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化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案

不同物料的混合攪拌及相互接觸反應，是大部分化工生產企業中工序，而大部分的攪拌都是在特制的罐內進行。化工生產車間中生產用罐及物料的工藝安全設計，氮封壓力的設定，呼吸、泄爆及部分安全聯鎖設計。隨著我們國家對安全生產的不斷重視，PSM概念也將逐步應用到國內中小型企業中。自力式氮封閥壓力設定在指揮器上的彈簧上實現，擰緊壓縮彈簧閥后壓力變大，反之則變小，操作簡單因而存在方便、便捷、比一般的直接取壓自力式壓力調節閥精度要高；一般用于儲罐氮封系統；調節和穩定儲罐的氮氣壓力，控制精度極其靈敏，控制精度閥后能達到0.0001MPa　（100pa，0.1kp)運行過程中壓力可以連續調節,特別適合是控制微壓場合的工況

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案化工攪拌罐內潛在的不安全因素

大部分化工企業，尤其是制藥、涂料、塑料制品生產企業，在其生產及設備清洗過程中，不可避免的要用到易燃-易爆-易揮發或有刺激性氣味的物品。該類物品在生產或反應過程中，揮發、泄漏、超溫和燃燒等都是化工企業的主要安全控制點。如乙醇、甲苯和二甲苯等，都有很低的閃點及爆炸下限，極易燃燒。而操作或維護人員短時間內吸入這些物料，就會出現明顯的刺激癥狀。因此，在工藝安全設計中，必須要對該類生產設備進行嚴格有效的控制。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案推薦的攪拌罐配套工藝安全設計

從圖1中可以看出，化工企業攪拌罐的安全設計涵蓋：溫度和液位控制、惰性氣體保護，異常情況下的呼吸與泄放、罐內氧含量檢測、閥門和儀表安全性選型等內容。自力式氮封閥工作原理及選型應用自力式氮封閥是一種常用的控制設備，主要用于氣體管路中控制氮氣的壓力。其工作原理是利用氮氣的壓力來控制閥門的開啟和關閉，從而達到調節氣體壓力的目的。在本文中，我們將詳細介紹自力式氮封閥的工作原理及選型應用。自力式氮封閥的工作原理自力式氮封閥主要由閥體、閥瓣、彈簧和調節螺釘等組成。當管道內的氮氣壓力達到設定值時，閥瓣在壓力的作用下打開，使管道內的氣體流通；當管道內的氮氣壓力低于設定值時，彈簧在壓力的作用下推動閥瓣關閉，阻止氣體繼續流通。通過調節螺釘可以調節閥門的開啟和關閉壓力，從而達到控制氣體壓力的目的。

二、化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案產品特點

（1）無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節約能源，降低成本。
（2）氮封裝置供氮，泄氮壓力設定方便，可在連續銷售的條件下進行。
（3）壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。
（4）采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小、反應迅速、控制精度高。
（5）供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達100:1，減壓效果好、控制精度高。
（6）為確保儲罐的安全，需在罐頂設置呼吸閥。
（7）呼吸閥公起安全作用，避免了常規氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案主要技術參數

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案主要外形尺寸

三、化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案技術參數

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案控制原理與關鍵點

氮封壓力的設定

罐內易燃液體的揮發會導致生產環境惡化，一般是在罐內加惰性氣體，從安全及成本考慮，通常采用氮氣。自力式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。帶指揮器操作壓力調節閥由快速泄放閥及自力式微壓調節閥兩大部分組成。快速泄放閥由壓力控制器及單座切斷閥組成。
工作原理：儲罐內壓力升高至設定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內多余壓力泄放。微壓調節閥在儲罐內壓力降低時，開啟閥門，向罐內充注氮氣。因微壓調節閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現場壓力較高，必須安裝壓力調節閥將壓力調節閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設定，從0.5Kpa　至66 Kpa以下，介質溫度溫度≤80℃。

適當的氮氣壓在液體上方，會減少液體的揮發，并能阻止氧氣進入罐內，起到避免火災的作用。如何確定氮氣的壓力？按氮氣的使用目的可以分為以下幾種：

1.減少或抑制罐內易燃和有毒有害液體的揮發。將以罐內液體的蒸汽壓決定。例如生產過程中控制罐內溫度為X度時，Y%的甲苯的蒸汽壓為ZPa，我們就以ZPa的氮氣充入罐內,將會達到優良效果。

2.阻止氧氣進入，控制氧含量在爆炸極限內。在化工類工藝設計規范中提到常壓儲罐的氣封壓力一般可取500~1000Pa，但如果罐內的液體對環境的危害性不是太大，允許適量的揮發，且車間內有足夠的送排風系統，不會造成安全事故。我們可以降低氮氣的壓力，阻止室外氧氣進入罐內即可。例如，根據使用經驗，壓力設置為300Pa，初步設置好后，可以使用氧氣分析儀器進行檢測，不同的物料可以允許不同的氧氣含量（在氧氣含量低于某值時，不會出現燃燒等安全問題）。以罐內允許的氧氣含量值與實際值進行不斷比較，可調整氮氣的設定壓力值。

