摘要：儲罐氮封系統(tǒng)是利用氮?dú)庠诜忾]的儲罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置，目的是防止儲罐內(nèi)儲存介質(zhì)與空氣中的氧氣接觸，使之與外界隔絕，防止產(chǎn)品的氧化變質(zhì)，另外通過保持儲罐的微正壓避免罐頂及罐壁變形。但是，氮封系統(tǒng)使用過程中會出現(xiàn)失效情況。這就要通過對氮封系統(tǒng)保護(hù)的介質(zhì)性質(zhì)、氮封系統(tǒng)安裝、氮封閥結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、環(huán)境等方面進(jìn)行分析，從而采用最佳的方案，確保氮封系統(tǒng)完好運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：自力式調(diào)節(jié)閥氮封閥氟橡膠腐蝕金屬結(jié)構(gòu)相對濕度

1儲罐氮封系統(tǒng)

儲罐氮封系統(tǒng)：由自力式調(diào)節(jié)閥、前后壓力表、附屬管路組成。主要設(shè)備是自力式調(diào)節(jié)閥，該閥是一種無需外加驅(qū)動能源，倚靠被測介質(zhì)自身的能量，按設(shè)定值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的裝置。它集變送器、控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能于一體。按被控參數(shù)可分為自力式壓力(壓差)、自力式液位和自力式溫度調(diào)節(jié)閥。氮封閥為自力式壓力(壓差)調(diào)節(jié)閥，詳見圖1.

2原因分析及應(yīng)對措施

在使用氮封系統(tǒng)過程中，會出現(xiàn)補(bǔ)充不進(jìn)氮?dú)?、氮封閥失效等現(xiàn)象。廣西石化在投產(chǎn)開工后一年多時(shí)間，在不同介質(zhì)儲罐上的儲罐氮封閥相繼出現(xiàn)多起失效的情況。即儲罐氮封閥不動作等，經(jīng)過分析研究找出了影響因素和應(yīng)對措施。

2．1儲存介質(zhì)的影響

(1)儲存輕質(zhì)油品產(chǎn)品的影響。儲罐設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)中，儲罐呼吸閥選用(SYT0511—1996石油儲罐呼吸閥)僅有3個(gè)壓力等級，分別為(+355～-295Pa；+980～-295Pa；+176～-295Pa)。由于煉廠生產(chǎn)不可避免的波動，會出現(xiàn)儲罐內(nèi)儲存的輕質(zhì)油品飽和蒸汽壓力較高，大于氮封閥補(bǔ)充壓力設(shè)定值，氮?dú)鉄o法補(bǔ)人。

例如對于石腦油儲罐，接收常減壓重整原料。重整原料為常減壓初餾塔塔頂引出的130oC以下的餾分_2j。裝置操作中控制指標(biāo)為初餾點(diǎn)溫度，對塔頂氣不設(shè)控制指標(biāo)，只對塔頂氣冷后溫度進(jìn)行控制。這就出現(xiàn)了為降低塔頂氣產(chǎn)率，給送料罐加壓，將塔頂氣經(jīng)壓縮機(jī)打回石腦油，吸收后才將石腦油送人儲罐；同時(shí)大量的輕組分由于融人液相無法分離并隨常頂液送入儲罐。儲罐為常壓容器，石腦油中吸收的常頂氣因閃蒸出現(xiàn)氣液分離，大量的氣態(tài)存于儲罐上部空間，形成的氣體壓力大于儲罐呼吸閥正壓(約1kPa)。油氣通過呼吸閥呼出，達(dá)到呼吸閥正壓值以下，呼吸閥關(guān)閉，但罐內(nèi)的油氣壓力高于氮封閥補(bǔ)氣壓力，無法實(shí)現(xiàn)正常補(bǔ)氮。

解決的方法：檢測氮封閥的開關(guān)與結(jié)合呼吸閥關(guān)聯(lián)動作情況。呼吸閥發(fā)生呼出氣體，氮封閥不動作，表明罐內(nèi)油氣蒸汽壓過高。通過常減壓裝置可提高塔頂氣冷后溫度和降低蒸汽壓。

(2)儲存化工產(chǎn)品的影響。由于氮封閥內(nèi)件直接接觸儲罐內(nèi)介質(zhì)，氮封閥中的閥膜片采用橡膠材質(zhì)。儲存介質(zhì)如苯類物質(zhì)對橡膠制品影響較大。氮封閥為一整體設(shè)計(jì)時(shí)，只提出呼吸量的要求，往往在采供環(huán)節(jié)被忽略。

