苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案

某公司對貯存苯等高毒物的貯罐實施了尾氣治理改造，采用 “冷凝+吸附” 技術對尾氣進行回收，氣體達標后排放。裝置設計規模為 400Nm³/h。本文對該該裝置使用及改造進行跟蹤，為類似裝置的改造提供經驗。某企業有6臺3000m³內浮頂罐，其中4臺用于收貯苯，2臺用于收貯鄰二甲苯，最高收料量為200 Nm³/h。2019年起，企業進行了有毒物貯罐尾氣環保治理工作。取消貯罐側壁呼吸耳孔，增加氮封裝置及泄放人孔，回收并處理呼吸閥排出口的氣體。經持續對該企業6臺貯罐進行跟蹤監測，改造后，該部分貯罐大小呼吸排出氣體到達國家排放標準。



氮封裝置的作用是防止儲罐揮發性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮氣在罐內保持一定的壓力，氮封閥是設在罐頂的。氮封裝置取壓點的介質經導壓管引入檢測機構，反饋結構的設計使得介質直接經閥蓋進入檢測機構，在罐頂的罐呼吸閥能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作。　　



　　在流量控制方面每個閥門都配有控制流量百分比的固定板孔，氣體密封系統的每個閥門尺寸根據氣體流量表排列，根據提供的穩定氣體壓力計算適應特定需要氣體密封的流量。氮封閥中的氮氣可以起到置換裝置介質、平衡系統的壓力等功能，用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，一般的氮氣壓力是常壓，主要作用    
        一是在于減少揮發，如苯罐，二是防止介質與空氣的反應，如堿罐，防止儲罐內物料與氧接觸會氧化或發生化學反應；還有可以稀釋呼出氣體的濃度。進罐壓力一般減壓至1bar。適用于各類大型儲罐的氣封保護系統，運行可靠，并廣泛適用于石油、化工等行業。



一、苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案冷凝吸附裝置情況

該貯罐的尾氣處理裝置采用冷凝吸附技術，前端采用了三級串聯深冷技術后端采用活性炭吸附技術。三級深冷溫度可達-55℃，C4及以上組份的有機物及水份均能液化。因苯在15.7℃凝結及水在0℃凝結的物理性質，該尾氣裝置的冷凝處理單元采用雙通道設計。流道A運行時，伴隨運行時長增長，氣體物質逐步凝結，流通阻力增加，流通阻力與運行時長成正比，最終出現流道堵死情況。為此增設流道切換系統。在A流道運行一定時長后，系統流道切換至B運行，同步流道A利用機組散發的熱進行熱熔處理，去除掉凝固的苯及水份，確保了裝置長時間穩定運行。

后端活性炭吸附部分采用煤基活性炭。煤基活性碳具有孔隙結構發達和大比表面積特性，吸附能力強，化學穩定性和熱穩定性好，能經受水浸、高溫和高壓的作用，失效后可以再生，且不溶于水和有機溶劑的等優點。吸附時采用常壓吸附，真空脫附方式。單元內并聯設置兩塔，切換進行吸附/脫附操作。



苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案主要參數及主要性能指標見表一 表一

公稱通徑DN（mm）	20			25	40			50	80		100	150
閥座直徑（mm）	6	15	20	25	32	40		50	65	80	100	125	150
額定流量系數Kv	0.32	5	8	11	20	30		48	75	120	190	300	480
壓力調節范圍KPa	0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、
公稱壓力PN（MPa）	1.6
被調介質溫度（℃）	-5～+100
流量特性	快開
調節精度（%）	≤±5
執行機構有效面積（cm2）	100						200		280			400
信號接口	內螺紋M10×1											M16X1

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案壓力調節范圍見表二 表二

壓力調節范圍（KPa）	指揮器膜室 有效面積（cm2）	執行機構膜室 有效面積（cm2）	使用閥門口徑（mm）
0.1～0.5	1200	100	20～32
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	200	40～50
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	400	65～100
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400
0.1～0.5	1200	600	125～150
0.4～5.0	600
4.0～12.0	400

