CN204387680U - 一种备用仪表气源的储存与应急供应装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种备用仪表气源的储存与应急供应装置，所述装置包括储存与气化设备、制氮机和缓冲罐。其中，储存与气化设备包括通过管线依次串接的液氮储罐、控制阀组和气化器；液氮储罐中的液氮通过开启的控制阀组输入气化器，气化器具有输出口；制氮机具有入口和液氮出口，液氮出口通过管线与液氮储罐的入口连接；缓冲罐的出口通过管线与外接的净化压缩空气管网连接，缓冲罐的入口通过供气管线与气化器的输出口连接；净化压缩空气管网上设置用于传输净化压缩空气管网气压值信号的气压传感器，通过气压传感器的输出信号控制控制阀组启闭。该装置与常规装置相比，投资低、占地少、无公辅消耗。

Description

一种备用仪表气源的储存与应急供应装置
技术领域
本实用新型涉及石油化工厂中空压站的技术领域，特别涉及一种提供备用仪表气源的储存与应急供应装置。
背景技术
石油化工生产中，仪表类调节阀门多采用气动执行机构进行调节和控制，因此空压站的连续稳定供气对石油化工厂的安全生产起到至关重要的作用。为保证仪表气源的安全供气，SH3020《石油化工仪表供气设计规范》要求应设置备用气源，而且明确规定仪表气源的维持时间应根据生产规模、工艺流程的复杂程度及安全联锁自动保护设计水平来确定，如果没有特殊要求，备用气源的维持时间可在15～30分钟取值。为稳妥起见，一般均按照维持时间30分钟设计。
石油化工厂往往选用净化压缩空气作为仪表气源，为实现仪表气源的备用储存与应急供应，现有方法如图1所示，在现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置100中，设置单独的净化压缩空气压缩机102对吸入的净化压缩空气进行增压，然后送入中压净化压缩空气储罐103储存备用。一旦净化压缩空气管网111的压强值的表压值低于0.55MPa，压力控制阀104打开，中压净化压缩空气储罐103对全厂的净化压缩空气管网111进行补压，并且使净化压缩空气管网111的压强值的表压值大于预定压强值的状态维持30分钟，从而使全厂装置均能够安全停车。
上述的现有方法有如下缺点：
1、占地大：一台净化压缩空气压缩机102体积大，安装完成后一般需要占用大小为12米×6米的厂房面积，中压净化压缩空气储罐103的容积一般会很大；
2、投资高：不仅净化压缩空气压缩机102的成本较高，而且中压净化压缩空气储罐103因压力高和容积大，导致造价也不菲；
3、配套设施多、消耗多：压缩机需设置配套的供水、供电和厂房，同时也会消耗水和电。
实用新型内容
为解决上述的技术问题，本实用新型提出一种备用仪表气源的储存与应急供应装置，来实现占地少、成本低的气源供应。
本实用新型中提出一种备用仪表气源的储存与应急供应装置，包括制氮机、缓冲罐和储存与气化设备；
所述储存与气化设备包括通过管线依次串接的液氮储罐、控制阀组和气化器；所述液氮储罐中的液氮通过开启的所述控制阀组输入所述气化器，所述气化器具有输出口；所述缓冲罐的出口通过管线与外接的净化压缩空气管网连接，所述缓冲罐的入口通过供气管线与所述气化器的输出口连接；该装置借助空分空压站内所述制氮机和所述缓冲罐整体发挥作用。所述液氮储罐内液氮来自制氮机，所述气化器气化后的氮气送入所述缓冲罐。
所述制氮机具有通入预冷净化压缩空气的入口和输出所述制氮机分离出的液氮出口，所述制氮机的液氮出口通过管线与所述液氮储罐的入口连接；所述净化压缩空气管网上设置用于传输所述净化压缩空气管网气压值信号的气压传感器，所述控制阀组通过信号线与所述气压传感器连接，通过所述气压传感器的输出信号控制所述控制阀组启闭，从而有效地实现备用仪表气源储存和应急供应的功能。
作为一种可实施的方式，所述制氮机为深冷空分分馏塔。
作为一种可实施的方式，所述控制阀组包括调节阀，所述控制阀组设定所述净化压缩空气管网的限定所述调节阀启闭的预定压强值。
作为一种可实施的方式，所述液氮储罐的顶部与所述供气管线之间连接补压管线，所述补压管线上设置能朝所述液氮储罐的方向导通的单向阀。
作为一种可实施的方式，所述制氮机还具有连接氮气管线的氮气出口；所述液氮储罐的顶部与所述氮气管线之间连接泄压管线，所述泄压管线上设置设定了开启压强值的稳压阀，通过控制所述稳压阀的启闭，控制所述泄压管线的通断。
本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：备用仪表气源的储存与应急供应装置采用液氮储存到液氮储罐中，液氮经气化器气化后作为备用仪表气源，控制阀组根据气压传感器输出的净化压缩空气管网的信号打开或关闭，保证净化压缩空气管网保持为预定压强。采用液氮作为备用仪表气源，避免了使用净化压缩空气压缩机；同时液氮储罐的体积远远小于中压净化压缩空气储罐的体积，有效地减少了设备投资，也减少了和设备相应的配套设施，避免了对水和电等物料消耗。
液氮储罐的顶部压强较低时单向阀导通，气化器中的部分氮气输送到液氮储罐，液氮储罐能保持一定的操作压力，使液氮在控制阀组打开时输送到气化器中。另外，液氮储罐的顶部压强值也会因为液氮吸热气化而升高，当顶部压强值大于开启压强值时，稳压阀打开，释放出部分氮气至氮气管线，作为氮气产品送出，不会浪费，同时避免液氮储罐的内部压力过大；液氮储罐的顶部压强值小于开启压强值时，稳压阀关闭。
附图说明
图1为现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置的结构示意图；
