轻苯槽安全技术改造研究

【摘 要】氮气为惰性气体，相对于苯蒸气较轻，往槽内通入氮气，并保持一定的压力，使槽内空间充满氮气，当槽内压力低于设定压力，补充氮气，当槽内压力高于设定值时，呼出氮气，油槽静压及呼吸进出均为氮气。氮封阀依靠自身压力的变化进行工作，不消耗电能。改造后，在提高油槽安全性，改善周边环境的同时，降低了轻苯的损耗，产生了良好社会效益与经济效益。

【关键词】轻苯槽；安全；改造

焦化厂综合油库做为焦化液体化产品集中接收、贮存、发运的危险场所，对安全生产工作有着严格的要求，被列为A级危险源。轻苯槽是油库最大，也是安全要求最高的一类贮存设施，它所贮存的轻苯产品，易燃、易爆、易挥发、易中毒。研究其安全特性，实现有效控制的关键在于其挥发的控制。

一、问题分析

在储运过程中，轻苯的蒸发损耗是一个无法避免而又急需解决的问题，同时也带来了安全、环保等问题。要想解决好安全、环保问题，首先要解决好轻苯的蒸发损耗问题，轻苯在储存过程中可分为自然风损耗、“大呼吸”损耗、“小呼吸”损耗，其规律是：温度越高，蒸发越快，损耗越大；压力越高，蒸发越慢，损耗越小。（1）自然通风损耗。该损耗主要由于储槽不严密造成的。如果储槽顶部有缝隙或砂眼，而且它们又不在一个高度上，从而引起自然对流造成自然通风损耗。在外界有风的情况下，由于储槽周围压力分布不均匀，迎风面压力高，背风面压力低，自然通风损耗将更加严重。自然通风损耗多发生在储槽破损、顶板腐蚀、消防系统泡沫发生器玻璃破损、呼吸阀未安装阀盘、液压安全阀未装油封或油封被吹掉、量油口、透光孔未封严实等情况下。因此，只要加强管理，及时维修，提高储槽完好率，自然通风损耗是可以避免的。（2）“大呼吸”损耗。储槽收油时，随着油面上升，气体空间有混合气体受到压缩，压力不断升高，当槽内混合气体的压力上升至呼吸阀的控制压力时，压力阀盘打开，呼出混合气体。油槽发油时，随着油面下降，气体空间压力降低，当气体空间压力降至呼吸阀的控制真空度时，真空阀打开，吸入空气。吸入的空气稀释、降低了混合气体浓度，加速油品的蒸发，因而发油结束后，槽内气体空间压力迅速回升，直至打开压力阀盘，呼出混合气。这种油品在收、发作业中，由于油面的高度变化而造成油品损耗称为动液面损耗，又称之为“在呼吸”损耗。（3）“小呼吸”损耗。储槽未进行收、发油作业时，油面处于静止状态，油品蒸气充满储槽气体空间，日出之后，随着大气温度升高和太阳辐射强度增加，槽内气体及油面温度上升，气体空间的混合气体膨胀而且油品加剧蒸发，从而使混合气体的压力增加。当槽内压力达到呼吸阀的控制压力时，呼吸阀的压力阀盘打开，油蒸气随着混合气体呼出槽外。午后，随着大气温度降低和太阳辐射强度减弱，槽内气体空间和油面温度下降，气体空间的混合气体体积收缩，甚至伴有部分油气冷凝，因此气体空间压力降低。当槽内压力降低至呼吸阀的控制真空度时，呼吸阀的真空阀盘打开，吸入空气。此过程虽未有油气逸出大气，但由于吸入的空气稀释、降低了气体空间油气浓度，促使油品加速蒸发，其结果不仅削弱了温降使槽内压力降低的幅度，同时也使气体空间的油气浓度迅速回升，新蒸发出来的油气又将随着次日温升，呼出透入大气。这种在储槽静止储油时，由于槽内气体空间温度和油气浓度的昼夜变化而引起循环风机将冷却焦炭的惰的损耗称为静止储存损耗，又称之为“小呼吸”损耗。目前虽然采用多种措施，诸如喷淋冷却、呼吸阀装挡板、提高储槽承压能力等取得了一定的效果，但并不理想。

二、措施研究

当前的控制方式有降温控制、呼吸阀控制、呼吸阀加阻火器控制，氮封控制。降温控制是通过在槽顶装设喷淋设施来降低槽体和液体温度以减少液体的挥发；呼吸阀控制是通过装设能保持一定压力呼吸阀以减少液体的挥发；呼吸阀加阻火器控制是在呼吸阀控制的基础上，为提高槽的安全性，在呼吸阀上装设阻火器；氮封控制是通过往槽体里氮气，来提高其安全性及减少液体的挥发，氮封控制技术是当前一种先进的控制技术。氮气密封技术就是用氮气补充槽内气体空间，由于氮气比油气轻，所以氮浮在油气上面，当呼气时，呼出槽外的是氮气而不是油蒸气。当槽内压力降低时，氮气自动进槽补充气体空间，减少蒸发损耗，避免油品接触氧化，也避免油气与空气形成爆炸气体。

