石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案氮封系統(tǒng)是通過一套氮氣供給系統(tǒng)將低壓氮氣輸入固定頂罐的油氣空間，使罐內(nèi)氣相空間維持微正壓的狀態(tài)。在運行過程中，發(fā)現(xiàn)油罐氮封罐存在多個問題。針對問題產(chǎn)生的原因進行分析，制定解決方案。儲罐安裝呼吸閥和氮封閥的依據(jù)和目的，根據(jù)具體事故分析了拱頂油罐抽癟事故發(fā)生的原因，總結(jié)導(dǎo)致油罐抽癟事故的主要原因，并制定相應(yīng)的防護措施。
關(guān)鍵詞：氮封，油罐，解決方案
1、石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案概述
近年來，氮封設(shè)施在儲罐運行上得到廣泛的應(yīng)用。它主要起到兩個作用：
一是減少輕質(zhì)油品蒸發(fā)損失；二是起到隔絕空氣，防止罐內(nèi)形成混合爆炸氣體。具體到石腦油罐氮封設(shè)施的應(yīng)用主要是為了防止FeS自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體。
2、石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案氮封原理介紹
油品在儲運過程中，不可避免的存在油品揮發(fā)。在國內(nèi)大部分輕質(zhì)油罐主要采用了內(nèi)浮頂密封方式來降低油氣的揮發(fā)。由于輕質(zhì)油品本來易揮發(fā)的性質(zhì)，加之浮盤密封本身結(jié)構(gòu)的制約，導(dǎo)致不能*阻隔油氣揮發(fā)，于是在罐內(nèi)浮盤上方空間會充滿混合爆炸氣體。使油罐的安全運行存在重大隱患。特別對于盛裝高硫介質(zhì)的儲罐來說，F(xiàn)eS自燃導(dǎo)致罐內(nèi)起火或者爆炸的可能性是非常高的。因此在這種情況下，我們需要一種使儲罐密閉環(huán)境下安全運行的方式。氮封設(shè)施就是方法之一。2000 年10 月，某煉油廠的一個儲罐就是由于沒有做好氮封，導(dǎo)致FeS 在常溫下與氧氣接觸發(fā)生自燃，終造成儲罐起火，損失幾十萬元。
氮封系統(tǒng)是通過一套氮氣供給系統(tǒng)將低壓氮氣輸入固定頂罐的油氣空間，因氮氣的密度小于油氣，所以氮氣浮在油氣之上。當(dāng)罐內(nèi)氮氣壓力達到規(guī)定值時,調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，氮氣自動停止供 給。同樣，當(dāng)罐內(nèi)氮氣壓力低于下限值時,調(diào)節(jié)閥開啟，氮氣自動供給。在正常情況下限流孔板旁路保持連通，管線內(nèi)微量向罐內(nèi)補充氮氣，終使罐內(nèi)氣相空間維持微正壓的狀態(tài)。這種方式可以有效的避免罐外空氣進入罐內(nèi)，隔絕了氧氣與FeS的接觸。流程見圖1。
石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案規(guī)格及技術(shù)參數(shù)：
| 公稱通徑 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
| 額定Kv | 7 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 |
| 額定行程L（mm） | 8 | 10 | 12 | 20 | 22 | 25 | ||||
| 公稱壓力 | PN系列：1.6MPa 4.0MPa Class系列：Class150Lb 300Lb | |||||||||
| 固有流量特性 | 快開,修正線性 | |||||||||
| 正常工作時 閥門小壓差 | ≥0.2MPa | |||||||||
| 適用介質(zhì) | 非腐蝕性氣體(以氮氣為主) | |||||||||
| 使用溫度 | ≤80℃ | |||||||||
| 壓力調(diào)節(jié)范圍(KPa) | 0.14-2.0 1-6 5-10 9-15 12-19 18-25 22-30 28-35 32-40 38-50 48-60 58-72 70-100 | |||||||||
| 調(diào)節(jié)精度 | ±5% | |||||||||
| 允許泄漏量 | 硬密封: Ⅳ級;軟密封:Ⅵ級 | |||||||||
| 連接方式 | 法蘭式、焊接式、螺紋式 | |||||||||
| 閥體及閥蓋材質(zhì) | WCB、WC6、WC9、LCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M等特殊材料等 | |||||||||