3.氮封壓力必須小于呼吸閥的呼出壓力，小于泄爆口的泄爆壓力，避免常態下排放；小于罐的設計壓力，避免安全問題。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案氮封閥進氣量設定

氮封裝置需要達到精確控制效果，才能起到相應的作用，因此正確的進氣量選擇至關重要。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，當罐內壓力升至高呼吸閥呼出壓力設定值時，通過呼出口向外界釋放。當儲罐出液閥開啟放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降低，氮封閥需要及時開啟，向儲罐內注入氮氣，使罐內壓力上升，升至設定的氮封壓力，如果氮封閥不能及時補充氮氣，將造成罐內負壓，外界的氧氣會進入罐內，引發安全隱患。

氮封與人孔、清洗孔的連鎖

罐在使用過程中，根據生產工藝需要，不可避免的存在打開人孔、清洗罐口或其他調整口的操作，因為罐內設定有一定壓力的氮氣。以人孔為例，在開啟時，為避免氮氣撲面，造成窒息。需要設置相關聯鎖，方案為在人孔上安裝1個接近開關。

當人孔打開時，接近開關輸出開關量信號，傳送給PLC, PLC輸出信號給氮封閥前的電磁閥，電磁閥動作，關閉氮氣。

呼吸閥的壓力設定與呼吸量選擇

呼吸閥的呼出壓力必須大于氮封壓力，才能確保氮氣留在罐內，但為避免氮封閥頻繁動作，呼出壓力一般取氮封壓力的2~3倍為宜。

吸入壓力可根據罐的耐壓情況設計，一般常壓罐可設計為-500Pa以下，在氮封閥正常使用時，罐底出料過程中，呼吸閥也不需要吸入空氣，只有在氮封閥故障時，才會有吸入。

呼吸閥的呼出流量在考慮罐內液體汽化的同時，還要考慮氮封閥異常情況下不能正常關閉的流量，以避免罐內積壓。

泄爆閥的設定

選擇泄爆閥，除考慮最基本的泄放壓力-泄爆溫度-泄放量-計算泄放口徑外，還需要考慮爆破片的形式，盡量選擇爆破時不產生碎片，不產生火花的爆破片。同時需要選擇爆破片的材質，確保不與罐內物料產生反應。推薦將泄爆閥的泄放口接出室外，并配以阻火器，避免二次事故。

罐內液位與溫度的控制

使用溫度及液位傳感器監測罐內的溫度與液位，確保罐內液體在攪拌或分散過程中，不會出現高溫或高液位，避免異常事故。部分攪拌設備，因為攪拌軸過長或槳葉的機械設計問題，還不允許空罐攪拌，所以還需要避免低液位。

溫度的測量通常采用熱電偶類傳感器。如果罐內液體太黏，與傳感器接觸會難以清洗，導致傳感器不準，則需要考慮給傳感器制造夾套，使用導熱介質，對于測量精度要求不高的場合，也可以在夾套內設計彈簧片壓接。

液位傳感器的選型，應依據罐內液體特性及報警點的數量。可以與液體接觸的，只設置1個報警點的，可選用音叉、浮球等液位開關。需要設置多個報警點的，如高液位、低液位和超高液位等，則需要選用可以輸出模擬量的傳感器，如壓差式液位傳感器、磁翻板液位傳感器等。無法與液體接觸的，需要使用超聲波、管腳重量傳感器等裝置監測罐內液位或通過液體比重，換算罐內液位。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案設備儀表的選型要點

微壓氮封裝置的特點

微壓氮封裝置宜使用大膜片并采用導向閥兩級調節型式，便于微小壓力的調節。

微壓氮封閥主要由兩個依次運行的獨立閥門構成。由感應到的攪拌罐內壓力控制導向閥 (A) 繼而控制主閥 (B) 的開與關，主閥控制惰性氣體供應流入攪拌罐內。導向閥的主要組件是壓力感測室 (C) 和可以上下移動的壓力平衡閥 (D)。主閥有一個可以移動以控制氣體進入攪拌罐的活塞 (E)。

