Популярная наука об автомобильных приборах: Система герметизации резервуаров азотом – принцип работы и ввод в эксплуатацию.

Популярная наука об автомобильных приборах: Система герметизации резервуаров азотом – принцип работы и ввод в эксплуатацию.

 Введение

В сочетании с примерами эксплуатации и технического обслуживания резервуаров для хранения на месте,Авто Прибор анализирует реальную работу и методы ввода в эксплуатацию систем азотного уплотнения резервуаров, а также первопричины попадания воздуха даже в резервуары, оснащенные датчиками перепада давления, уровня, давления, избыточного давления и перепада давления, даже при наличии азотного уплотнения. В сочетании с требованиями к калибровке датчиков давления он помогает инженерам понять, что азотное уплотнение — это гораздо больше, чем просто заполнение азотом. Он позволяет освоить ключевые моменты, включая градиент давления, выбор типа клапана и оценку содержания кислорода, чтобы избежать таких рисков, как обратный всасывание воздуха, колебания давления и окислительные потери материала.

 I. Факт из отрасли: Воздух по-прежнему может засасываться в резервуары, оборудованные системами азотного уплотнения.

Многие специалисты на местах считают герметизацию резервуаров азотом просто «заполнением резервуара азотом», что является односторонним процессом. Даже при наличии системы герметизации азотом воздух все равно может засасываться в резервуары для хранения.

Герметизация азотом контролирует не просто «наличие азота внутри резервуара», а три основных элемента газового пространства над резервуаром: содержание кислорода, микродавление в резервуаре и пути поступления и оттока газа.

Газофазное пространство в верхней части резервуаров для хранения не является статичным. Колебания уровня жидкости и изменения температуры окружающей среды изменяют объем и давление газа внутри резервуаров. Суть азотного уплотнения заключается в поддержании низкого содержания кислорода, небольшого избыточного давления, возможности сброса и контроля в условиях различных колебаний рабочих условий. Данные об уровне жидкости, собранные датчиками перепада давления и датчиками давления в резервуаре, служат важными ориентирами для регулирования азотного уплотнения. Регулярная калибровка датчиков давления должна проводиться для обеспечения точного измерения уровня жидкости и давления, чтобы получать реальные и достоверные данные о давлении от манометрического датчика и датчика перепада давления для полного понимания процесса азотного уплотнения резервуаров.

 II. Основные моменты: ключевые принципы и основные заблуждения относительно герметизации резервуаров азотом.

1. Азотная герметизация ≠ Продувка и вытеснение азота

Продувка резервуаров азотом перед вводом в эксплуатацию представляет собой инерционное вытеснение — однократную начальную обработку для решения проблемы изменения состава газовой фазы при запуске.

После официального ввода резервуаров в эксплуатацию колебания уровня жидкости, разница температур между днем ​​и ночью, переключение между приемом и подачей материалов, а также незначительные утечки из принадлежностей оборудования будут постоянно изменять давление и состав газовой фазы в верхней части резервуара. На этом этапе непрерывное регулирование должно осуществляться с помощью систем азотного уплотнения.

Шшшш. Вытеснение — это однократное действие; герметизация азотом — это непрерывное динамическое управление.

Путаница между этими двумя понятиями и проведение продувки азотом только перед запуском приведет к соответствующему уровню содержания кислорода при вводе в эксплуатацию, но к постепенному повышению его содержания после нескольких дней работы. Показания датчика давления могут казаться нормальными, в то время как состав газовой фазы в резервуаре может выйти за пределы допустимых значений.

Нормальное показание давления не означает эффективную герметизацию азотом. Для оценки эффективности герметизации азотом необходимо одновременно проверить четыре показателя: давление в резервуаре, содержание кислорода, расход азота и состояние выхлопных газов.

2. Резервуары постоянно «дышат»; для герметизации азотом необходима динамическая реакция на условия эксплуатации.