1)目前閥膜片都采用橡膠材料，橡膠膜片有一定的延伸性和柔韌性，密封等級可達(dá)到VI級，金屬膜片最多只能達(dá)到IV級(參考美國ANSIB16．104—197標(biāo)準(zhǔn))；壓力感應(yīng)更靈敏，適用于微壓感應(yīng)；流量調(diào)節(jié)性能更好。

2)不同的儲存介質(zhì)，要選用不同類型的橡膠以滿足其抗腐蝕性要求。另外雖然理論上說橡膠膜片有可能老化，但實(shí)際應(yīng)用中，頻繁動作的膜片，橡膠與金屬相比，出現(xiàn)開裂損壞的幾率更小。

3)目前氮封閥膜片使用的橡膠制皮有：丁晴橡膠(nitrilebutadienerubber，適用溫度-40～82℃)、三元乙丙橡膠(EPDM，-40～82℃)、全氟橡膠(FFKM，-18～218℃)、氟橡膠(Fluorinerub—ber，-18℃～149℃)等。

綜合考慮4種橡膠的特點(diǎn)，一般在芳烴類等溶劑儲罐上采用氟橡膠材料膜片，如特氟龍等；在汽、柴等油品儲罐上可采用丁晴橡膠等材料制成膜片。

2．2環(huán)境的影響

氮封閥設(shè)有通氣孔使得閥腔直接與大氣接觸。在沿海建設(shè)的煉化企業(yè)面臨海水腐蝕問題。大量的NaC1分子存在于大氣中，與空氣水霧形成弱酸性水溶液。由于氮封閥門通氣口與大氣相通，使得閥內(nèi)及閥表面附著水膜J，產(chǎn)生氧去極化反應(yīng)，造成閥體腐蝕，影響氮封閥的運(yùn)行。

以廣西石化公司現(xiàn)有氮封閥分析，采用的氮封閥體為A216一WCB的碳鋼材料，該種鋼材極易發(fā)生氧去極化腐蝕J。從腐蝕機(jī)理上講，參與大氣中金屬腐蝕失效過程的環(huán)境介質(zhì)主要是水分和氧。欽州地區(qū)環(huán)境相對濕度在90％以上，水汽達(dá)到飽和狀態(tài)，金屬表面可以吸附25層水分子。在室外金屬表面容易形成1—100m厚的可見水膜；而水膜厚度在10nm一1m、1m～1mm區(qū)域內(nèi)發(fā)生大氣腐蝕，可發(fā)生毛細(xì)凝聚、吸附凝聚、化學(xué)凝聚產(chǎn)生腐蝕。尤其化學(xué)凝聚是金屬表面上落上鈉鹽，水分在相對濕度80％時(shí)就會凝聚，由于有電解質(zhì)存在，更加劇金屬腐蝕。結(jié)果是材料銹蝕嚴(yán)重，造成閥門部件松動、阻塞等情況，從而導(dǎo)致氮封閥整體失效。

因此，在閥門材質(zhì)選用時(shí)，要考慮采用不銹鋼、合金、灰鑄鐵等。同時(shí)為了防止腐蝕，可在閥體內(nèi)進(jìn)行施以防腐劑涂料減緩消除腐蝕。

2．3安裝方式的影響

氮封閥的動作一般需設(shè)置回訊信號，其取壓點(diǎn)的位置確定要合理。企業(yè)在安裝氮封閥時(shí)為減少罐頂開孔等原因，將回訊信號取壓點(diǎn)與氮封排人點(diǎn)相連通。該設(shè)置可造成氮封閥動作時(shí)回訊壓力不準(zhǔn)。因此要將回訊信號取壓點(diǎn)的位置單獨(dú)設(shè)置且距離主閥10倍的距離為佳。

2．4使用方式的影響

為了節(jié)省投資，很多煉廠采用多罐共用一個(gè)氮封閥。如揚(yáng)子石化3臺二乙二醇罐、2臺三乙二醇罐各使用1臺自力式調(diào)節(jié)閥，雖然降低成本，但由于系統(tǒng)并聯(lián)，相應(yīng)增加了靜密封點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)保壓存在一定的困難J。不利于企業(yè)的本質(zhì)安全。因此，單罐使用氮封閥，可避免因多罐共用l臺氮封閥帶來的安全隱患。

自力式溫度調(diào)節(jié)閥一般用于溫度變化比較緩慢的場合J，不適用于溫度急劇變化的場合；當(dāng)介質(zhì)溫度超過140℃時(shí)，在控制管線安裝隔離罐；當(dāng)介質(zhì)溫度超過200時(shí)，除在控制管線安裝隔離罐，還應(yīng)在控制閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝散熱片；隔離罐應(yīng)高于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而低于閥前后接管J。

