化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案

不同物料的混合搅拌及相互接触反应，是大部分化工生产企业中工序，而大部分的搅拌都是在特制的罐内进行。化工生产车间中生产用罐及物料的工艺安全设计，氮封压力的设定，呼吸、泄爆及部分安全联锁设计。随着我们国家对安全生产的不断重视，PSM概念也将逐步应用到国内中小型企业中。自力式氮封阀压力设定在指挥器上的弹簧上实现，拧紧压缩弹簧阀后压力变大，反之则变小，操作简单因而存在方便、便捷、比一般的直接取压自力式压力调节阀精度要高；一般用于储罐氮封系统；调节和稳定储罐的氮气压力，控制精度极其灵敏，控制精度阀后能达到0.0001MPa　（100pa，0.1kp)运行过程中压力可以连续调节,特别适合是控制微压场合的工况

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案化工搅拌罐内潜在的不安全因素

大部分化工企业，尤其是制药、涂料、塑料制品生产企业，在其生产及设备清洗过程中，不可避免的要用到易燃-易爆-易挥发或有刺激性气味的物品。该类物品在生产或反应过程中，挥发、泄漏、超温和燃烧等都是化工企业的主要安全控制点。如乙醇、甲苯和二甲苯等，都有很低的闪点及爆炸下限，极易燃烧。而操作或维护人员短时间内吸入这些物料，就会出现明显的刺激症状。因此，在工艺安全设计中，必须要对该类生产设备进行严格有效的控制。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案推荐的搅拌罐配套工艺安全设计

从图1中可以看出，化工企业搅拌罐的安全设计涵盖：温度和液位控制、惰性气体保护，异常情况下的呼吸与泄放、罐内氧含量检测、阀门和仪表安全性选型等内容。自力式氮封阀工作原理及选型应用自力式氮封阀是一种常用的控制设备，主要用于气体管路中控制氮气的压力。其工作原理是利用氮气的压力来控制阀门的开启和关闭，从而达到调节气体压力的目的。在本文中，我们将详细介绍自力式氮封阀的工作原理及选型应用。自力式氮封阀的工作原理自力式氮封阀主要由阀体、阀瓣、弹簧和调节螺钉等组成。当管道内的氮气压力达到设定值时，阀瓣在压力的作用下打开，使管道内的气体流通；当管道内的氮气压力低于设定值时，弹簧在压力的作用下推动阀瓣关闭，阻止气体继续流通。通过调节螺钉可以调节阀门的开启和关闭压力，从而达到控制气体压力的目的。

二、化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案产品特点

（1）无需外加能源，能在无电、无气的场合工作，既方便又节约能源，降低成本。
（2）氮封装置供氮，泄氮压力设定方便，可在连续销售的条件下进行。
（3）压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小、动作灵敏、装置工作平衡。
（4）采用无填料设计，阀杆所受磨擦力小、反应迅速、控制精度高。
（5）供氮装置采用指挥器操作，减压比可达100:1，减压效果好、控制精度高。
（6）为确保储罐的安全，需在罐顶设置呼吸阀。
（7）呼吸阀公起安全作用，避免了常规氮封装置中启闭频繁易损坏的缺陷。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案主要技术参数

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案主要外形尺寸

三、化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案技术参数

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案控制原理与关键点

氮封压力的设定

罐内易燃液体的挥发会导致生产环境恶化，一般是在罐内加惰性气体，从安全及成本考虑，通常采用氮气。自力式氮封阀主要用于储罐顶部氮气压力恒定控制，以保护罐内物料不被氮化及储罐安全。带指挥器操作压力调节阀由快速泄放阀及自力式微压调节阀两大部分组成。快速泄放阀由压力控制器及单座切断阀组成。
工作原理：储罐内压力升高至设定压力时，快速泄放阀迅速开启，将罐内多余压力泄放。微压调节阀在储罐内压力降低时，开启阀门，向罐内充注氮气。因微压调节阀必须使用在压力为0.1Mpa压力以下，现场压力较高，必须安装压力调节阀将压力调节阀将压力降低至0.1Mpa以下才可使用。公称压力0.1Mpa，压力可按分段设定，从0.5Kpa　至66 Kpa以下，介质温度温度≤80℃。

适当的氮气压在液体上方，会减少液体的挥发，并能阻止氧气进入罐内，起到避免火灾的作用。如何确定氮气的压力？按氮气的使用目的可以分为以下几种：

1.减少或抑制罐内易燃和有毒有害液体的挥发。将以罐内液体的蒸汽压决定。例如生产过程中控制罐内温度为X度时，Y%的甲苯的蒸汽压为ZPa，我们就以ZPa的氮气充入罐内,将会达到优良效果。