Во время слива уровень жидкости понижается, а объем газовой фазы на поверхности резервуара расширяется. Слив каждого 1 м³ жидкости увеличивает объем газовой фазы почти на 1 м³. Без своевременного добавления азота наружный воздух будет течь в обратном направлении, повышая содержание кислорода и нарушая работу защиты инертным газом.

В процессе подачи уровень жидкости поднимается, а газообразное пространство сжимается для отвода газа из верхней части резервуара. В случае летучих сред отводимый газ содержит большое количество паров вещества.

Температура также вызывает эффект «дыхания»: газ внутри резервуаров сжимается, и давление в резервуаре падает ночью из-за охлаждения; газ расширяется, и давление в резервуаре повышается днем ​​из-за нагрева. Для наружных темных резервуаров, хранящих материалы с высоким давлением пара, колебания объема газа, вызванные тепловым «дыханием» в течение дня и ночи, довольно заметны.

Таким образом, герметизация азотом — это не просто добавление небольшого количества азота. Она должна динамически регулировать подачу и отвод азота в сочетании с сигналами уровня жидкости (датчик дифференциального давления / датчик давления уровня в резервуаре) и сигналами давления в резервуаре.

3. Основная логика азотной герметизации: двойная защита за счет небольшого избыточного давления и низкого содержания кислорода.

Азот негорюч и практически не вступает в реакцию с большинством химических веществ. Впрыскивание азота в пространство над резервуаром направлено на снижение парциального давления кислорода в газовой фазе и минимизацию контакта материалов с кислородом/влагой.

- Для материалов, чувствительных к кислороду: предотвращает окисление, изменение цвета, деградацию, повышение кислотного числа и другие ухудшения качества;

Для влагопоглощающих материалов: уменьшить проникновение влаги;

- Для летучих опасных материалов: поддерживайте газовую фазу в верхней части резервуара в пределах безопасного взрывозащищенного диапазона.

Одного лишь снижения содержания кислорода недостаточно. Когда внутреннее давление в резервуаре ниже атмосферного, воздух будет поступать обратно в резервуары через вентиляционные клапаны, фланцы, люки, порты приборов и слабые уплотнительные зазоры. Азотное уплотнение поддерживает небольшое избыточное давление, создавая поток газа наружу и блокируя обратный отток наружного воздуха.

Тссс! Важные моменты относительно небольшого избыточного давления: более высокое давление не означает лучшее качество. Резервуары для хранения при атмосферном давлении ни в коем случае нельзя использовать в качестве оборудования, работающего под давлением.

Слишком низкое давление: не может противостоять обратному всасыванию воздуха;

Слишком высокое давление: частое открытие вентиляционных клапанов, резкое увеличение расхода азота и дополнительная нагрузка на корпус резервуара и его оборудование.

О надлежащем функционировании системы азотного уплотнения судят по стабильному давлению, а не по высокому значению давления.

4. Градиенты регулировки давления не должны конфликтовать друг с другом.

Многие отказы азотных герметизирующих систем возникают из-за неисправностей в заданных значениях защитных компонентов, а не из-за отсутствия клапанов. Необходимо установить четкий градиент давления между азотным герметизирующим клапаном, клапаном выдоха, вакуумной защитой от отрицательного давления и предохранительным клапаном:

1. Азотный уплотнительный клапан открывается для подачи азота, когда давление в резервуаре падает до заданного положительного значения, и закрывается, когда давление в резервуаре повышается до заданного значения закрытия;

2. Давление открытия дыхательного клапана при выдохе > давление закрытия азотного уплотнительного клапана;

3. Защита от вакуума с отрицательным давлением устанавливается в пределах диапазона отрицательного давления только для аварийной защиты, когда подача азота недостаточна или мгновенный приток воздуха превышает допустимую нагрузку;

4. Предохранительный клапан устанавливается при более высоком давлении для защиты от избыточного давления на заключительной стадии.

