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            儲罐氮封系統失效原因分析post Time:2021/04/161272

            摘要:儲罐氮封系統是利用氮氣在封閉的儲罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置,目的是防止儲罐內儲存介質與空氣中的氧氣接觸,使之與外界隔絕,防止產品的氧化變質,另外通過保持儲罐的微正壓避免罐頂及罐壁變形。但是,氮封系統使用過程中會出現失效情況。這就要通過對氮封系統保護的介質性質、氮封系統安裝、氮封閥結構和材質、環境等方面進行分析,從而采用最佳的方案,確保氮封系統完好運行。

            關鍵詞:自力式調節閥氮封閥氟橡膠腐蝕金屬結構相對濕度

             

            1儲罐氮封系統

            儲罐氮封系統:由自力式調節閥、前后壓力表、附屬管路組成。主要設備是自力式調節閥,該閥是一種無需外加驅動能源,倚靠被測介質自身的能量,按設定值進行自動調節的裝置。它集變送器、控制器及執行機構的功能于一體。按被控參數可分為自力式壓力(壓差)、自力式液位和自力式溫度調節閥。氮封閥為自力式壓力(壓差)調節閥,詳見圖1.

            2原因分析及應對措施

            在使用氮封系統過程中,會出現補充不進氮氣、氮封閥失效等現象。廣西石化在投產開工后一年多時間,在不同介質儲罐上的儲罐氮封閥相繼出現多起失效的情況。即儲罐氮封閥不動作等,經過分析研究找出了影響因素和應對措施。

            21儲存介質的影響

            (1)儲存輕質油品產品的影響。儲罐設計選用標準中,儲罐呼吸閥選用(SYT05111996石油儲罐呼吸閥)僅有3個壓力等級,分別為(+355~-295Pa;+980-295Pa;+176~-295Pa)。由于煉廠生產不可避免的波動,會出現儲罐內儲存的輕質油品飽和蒸汽壓力較高,大于氮封閥補充壓力設定值,氮氣無法補人。

            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為初餾點溫度,對塔頂氣不設控制指標,只對塔頂氣冷后溫度進行控制。這就出現了為降低塔頂氣產率,給送料罐加壓,將塔頂氣經壓縮機打回石腦油,吸收后才將石腦油送人儲罐;同時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氣液分離,大量的氣態存于儲罐上部空間,形成的氣體壓力大于儲罐呼吸閥正壓(1kPa)。油氣通過呼吸閥呼出,達到呼吸閥正壓值以下,呼吸閥關閉,但罐內的油氣壓力高于氮封閥補氣壓力,無法實現正常補氮。

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

            (2)儲存化工產品的影響。由于氮封閥內件直接接觸儲罐內介質,氮封閥中的閥膜片采用橡膠材質。儲存介質如苯類物質對橡膠制品影響較大。氮封閥為一整體設計時,只提出呼吸量的要求,往往在采供環節被忽略。

            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,密封等級可達到VI級,金屬膜片最多只能達到IV(參考美國ANSIB16104197標準);壓力感應更靈敏,適用于微壓感應;流量調節性能更好。

            2)不同的儲存介質,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,但實際應用中,頻繁動作的膜片,橡膠與金屬相比,出現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-4082)、三元乙丙橡膠(EPDM,-40~82)、全氟橡膠(FFKM,-18218)、氟橡膠(Fluorinerubber,-18149)等。

            綜合考慮4種橡膠的特點,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。

            22環境的影響

            氮封閥設有通氣孔使得閥腔直接與大氣接觸。在沿海建設的煉化企業面臨海水腐蝕問題。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,使得閥內及閥表面附著水膜J,產生氧去極化反應,造成閥體腐蝕,影響氮封閥的運行。

            以廣西石化公司現有氮封閥分析,采用的氮封閥體為A216WCB的碳鋼材料,該種鋼材極易發生氧去極化腐蝕J。從腐蝕機理上講,參與大氣中金屬腐蝕失效過程的環境介質主要是水分和氧。欽州地區環境相對濕度在90%以上,水汽達到飽和狀態,金屬表面可以吸附25層水分子。在室外金屬表面容易形成1100m厚的可見水膜;而水膜厚度在10nm1m、1m1mm區域內發生大氣腐蝕,可發生毛細凝聚、吸附凝聚、化學凝聚產生腐蝕。尤其化學凝聚是金屬表面上落上鈉鹽,水分在相對濕度80%時就會凝聚,由于有電解質存在,更加劇金屬腐蝕。結果是材料銹蝕嚴重,造成閥門部件松動、阻塞等情況,從而導致氮封閥整體失效。

            因此,在閥門材質選用時,要考慮采用不銹鋼、合金、灰鑄鐵等。同時為了防止腐蝕,可在閥體內進行施以防腐劑涂料減緩消除腐蝕。

            23安裝方式的影響

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

            24使用方式的影響

            為了節省投資,很多煉廠采用多罐共用一個氮封閥。如揚子石化3臺二乙二醇罐、2臺三乙二醇罐各使用1臺自力式調節閥,雖然降低成本,但由于系統并聯,相應增加了靜密封點數,系統保壓存在一定的困難J。不利于企業的本質安全。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。

            自力式溫度調節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;當介質溫度超過140℃時,在控制管線安裝隔離罐;當介質溫度超過200時,除在控制管線安裝隔離罐,還應在控制閥與執行機構之間加裝散熱片;隔離罐應高于調節閥的執行機構而低于閥前后接管J。

            25儲罐氮封閥結構

            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,由于動作由啟動膜片控制,閥前后壓差較大,造成精度不準,控制不良,是實際操作中員工反映調解閥失控無法掌握其狀態的主要原因。解決方法需增加供氣降壓裝置,設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。它可將公斤級的氮氣壓力降至千帕級供常壓儲罐使用,見圖2。

            動作原理是:儲罐內壓力降低,由大型執行機構閥膜對儲罐壓力感應。當儲罐壓力低于設定壓力時,彈簧推動執行機構閥膜下行。執行機構下行推開指揮器,負載壓力流人儲罐。當負載壓力下降,入口壓力克服主彈簧的力打開主閥。

            指揮閥相當于二次間接調節(動態調整),若直接通過一個主閥彈簧調節,調節范圍很有限,但若通過指揮閥間接調節壓力,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,壓力精度和流通性能均佳。

            氮封閥動作主要靠主彈簧定壓,膜片的感應動作完成。要實現氮封閥的可靠有效運行,需加大膜片面積,提高其感應度。但采用大型執行機構閥膜,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。為此應考慮儲罐呼吸量確定閥膜面積并根據值限定閥門過流量。

            3結語

            氮封系統的失效原因涉及到儲存介質、環境、氮封閥制作材料、選型尺寸等方面。在日常使用中要重點關注:

            (1)儲存介質的揮發性、化學性質,要考慮介質上游系統的操作條件。以此確定氮封閥的設定值。

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

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

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

            (5)氮封系統的安裝形式要求:每臺儲罐對應安裝獨立氮封系統。

            (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,從而增大執行機構閥膜面積,進而提高其感應靈敏度。不建議使用直接式自力式調節閥用于氮封閥。

            (7)儲罐氮封系統閥前后設壓力表,有條件可增按故障診斷表,達到員工可以明了的判斷及時自己解決氮封發的問題。

            作    者:中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司/屈威

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