氮封閥在氧含量控制方案應(yīng)用
上海申弘閥門有限公司
一、基本原理
在儲罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)，維持罐內(nèi)氣相空間氧氣濃度不大于5%，消除爆炸條件。能源的節(jié)省是從燃燒過程中獲得，儀器自動控制燃料與空氣的比例， 使燃料在充分燃燒同時又避免了因過氧帶走大量的熱量以及產(chǎn)生COx、SOx、NOx排放，減少對空氣的污染。由于這些有害氣體與水混合后所產(chǎn)生的碳酸、 硫酸對鍋爐管道設(shè)備的損害也得以控制。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。采用氧氣分析儀一般可節(jié)省8-10%的能源。據(jù)澳洲電力局研究機構(gòu)計算（我們可提供），每降低2%多余的氧氣，可節(jié)省 1%-1.5% 的能源。例如，的50萬千瓦機組，一般用煤量200噸/小時，如按每年運行7500小時（85%）， 用煤量是1，500，000噸，按1.5%計算，每年可節(jié)省用煤量是22500噸/年，用戶可計算，如果是8-10%能源節(jié)約的價值，投資儀器的資金會很快得到回報。氧化鋯氧量分析儀(又稱氧化鋯氧分析儀、氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計、氧化鋯氧量表)，主要用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測量。在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學電池(氧濃差電池，也簡稱鋯頭)產(chǎn)生一個毫伏電勢，這個電勢直接反應(yīng)出煙氣中含氧濃度值。
1、配置原則：
本分析裝置中的重要關(guān)鍵部件（如：抽氣泵、傳感器、PLC等）采用*，其它能夠保證使用的關(guān)鍵、主要和一般性部件則采用國內(nèi)合資企業(yè)和本廠生產(chǎn)制造的，盡量減少后期維護的運行成本。
2、本分析裝置主要技術(shù)特點如下：
本裝置是按“交鑰匙式”工程設(shè)計。裝置除取樣器外和過濾器組件，樣氣的預(yù)處理單元、供電單元和分析校對單元均置于分析柜內(nèi)，出廠前已調(diào)試完畢。現(xiàn)場只需用戶安裝探頭、輔設(shè)取樣線、外圍電源和分析柜就位即可。到時供方來技術(shù)人員到現(xiàn)場指導安裝和調(diào)試。
3、分析柜按國家標準制作，開有觀察大窗方便操作者巡視和維護。。
4、系統(tǒng)全干法流程，對分析組分不會有影響取樣器、取樣管，各類管接頭（與樣氣接觸部分）、抽氣泵均為防腐設(shè)計。泵等均采用防腐不銹鋼、聚四氟乙烯材料或特殊防腐處理，提高了系統(tǒng)防腐性。保證了系統(tǒng)使用壽命。
5、采用自動除濕器，具有使用壽命長，維護工作量小，除濕效果穩(wěn)定等特點，樣氣中的殘余水汽將得到*清除，從而達到干燥樣氣的目的，避免了水汽對儀器的干擾。
氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設(shè)置了加熱器。用氧分析儀內(nèi)的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。
2 系統(tǒng)組成
氧化鋯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀（又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀）以及它們之間的連接電纜等組成。
2.1 氧傳感器
傳感器裝置由金屬外殼、測量電池、加熱器、熱電偶、過濾元件以及電纜接線端子等組成。測量電池本體分為3層：鉑(電極)─氧化鋯(電解質(zhì))─鉑(電極)。鉑電極是多孔性的。煙道氣體通過過濾器或校驗氣體通過傳導管進入測量電池被測氣體一側(cè)，而另一側(cè)為參比空氣(含氧20.60％)。
兩種含氧濃度不同的氣體作用在測量電池，便產(chǎn)生一個以對數(shù)為規(guī)律的電勢(兩側(cè)的氧濃度差愈大, 電勢信號愈大)。毫伏信號經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成0—10mA或4－20mA標準電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。 測量電池的工作溫度設(shè)置為高于650℃的恒定溫度, 為了保持工作溫度恒定，用一支Ｋ型熱電偶測量電池的工作溫度，經(jīng)氧分析儀內(nèi)的溫度控制器調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓。
當測量煙氣溫度高于700℃時，傳感器組成中省去加熱器和測溫熱電偶。
2.2 氧分析儀
為了使測量電池的工作溫度達到700℃，氧分析儀接受傳感器中的Ｋ型熱電偶輸出的溫度m號，與微處理器預(yù)置溫度(毫伏)相比較，從而控制電池溫度。氧分析儀采用環(huán)境溫度作為熱電偶冷端比較點。
氧分析儀對氧傳感器輸入的氧m號進行放大，然后將放大的電壓信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)氧分析儀預(yù)先校準或者預(yù)置的氧傳感器測量電池的特性曲線，微處理器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氧濃度值并顯示在氧分析儀顯示屏上，同時，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性標準模擬電流信號0—10mA或4－20 mA輸出。 氧分析儀在運行中連續(xù)不斷地進行系統(tǒng)自檢，而通過電纜對傳感器進行溫度控制、過熱保護和故障監(jiān)督。若有故障出現(xiàn)，在分析儀儀顯示屏上顯示出故障。現(xiàn)在電力，鋼鐵，石化等領(lǐng)域大都采用外國的氧化鋯分析儀。