Слишком малый интервал между заданными значениями приводит к явлению «одновременного добавления азота и выпуска отработавших газов». Клапан азотного уплотнения открывается, и дыхательный клапан мгновенно открывается. Симптомы включают высокое потребление азота, колебания давления и частые включения/выключения клапанов, что обусловлено нарушением конфигурации градиента давления.

Первым шагом при вводе в эксплуатацию системы с азотным уплотнением является выяснение всей логики установки давления.

5. При выборе типа клапана с азотным уплотнением следует учитывать не только номинальный диаметр трубы.

При модернизации систем на местах часто выбирают клапаны с азотным уплотнением, основываясь лишь на номинальном диаметре азотной трубы, что не является строгим подходом.

Основным критерием выбора типа является максимальная емкость для подачи азота. Емкость для подачи азота должна охватывать три сценария рабочих условий: расширение газовой фазы, вызванное большим объемом сброса, термическое сжатие газа из-за охлаждения, а также учет переключения рабочих условий и регулировки приборов.

- Клапан недостаточного размера: давление в резервуаре быстро падает при сбросе большого объема жидкости; защита от вакуума срабатывает заранее, и воздух засасывается обратно в резервуар;

- Клапан увеличенного размера: низкая стабильность регулирования при малом расходе, колебания давления, частое включение/выключение клапана и быстрый износ диафрагмы и уплотнительных элементов.

Для саморегулирующихся клапанов с азотным уплотнением особое внимание следует уделить импульсному трубопроводу. Засорение импульсного трубопровода жидкостью, скопившейся в нем или кристаллизовавшейся, приведет к получению клапанами ложных сигналов давления. Многие случаи выхода из строя клапанов с азотным уплотнением на практике на самом деле вызваны засорением импульсного трубопровода конденсатом или кристаллами материала.

Сертифицированные азотные уплотнительные клапаны должны стабильно работать в условиях малой разницы давлений, малого открытия и низкого расхода, а не быть "более безопасными при большем диаметре трубы".

6. Должны быть гарантированы как впускной, так и выпускной пути.

Часто встречающимся конструктивным недостатком является чрезмерное внимание к контуру подачи азота при игнорировании пути отвода выхлопных газов.

Подача газа, повышение температуры и испарение материала приведут к увеличению давления в резервуаре. Избыток газа должен своевременно удаляться через вентиляционные клапаны, трубопроводы отходящих газов или системы рекуперации и обработки.

Засорение выхлопного трубопровода повысит фактическое рабочее давление вентиляционных клапанов; засорение пламегасителя значительно снизит пропускную способность выхлопной системы.

Для летучих веществ: чрезмерно высокое заданное давление азотного уплотнения или внутренняя утечка азотного уплотнения клапана приведут к увеличению общего объема отработавших газов, усугублению потерь материала и повышению нагрузки на оборудование для очистки отходящих газов, расположенное ниже по потоку.

Оценка герметичности системы азотирования должна включать в себя входной контур, газофазное пространство в верхней части резервуара и вытяжной контур.

7. Содержание кислорода является надежным индикатором азотно-герметизирующего эффекта.

Датчики давления (манометрические датчики / датчики перепада давления) передают только информацию о давлении в резервуаре и не могут отражать реальное содержание кислорода в резервуаре.

Восстановление работоспособности люка после технического обслуживания, остаточное содержание кислорода в локальных застойных зонах, обратный засасывание воздуха, вызванное плохой герметизацией вентиляционного клапана, и колебания противодавления в системе отходящих газов — это неисправности, которые не могут быть выявлены показаниями манометра.

Определение содержания кислорода необходимо для чувствительных к кислороду, влагопоглощающих и высоколетучих материалов. Следует обращать внимание на положение точки отбора проб, мертвый объем пробоотборной трубки, время отклика анализатора и регулярную калибровку датчика давления, а также калибровку анализатора. Отбор проб в одной точке на поверхности резервуара не может охватить все «мертвые зоны»; показания, полученные сразу после открытия пробоотборного клапана, не отражают реальный состав газовой фазы внутри резервуара.

