氮封閥在氧含量控制方案應(yīng)用

                       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(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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?zé)犭娕肌?nbsp;

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(xué)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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