某公司對貯存苯等高毒物的貯罐實施了尾氣治理改造，采用 “冷凝+吸附” 技術對尾氣進行回收，氣體達標后排放。裝置設計規(guī)模為 400Nm³/h。本文對該該裝置使用及改造進行跟蹤，為類似裝置的改造提供經驗。某企業(yè)有6臺3000m³內浮頂罐，其中4臺用于收貯苯，2臺用于收貯鄰二甲苯，最高收料量為200 Nm³/h。2019年起，企業(yè)進行了有毒物貯罐尾氣環(huán)保治理工作。取消貯罐側壁呼吸耳孔，增加氮封裝置及泄放人孔，回收并處理呼吸閥排出口的氣體。經持續(xù)對該企業(yè)6臺貯罐進行跟蹤監(jiān)測，改造后，該部分貯罐大小呼吸排出氣體到達國家排放標準。
氮封裝置的作用是防止儲罐揮發(fā)性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮氣在罐內保持一定的壓力，氮封閥是設在罐頂的。氮封裝置取壓點的介質經導壓管引入檢測機構，反饋結構的設計使得介質直接經閥蓋進入檢測機構，在罐頂的罐呼吸閥能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作。
在流量控制方面每個閥門都配有控制流量百分比的固定板孔，氣體密封系統(tǒng)的每個閥門尺寸根據氣體流量表排列，根據提供的穩(wěn)定氣體壓力計算適應特定需要氣體密封的流量。氮封閥中的氮氣可以起到置換裝置介質、平衡系統(tǒng)的壓力等功能，用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，一般的氮氣壓力是常壓，主要作用
一是在于減少揮發(fā)，如苯罐，二是防止介質與空氣的反應，如堿罐，防止儲罐內物料與氧接觸會氧化或發(fā)生化學反應；還有可以稀釋呼出氣體的濃度。進罐壓力一般減壓至1bar。適用于各類大型儲罐的氣封保護系統(tǒng)，運行可靠，并廣泛適用于石油、化工等行業(yè)。
一、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置情況
該貯罐的尾氣處理裝置采用冷凝吸附技術，前端采用了三級串聯深冷技術后端采用活性炭吸附技術。三級深冷溫度可達-55℃，C4及以上組份的有機物及水份均能液化。因苯在15.7℃凝結及水在0℃凝結的物理性質，該尾氣裝置的冷凝處理單元采用雙通道設計。流道A運行時，伴隨運行時長增長，氣體物質逐步凝結，流通阻力增加，流通阻力與運行時長成正比，最終出現流道堵死情況。為此增設流道切換系統(tǒng)。在A流道運行一定時長后，系統(tǒng)流道切換至B運行，同步流道A利用機組散發(fā)的熱進行熱熔處理，去除掉凝固的苯及水份，確保了裝置長時間穩(wěn)定運行。
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結構發(fā)達和大比表面積特性，吸附能力強，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，能經受水浸、高溫和高壓的作用，失效后可以再生，且不溶于水和有機溶劑的等優(yōu)點。吸附時采用常壓吸附，真空脫附方式。單元內并聯設置兩塔，切換進行吸附/脫附操作。
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要參數及主要性能指標見表一 表一
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| 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | ||||||
| 閥座直徑（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | |
| 額定流量系數Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
| 壓力調節(jié)范圍KPa | 0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、 | ||||||||||||
| 公稱壓力PN（MPa） | 1.6 | ||||||||||||
| 被調介質溫度（℃） | -5～+100 | ||||||||||||
| 流量特性 | 快開 | ||||||||||||
| 調節(jié)精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
| 執(zhí)行機構有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
| 信號接口 | 內螺紋M10×1 | M16X1 | |||||||||||
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案壓力調節(jié)范圍見表二 表二
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| 指揮器膜室 | 執(zhí)行機構膜室 | 使用閥門口徑（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 |
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要零件材料見表三 表三
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| 材 料 |
| 氣動薄膜式執(zhí)行機構，指揮器 | 組合件 |
| 閥體，閥蓋 | ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti |
| 推桿，閥桿 | 2Cr13，1Cr18Ni9 |
| 閥座 | 1Cr18Ni9Ti |
| 閥芯（軟密封）/填料 | 聚四氟乙烯 |
