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(chǔ)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(guò)程中獲得，儀器自動(dòng)控制燃料與空氣的比例， 使燃料在充分燃燒同時(shí)又避免了因過(guò)氧帶走大量的熱量以及產(chǎn)生COx、SOx、NOx排放，減少對(duì)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(duì)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(yíng)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?dú)鉁p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(guò)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(dòng)閥門、電動(dòng)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(jī)構(gòu)計(jì)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(wàn)千瓦機(jī)組，一般用煤量200噸/小時(shí)，如按每年運(yùn)行7500小時(shí)（85%）， 用煤量是1，500，000噸，按1.5%計(jì)算，每年可節(jié)省用煤量是22500噸/年，用戶可計(jì)算，如果是8-10%能源節(jié)約的價(jià)值，投資儀器的資金會(huì)很快得到回報(bào)。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(jì)、氧化鋯氧量表)，主要用于測(cè)量燃燒過(guò)程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測(cè)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(jiǎn)稱鋯頭)產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)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(guó)內(nèi)合資企業(yè)和本廠生產(chǎn)制造的，盡量減少后期維護(hù)的運(yùn)行成本。
2、本分析裝置主要技術(shù)特點(diǎn)如下：
本裝置是按“交鑰匙式”工程設(shè)計(jì)。裝置除取樣器外和過(guò)濾器組件，樣氣的預(yù)處理單元、供電單元和分析校對(duì)單元均置于分析柜內(nèi)，出廠前已調(diào)試完畢。現(xiàn)場(chǎng)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(shí)供方來(lái)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝和調(diào)試。
3、分析柜按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制作，開(kāi)有觀察大窗方便操作者巡視和維護(hù)。。
4、系統(tǒng)全干法流程，對(duì)分析組分不會(huì)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(jì)。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(dòng)除濕器，具有使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小，除濕效果穩(wěn)定等特點(diǎn)，樣氣中的殘余水汽將得到*清除，從而達(dá)到干燥樣氣的目的，避免了水汽對(duì)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(cè)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(cè)量電池、加熱器、熱電偶、過(guò)濾元件以及電纜接線端子等組成。測(cè)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(guò)過(guò)濾器或校驗(yàn)氣體通過(guò)傳導(dǎo)管進(jìn)入測(cè)量電池被測(cè)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(cè)量電池，便產(chǎn)生一個(gè)以對(duì)數(shù)為規(guī)律的電勢(shì)(兩側(cè)的氧濃度差愈大, 電勢(shì)信號(hào)愈大)。毫伏信號(hào)經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成0—10mA或4－20mA標(biāo)準(zhǔn)電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。 測(cè)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(cè)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(dāng)測(cè)量煙氣溫度高于700℃時(shí)，傳感器組成中省去加熱器和測(cè)溫?zé)犭娕肌?nbsp;
2.2 氧分析儀
為了使測(cè)量電池的工作溫度達(dá)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(hào)，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(diǎn)。
氧分析儀對(duì)氧傳感器輸入的氧m號(hào)進(jìn)行放大，然后將放大的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)氧分析儀預(yù)先校準(zhǔn)或者預(yù)置的氧傳感器測(cè)量電池的特性曲線，微處理器將數(shù)字信號(hào)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(shí)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性標(biāo)準(zhǔn)模擬電流信號(hào)0—10mA或4－20 mA輸出。 氧分析儀在運(yùn)行中連續(xù)不斷地進(jìn)行系統(tǒng)自檢，而通過(guò)電纜對(duì)傳感器進(jìn)行溫度控制、過(guò)熱保護(hù)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(guó)的氧化鋯分析儀。
二、工藝方案
