苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案

某公司对贮存苯等高毒物的贮罐实施了尾气治理改造，采用 “冷凝+吸附” 技术对尾气进行回收，气体达标后排放。装置设计规模为 400Nm³/h。本文对该该装置使用及改造进行跟踪，为类似装置的改造提供经验。某企业有6台3000m³内浮顶罐，其中4台用于收贮苯，2台用于收贮邻二甲苯，最高收料量为200 Nm³/h。2019年起，企业进行了有毒物贮罐尾气环保治理工作。取消贮罐侧壁呼吸耳孔，增加氮封装置及泄放人孔，回收并处理呼吸阀排出口的气体。经持续对该企业6台贮罐进行跟踪监测，改造后，该部分贮罐大小呼吸排出气体到达国家排放标准。



氮封装置的作用是防止储罐挥发性有毒或可燃气体泄放到罐外危害安全，以一定的微压氮气在罐内保持一定的压力，氮封阀是设在罐顶的。氮封装置取压点的介质经导压管引入检测机构，反馈结构的设计使得介质直接经阀盖进入检测机构，在罐顶的罐呼吸阀能起安全作用，一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作。　　



　　在流量控制方面每个阀门都配有控制流量百分比的固定板孔，气体密封系统的每个阀门尺寸根据气体流量表排列，根据提供的稳定气体压力计算适应特定需要气体密封的流量。氮封阀中的氮气可以起到置换装置介质、平衡系统的压力等功能，用于保持容器顶部保护气的压力恒定，一般的氮气压力是常压，主要作用    
        一是在于减少挥发，如苯罐，二是防止介质与空气的反应，如碱罐，防止储罐内物料与氧接触会氧化或发生化学反应；还有可以稀释呼出气体的浓度。进罐压力一般减压至1bar。适用于各类大型储罐的气封保护系统，运行可靠，并广泛适用于石油、化工等行业。



一、苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案冷凝吸附装置情况

该贮罐的尾气处理装置采用冷凝吸附技术，前端采用了三级串联深冷技术后端采用活性炭吸附技术。三级深冷温度可达-55℃，C4及以上组份的有机物及水份均能液化。因苯在15.7℃凝结及水在0℃凝结的物理性质，该尾气装置的冷凝处理单元采用双通道设计。流道A运行时，伴随运行时长增长，气体物质逐步凝结，流通阻力增加，流通阻力与运行时长成正比，最终出现流道堵死情况。为此增设流道切换系统。在A流道运行一定时长后，系统流道切换至B运行，同步流道A利用机组散发的热进行热熔处理，去除掉凝固的苯及水份，确保了装置长时间稳定运行。

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结构发达和大比表面积特性，吸附能力强，化学稳定性和热稳定性好，能经受水浸、高温和高压的作用，失效后可以再生，且不溶于水和有机溶剂的等优点。吸附时采用常压吸附，真空脱附方式。单元内并联设置两塔，切换进行吸附/脱附操作。



苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案主要参数及主要性能指标见表一 表一

公称通径DN（mm）	20			25	40			50	80		100	150
阀座直径（mm）	6	15	20	25	32	40		50	65	80	100	125	150
额定流量系数Kv	0.32	5	8	11	20	30		48	75	120	190	300	480
压力调节范围KPa	0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、
公称压力PN（MPa）	1.6
被调介质温度（℃）	-5～+100
流量特性	快开
调节精度（%）	≤±5
执行机构有效面积（cm2）	100						200		280			400
信号接口	内螺纹M10×1											M16X1

 

■苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案压力调节范围见表二 表二

压力调节范围（KPa）	指挥器膜室 有效面积（cm2）	执行机构膜室 有效面积（cm2）	使用阀门口径（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

 

■苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案主要零件材料见表三 表三



零 件 名 称	材 料
气动薄膜式执行机构，指挥器	组合件
阀体，阀盖	ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
推杆，阀杆	2Cr13，1Cr18Ni9
阀座	1Cr18Ni9Ti
阀芯（软密封）/填料	聚四氟乙烯
波纹膜片	丁腈橡胶夹增强涤纶织物
弹簧	1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn


 

 

■苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案外形尺寸见表四、图二 表四 单位：mm



公称 通径	L	B	H1	H
				A=1200 cm2	A=600 cm2	A=400 cm2
				压力调节范围（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）标准法兰连接形式PN16为凸面，连接尺寸铸铁法兰按GB4216.5-84，铸钢法兰按GB9113-2000、JB/T-94，阀体法兰及法兰端面距也可按用户标准制造，如：ANSI，JIS，DIN等标准。
2）接管根据用户需要配置



 

■苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案产品重量见表五 表五 单位：Kg

公 称 通 径（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、装置尾气排放指标情况

冷凝吸附尾气处理装置投用前，各贮罐罐顶气监测发现气体浓度均超过行业排放标准，见下表。

表1储罐 G-303/304/305 罐顶气物料含量测定数据

贮罐号	介质	罐顶浓度mg/m3	贮罐形式	容积m3	有无氮封
G303	苯	494	拱顶罐	3000	有氮封
G304	苯	50	拱顶罐	3000	有氮封
G305	邻二甲苯	350	拱顶罐	3000	无氮封