2.阻止氧气进入，控制氧含量在爆炸极限内。在化工类工艺设计规范中提到常压储罐的气封压力一般可取500~1000Pa，但如果罐内的液体对环境的危害性不是太大，允许适量的挥发，且车间内有足够的送排风系统，不会造成安全事故。我们可以降低氮气的压力，阻止室外氧气进入罐内即可。例如，根据使用经验，压力设置为300Pa，初步设置好后，可以使用氧气分析仪器进行检测，不同的物料可以允许不同的氧气含量（在氧气含量低于某值时，不会出现燃烧等安全问题）。以罐内允许的氧气含量值与实际值进行不断比较，可调整氮气的设定压力值。

3.氮封压力必须小于呼吸阀的呼出压力，小于泄爆口的泄爆压力，避免常态下排放；小于罐的设计压力，避免安全问题。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案氮封阀进气量设定

氮封装置需要达到精确控制效果，才能起到相应的作用，因此正确的进气量选择至关重要。当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高呼吸阀呼出压力设定值时，通过呼出口向外界释放。当储罐出液阀开启放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，氮封阀需要及时开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至设定的氮封压力，如果氮封阀不能及时补充氮气，将造成罐内负压，外界的氧气会进入罐内，引发安全隐患。

氮封与人孔、清洗孔的连锁

罐在使用过程中，根据生产工艺需要，不可避免的存在打开人孔、清洗罐口或其他调整口的操作，因为罐内设定有一定压力的氮气。以人孔为例，在开启时，为避免氮气扑面，造成窒息。需要设置相关联锁，方案为在人孔上安装1个接近开关。

当人孔打开时，接近开关输出开关量信号，传送给PLC, PLC输出信号给氮封阀前的电磁阀，电磁阀动作，关闭氮气。

呼吸阀的压力设定与呼吸量选择

呼吸阀的呼出压力必须大于氮封压力，才能确保氮气留在罐内，但为避免氮封阀频繁动作，呼出压力一般取氮封压力的2~3倍为宜。

吸入压力可根据罐的耐压情况设计，一般常压罐可设计为-500Pa以下，在氮封阀正常使用时，罐底出料过程中，呼吸阀也不需要吸入空气，只有在氮封阀故障时，才会有吸入。

呼吸阀的呼出流量在考虑罐内液体汽化的同时，还要考虑氮封阀异常情况下不能正常关闭的流量，以避免罐内积压。

泄爆阀的设定

选择泄爆阀，除考虑最基本的泄放压力-泄爆温度-泄放量-计算泄放口径外，还需要考虑爆破片的形式，尽量选择爆破时不产生碎片，不产生火花的爆破片。同时需要选择爆破片的材质，确保不与罐内物料产生反应。推荐将泄爆阀的泄放口接出室外，并配以阻火器，避免二次事故。

罐内液位与温度的控制

使用温度及液位传感器监测罐内的温度与液位，确保罐内液体在搅拌或分散过程中，不会出现高温或高液位，避免异常事故。部分搅拌设备，因为搅拌轴过长或桨叶的机械设计问题，还不允许空罐搅拌，所以还需要避免低液位。

温度的测量通常采用热电偶类传感器。如果罐内液体太黏，与传感器接触会难以清洗，导致传感器不准，则需要考虑给传感器制造夹套，使用导热介质，对于测量精度要求不高的场合，也可以在夹套内设计弹簧片压接。

液位传感器的选型，应依据罐内液体特性及报警点的数量。可以与液体接触的，只设置1个报警点的，可选用音叉、浮球等液位开关。需要设置多个报警点的，如高液位、低液位和超高液位等，则需要选用可以输出模拟量的传感器，如压差式液位传感器、磁翻板液位传感器等。无法与液体接触的，需要使用超声波、管脚重量传感器等装置监测罐内液位或通过液体比重，换算罐内液位。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案设备仪表的选型要点

微压氮封装置的特点

微压氮封装置宜使用大膜片并采用导向阀两级调节型式，便于微小压力的调节。

微压氮封阀主要由两个依次运行的独立阀门构成。由感应到的搅拌罐内压力控制导向阀 (A) 继而控制主阀 (B) 的开与关，主阀控制惰性气体供应流入搅拌罐内。导向阀的主要组件是压力感测室 (C) 和可以上下移动的压力平衡阀 (D)。主阀有一个可以移动以控制气体进入搅拌罐的活塞 (E)。