| 波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增強滌綸織物 |
| 彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案外形尺寸見表四、圖二 表四 單位：mm
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| L | B | H1 | H | ||
| A=1200 cm2 | A=600 cm2 | A=400 cm2 | ||||
| 壓力調節(jié)范圍（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）標準法蘭連接形式PN16為凸面，連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84，鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94，閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶標準制造，如：ANSI，JIS，DIN等標準。
2）接管根據用戶需要配置
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案產品重量見表五 表五 單位：Kg
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| 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、裝置尾氣排放指標情況
冷凝吸附尾氣處理裝置投用前，各貯罐罐頂氣監(jiān)測發(fā)現氣體濃度均超過行業(yè)排放標準，見下表。
表1儲罐 G-303/304/305 罐頂氣物料含量測定數據
| 貯罐號 | 介質 | 罐頂濃度mg/m3 | 貯罐形式 | 容積m3 | 有無氮封 |
| G303 | 苯 | 494 | 拱頂罐 | 3000 | 有氮封 |
| G304 | 苯 | 50 | 拱頂罐 | 3000 | 有氮封 |
| G305 | 鄰二甲苯 | 350 | 拱頂罐 | 3000 | 無氮封 |
表 2 涉苯儲罐現場總烴測定數據
| 貯罐號 | 介質 | 罐頂濃度mg/m3 | 貯罐形式 | 容積m3 | 有無氮封 |
| G301 | 苯 | 4881 | 拱頂罐 | 1000 | 有氮封 |
| G306 | 鄰二甲苯 | 873 | 拱頂罐 | 1900 | 無氮封 |
冷凝吸附尾氣處理裝置投用后，排放的尾氣監(jiān)測數據見下表。
表2冷凝吸附裝置尾氣排口檢測情況
| 監(jiān)測日期 | 采樣點名稱 | 非甲烷總烴實測濃度：mg/m3 | 苯（mg/m3） | 鄰二甲苯（mg/m3） |
| 2023.1.10 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.95 | 0 | 0 |
| 2023.2.13 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.27 | 0 | 0 |
| 2023.3.8 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 5.50 | 0 | 0 |
| 2023.4.17 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 1.58 | 0 | 0 |
| 2023.5.8 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.66 | 0 | 0 |
| 2023.6.6 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 2.02 | 0 | 0 |
| 2023.7.3 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 2.46 | 0 | 0 |
以上監(jiān)測結果由專業(yè)監(jiān)測站提供，歷次監(jiān)測數據均符合中國石化內控指標和江蘇省地方的規(guī)定，即尾氣排放標準：非甲烷總烴 ≤50mg/ m³（去除效率≥97%）、苯含量≤2mg/ m³、甲苯≤8mg/ m³、二甲苯≤10mg/ m³。
三、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置在運行中曾出現的問題
1.三級蒸發(fā)器通道堵塞故障。
該冷凝吸附裝置初始運行時，出現了兩次通道堵塞現象。一次發(fā)生在三級蒸發(fā)器A通道，一次發(fā)生在一級蒸發(fā)器B通道。兩次故障均發(fā)生在清晨7:00-9：00時間段。由于該企業(yè)地處北緯31°14-32°27，初春季節(jié)7:00附近開始日出，太陽光開始直射在貯罐表面，貯罐小呼吸量迅速升高，此時正值貯罐收料高峰期，大小呼吸同時作用，貯罐呼吸閥排出量迅猛增加。故障記錄顯示此時氣量達586Nm3/h，超過設計量400Nm3/h，變頻的羅茨風機頻率達到50Hz，風機出口達到23kPa。由此判斷在高流量高壓作用下，蒸發(fā)器在儲液罐內的管線液封失效，氣體從一級蒸發(fā)器凝液排口管線串入儲液罐，翻滾的液位及壓力作用下，凝液在又通過三級蒸發(fā)器凝液排口管線倒回三級蒸發(fā)器中，遇三級的低溫，凝液在管道內凝結，造成通道冰堵。
同時，大量的氣體涌入冷凝機組，凝固在通道內的物料增多，冰層加厚，需要大量的熱源，機組在投用初期，追求低溫深冷效果，熔霜閥開度為50%，不足以將大量的物料及水的冰層融化，長久的積累也導致了通道堵塞，
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案解決措施：
