一种储罐氮封一体式集成接口的制作方法

本发明属于石油、化工、制药等行业液体安全储存设备技术领域，涉及一种储罐罐顶氮封系统设备连接及压力信号采集的一体式集成接口。

背景技术：

石油、化工、制药等行业的液体原料、中间体、产成品等，很多是具有高挥发性、有毒、易燃易爆的，对于这些液体的储存所使用的常压储罐通常要配备氮封系统。氮封系统一般安装在储罐罐顶，主要包括氮封阀、泄氮阀、呼吸阀、紧急泄放阀、阻火器等，目前国内外的现状各设备是分别安装的，通常会在罐顶上开很多孔，这不但使储罐的泄漏点增加，而且储罐设计中将考虑更多的不定因素，使储罐的受力更加复杂，安全性受到考验，也不利于设备的安装、维护、检修。并且，现场状况中，氮封阀和泄氮阀取压口的设定存在随意性，这样有可能使氮封阀和泄氮阀的配合出现问题，并且，即使同一罐区相同工况的储罐运行也可能产生不同状况，为设备调试、检修维护增加难度。

图1中可以看到，罐顶的氮封系统通常包括氮封阀7、泄氮阀8、呼吸阀9、紧急泄放阀10、阻火器11等，目前各设备分别安装在储罐罐顶，并分别取压，于是灌顶上开了进氮口1、氮封阀取压口2、呼吸阀接口3、泄氮口4、泄氮阀取压口5、泄氮阀泄压口6及紧急泄放阀10的接口等大小七个孔，对储罐的设计、制造、安装、调试、使用、维护等都十分不利。也有些用户将氮封阀7和泄氮阀8的取压口开在进氮管27和泄氮管28上，虽然罐顶上少开两个孔，但所取的压力信号与灌中的实际压力往往出现较大偏差，使储罐压力控制很不准确。因此，有必要设计一种新型的接口，有效地减少储罐上的开口数量，并使设备安装及压力信号采集标准化，使氮封系统有效地运转，且便于安装、调试、维护、检修。

技术实现要素：

本设计将图1中的六个接口：进氮口1、氮封阀取压口2、呼吸阀接口3、泄氮口4、泄氮阀取压口5、泄氮阀泄压口6通过储罐氮封一体式集成接口13(简称：一体式集成接口)集成在一起，与储罐12连接，见图2。

储罐氮封一体式集成接口13的左右法兰分别与氮封阀7和泄氮阀8连接，上下法兰分别与呼吸阀9和储罐12连接，前端接口31配置一只压力表15以显示储罐的内部压力。后端上部接口将氮封阀取压口2与泄氮阀取压口5合二为一，连接氮封阀的引压管18和泄氮阀的引压管17，后端下部接口泄压口6连接从泄氮阀的指挥阀26引出的泄压管16。一体式集成接口13的具体结构见图3。

将图2所示的进氮管路和泄氮管路设备简化，并将储罐缩小，形成储罐氮封一体式集成接口的外观连接图--图4及工作示意图--图5便于介绍。

储罐氮封一体式集成接口13的设计需要达到两个目的，一是将上述六个接口集成为一个接口与储罐相连，二是需要满足储罐的压力控制要求，满足各设备的正常有效工作要求。第一个目的上述已经达到，下面介绍第二个目的的达成。

图5，氮封阀7上游端接中压氮气32(通常5～12barg)，经减压通过一体式集成接口的进氮管路21进入储罐12内，与灌中气体充分融合。一体式集成接口的中腔22与储罐12形成等压腔，将压力信号分别通过氮封阀引压管18和泄氮阀引压管17传递给氮封阀7和泄氮阀8，通过进氮和泄氮过程以保证储罐内的压力维持在设定压力的平衡范围内。

进氮流量和泄氮流量在设计上是平衡的，由于氮封阀进口中压出口微压，而泄氮阀的两端都是微压，所以要具有相近的流量，泄氮阀的口径将比氮封阀大，通常在2∶1及以上，这样流通面积就在4∶1及以上，视储罐氮封系统的设计压力及储罐液体泵入泵出流量而不同。

