輕苯槽安全技術改造研究

【摘 要】氮氣為惰性氣體，相對于苯蒸氣較輕，往槽內通入氮氣，并保持一定的壓力，使槽內空間充滿氮氣，當槽內壓力低于設定壓力，補充氮氣，當槽內壓力高于設定值時，呼出氮氣，油槽靜壓及呼吸進出均為氮氣。氮封閥依靠自身壓力的變化進行工作，不消耗電能。改造后，在提高油槽安全性，改善周邊環境的同時，降低了輕苯的損耗，產生了良好社會效益與經濟效益。

【關鍵詞】輕苯槽；安全；改造

焦化廠綜合油庫做為焦化液體化產品集中接收、貯存、發運的危險場所，對安全生產工作有著嚴格的要求，被列為A級危險源。輕苯槽是油庫最大，也是安全要求最高的一類貯存設施，它所貯存的輕苯產品，易燃、易爆、易揮發、易中毒。研究其安全特性，實現有效控制的關鍵在于其揮發的控制。

一、問題分析

在儲運過程中，輕苯的蒸發損耗是一個無法避免而又急需解決的問題，同時也帶來了安全、環保等問題。要想解決好安全、環保問題，首先要解決好輕苯的蒸發損耗問題，輕苯在儲存過程中可分為自然風損耗、“大呼吸”損耗、“小呼吸”損耗，其規律是：溫度越高，蒸發越快，損耗越大；壓力越高，蒸發越慢，損耗越小。（1）自然通風損耗。該損耗主要由于儲槽不嚴密造成的。如果儲槽頂部有縫隙或砂眼，而且它們又不在一個高度上，從而引起自然對流造成自然通風損耗。在外界有風的情況下，由于儲槽周圍壓力分布不均勻，迎風面壓力高，背風面壓力低，自然通風損耗將更加嚴重。自然通風損耗多發生在儲槽破損、頂板腐蝕、消防系統泡沫發生器玻璃破損、呼吸閥未安裝閥盤、液壓安全閥未裝油封或油封被吹掉、量油口、透光孔未封嚴實等情況下。因此，只要加強管理，及時維修，提高儲槽完好率，自然通風損耗是可以避免的。（2）“大呼吸”損耗。儲槽收油時，隨著油面上升，氣體空間有混合氣體受到壓縮，壓力不斷升高，當槽內混合氣體的壓力上升至呼吸閥的控制壓力時，壓力閥盤打開，呼出混合氣體。油槽發油時，隨著油面下降，氣體空間壓力降低，當氣體空間壓力降至呼吸閥的控制真空度時，真空閥打開，吸入空氣。吸入的空氣稀釋、降低了混合氣體濃度，加速油品的蒸發，因而發油結束后，槽內氣體空間壓力迅速回升，直至打開壓力閥盤，呼出混合氣。這種油品在收、發作業中，由于油面的高度變化而造成油品損耗稱為動液面損耗，又稱之為“在呼吸”損耗。（3）“小呼吸”損耗。儲槽未進行收、發油作業時，油面處于靜止狀態，油品蒸氣充滿儲槽氣體空間，日出之后，隨著大氣溫度升高和太陽輻射強度增加，槽內氣體及油面溫度上升，氣體空間的混合氣體膨脹而且油品加劇蒸發，從而使混合氣體的壓力增加。當槽內壓力達到呼吸閥的控制壓力時，呼吸閥的壓力閥盤打開，油蒸氣隨著混合氣體呼出槽外。午后，隨著大氣溫度降低和太陽輻射強度減弱，槽內氣體空間和油面溫度下降，氣體空間的混合氣體體積收縮，甚至伴有部分油氣冷凝，因此氣體空間壓力降低。當槽內壓力降低至呼吸閥的控制真空度時，呼吸閥的真空閥盤打開，吸入空氣。此過程雖未有油氣逸出大氣，但由于吸入的空氣稀釋、降低了氣體空間油氣濃度，促使油品加速蒸發，其結果不僅削弱了溫降使槽內壓力降低的幅度，同時也使氣體空間的油氣濃度迅速回升，新蒸發出來的油氣又將隨著次日溫升，呼出透入大氣。這種在儲槽靜止儲油時，由于槽內氣體空間溫度和油氣濃度的晝夜變化而引起循環風機將冷卻焦炭的惰的損耗稱為靜止儲存損耗，又稱之為“小呼吸”損耗。目前雖然采用多種措施，諸如噴淋冷卻、呼吸閥裝擋板、提高儲槽承壓能力等取得了一定的效果，但并不理想。

二、措施研究

當前的控制方式有降溫控制、呼吸閥控制、呼吸閥加阻火器控制，氮封控制。降溫控制是通過在槽頂裝設噴淋設施來降低槽體和液體溫度以減少液體的揮發；呼吸閥控制是通過裝設能保持一定壓力呼吸閥以減少液體的揮發；呼吸閥加阻火器控制是在呼吸閥控制的基礎上，為提高槽的安全性，在呼吸閥上裝設阻火器；氮封控制是通過往槽體里氮氣，來提高其安全性及減少液體的揮發，氮封控制技術是當前一種先進的控制技術。氮氣密封技術就是用氮氣補充槽內氣體空間，由于氮氣比油氣輕，所以氮浮在油氣上面，當呼氣時，呼出槽外的是氮氣而不是油蒸氣。當槽內壓力降低時，氮氣自動進槽補充氣體空間，減少蒸發損耗，避免油品接觸氧化，也避免油氣與空氣形成爆炸氣體。