（1）調整羅茨風機相關比例積分參數，讓風機調節(jié)平緩，進冷凝機組最大尾氣量控制在約370~400Nm³/h，既保證了氣量能處理，也保證了貯罐壓力平穩(wěn)，不再是機組忽停忽啟動。
（2）將三級制冷融霜線手閥開大，由50%調整至60%，提高融霜效果，確保一個熔霜周期內霜層融化。
（3）調整三級蒸發(fā)器A、B通道融霜參數，將原三級蒸發(fā)器通道溫度由-30℃至-75℃調整至-15℃至-55℃，既保證了冷凝效果，也補償了回溫熔霜的熱量。
2.苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案凝油管回油故障
機組連續(xù)穩(wěn)定運行了一個月后，再次出現聯鎖停機。檢查發(fā)現機組的貯油罐液位294mm,儲油罐三級下油管埋入油位中，在機組尾氣壓力作用下，貯油罐的油返灌到三級蒸發(fā)器中，引起機組停機。
解決方法：
（1）將原三級蒸發(fā)器下油口管線由250mm，縮短為150mm。
（2）將儲油罐液位控制由＜300mm調整為＜200mm。
3. 苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案修正了緩沖罐壓力設定值確故障
冷凝吸附裝置緩沖罐入口管線與儲油罐氣相設有氣相平衡流程。裝置投用時緩沖罐壓力設定為微正壓，在貯氣罐高壓時，高壓傳遞到儲油罐，凝油在回油管內回流，遇到低溫的三級蒸發(fā)器，加劇冰堵情況。
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案儲油罐氣相平衡管連通緩沖罐入口管線
（1）調整緩沖罐壓力設定，由微正壓（0.15kPa）調整為微負壓（-0.5kPa），儲油罐和緩沖罐平衡閥開度增大，儲油罐壓力為微負壓。
（2）增加儲油罐平衡閥壓力聯鎖，如緩沖罐壓力高于0.5kPa，則平衡閥關閉，避免因尾氣線壓力高沖擊儲油罐。
結論
該套裝置投用后，尾氣排放數據達標。2022年機組完成相關改造。2023年1-7月，機組安排計劃檢修2次，未出現異常停機故障。
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案安裝、維護與調試
1、安裝：
（1）檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質，必須進行強度、密封、泄漏與精度測試。
（2）在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導致閥門不能正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要注意同軸度。
（3）安裝場地應考慮到人員與設備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。
（4）閥門應正立垂直安裝在水平管道上，導壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的閥后管道上。閥自重較大與有振動的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。
（5）介質流動方向應與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接承受介質壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應在環(huán)境溫度-25～+55℃場所使用。
（6）為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時，仍能連續(xù)生產，應設置旁路閥。
2、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案維護：
（1）清洗閥門：對清洗一般介質，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質，首先要了解其性質，在選用相應的清洗辦法。
（2）閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時應使用專用工具。
（3）閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。
（4）閥桿：表面損壞，必須換新。
（5）壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。
（6）易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時，全部換新。膜片必須檢查是否有預示將來可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據檢驗結果，決定是否更換，但膜片使用期一般最多2～3年。
（7）閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應按產品出廠測試項目與方法調試，并在這期間，可更準確地調整填料壓緊力與閥芯關閉位置。
3、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案調試
所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調節(jié)螺母的操作而得到調整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調整調節(jié)螺母。順時針方向旋轉使壓力增大，逆時針旋轉則壓力減小。安裝在壓力調節(jié)閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調整后的壓力給定值
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