以4臺(tái)輕質(zhì)油內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐組成的罐組為例，設(shè)計(jì)方案如下：
1.內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐改造
1）在儲(chǔ)罐罐頂透光孔法蘭蓋處增加開(kāi)口，用于安裝氧氣濃度檢測(cè)器。
2）封堵儲(chǔ)罐罐壁的通氣口，同時(shí)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(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定。
3）在儲(chǔ)罐罐頂增加氮?dú)饨尤肟凇?4）在儲(chǔ)罐罐頂增加氣相聯(lián)通管接口。 2.工藝流程
1）在儲(chǔ)罐內(nèi)安裝氧氣檢測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間氧氣濃度，同時(shí)將高濃度報(bào)警與氮?dú)夤艿揽刂崎y門聯(lián)鎖。當(dāng)氧氣濃度達(dá)到高濃度值時(shí)報(bào)警，聯(lián)鎖打開(kāi)氮?dú)忾y門，向儲(chǔ)罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)猓敝翙z測(cè)指標(biāo)達(dá)到設(shè)定要求時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉氮?dú)忾y門。補(bǔ)充氮?dú)獾牧髁靠刂剖褂孟蘖骺装澹髁恳丝刂圃赒=Q1-Q2（Q1－油品出罐流量，Q2－氣相連通罐中與油品出罐同時(shí)進(jìn)行的油品進(jìn)罐流量），且Q不應(yīng)小于100m3
/h，氮?dú)夤艿赖墓軓綖镈N50，氮?dú)獾牟僮鲏毫?.5Mpa。 氧氣濃度監(jiān)測(cè)信號(hào)引入控制室，控制室設(shè)氧氣濃度超標(biāo)報(bào)警儀。
2）同一種油品的多個(gè)儲(chǔ)罐在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，儲(chǔ)罐區(qū)域收油作業(yè)和付油作業(yè)經(jīng)常同時(shí)進(jìn)行。為節(jié)省氮?dú)庥昧浚ㄗh在同種油品儲(chǔ)罐之間設(shè)置氣相聯(lián)通管道，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的儲(chǔ)罐進(jìn)氣量和排氣量的部分平衡，減少氮?dú)庥昧亢妥鳂I(yè)時(shí)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(jiàn)附圖-1。
氧氣檢測(cè)器、切斷閥儀表規(guī)格書見(jiàn)附表。
3.儀表選型說(shuō)明
1）氧氣氣體檢測(cè)器采用電化學(xué)探頭。
2）切斷閥采用氣動(dòng)切斷球閥。
3）氮?dú)庋a(bǔ)氣總管上配置渦街流量計(jì)進(jìn)行氮?dú)饬髁勘O(jiān)測(cè)。
4.安裝布置方案
1）氧氣濃度檢測(cè)器通過(guò)透光孔安裝在儲(chǔ)罐拱頂與內(nèi)浮盤之間，為保證不影響儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤的正常升降，氧氣檢測(cè)器的安裝高度宜為儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤之上300mm。
2）罐頂?shù)獨(dú)饨涌诘拈_(kāi)口方位宜位于罐頂中心部位，氮?dú)夤艿涝诠迌?nèi)部分采用橡膠軟管。為保證換氣效果良好，氮?dú)庀鹉z軟管出口宜接近浮盤。可在氮?dú)庀鹉z軟管出口連接一個(gè)環(huán)形不銹鋼管，管壁水平方向上開(kāi)若干個(gè)通氣孔，用于向四周噴射氮?dú)狻－h(huán)形不銹鋼管應(yīng)固定安裝在浮盤上。
3）儲(chǔ)罐之間設(shè)置DN150氣相聯(lián)通管道，每個(gè)儲(chǔ)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(chǔ)罐接口安裝，每個(gè)儲(chǔ)罐的氣相聯(lián)通管道均應(yīng)設(shè)置截?cái)嚅y。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(shí)，應(yīng)在管道的低點(diǎn)設(shè)置排凝管及閥門。
4）在儲(chǔ)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(duì)單元組成。
（1）前處理單元包括
過(guò)濾器組件（除奈、焦油）、氣液分離器、除濕器、抽氣泵（進(jìn)口部件）、精除硫管、流量調(diào)節(jié)器、等。通過(guò)粗、細(xì)三級(jí)過(guò)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(kāi)關(guān)、接線端子、）、輸出故障報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)；具有數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)處理氧氣成份含量越限報(bào)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(jìn)口傳感器）、流量計(jì)、流路切換閥、標(biāo)準(zhǔn)樣氣等。
（4）越限報(bào)警功能
分析儀對(duì)凈化后的煤氣樣品進(jìn)行連續(xù)在線分析，輸出4-20mA信號(hào)和無(wú)源觸電信號(hào)。若氧濃度越限時(shí)，裝置立即輸出報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)（無(wú)源接點(diǎn)，容量1A），確保電捕焦器設(shè)備安全運(yùn)行。
（5）測(cè)量范圍及分析精度
測(cè)量對(duì)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(shí)間：T90＜15S
（6）信號(hào)輸出
現(xiàn)場(chǎng)所大屏液晶數(shù)字顯示O2含量并以 4—20mA成份信號(hào)隔離輸出給上位機(jī)或DCS。超限報(bào)警、聯(lián)鎖、故障報(bào)警信號(hào)輸出及容量：
氧濃度越限報(bào)警值在儀表量程范圍內(nèi)分別可設(shè)定（出廠時(shí)設(shè)定濃度報(bào)警值：0.80%,O2）報(bào)警信號(hào)輸出無(wú)源接點(diǎn)，容量：220VAC，1A
（7）裝置預(yù)處理功能
不銹鋼取樣探頭、三級(jí)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(hù)周期
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