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案主要零件材料見表三 表三



零 件 名 稱	材 料
氣動薄膜式執行機構，指揮器	組合件
閥體，閥蓋	ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
推桿，閥桿	2Cr13，1Cr18Ni9
閥座	1Cr18Ni9Ti
閥芯（軟密封）/填料	聚四氟乙烯
波紋膜片	丁腈橡膠夾增強滌綸織物
彈簧	1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn


 

 

■苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案外形尺寸見表四、圖二 表四 單位：mm



公稱 通徑	L	B	H1	H
				A=1200 cm2	A=600 cm2	A=400 cm2
				壓力調節范圍（KPa）
				0.1～0.5	0.4～5.0	0.5～7
20	150	383	53	605	554	554
25	160		58	605	554	554
32	180	512	70	615	564	564
40	200		75	640	589	589
50	230	603	83	655	604	604
65	290	862	93	722	671	671
80	310		100	738	687	687
100	350	1023	110	755	704	704
125	400	1380	125	918	867	867
150	480		143	1.25	974	974

注：1）標準法蘭連接形式PN16為凸面，連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84，鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94，閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶標準制造，如：ANSI，JIS，DIN等標準。
2）接管根據用戶需要配置



 

■苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案產品重量見表五 表五 單位：Kg

公 稱 通 徑（mm）	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150
A=400cm2	18	18	25	27	40	55	80	108	130	150
A=600 cm2	20	20	27	30	45	60	86	115	140	160
A=1200 cm2	22	22	30	34	50	66	92	120	150	170

二、裝置尾氣排放指標情況

冷凝吸附尾氣處理裝置投用前，各貯罐罐頂氣監測發現氣體濃度均超過行業排放標準，見下表。

表1儲罐 G-303/304/305 罐頂氣物料含量測定數據

貯罐號	介質	罐頂濃度mg/m3	貯罐形式	容積m3	有無氮封
G303	苯	494	拱頂罐	3000	有氮封
G304	苯	50	拱頂罐	3000	有氮封
G305	鄰二甲苯	350	拱頂罐	3000	無氮封

表 2 涉苯儲罐現場總烴測定數據

貯罐號	介質	罐頂濃度mg/m3	貯罐形式	容積m3	有無氮封
G301	苯	4881	拱頂罐	1000	有氮封
G306	鄰二甲苯	873	拱頂罐	1900	無氮封

  

冷凝吸附尾氣處理裝置投用后，排放的尾氣監測數據見下表。

表2冷凝吸附裝置尾氣排口檢測情況

監測日期	采樣點名稱	非甲烷總烴實測濃度：mg/m3	苯（mg/m3）	鄰二甲苯（mg/m3）
2023.1.10	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.95	0	0
2023.2.13	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.27	0	0
2023.3.8	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	5.50	0	0
2023.4.17	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	1.58	0	0
2023.5.8	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	0.66	0	0
2023.6.6	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	2.02	0	0
2023.7.3	LX300尾氣處置裝置排放筒出口	2.46	0	0

以上監測結果由專業監測站提供，歷次監測數據均符合中國石化內控指標和江蘇省地方的規定，即尾氣排放標準：非甲烷總烴 ≤50mg/ m³（去除效率≥97%）、苯含量≤2mg/ m³、甲苯≤8mg/ m³、二甲苯≤10mg/ m³。 



三、苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案冷凝吸附裝置在運行中曾出現的問題

1.三級蒸發器通道堵塞故障。

   該冷凝吸附裝置初始運行時，出現了兩次通道堵塞現象。一次發生在三級蒸發器A通道，一次發生在一級蒸發器B通道。兩次故障均發生在清晨7:00-9：00時間段。由于該企業地處北緯31°14-32°27，初春季節7:00附近開始日出，太陽光開始直射在貯罐表面，貯罐小呼吸量迅速升高，此時正值貯罐收料高峰期，大小呼吸同時作用，貯罐呼吸閥排出量迅猛增加。故障記錄顯示此時氣量達586Nm3/h，超過設計量400Nm3/h，變頻的羅茨風機頻率達到50Hz，風機出口達到23kPa。由此判斷在高流量高壓作用下，蒸發器在儲液罐內的管線液封失效，氣體從一級蒸發器凝液排口管線串入儲液罐，翻滾的液位及壓力作用下，凝液在又通過三級蒸發器凝液排口管線倒回三級蒸發器中，遇三級的低溫，凝液在管道內凝結，造成通道冰堵。