导向阀中感应到的压力，与距离氮封阀接口足够远的远程测感管 （F）相连，一般距离可设为600mm以上，这样阀门接口就不会受到进入罐内气流的影响。将感应到的罐内压力（J）引到测感隔膜 （K）下侧，这样压力会增加，而顶部气压（L） 和设定弹簧 （M） 会向下推。在罐内压力降到低于设定压力（由设定弹簧的初始压缩固定）时，连接到测感隔膜的限位（N）将向下推压力平衡阀，致使导向阀打开。压力平衡阀稍移1in，通过让气流经过两个阀座并流出导向阀排气装置 （O）空出顶部调节室。这样主阀中的活塞将打开以允许气体流入搅拌罐内。在顶部压力（P）与入口压力相等时，该活塞通常处于关闭状态，这是因为顶部压力处暴露的面积比入口压力处暴露的面积大。然而，顶部压力的大幅下降，会导致入口压力将活塞推开。进入搅拌罐的气流使罐内压力上升至高于设定压力时，将向上推动测感隔膜，以便限位和压力平衡阀上升（由压力平衡阀下面的弹簧压力作用）至压力平衡阀重新密封。在压力平衡阀重新密封时，顶部压力将重新上升到入口压力，并再次将活塞推动至关闭状态，从而关闭流向罐内的气流。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案呼吸阀与阻火器的配套

呼吸阀宜与阻火器配套，避免罐内异常情况时，罐内产生的火星通过呼吸阀出口扩散到车间内。阻火器性能应符合GB 979规定，阻火层应选用在使用条件下耐腐蚀的不锈钢材料。阻火层内连接处的垫片应采用不燃性材料。

氧气分析仪器的选配

选择氧气分析仪的基本原则为：测量准确、便于取样、便于安装维护、不受环境及背景气体干扰等。

一般情况下检测气体要经过仪表取样系统的过滤、干燥和减压等环节处理，才能进入分析仪。本文中搅拌罐内为微正压，因此需要选配取样泵，抽取罐内的微压气体，压缩后送至仪器内部。需要考虑背景气体的干扰，如热磁式氧分仪与磁力机械式氧分仪存对含有NO和NO2等磁化率较高的气体检测不准。氧化锆氧分析仪对含有H2和CO等还原性气体敏感，会导致检测值偏低。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案控制元件&仪表安全

在工艺安全设计中，控制元件和执行器及仪表的选型，须考虑如下因素。

故障安全设计。搅拌罐的进料及出料阀门采用自动或远程控制时，如罐内液体有毒有害，在紧急情况下，不能与外界接触，宜采用常闭型。当控制用气源或电源切断时，阀门处于关闭状态，避免紧急情况时罐内有毒有害液体流出。

冗余安全设计。在DCS系统中，通常采用冗余技术来获得系统的可用性，安全仪表系统也不例外。前文中提到了搅拌罐使用液位开关或液位计来监视罐内液位，但当罐内搅拌速度快，或产生高温高压时，会给液位测量带来误差。例如罐内液位传感器实测液位为4.0m，搅拌转速大于设定转速（例如500r/min），页面会产生较大波动，用于控制的液位输入按实测值增加给定值（例如0.2m）计算，最终为4.2m。

信号及故障报警，宜采用声光一体型，并且在现场及上位机旁同时设置报警。

遵循防爆标准，尽量使用Ex ia和Ex ib本质安全型仪表，正常工作状态下以及电路中存在一起故障时，电路元件不发生燃爆炸。在ia型电路中，工作电流被限制在100mA以下，适用于0区、1区和2区，在ib型电路中，工作电流被限制在150mA以下，适用于1区和2区。

化工搅拌罐氮封装置阀门压力设计方案小结

本文通过对搅拌罐上各项安全装置进行分析。重点简述了氮封装置设计、泄爆装置设计、安全仪表选型等，便于化工企业工艺设计及设备安装工作人员逐步掌握搅拌罐的PSM。总之，自力式氮封阀作为一种常用的气体控制设备，在石油、化工、电力等领域得到了广泛应用。在实际应用中，需要根据具体需求选择适合的型号和规格，并严格按照使用说明书进行安装、调试和维护，以保证阀门的安全、稳定运行。

储罐氮封系统装置(氮封阀泄氮阀呼吸阀)是一套自力式微压力控制系统，主要用于保持容器顶部保护气(一般为氮气)的压力恒定，以避免容器内物料与空气直接触，防止物料挥发，被告氧化，以及容器的安全。氮封装置特别适合用于各类大型储罐的气封保护系统。氮封装置产品具有节能，动作灵敏，运行可靠，操作与维修方便等特点，氮封装置广泛应用于石油，化工等行业，产品特点无需外加能源，在无电无气的场合工作。

当罐内压力升高超过设定值时，供氮阀关闭，泄氮阀打开(罐顶未设呼吸阀，或呼吸阀故障打不开)，将罐内多余压力泄放。在储罐内压力降低时，泄氮阀处于关闭状态，供氮阀打开，向罐内注氮气。供氮阀阀前压力较好在2 .5Mpa 以下，现场压力较高时，可在供氮阀前安装一只自力式压力调节阀将压力减至1 Mpa 以下，以提高可靠性和使用效果。特点： 氮封装置的供(泄)氮压力设定方便，可在连续生产的条件下进行。在设定压力范围内，如从1-50KP，100mm H20 需调整到50mm H20 ，可通过调节供氮阀顶部的调节螺丝，改变弹簧的力，即可达到需要新设定的工艺值。