二、工藝方案
以4臺輕質(zhì)油內(nèi)浮頂儲罐組成的罐組為例，設(shè)計方案如下：
1.內(nèi)浮頂儲罐改造
1）在儲罐罐頂透光孔法蘭蓋處增加開口，用于安裝氧氣濃度檢測器。
2）封堵儲罐罐壁的通氣口，同時在罐頂增加呼吸閥接口。呼吸閥的數(shù)量及規(guī)格按照（SH/T 3007-2007）《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》確定。
3）在儲罐罐頂增加氮氣接入口。 4）在儲罐罐頂增加氣相聯(lián)通管接口。 2.工藝流程
1）在儲罐內(nèi)安裝氧氣檢測器，實時監(jiān)測儲罐內(nèi)氣相空間氧氣濃度，同時將高濃度報警與氮氣管道控制閥門聯(lián)鎖。當氧氣濃度達到高濃度值時報警，聯(lián)鎖打開氮氣閥門，向儲罐內(nèi)補充氮氣，直至檢測指標達到設(shè)定要求時聯(lián)鎖關(guān)閉氮氣閥門。補充氮氣的流量控制使用限流孔板，流量宜控制在Q=Q1-Q2（Q1－油品出罐流量，Q2－氣相連通罐中與油品出罐同時進行的油品進罐流量），且Q不應(yīng)小于100m3
/h，氮氣管道的管徑為DN50，氮氣的操作壓力為0.5Mpa。 氧氣濃度監(jiān)測信號引入控制室，控制室設(shè)氧氣濃度超標報警儀。
2）同一種油品的多個儲罐在生產(chǎn)運行過程中，儲罐區(qū)域收油作業(yè)和付油作業(yè)經(jīng)常同時進行。為節(jié)省氮氣用量，建議在同種油品儲罐之間設(shè)置氣相聯(lián)通管道，可以實現(xiàn)多個運行過程中的儲罐進氣量和排氣量的部分平衡，減少氮氣用量和作業(yè)時的油氣排放量。聯(lián)通管道的管徑為DN150，氣體的流通能力為500m3/h。
管道及儀表流程圖見附圖-1。
氧氣檢測器、切斷閥儀表規(guī)格書見附表。
3.儀表選型說明
1）氧氣氣體檢測器采用電化學探頭。
2）切斷閥采用氣動切斷球閥。
3）氮氣補氣總管上配置渦街流量計進行氮氣流量監(jiān)測。
4.安裝布置方案
1）氧氣濃度檢測器通過透光孔安裝在儲罐拱頂與內(nèi)浮盤之間，為保證不影響儲罐內(nèi)浮盤的正常升降，氧氣檢測器的安裝高度宜為儲罐內(nèi)浮盤之上300mm。
2）罐頂?shù)獨饨涌诘拈_口方位宜位于罐頂中心部位，氮氣管道在罐內(nèi)部分采用橡膠軟管。為保證換氣效果良好，氮氣橡膠軟管出口宜接近浮盤。可在氮氣橡膠軟管出口連接一個環(huán)形不銹鋼管，管壁水平方向上開若干個通氣孔，用于向四周噴射氮氣。環(huán)形不銹鋼管應(yīng)固定安裝在浮盤上。
3）儲罐之間設(shè)置DN150氣相聯(lián)通管道，每個儲罐的氣相聯(lián)通管道均應(yīng)設(shè)置管道阻火器，阻火器應(yīng)選用安全性能滿足要求的產(chǎn)品。阻火器應(yīng)盡量靠近儲罐接口安裝，每個儲罐的氣相聯(lián)通管道均應(yīng)設(shè)置截斷閥。氣相聯(lián)通管道宜在罐頂之間跨接。若罐間距較大，氣相聯(lián)通管道需要設(shè)在地面時，應(yīng)在管道的低點設(shè)置排凝管及閥門。
4）在儲罐罐頂中心位置安裝帶阻火器的呼吸閥，呼吸閥的數(shù)量及規(guī)格如下：
由前處理單元、供電單元、分析校對單元組成。
（1）前處理單元包括
過濾器組件（除奈、焦油）、氣液分離器、除濕器、抽氣泵（進口部件）、精除硫管、流量調(diào)節(jié)器、等。通過粗、細三級過濾和分離、吸收粉塵、焦油、奈、酸霧、冷卻除濕水份的綜合凈化處理，提供分析儀器超凈的分析氣源。
（2）供電及控制單元包括
電源控制盤（包括高性能空氣開關(guān)、接線端子、）、輸出故障報警接點信號；具有數(shù)據(jù)采集、自動處理氧氣成份含量越限報警功能。控制中樞PLC、二位三通電磁閥等。
（3）分析單元包括
氧量分析儀（進口傳感器）、流量計、流路切換閥、標準樣氣等。
（4）越限報警功能
分析儀對凈化后的煤氣樣品進行連續(xù)在線分析，輸出4-20mA信號和無源觸電信號。若氧濃度越限時，裝置立即輸出報警接點信號（無源接點，容量1A），確保電捕焦器設(shè)備安全運行。
（5）測量范圍及分析精度
測量對象及量程： 0-2% O2
精 度：≤±1%F.S
線性誤差: ≤±1%F.S
裝置系統(tǒng)響應(yīng)時間：T90＜15S
（6）信號輸出
現(xiàn)場所大屏液晶數(shù)字顯示O2含量并以 4—20mA成份信號隔離輸出給上位機或DCS。超限報警、聯(lián)鎖、故障報警信號輸出及容量：
氧濃度越限報警值在儀表量程范圍內(nèi)分別可設(shè)定（出廠時設(shè)定濃度報警值：0.80%,O2）報警信號輸出無源接點，容量：220VAC，1A
（7）裝置預(yù)處理功能
不銹鋼取樣探頭、三級除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水份、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速放散、粉塵凈化精度≤0.1u
（8）裝置維護周期
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客服1號