| 填料 | "O"型圈(材質(zhì):丁橡膠、氟橡膠、耐油橡膠) | |||||||||
3、石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案石腦油罐氮封運行實際情況
氮封系統(tǒng)自2015年11月份投用以來運行基本保持正常，罐內(nèi)壓力維持在儲罐呼吸閥、氮封閥的安裝依據(jù)和目的根據(jù)國家標(biāo)準《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160-92)之規(guī)定:“甲、乙類液體的固定頂罐,應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥”。可見呼吸閥、阻火器是儲罐*的安全設(shè)施,是用來調(diào)節(jié)油罐內(nèi)外壓力平衡,降低油品損耗,保證儲罐運行安全的。
儲罐呼吸閥、氮封閥的安裝依據(jù)和目的根據(jù)國家標(biāo)準《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160- 92)之規(guī)定:“甲、乙類液體的固定頂罐，應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥”?？梢姾粑y、阻火器是儲罐*的安全設(shè)施，是用來調(diào)節(jié)油罐內(nèi)外壓力平衡，降低油品損耗，保證儲罐運行安全的。適用于安裝在儲存閃點低于28℃的甲類和小于60℃的乙類油品，如汽油、煤油、輕柴油、苯、甲苯、原油等及化工原料的儲罐上方。而氮封該系列閥門有供氮調(diào)節(jié)和泄氮調(diào)節(jié)兩種，能依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定壓力的目的。主要用于保持容器頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容器內(nèi)物料與空氣直接接觸，防止物料揮發(fā)、被氧化，以及容器的安全性；該系列氮封裝置特別適用于各類大型儲罐的氣封保護系統(tǒng)。
特點：減壓比大，可調(diào)范圍寬；壓力調(diào)節(jié)在一定范圍內(nèi)可更換彈簧滿足現(xiàn)場要求；采用無填料設(shè)計，無摩擦式活動組件；節(jié)能、動作靈敏、運行可靠、操作與維護方便。調(diào)節(jié)閥主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，以保護罐內(nèi)物料不被氧化，同時防止罐內(nèi)進入空氣形成爆炸性混合物。
儲罐呼吸閥適用于安裝在儲存閃點低于28℃的甲類和小于60℃的乙類油品,如汽油、煤油、輕柴油、苯、甲苯、原油等及化工原料的儲罐上方。而氮封調(diào)節(jié)閥主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制,以保護罐內(nèi)物料不被氧化,同時防止罐內(nèi)進入空氣形成爆炸性混合物。
1.13KPa以上（設(shè)計定壓值為1.2KPa）。已達到設(shè)計效果。但在運行過程中，我們逐漸發(fā)現(xiàn)石腦油氮封罐依然存在多個問題。以下我將逐步分析問題原因，并根據(jù)分析的結(jié)果討論解決問題可行的辦法。
3.1 油罐附件故障造成大量氮氣泄漏。密封點腐蝕嚴重，泄露點多，造成了氮氣浪費。
3.1.1 透光孔等附件的材質(zhì)無抗硫腐蝕的能力
目前根據(jù)檢查V252和V253罐體附件情況來看，發(fā)現(xiàn)兩臺罐的透光孔（每罐兩個DN500透光孔，共四個）的密封面均出現(xiàn)了較嚴重的腐蝕，密封效果非常差。這樣就造成氮封閥頻繁補氣的現(xiàn)象。我們分別對4個透光孔氣相泄漏量進行了測定，V252罐靠樓梯一側(cè)的透光孔泄露嚴重，大約為0.2m3/h。造成金屬腐蝕的根本原因就是石腦油中的H2S?？諝庵械乃魵饽Y(jié)成水滴，從油中析出的H2S溶于水滴中，再加上氧化作用，將造成化學(xué)腐蝕，生成硫化鐵、硫化亞鐵、硫酸，反應(yīng)式如下：
2Fe+2H2S+O2→2FeS+2H2O 4Fe+6H2S+3O2→2Fe2S3+6H2O
H2S+2O2→H2SO4
上述化學(xué)腐蝕的結(jié)果終形成了硫酸，而硫酸對鋼材有非常強的腐蝕性，因而加深了電化學(xué)腐蝕，這種因硫化氫造成的腐蝕是非常嚴重的，當(dāng)空氣中相對濕度等于或大于80%時，這種腐蝕現(xiàn)象更為嚴重。因此石腦油罐體附件應(yīng)盡量考慮抗硫腐蝕。