同時，大量的氣體涌入冷凝機組，凝固在通道內的物料增多，冰層加厚，需要大量的熱源，機組在投用初期，追求低溫深冷效果，熔霜閥開度為50%，不足以將大量的物料及水的冰層融化，長久的積累也導致了通道堵塞，



苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案解決措施：

（1）調整羅茨風機相關比例積分參數，讓風機調節平緩，進冷凝機組最大尾氣量控制在約370~400Nm³/h，既保證了氣量能處理，也保證了貯罐壓力平穩，不再是機組忽停忽啟動。

（2）將三級制冷融霜線手閥開大，由50%調整至60%，提高融霜效果，確保一個熔霜周期內霜層融化。

（3）調整三級蒸發器A、B通道融霜參數，將原三級蒸發器通道溫度由-30℃至-75℃調整至-15℃至-55℃，既保證了冷凝效果，也補償了回溫熔霜的熱量。



2.苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案凝油管回油故障

機組連續穩定運行了一個月后，再次出現聯鎖停機。檢查發現機組的貯油罐液位294mm,儲油罐三級下油管埋入油位中，在機組尾氣壓力作用下，貯油罐的油返灌到三級蒸發器中，引起機組停機。

解決方法：

（1）將原三級蒸發器下油口管線由250mm，縮短為150mm。

（2）將儲油罐液位控制由＜300mm調整為＜200mm。



3. 苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案修正了緩沖罐壓力設定值確故障

冷凝吸附裝置緩沖罐入口管線與儲油罐氣相設有氣相平衡流程。裝置投用時緩沖罐壓力設定為微正壓，在貯氣罐高壓時，高壓傳遞到儲油罐，凝油在回油管內回流，遇到低溫的三級蒸發器，加劇冰堵情況。

苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案儲油罐氣相平衡管連通緩沖罐入口管線

（1）調整緩沖罐壓力設定，由微正壓（0.15kPa）調整為微負壓（-0.5kPa），儲油罐和緩沖罐平衡閥開度增大，儲油罐壓力為微負壓。

（2）增加儲油罐平衡閥壓力聯鎖，如緩沖罐壓力高于0.5kPa，則平衡閥關閉，避免因尾氣線壓力高沖擊儲油罐。
結論

該套裝置投用后，尾氣排放數據達標。2022年機組完成相關改造。2023年1-7月，機組安排計劃檢修2次，未出現異常停機故障。



■苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案安裝、維護與調試

1、安裝：

（1）檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質，必須進行強度、密封、泄漏與精度測試。

（2）在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導致閥門不能正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要注意同軸度。

（3）安裝場地應考慮到人員與設備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。

（4）閥門應正立垂直安裝在水平管道上，導壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的閥后管道上。閥自重較大與有振動的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

（5）介質流動方向應與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接承受介質壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應在環境溫度-25～+55℃場所使用。

（6）為使自控系統失靈或檢修閥門時，仍能連續生產，應設置旁路閥。



2、苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案維護：

（1）清洗閥門：對清洗一般介質，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質，首先要了解其性質，在選用相應的清洗辦法。

（2）閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時應使用專用工具。

（3）閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。

（4）閥桿：表面損壞，必須換新。

（5）壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。

（6）易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時，全部換新。膜片必須檢查是否有預示將來可能發生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據檢驗結果，決定是否更換，但膜片使用期一般最多2～3年。

（7）閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應按產品出廠測試項目與方法調試，并在這期間，可更準確地調整填料壓緊力與閥芯關閉位置。



3、苯貯罐氮封裝置三件套優化改造方案調試

所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調節螺母的操作而得到調整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調整調節螺母。順時針方向旋轉使壓力增大，逆時針旋轉則壓力減小。安裝在壓力調節閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調整后的壓力給定值