表 2 涉苯储罐现场总烃测定数据

贮罐号	介质	罐顶浓度mg/m3	贮罐形式	容积m3	有无氮封
G301	苯	4881	拱顶罐	1000	有氮封
G306	邻二甲苯	873	拱顶罐	1900	无氮封

  

冷凝吸附尾气处理装置投用后，排放的尾气监测数据见下表。

表2冷凝吸附装置尾气排口检测情况

监测日期	采样点名称	非甲烷总烃实测浓度：mg/m3	苯（mg/m3）	邻二甲苯（mg/m3）
2023.1.10	LX300尾气处置装置排放筒出口	0.95	0	0
2023.2.13	LX300尾气处置装置排放筒出口	0.27	0	0
2023.3.8	LX300尾气处置装置排放筒出口	5.50	0	0
2023.4.17	LX300尾气处置装置排放筒出口	1.58	0	0
2023.5.8	LX300尾气处置装置排放筒出口	0.66	0	0
2023.6.6	LX300尾气处置装置排放筒出口	2.02	0	0
2023.7.3	LX300尾气处置装置排放筒出口	2.46	0	0

以上监测结果由专业监测站提供，历次监测数据均符合中国石化内控指标和江苏省地方的规定，即尾气排放标准：非甲烷总烃 ≤50mg/ m³（去除效率≥97%）、苯含量≤2mg/ m³、甲苯≤8mg/ m³、二甲苯≤10mg/ m³。 



三、苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案冷凝吸附装置在运行中曾出现的问题

1.三级蒸发器通道堵塞故障。

   该冷凝吸附装置初始运行时，出现了两次通道堵塞现象。一次发生在三级蒸发器A通道，一次发生在一级蒸发器B通道。两次故障均发生在清晨7:00-9：00时间段。由于该企业地处北纬31°14-32°27，初春季节7:00附近开始日出，太阳光开始直射在贮罐表面，贮罐小呼吸量迅速升高，此时正值贮罐收料高峰期，大小呼吸同时作用，贮罐呼吸阀排出量迅猛增加。故障记录显示此时气量达586Nm3/h，超过设计量400Nm3/h，变频的罗茨风机频率达到50Hz，风机出口达到23kPa。由此判断在高流量高压作用下，蒸发器在储液罐内的管线液封失效，气体从一级蒸发器凝液排口管线串入储液罐，翻滚的液位及压力作用下，凝液在又通过三级蒸发器凝液排口管线倒回三级蒸发器中，遇三级的低温，凝液在管道内凝结，造成通道冰堵。

同时，大量的气体涌入冷凝机组，凝固在通道内的物料增多，冰层加厚，需要大量的热源，机组在投用初期，追求低温深冷效果，熔霜阀开度为50%，不足以将大量的物料及水的冰层融化，长久的积累也导致了通道堵塞，



苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案解决措施：

（1）调整罗茨风机相关比例积分参数，让风机调节平缓，进冷凝机组最大尾气量控制在约370~400Nm³/h，既保证了气量能处理，也保证了贮罐压力平稳，不再是机组忽停忽启动。

（2）将三级制冷融霜线手阀开大，由50%调整至60%，提高融霜效果，确保一个熔霜周期内霜层融化。

（3）调整三级蒸发器A、B通道融霜参数，将原三级蒸发器通道温度由-30℃至-75℃调整至-15℃至-55℃，既保证了冷凝效果，也补偿了回温熔霜的热量。



2.苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案凝油管回油故障

机组连续稳定运行了一个月后，再次出现联锁停机。检查发现机组的贮油罐液位294mm,储油罐三级下油管埋入油位中，在机组尾气压力作用下，贮油罐的油返灌到三级蒸发器中，引起机组停机。

解决方法：

（1）将原三级蒸发器下油口管线由250mm，缩短为150mm。

（2）将储油罐液位控制由＜300mm调整为＜200mm。



3. 苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案修正了缓冲罐压力设定值确故障

冷凝吸附装置缓冲罐入口管线与储油罐气相设有气相平衡流程。装置投用时缓冲罐压力设定为微正压，在贮气罐高压时，高压传递到储油罐，凝油在回油管内回流，遇到低温的三级蒸发器，加剧冰堵情况。

苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案储油罐气相平衡管连通缓冲罐入口管线

（1）调整缓冲罐压力设定，由微正压（0.15kPa）调整为微负压（-0.5kPa），储油罐和缓冲罐平衡阀开度增大，储油罐压力为微负压。

（2）增加储油罐平衡阀压力联锁，如缓冲罐压力高于0.5kPa，则平衡阀关闭，避免因尾气线压力高冲击储油罐。
结论

该套装置投用后，尾气排放数据达标。2022年机组完成相关改造。2023年1-7月，机组安排计划检修2次，未出现异常停机故障。



■苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案安装、维护与调试

1、安装：

（1）检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏与精度测试。

（2）在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要注意同轴度。

（3）安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。

（4）阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。

（5）介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏，阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。

（6）为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀。



2、苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案维护：

（1）清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2）阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

（3）阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4）阀杆：表面损坏，必须换新。

（5）压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6）易损零件：填料、密封垫片与O型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期一般最多2～3年。

（7）阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。



3、苯贮罐氮封装置三件套优化改造方案调试

所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值