储罐的正常工作状态是将压力控制在氮封阀的设定压力p氮封与泄氮阀的设定压力p泄氮之间，而只有当储罐液体泵入泵出流量过大及(或)外界环境、气候骤变，造成储罐内压力骤然大幅升高或降低时，为了保护储罐安全，呼吸阀9才开始开启，呼出灌内气体或吸入空气。呼吸阀的吸入、呼出是由灌内压力与外界空气形成的压差决定的，而这个压差通常在零点几个至几个kpa之间，很小，因此呼吸阀必须要有很大的流通能力，才能使储罐压力尽快回复到正常工作状态。呼吸阀的口径比泄氮阀、氮封阀的口径大很多，比例通常会在8∶2∶1及以上，这样流通面积通常会在64∶4∶1及以上，视储罐设计的各设备设定压力、储罐液体泵入泵出流量及为满足api2000要求的设计而定，可计算得到。这样，一体式集成接口的3个重要接口：呼吸阀接口3(中腔22尺寸与其相同)、泄氮口4、进氮口1可由计算获得，具体设计中可以形成产品序列。

几个相关压力的大小关系：储罐的设计正负压是设计储罐时决定的，超出则储罐会受损。呼吸阀9有两个设定压力，吸入压力和呼出压力。紧急泄放阀10主要考虑火灾状况时对储罐的泄压保护。这些压力的关系如下：

p储罐设计负压＜p吸入＜p大气＜p氮封＜p泄氮＜p呼出＜p紧急泄放＜p储罐设计正压

举一个各压力的例子便于理解：p储罐设计负压(-0.49kpag)＜p吸入(-0.3kpag)＜p大气(okpag)＜p氮封(0.3kpag)＜p泄氮(0.8kpag)＜p呼出(1.4kpag)＜p紧急泄放(1.8kpag)＜p储罐设计正压(1.96kpag)，各压力均为表压。

关于储罐氮封一体式集成接口设计的几点说明，1.进氮管路21的设计是为了使进入储罐12的经过减压但压力依然高于储罐压力的氮气先与储罐气体混合、缓冲，使储罐的整体压力缓慢均匀上升，使一体式集成接口的中腔22始终与储罐12保持等压或近似等压状态，这样引压管17、18从取压口2(5)所取的压力信号才不会产生冲击并能够准确反映储罐压力的变化(虽有滞后，但远在氮封阀7和泄氮阀8的控制精度以内)。2.泄氮口4的流通面积比一体式集成接口中腔22的截面积小很多，比例通常在4∶64＝1∶16或更小；并且灌内微压，泄氮阀8两端压差不大(即使泄氮阀下游端采用了抽真空设备形成负压，压差依然不大)，这样泄氮形成的气体流动对一体式集成接口中腔22的压力与储罐保持一致或近似一致影响不大，即使产生压差也会迅速平衡。并且储罐压力保持的是动态平衡，即使取压口2(5)处由于泄氮气体流动造成压力略低于储罐内压力触及泄氮阀8的设定压力，使其关闭，随着压力的迅速回复，泄氮阀8会再度开启泄压，然后再关闭，如此往复储罐压力得以平衡在泄氮阀8设定压力之下。这与在储罐上直接取压产生的泄压再压力平衡的过程也是相同的。3.泄氮阀8进出口压力都很小，为了能够有效地进行压力控制且缩小执行器23的体积，有类泄氮阀会将5～12barg的中压氮气32引入来进行控制，于是在泄氮阀8开启的时候将会有控制余压气体33从泄压管16排出，此处通过一体式集成接口13将余压气体33经泄压口6引入中腔22内再随灌内气体排出，至回收系统。余压气体33经泄氮阀8的指挥阀26(图2)逐步排出，压力通常在几kpag左右，流量很小，总体积小于泄氮阀执行器23的上腔体积，进入中腔22后迅速减压与储罐压力相当，不会影响泄氮阀的工作，如果有也是促进泄氮阀8开启的极短时微弱正影响。无中压氮气引入来进行控制的泄氮阀，将无控制余压气体排出，此处泄压口6可用堵头封闭。

氮封阀取压口2与泄氮阀取压口5合二为一，从一体式集成接口13的中腔22处取压，避免了现场安装取压管的随意性，也避免了由此带来的随机性误差。

为了进一步保护储罐安全，尤其是火灾状况的储罐安全，还可以安装紧急泄放阀10，需要在罐顶上另开一孔，或者根据储罐的实际工作情况，安装在一体式集成接口13的呼吸阀接口3代替呼吸阀9。紧急泄放阀10将会有比呼吸阀9更大的口径及流通能力，使一体式集成接口13的中腔22更大，有更好的与储罐12保持同压的能力。对于体积比较小的储罐，以及灌内液体挥发性不高，氮封阀7与泄氮阀8已经能够满足储罐运行及安全要求的情况下，一体式集成接口13的呼吸阀接口3还可设置成取样口或安装雷达液位计，如果都不需要，则用盲板封闭。