氮封系统主要由氮封阀、信号阀、减压阀和针形阀等部分组成。（见图1）氮气密封技术的关键是氮阀，氮封阀的工作原理是：当储槽内压力低于设定值时，信号阀打开，降低氮封阀膜下侧压力，氮封阀相应打开，将氮气通入槽内，使槽内压力逐渐回升到设定值。当达到设定值时，信号阀关闭，氮封阀膜下侧压力上升，氮封也相应关闭，如槽内压力高于设定值时，储槽的呼吸阀打开，呼出槽内气体，槽内压力下降至设定值。

三、技术改造

综合油库现在采用的是喷淋+呼吸阀+阻火器组合控制的方式，这种方式也是一种常见的有效控制方式。这种控制方式的缺点是：一是苯蒸汽的呼吸量没有减少；二是对环境的影响消减不大；三是槽内的空气与苯蒸气形成的爆炸气体危险没有消除。综合油库的轻苯槽为固定顶盖式储槽，在不改动原设施的基础上，在槽顶装设氮封系统。改造中系统采用了简单设计，除关键设备外，各种阀门、压力表、管材采用替代品，以降低材料备件费用。施工安装、调试全部自主完成，以节约人工费用及施工费用等。氮封系统的氮封阀选用ZZHP型指挥器操作自力式微压调节阀，其由指挥器、调节阀、执行机构和阀后接管四部分组成。（见图2）

工作原理：介质以所示箭头方向进入阀体，一路经过滤减压器减压后的压力被引入指挥器；另一路通过阀芯、阀座，节流后的压力流向阀后，并通过导压管引入指挥器执行机构。当阀后压力高于设定压力时，其压力作用在指挥器薄膜有效面上产生一个推力带动指挥器阀芯关闭，切断引入主阀执行机构膜室中的压力，使主阀阀芯关闭，阀后压力随之降低。当阀后压力低于设定值时，由于指挥器主弹簧的反作用力打开指挥器阀芯，阀前压力又被引入主阀执行机构膜室产生推力，使主阀阀芯打开，阀后压力随之升高。如此往复，保持阀后压力为设定值。技术创新点：在氮阀控制系统中增加一个自立式泄压阀，此泄压阀与氮封阀配套使用，其压力设定略高于氮封阀后设定压力，小于呼吸阀的设定压力。正常情况下，氮封阀起进气的作用，泄压阀起呼气的作用，当氮封阀和泄压阀任何一个发生故障时，呼吸阀作为应急设施将起到呼吸保护的作用。

四、使用效果

投用前要对先对槽内充满氮气，并将管线内杂质吹扫干净。呼吸阀的保压能力设定为2000pa，泄压阀的压力设定可高于呼吸也可低于呼吸阀，这里选择的是低于呼吸阀的设计为1900pa，所以系统的保压能力为1900pa。氮封阀的补气压力应略低于保压能力，氮封阀设计充氮压力为1800pa。如果想提高保压能力，可以将泄压阀的设定为2100pa，调整比较简单。经过使用，操作容易，效果明显。当槽内压力低于1800pa时，氮封阀启动，往槽内注入氮气。当槽内压力大于1900pa时，泄压阀启动呼出氮气。使用氮封后，槽内气体空间是油气和氮气，因而不会形成混合性爆炸气体。由于氮气比油气轻，浮在渥蒸气的上面，因此向外呼气时，主要是呼出氮气。吸气时，氮气会自动快速补进槽内，提高槽内压力，有效地抑制油品蒸发。此设施投用后，大大降低了油品的呼吸损耗。（1）氮封系统的日常维护与点检比较简单，表现如下：一是初次使用前将管道冲扫干净；二是每天检查压力表是否在有效范围内；三是检查有无漏气或堵塞情况，并适当处置。（2）氮封失效分析：一是在使用初期，发现氮封不保压，经检查发现是消防泡沫发生器密封玻璃损坏造成，安装后正常；二是使用中，发现氮封不保压，经检查为呼吸阀损坏，造成常开，更换后解决；三是运行中，发现不保压，经检查发现罐体腐蚀有漏点，经处理恢复。（3）存在的问题及解决：一是因为罐体防腐工作常年缺失，罐体锈蚀现象严重，对氮封的影响较大，下一步要进行防腐、防漏处理；二是由于设计简单，没有远程控制功能，需到现场操作和检查，下一步可增加远程控制，改由中控室操作。

五、结语

2011年在焦炭产量减少10万吨，化产生产原料减少的不利条件下，轻苯产量不降反升，一方面表明轻苯收率的提高，另一方面表明轻苯的损耗也减少了。根据测算，轻苯槽呼吸量每天超过100立方米。氮封控制投用后每年可减少100多吨的苯蒸气损耗，经济效益和社会效益十分明显。（1）经济效益：油槽呼吸有大、小呼吸之分，忽略不计小呼吸的量，大呼吸每天要进行100立方米的呼吸。苯蒸气的比重为2.77kg/m3，每天减少轻苯损耗为：100×2.77=277（kg）；每年减少轻苯损耗为：365×277=101105（kg）；按6500元/吨的轻苯价格计算，每年增加效益为：6500×101.105=657182.5（元）。（2）社会效益：一是提高了综合油库本质化安全水平，保证了安全生产；二是减少苯蒸气的挥发36500立方米/年，为环境保护作出了贡献。随着安钢焦化的建设发展，2012年将建成和新增150万吨的焦炭产能，使焦炭总产能达到450万吨的规模，此项改造将会产生更加积极的作用。

参 考 文 献

[1]肖驰.轻质油储罐应用氮封技术的重要意义[J].石油化工安全技术.2004，20（6）