導向閥中感應到的壓力，與距離氮封閥接口足夠遠的遠程測感管 （F）相連，一般距離可設為600mm以上，這樣閥門接口就不會受到進入罐內氣流的影響。將感應到的罐內壓力（J）引到測感隔膜 （K）下側，這樣壓力會增加，而頂部氣壓（L） 和設定彈簧 （M） 會向下推。在罐內壓力降到低于設定壓力（由設定彈簧的初始壓縮固定）時，連接到測感隔膜的限位（N）將向下推壓力平衡閥，致使導向閥打開。壓力平衡閥稍移1in，通過讓氣流經過兩個閥座并流出導向閥排氣裝置 （O）空出頂部調節室。這樣主閥中的活塞將打開以允許氣體流入攪拌罐內。在頂部壓力（P）與入口壓力相等時，該活塞通常處于關閉狀態，這是因為頂部壓力處暴露的面積比入口壓力處暴露的面積大。然而，頂部壓力的大幅下降，會導致入口壓力將活塞推開。進入攪拌罐的氣流使罐內壓力上升至高于設定壓力時，將向上推動測感隔膜，以便限位和壓力平衡閥上升（由壓力平衡閥下面的彈簧壓力作用）至壓力平衡閥重新密封。在壓力平衡閥重新密封時，頂部壓力將重新上升到入口壓力，并再次將活塞推動至關閉狀態，從而關閉流向罐內的氣流。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案呼吸閥與阻火器的配套

呼吸閥宜與阻火器配套，避免罐內異常情況時，罐內產生的火星通過呼吸閥出口擴散到車間內。阻火器性能應符合GB 979規定，阻火層應選用在使用條件下耐腐蝕的不銹鋼材料。阻火層內連接處的墊片應采用不燃性材料。

氧氣分析儀器的選配

選擇氧氣分析儀的基本原則為：測量準確、便于取樣、便于安裝維護、不受環境及背景氣體干擾等。

一般情況下檢測氣體要經過儀表取樣系統的過濾、干燥和減壓等環節處理，才能進入分析儀。本文中攪拌罐內為微正壓，因此需要選配取樣泵，抽取罐內的微壓氣體，壓縮后送至儀器內部。需要考慮背景氣體的干擾，如熱磁式氧分儀與磁力機械式氧分儀存對含有NO和NO2等磁化率較高的氣體檢測不準。氧化鋯氧分析儀對含有H2和CO等還原性氣體敏感，會導致檢測值偏低。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案控制元件&儀表安全

在工藝安全設計中，控制元件和執行器及儀表的選型，須考慮如下因素。

故障安全設計。攪拌罐的進料及出料閥門采用自動或遠程控制時，如罐內液體有毒有害，在緊急情況下，不能與外界接觸，宜采用常閉型。當控制用氣源或電源切斷時，閥門處于關閉狀態，避免緊急情況時罐內有毒有害液體流出。

冗余安全設計。在DCS系統中，通常采用冗余技術來獲得系統的可用性，安全儀表系統也不例外。前文中提到了攪拌罐使用液位開關或液位計來監視罐內液位，但當罐內攪拌速度快，或產生高溫高壓時，會給液位測量帶來誤差。例如罐內液位傳感器實測液位為4.0m，攪拌轉速大于設定轉速（例如500r/min），頁面會產生較大波動，用于控制的液位輸入按實測值增加給定值（例如0.2m）計算，最終為4.2m。

信號及故障報警，宜采用聲光一體型，并且在現場及上位機旁同時設置報警。

遵循防爆標準，盡量使用Ex ia和Ex ib本質安全型儀表，正常工作狀態下以及電路中存在一起故障時，電路元件不發生燃爆炸。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下，適用于0區、1區和2區，在ib型電路中，工作電流被限制在150mA以下，適用于1區和2區。

化工攪拌罐氮封裝置閥門壓力設計方案小結

本文通過對攪拌罐上各項安全裝置進行分析。重點簡述了氮封裝置設計、泄爆裝置設計、安全儀表選型等，便于化工企業工藝設計及設備安裝工作人員逐步掌握攪拌罐的PSM。總之，自力式氮封閥作為一種常用的氣體控制設備，在石油、化工、電力等領域得到了廣泛應用。在實際應用中，需要根據具體需求選擇適合的型號和規格，并嚴格按照使用說明書進行安裝、調試和維護，以保證閥門的安全、穩定運行。

儲罐氮封系統裝置(氮封閥泄氮閥呼吸閥)是一套自力式微壓力控制系統，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觸，防止物料揮發，被告氧化，以及容器的安全。氮封裝置特別適合用于各類大型儲罐的氣封保護系統。氮封裝置產品具有節能，動作靈敏，運行可靠，操作與維修方便等特點，氮封裝置廣泛應用于石油，化工等行業，產品特點無需外加能源，在無電無氣的場合工作。

當罐內壓力升高超過設定值時，供氮閥關閉，泄氮閥打開(罐頂未設呼吸閥，或呼吸閥故障打不開)，將罐內多余壓力泄放。在儲罐內壓力降低時，泄氮閥處于關閉狀態，供氮閥打開，向罐內注氮氣。供氮閥閥前壓力較好在2 .5Mpa 以下，現場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一只自力式壓力調節閥將壓力減至1 Mpa 以下，以提高可靠性和使用效果。特點： 氮封裝置的供(泄)氮壓力設定方便，可在連續生產的條件下進行。在設定壓力范圍內，如從1-50KP，100mm H20 需調整到50mm H20 ，可通過調節供氮閥頂部的調節螺絲，改變彈簧的力，即可達到需要新設定的工藝值。