氮封系統主要由氮封閥、信號閥、減壓閥和針形閥等部分組成。（見圖1）氮氣密封技術的關鍵是氮閥，氮封閥的工作原理是：當儲槽內壓力低于設定值時，信號閥打開，降低氮封閥膜下側壓力，氮封閥相應打開，將氮氣通入槽內，使槽內壓力逐漸回升到設定值。當達到設定值時，信號閥關閉，氮封閥膜下側壓力上升，氮封也相應關閉，如槽內壓力高于設定值時，儲槽的呼吸閥打開，呼出槽內氣體，槽內壓力下降至設定值。

三、技術改造

綜合油庫現在采用的是噴淋+呼吸閥+阻火器組合控制的方式，這種方式也是一種常見的有效控制方式。這種控制方式的缺點是：一是苯蒸汽的呼吸量沒有減少；二是對環境的影響消減不大；三是槽內的空氣與苯蒸氣形成的爆炸氣體危險沒有消除。綜合油庫的輕苯槽為固定頂蓋式儲槽，在不改動原設施的基礎上，在槽頂裝設氮封系統。改造中系統采用了簡單設計，除關鍵設備外，各種閥門、壓力表、管材采用替代品，以降低材料備件費用。施工安裝、調試全部自主完成，以節約人工費用及施工費用等。氮封系統的氮封閥選用ZZHP型指揮器操作自力式微壓調節閥，其由指揮器、調節閥、執行機構和閥后接管四部分組成。（見圖2）

工作原理：介質以所示箭頭方向進入閥體，一路經過濾減壓器減壓后的壓力被引入指揮器；另一路通過閥芯、閥座，節流后的壓力流向閥后，并通過導壓管引入指揮器執行機構。當閥后壓力高于設定壓力時，其壓力作用在指揮器薄膜有效面上產生一個推力帶動指揮器閥芯關閉，切斷引入主閥執行機構膜室中的壓力，使主閥閥芯關閉，閥后壓力隨之降低。當閥后壓力低于設定值時，由于指揮器主彈簧的反作用力打開指揮器閥芯，閥前壓力又被引入主閥執行機構膜室產生推力，使主閥閥芯打開，閥后壓力隨之升高。如此往復，保持閥后壓力為設定值。技術創新點：在氮閥控制系統中增加一個自立式泄壓閥，此泄壓閥與氮封閥配套使用，其壓力設定略高于氮封閥后設定壓力，小于呼吸閥的設定壓力。正常情況下，氮封閥起進氣的作用，泄壓閥起呼氣的作用，當氮封閥和泄壓閥任何一個發生故障時，呼吸閥作為應急設施將起到呼吸保護的作用。

四、使用效果

投用前要對先對槽內充滿氮氣，并將管線內雜質吹掃干凈。呼吸閥的保壓能力設定為2000pa，泄壓閥的壓力設定可高于呼吸也可低于呼吸閥，這里選擇的是低于呼吸閥的設計為1900pa，所以系統的保壓能力為1900pa。氮封閥的補氣壓力應略低于保壓能力，氮封閥設計充氮壓力為1800pa。如果想提高保壓能力，可以將泄壓閥的設定為2100pa，調整比較簡單。經過使用，操作容易，效果明顯。當槽內壓力低于1800pa時，氮封閥啟動，往槽內注入氮氣。當槽內壓力大于1900pa時，泄壓閥啟動呼出氮氣。使用氮封后，槽內氣體空間是油氣和氮氣，因而不會形成混合性爆炸氣體。由于氮氣比油氣輕，浮在渥蒸氣的上面，因此向外呼氣時，主要是呼出氮氣。吸氣時，氮氣會自動快速補進槽內，提高槽內壓力，有效地抑制油品蒸發。此設施投用后，大大降低了油品的呼吸損耗。（1）氮封系統的日常維護與點檢比較簡單，表現如下：一是初次使用前將管道沖掃干凈；二是每天檢查壓力表是否在有效范圍內；三是檢查有無漏氣或堵塞情況，并適當處置。（2）氮封失效分析：一是在使用初期，發現氮封不保壓，經檢查發現是消防泡沫發生器密封玻璃損壞造成，安裝后正常；二是使用中，發現氮封不保壓，經檢查為呼吸閥損壞，造成常開，更換后解決；三是運行中，發現不保壓，經檢查發現罐體腐蝕有漏點，經處理恢復。（3）存在的問題及解決：一是因為罐體防腐工作常年缺失，罐體銹蝕現象嚴重，對氮封的影響較大，下一步要進行防腐、防漏處理；二是由于設計簡單，沒有遠程控制功能，需到現場操作和檢查，下一步可增加遠程控制，改由中控室操作。

五、結語

2011年在焦炭產量減少10萬噸，化產生產原料減少的不利條件下，輕苯產量不降反升，一方面表明輕苯收率的提高，另一方面表明輕苯的損耗也減少了。根據測算，輕苯槽呼吸量每天超過100立方米。氮封控制投用后每年可減少100多噸的苯蒸氣損耗，經濟效益和社會效益十分明顯。（1）經濟效益：油槽呼吸有大、小呼吸之分，忽略不計小呼吸的量，大呼吸每天要進行100立方米的呼吸。苯蒸氣的比重為2.77kg/m3，每天減少輕苯損耗為：100×2.77=277（kg）；每年減少輕苯損耗為：365×277=101105（kg）；按6500元/噸的輕苯價格計算，每年增加效益為：6500×101.105=657182.5（元）。（2）社會效益：一是提高了綜合油庫本質化安全水平，保證了安全生產；二是減少苯蒸氣的揮發36500立方米/年，為環境保護作出了貢獻。隨著安鋼焦化的建設發展，2012年將建成和新增150萬噸的焦炭產能，使焦炭總產能達到450萬噸的規模，此項改造將會產生更加積極的作用。

參 考 文 獻

[1]肖馳.輕質油儲罐應用氮封技術的重要意義[J].石油化工安全技術.2004，20（6）