輕質油罐氮封閥故障如何解決

【資料簡介】

輕質油罐氮封閥故障如何解決氮封系統是通過一套氮氣供給系統將低壓氮氣輸入固定頂罐的油氣空間，使罐內氣相空間維持微正壓的狀態。在運行過程中，發現油罐氮封罐存在多個問題。由進氮閥和排氮閥及呼吸閥組成，主要用于保持容器頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容器內物料與空氣直接接觸，防止物料揮發、被氧化，以及容器的安全。該產品具有節能、動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點。廣泛應用于石油、化工等行業。針對問題產生的原因進行分析，制定解決方案。
關鍵詞：氮封，油罐，解決方案
1、輕質油罐氮封閥故障如何解決概述
近年來，氮封設施在儲罐運行上得到廣泛的應用。它主要起到兩個作用：
一是減少輕質油品蒸發損失；二是起到隔絕空氣，防止罐內形成混合爆炸氣體。具體到石腦油罐氮封設施的應用主要是為了防止FeS自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體。 2、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。在國內大部分輕質油罐主要采用了內浮頂密封方式來降低油氣的揮發。由于輕質油品本來易揮發的性質，加之浮盤密封本身結構的制約，導致不能*阻隔油氣揮發，于是在罐內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的儲罐來說，FeS自燃導致罐內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境下安全運行的方式。氮封設施就是方法之一。2000 年10 月，某煉油廠的一個儲罐就是由于沒有做好氮封，導致FeS 在常溫下與氧氣接觸發生自燃，終造成儲罐起火，損失幾十萬元。
氮封系統是通過一套氮氣供給系統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。當罐內氮氣壓力達到規定值時,調節閥關閉，氮氣自動停止供 給。同樣，當罐內氮氣壓力低于下限值時,調節閥開啟，氮氣自動供給。在正常情況下限流孔板旁路保持連通，管線內微量向罐內補充氮氣，終使罐內氣相空間維持微正壓的狀態。這種方式可以有效的避免罐外空氣進入罐內，隔絕了氧氣與FeS的接觸。流程見圖1。

當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當罐內壓力升至高于泄氮裝置壓力設定值時，泄氮裝置即排氮閥打開，向外界釋放氮氣，使罐內壓力下降，降至泄氮裝置壓力設定點時，排氮閥自動關閉。
　　當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降低，供氮裝置進氮閥開啟，向儲罐注入氮氣，使罐內壓力上升，當罐內壓力上升至進氮閥自動關閉。

3、輕質油罐氮封閥故障如何解決石腦油罐氮封運行實際情況
氮封系統自2015年11月份投用以來運行基本保持正常，罐內壓力維持在1.13KPa以上（設計定壓值為1.2KPa）。已達到設計效果。但在運行過程中，我們逐漸發現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，并根據分析的結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無抗硫腐蝕的能力
目前根據檢查V252和V253罐體附件情況來看，發現兩臺罐的透光孔（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。
空氣中的水蒸氣凝結成水滴，從油中析出的H2S溶于水滴中，再加上氧化作用，將造成化學腐蝕，生成硫化鐵、硫化亞鐵、硫酸，反應式如下：
上述化學腐蝕的結果終形成了硫酸，而硫酸對鋼材有非常強的腐蝕性，因而加深了電化學腐蝕，這種因硫化氫造成的腐蝕是非常嚴重的，當空氣中相對濕度等于或大于80%時，這種腐蝕現象更為嚴重。因此石腦油罐體附件應盡量考慮抗硫腐蝕。
3.1.2 泡沫產生器玻璃破損造成氮氣大量損耗
泡沫產生器的玻璃是氮封罐所有的密封點中薄弱之處。由于氮封罐內保持正壓，玻璃在罐內壓力的作用下破碎。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。經過檢查發現個別儲罐泡沫線的消防玻璃會出現破損。具體時間及檢查情況如下表1。
表1：泡沫產生器玻璃檢查情況
序號 檢查時間 損壞情況 V252和V253罐玻璃均破損（4塊），消防玻璃出現裂紋，氮氣從裂縫中泄漏出來，泄漏量較小，未進行更換 V252和V253罐玻璃均出現破損，氮氣泄漏量較大，當天更換了玻璃。
4 2016年11月30日 V252玻璃出現裂紋（共1塊），氮氣泄漏量較小，當天更換了玻璃。 V252和V253罐玻璃出現裂紋（2塊），氮氣泄漏量較小。當天進行了更換。
5 2017年04月14日 2015年11月11日氮封次投用調試時，玻璃*破損，氮氣大量泄漏，罐內無法穩壓。之后我們不定期（大約每次間隔4-6個月）上罐檢查一次泡沫產生器。

根據上表時間分析，基本上在6個月之內都會有部分玻璃出現裂紋，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。否則可能出現玻璃*破損，氮氣大量泄漏的情況。例如2016年5月20日我們發現氮氣用量過多，上罐檢查發現V252和V253罐玻璃均出現破損，氮氣大量從泡沫產生器中泄漏出來。當天就造成了將近2000m3的氮氣損耗。由此看來，及時維護泡沫產生器的玻璃是非常有必要的。

3.1.3、氮封調節閥閥芯卡死造成氮氣浪費。
現如今我廠采用的氮封調節閥為自立式調節閥。它主要原理是罐內壓力在檢測元件上產生一個作用力與閥門的彈簧產生的預緊力相平衡來改變閥芯的開和關的狀態，從而達到調節氮氣進出的作用。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，氮封閥的閥芯已發生過3次卡死的情況，導致閥門一直無法關閉，氮氣不停地向罐內補充。造成了大約20000m3氮氣損失。事后我們對閥門進行了解體清渣，發現渣子成分主要為繡渣，并且附著有少量水漬。

3.2、 從節能增效方面來分析。

氮封閥(氮封裝置)無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源，引入壓力閥的指揮器以控制壓力閥芯位置，改變流經閥門介質流量，使閥門后端壓力保持恒定。氮封閥主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，以保護罐內物料不被氮化及儲罐安全。也可用于工業燃燒爐控制系統。

　　工作原理：
　　當氮封閥關閉時，主閥的活塞是在一個密封室內，當儲罐壓力等于或大于設定的壓力時，膜片就被向上頂起，氣導閥在彈簧的作用下向上移動，把氣導閥上的密封圈緊緊壓在閥座上，關閉了控制氣的進口，同時特殊閥芯室的壓力增加并接近氮氣總管的壓力，此壓力通過內部通道，從特殊閥芯室傳到主閥閥芯室。主閥的活塞就處于氮氣總管壓力的作用，由于主閥閥芯上、下所受氣體壓力平衡，所以主閥閥芯在自重和彈簧的作用下將閥門緊密關死。
石腦油氮封設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帶來了巨大的壓力和負擔。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《輕質油罐隱患治理》的設計說明，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。而設計上的指導壓力為1.2KPa。

從上述結果不難看出，其實氮封壓力的正常區間是在0.8KPa-1.4KPa之間。因此只要在這正常區間內的壓力都符合設計要求。那么定壓值的高、低會不會影響氮氣的使用量？
我們分別將調節閥的定壓值設定為1.2KPa、1.0KPa和0.9KPa。讓氮封罐在每個壓力下分別運行30天，統計各個設定的壓力下氮氣損耗量，算出氮氣日平均損耗量。注：為了保障數據的準確可靠，每次調節壓力后均保持