Для всесторонней оценки состояния работы азотного уплотнения необходимо объединить четыре набора данных: содержание кислорода, давление в резервуаре, расход азота и уровень жидкости в резервуаре (по данным датчика перепада давления / датчика давления в резервуаре).

1. Слив: уровень жидкости падает, потребление азота синхронно возрастает, а давление в резервуаре остается стабильным → нормальная подача азота;

2. Отсутствие операций приема и выгрузки, но непрерывное потребление азота → внутренняя утечка через обратный клапан, утечка через вентиляционный клапан, негерметичность верхней части бака и противоречивые заданные значения;

3. Медленное повышение содержания кислорода → проверка качества вытеснения, точек уплотнения и записей о срабатывании вакуумной защиты;

4. Пилевидные колебания давления в резервуаре → выбор типа обратного клапана, импульсный трубопровод и зона застоя управления.

Полную оценку состояния герметичности резервуара по азоту можно провести только с учетом давления, расхода азота, содержания кислорода, состояния работы клапана и условий приема и выгрузки.

 III. Оценка сценариев: рабочие характеристики и выявление неисправностей исправно функционирующих азотных уплотнений.

Исправно работающая система азотного уплотнения не требует частой ручной регулировки операторами и обладает следующими характеристиками:

✅ Долгосрочно стабильное давление в резервуаре;

✅ Регулярная частота срабатывания азотного уплотнительного клапана;

✅ Отсутствие нерегулярных и частых открытий вентиляционного клапана;

✅ Потребление азота соответствует ритму поступления и оттока;

✅ Содержание кислорода стабильно соответствует технологическим показателям.

Следующие явления указывают на дефекты в конфигурации азотного уплотнения и требуют повторной проверки:

❶ Частые колебания давления в резервуаре вверх и вниз;

❷ Частое включение/выключение клапана с азотным уплотнением;

❸ Частое срабатывание вентиляционного клапана во время нормальной разрядки;

❹ Непрерывное потребление большого количества азота без операций приема и выгрузки;

❺ Содержание кислорода не может снизиться до технологических требований в течение длительного времени после сброса режима технического обслуживания;

❻ Давление в резервуаре аномально колеблется в зависимости от изменения условий работы системы отвода газов.

Эти явления по отдельности причиняют лишь ограниченный вред, но их совместное воздействие приведет к ухудшению состояния материалов и потенциальной угрозе безопасности.

 IV. Дополнительные выводы

Герметизация резервуаров азотом — это гораздо больше, чем просто заполнение резервуаров азотом; она обеспечивает непрерывный динамический контроль над газофазным пространством в верхней части резервуара.

Необходимо контролировать содержание кислорода для предотвращения попадания воздуха; поддерживать разумное, слегка избыточное давление вместо слепого повышения заданного давления; гарантировать как возможность подачи азота, так и беспрепятственный путь отвода отработанных газов; считывать не только данные о давлении с датчика манометрического давления, датчика перепада давления и данные об уровне жидкости с датчика перепада давления, датчика уровня в резервуаре, но и контролировать содержание кислорода и потребление азота; настроить систему защиты органов дыхания и уточнить место сброса отработанных газов.

Надежная герметизация азотом позволяет стабильно поддерживать газовое состояние верхней части резервуара в пределах допустимого диапазона процесса при каждой подаче, выгрузке, повышении и понижении температуры. Для обеспечения достоверности данных о давлении и уровне жидкости при регулировании герметизации азотом необходимо проводить периодическую калибровку датчиков давления для вспомогательных приборов.

Авто Компания Instrument предлагает полный спектр измерительных приборов для резервуаров: датчики уровня дифференциального давления, датчики давления уровня в резервуаре, датчики избыточного давления, датчики перепада давления. В соответствии со спецификациями калибровки датчиков давления мы предлагаем рекомендации по выбору типа, установке и вводу в эксплуатацию для проектов с азотным уплотнением резервуаров, чтобы избежать таких рисков, как обратный всасывание воздуха, выход давления из-под контроля и износ материалов.