通过一体式集成接口13将氮封设备安装标准化，有利于现场安装维护，有利于监控设备更好地了解设备运行状态，有利于更好地排错纠错；也有利于设备厂家能够成撬供货，系统性能及安全性在工厂中完成测试，使现场安装更加高效高质量，系统应用更加安全有效。

附图说明

图1显示目前国内外现场储罐罐顶氮封系统各设备的一般安装状况。

图2是本发明储罐氮封一体式集成接口的设备安装状态。

图3是本发明储罐氮封一体式集成接口13的结构图。

图4是储罐氮封一体式集成接口两端设备简化后的安装状态。

图5是本发明储罐氮封一体式集成接口的工作示意图。

图6和图7是本发明储罐氮封一体式集成接口的两种工作状态。

图中编码分别为：1.进氮口；2.氮封阀取压口；3.呼吸阀接口；4.泄氮口；5.泄氮阀取压口；6.泄氮阀泄压口；7.氮封阀；8.泄氮阀；9.呼吸阀；10.紧急泄放阀；11.阻火器；12.储罐；13.储罐氮封一体式集成接口(简称：一体式集成接口)；14.储罐接口；15.压力表；16.泄压管；17.泄氮阀引压管；18.氮封阀引压管；19.氮封阀旁路；20.泄氮阀中压氮气引入管；21.进氮管路；22.中腔；23.泄氮阀执行器；24呼吸阀吸入端；25呼吸阀呼出端；26泄氮阀指挥阀；27进氮管；28泄氮管；29.液体泵入口；30.液体泵出口；31.压力表接口；32.中压氮气；33.控制余压气体；34.空气；35.氮气与挥发气的混合气体。

具体实施方式

图6，当外界环境温度下降或液体泵出液位下降时，储罐上方氮气与挥发气的混合压力降低，压力信号由氮封阀引压管18传递给氮封阀7(压力信号同时由泄氮阀引压管17传递给泄氮阀8，但泄氮阀8不会动作。)，如果压力低于氮封阀7的设定值p氮封，则氮封阀7开启，中压氮气32经减压进入储罐12。如果储罐内压力聚降，低于呼吸阀9的吸入压力p吸入，为了保护储罐安全，呼吸阀吸入端24开启，外界空气34进入储罐，储罐压力回升。当储罐12压力回升到呼吸阀9的吸入压力p吸入时，呼吸阀吸入端24关闭；氮封阀7继续输入氮气，当压力上升到氮封阀7的设定压力p氮封时，氮封阀7关闭，储罐重新回到压力平衡状态。

图7，当外界环境温度上升或液体泵入液位上升时，储罐上方氮气与挥发气的混合压力升高，压力信号由泄氮阀引压管17传递给泄氮阀8(压力信号同时由氮封阀引压管18传递给氮封阀7，但氮封阀7不会动作。)，如果压力高于泄氮阀8的设定值p泄氮，有中压氮气32引入控制的泄氮阀8的指挥阀26将开启，控制余压气体33由泄压管16逐步排出至一体式集成接口中腔22，同时泄氮阀8开启，余压气体33随储罐中的混合气体泄出至回收系统。无中压氮气引入控制的泄氮阀将无余压气体排出。如果储罐12内压力聚升，高于呼吸阀的呼出压力p呼出，为了保护储罐安全，呼吸阀呼出端25开启，混合气体35排入大气，随之储罐压力回落。当储罐12压力回落到呼吸阀呼出压力p呼出时，呼吸阀呼出端25关闭；泄氮阀8继续排出气体，当压力回落到泄氮阀8的设定压力p泄氮时，泄氮阀8关闭，储罐重新回到压力平衡状态。

呼吸阀呼出端25可选择管道连接方式至回收系统，将呼出混合气体35收集并处理，使呼出的混合气体不致污染大气。

为了便于检修，氮封阀7与泄氮阀8可设置旁路，如：氮封阀旁路19，引压管17/18上可安装针阀或小球阀；呼吸阀9为了便于拆下检修可在其下安装一个蝶阀。这些可与目前现场的安装方法一致。

使用带阻火功能的呼吸阀及泄氮端设置阻火器11可进一步保护储罐安全，避免外部火源造成储罐内部起火。