附件（带过滤器减压阀等）

10）特殊要求（禁水处理，禁铜等）

11）介质名称

12）正常流量及*大流量

13）介质压力，阀全开和全闭时阀进口和出口压力

14）介质温度和比重

15）介质粘度，是否含有