2．5儲罐氮封閥結(jié)構(gòu)

自力式壓力控制閥分直接作用式和帶指揮器操作式兩種。直接作用式在用做儲罐氮封閥時(shí)，由于動作由啟動膜片控制，閥前后壓差較大，造成精度不準(zhǔn)，控制不良，是實(shí)際操作中員工反映調(diào)解閥失控?zé)o法掌握其狀態(tài)的主要原因。解決方法需增加供氣降壓裝置，設(shè)減壓閥降低壓差并增大薄膜面積。儲罐氮封閥屬于帶指揮器操作式自力式閥。它可將公斤級的氮?dú)鈮毫抵燎良壒┏簝奘褂茫妶D2。

動作原理是：儲罐內(nèi)壓力降低，由大型執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥膜對儲罐壓力感應(yīng)。當(dāng)儲罐壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，彈簧推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥膜下行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)下行推開指揮器，負(fù)載壓力流人儲罐。當(dāng)負(fù)載壓力下降，入口壓力克服主彈簧的力打開主閥。

指揮閥相當(dāng)于二次間接調(diào)節(jié)(動態(tài)調(diào)整)，若直接通過一個(gè)主閥彈簧調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍很有限，但若通過指揮閥間接調(diào)節(jié)壓力，即由指揮器的二次卷邊膜片(卷邊增大了膜面積)感受壓力變化并對閥芯動作微調(diào)，壓力精度和流通性能均佳。

氮封閥動作主要靠主彈簧定壓，膜片的感應(yīng)動作完成。要實(shí)現(xiàn)氮封閥的可靠有效運(yùn)行，需加大膜片面積，提高其感應(yīng)度。但采用大型執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥膜，也要有限度，否則無限度增大閥膜面積，會造成氮封閥因瞬間供氣量大而閥門頻繁動作。為此應(yīng)考慮儲罐呼吸量確定閥膜面積并根據(jù)值限定閥門過流量。

3結(jié)語

氮封系統(tǒng)的失效原因涉及到儲存介質(zhì)、環(huán)境、氮封閥制作材料、選型尺寸等方面。在日常使用中要重點(diǎn)關(guān)注：

(1)儲存介質(zhì)的揮發(fā)性、化學(xué)性質(zhì)，要考慮介質(zhì)上游系統(tǒng)的操作條件。以此確定氮封閥的設(shè)定值。

(2)環(huán)境對氮封閥的影響：如沿海地區(qū)海水對閥體的腐蝕，潮濕地區(qū)大氣腐蝕。閥的材質(zhì)選取耐腐蝕材料。

(3)橡膠制品的限制條件：重點(diǎn)是橡膠制品的耐溫、耐腐蝕性(含耐溶劑性)。

(4)氮封系統(tǒng)的安裝要求：感應(yīng)管安裝距離進(jìn)氣管10倍管徑以上，要垂直于罐頂安裝。

(5)氮封系統(tǒng)的安裝形式要求：每臺儲罐對應(yīng)安裝獨(dú)立氮封系統(tǒng)。

(6)氮封閥的選用：考慮在滿足儲罐呼吸量的條件下，提高Cv值，從而增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥膜面積，進(jìn)而提高其感應(yīng)靈敏度。不建議使用直接式自力式調(diào)節(jié)閥用于氮封閥。

(7)儲罐氮封系統(tǒng)閥前后設(shè)壓力表，有條件可增按故障診斷表，達(dá)到員工可以明了的判斷及時(shí)自己解決氮封發(fā)的問題。

作    者：中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司/屈威

參考文獻(xiàn)：

[1]吳明等．油氣儲運(yùn)自動化[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：165一l70．

[2]張希鵬等．煉油工藝學(xué)[M]．北京石油工業(yè)出版社，1988：l17．

[3]李小剛等．金屬大氣腐蝕初期行為與機(jī)理[M]．北京：科學(xué)出版社，2009：．6—10．

[4]于福州．金屬材料的耐腐蝕性[M]．北京：科學(xué)出版社，1982：63—7O．

f5]武興華．自力式調(diào)節(jié)閥在氮封系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．揚(yáng)子石油化工，2007，22(4)：4—7．

[6]周劍．自力式調(diào)節(jié)閥的選擇[J]．石油化工自動化，2006，(3)：89．

[7]SH／T3007—2007石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．