呼吸閥應(yīng)安裝在儲罐氣源的點，以降低物料蒸發(fā)損耗并保證提供儲罐呼吸直接和大的通道。對于立式罐，通常該閥應(yīng)盡量安裝在罐頂頂板范圍內(nèi)，對于罐頂需設(shè)隔熱層的儲罐、可安裝在梯子平臺附近。當(dāng)需要安裝兩個呼吸閥時，它們與罐頂中心應(yīng)對稱布置。若呼吸閥用在氮封罐上，則氮氣供氣管的接管位置應(yīng)遠離該閥接口，并由罐頂部插入儲罐內(nèi)約200mm，這樣氮氣進罐后不直接排出，達到氮封的目的個人認為：油品的儲罐必須裝有呼吸閥，氮封是必須的。因為收油送油液面上部的空間會發(fā)生變化，送油時空間變大氮氣可以進入不會形成負壓，但是收油時空間變小內(nèi)部氣體沒有排出的通道油罐就成為正壓會有什么后果呢
3.1.2 泡沫產(chǎn)生器玻璃破損造成氮氣大量損耗
泡沫產(chǎn)生器的玻璃是氮封罐所有的密封點中薄弱之處。由于氮封罐內(nèi)保持正壓，玻璃在罐內(nèi)壓力的作用下破碎。從2015年11月氮封開始投用，我們不定期上罐（V252和V253）檢查氮封罐附件情況。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)個別儲罐泡沫線的消防玻璃會出現(xiàn)破損。具體時間及檢查情況如下表1。
表1：泡沫產(chǎn)生器玻璃檢查情況
根據(jù)上表時間分析，基本上在6個月之內(nèi)都會有部分玻璃出現(xiàn)裂紋，此時氮氣泄漏量尚且不大。由此來看，對氮封玻璃的檢查和維護至少需要每半年一次。否則可能出現(xiàn)玻璃*破損，氮氣大量泄漏的情況。例如2016年5月20日我們發(fā)現(xiàn)氮氣用量過多，上罐檢查發(fā)現(xiàn)V252和V253罐玻璃均出現(xiàn)破損，氮氣大量從泡沫產(chǎn)生器中泄漏出來。當(dāng)天就造成了將近2000m3的氮氣損耗。由此看來，及時維護泡沫產(chǎn)生器的玻璃是非常有必要的。
3.1.3、氮封調(diào)節(jié)閥閥芯卡死造成氮氣浪費。
現(xiàn)如今我廠采用的氮封調(diào)節(jié)閥為自立式調(diào)節(jié)閥。它主要原理是罐內(nèi)壓力在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與閥門的彈簧產(chǎn)生的預(yù)緊力相平衡來改變閥芯的開和關(guān)的狀態(tài)，從而達到調(diào)節(jié)氮氣進出的作用。但閥芯一點被卡死，這種平衡即被打破。造成閥門失去作用。從2015年11月至今，氮封閥的閥芯已發(fā)生過3次卡死的情況，導(dǎo)致閥門一直無法關(guān)閉，氮氣不停地向罐內(nèi)補充。造成了大約20000m3氮氣損失。事后我們對閥門進行了解體清渣，發(fā)現(xiàn)渣子成分主要為繡渣，并且附著有少量水漬。 3.2、 從節(jié)能增效方面來分析。
石腦油罐氮封系統(tǒng)故障解決方案安裝要求：
①呼吸閥應(yīng)安裝在儲罐氣源的點,以降低物料蒸發(fā)損耗并保證提供儲罐呼吸直接和大的通道。對于立式罐,通常該閥應(yīng)盡量安裝在罐頂頂板范圍內(nèi),對于罐頂需設(shè)隔熱層的儲罐、可安裝在梯子平臺附近。
②當(dāng)需要安裝兩個呼吸閥時,它們與罐頂中心應(yīng)對稱布置。
③若呼吸閥用在氮封罐上,則氮氣供氣管的接管位置應(yīng)遠離該閥接口,并由罐頂部插入儲罐內(nèi)約200mm,這樣氮氣進罐后不直接排出,達到氮封的目的。
石腦油氮封設(shè)施自開始投用以來在一年半的時間已使用氮氣量超過60000m3（除去故障情況下的氮氣損壞）。雖然石腦油罐氮封設(shè)施是著眼于儲罐安全運行的考慮，但如此大的氮氣損耗量也給我們能耗達標(biāo)帶來了巨大的壓力和負擔(dān)。因此如何減少氮氣用量著實成為我們亟待探索的一個命題。根據(jù)《輕質(zhì)油罐隱患治理》的設(shè)計說明，氮封高壓報警壓力為1.4 KPa，高高報壓力為1.5 KPa；低壓報警壓力為0.8 KPa，低低報警壓力為-0.3 KPa。而設(shè)計上的指導(dǎo)壓力為1.2KPa。
從上述結(jié)果不難看出，其實氮封壓力的正常區(qū)間是在0.8KPa-1.4KPa之間。因此只要在這正常區(qū)間內(nèi)的壓力都符合設(shè)計要求。那么定壓值的高、低會不會影響氮氣的使用量？
我們分別將調(diào)節(jié)閥的定壓值設(shè)定為1.2KPa、1.0KPa和0.9KPa。讓氮封罐在每個壓力下分別運行30天，統(tǒng)計各個設(shè)定的壓力下氮氣損耗量，算出氮氣日平均損耗量。。注：為了保障數(shù)據(jù)的準確可靠，每次調(diào)節(jié)壓力后均保持
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