图2为本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置的结构示意图。
附图标记：
100-现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置；
101-缓冲罐；102-净化压缩空气压缩机；103-中压净化压缩空气储罐；
104-压力控制阀；106-过滤器；107-空气压缩机；108-分液罐；109-干燥器；
111-净化压缩空气管网；112-非净化压缩空气管网；
200-本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置；
201-制氮机；202-液氮储罐；203-气化器；204-控制阀组；
205-单向阀；206-气压传感器；207-稳压阀；
215-补压管线；216-氮气管线；217-供气管线。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图2所示，其为本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置的结构示意图，一种储存与气化设备，包括通过管线依次串接的液氮储罐202、控制阀组204和气化器203；储存与气化设备如图2中虚线框中所示。液氮储罐202中的液氮通过开启的控制阀组204输入气化器203，气化器203具有输出口。
本实用新型采用液氮作为备用仪表气源储存方式，气化后作为仪表气源使用。与图1相比，避免了使用净化压缩空气压缩机102，减少了相应的配套设施，还避免了水和电等物料消耗，同时利用液相储存代替气相储存，减少储罐的容积和降低了储存压力，只是增加了一台气化器203。
本实用新型提出的一种备用仪表气源的储存与应急供应装置200，包括缓冲罐101、制氮机201和储存与气化设备。缓冲罐101的出口通过管线与外接的净化压缩空气管网111连接，缓冲罐101的入口通过供气管线217与储存与气化设备中气化器203的输出口连接。本装置200借助空压空分站中现有的制氮机201，制氮机201具有通入预冷净化压缩空气的入口，制氮机201还具有输出制氮机201分离出的液氮出口，制氮机201的液氮出口通过管线与液氮储罐202的入口连接。液氮储罐202与气化器203之间的连接管线为夹套真空管。
净化压缩空气管网111上设置用于传输净化压缩空气管网111气压值信号的气压传感器206，控制阀组204通过信号线与气压传感器206连接，信号线将气压传感器206的信号连续地输出，通过气压传感器206的输出信号控制控制阀组204启闭。
本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置200采用液氮储存到液氮储罐202中并充满，然后关闭液氮储罐202的液氮入口阀，液氮经气化器203气化后作为备用仪表气源，控制阀组204根据气压传感器206输出的净化压缩空气管网111的气压值信号打开或关闭，保证净化压缩空气管网111保持为大于预定压强。
较优地，本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置200还包括分散式控制系统(DCS)，该系统在气压传感器206的压强值较低时会发出报警信号。
作为一种可实施的方式，制氮机201为深冷空气分离设备。
请结合图1所示，其为现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置的结构示意图，现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置100将净化压缩空气由净化压缩空气压缩机102经两级压缩，加压到表压值为3.0MPa，净化压缩空气压缩机102一般选用往复式压缩机，加压后的净化压缩空气储存到中压净化压缩空气储罐103。
现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置100通过压力控制阀104控制净化压缩空气进入净化压缩空气管网111，维持净化压缩空气管网111的压强值的表压值大于预定压强值。如图1和图2所示，缓冲气体依次经过串接的过滤器106、空气压缩机107、分液罐108和干燥器109，储存到缓冲罐101中用于缓冲输入净化压缩空气管网111的气体。
本实用新型选用深冷制氮所得液氮气化后作为备用仪表气源。依据GB/T4830和SH3020《石油化工仪表供气设计规范》对仪表气源的各项质量要求，将净化压缩空气、氮气和仪表气源的质量作对比，结果见下表1，表明氮气的各项指标均能够满足SH3020对仪表气源的质量要求。
表1净化压缩空气、氮气与SH 3020质量对比
在空压站的设计容量相同的情况下，常规气相储存方式替换成液相储存方式，由于液氮气化比为1:646，导致液氮储罐202的体积小于中压净化压缩空气储罐103的体积，有效地减少了设备体积和投资，无需为减少储存容器的体积而增压储存。具体计算对比过程如下：
在现有的备用仪表气源的储存与应急供应装置100中，中压净化压缩空气储罐103的储存量计算按照公式1：V＝Qd×t×P0/(P1-P2)计算，其中，
V-储罐容积(m3)；
Qd-标准状态下空压站设计容量(Nm3/min)；
t-维持时间(min)，设计取30min；
P1-正常操作压强(kPa(A))；设计取值3000kPa(A)；
P2-最低输出压强(kPa(A))；设计取值500kPa(A)；
P0-大气压力(kPa(A))；设计取值101.33kPa(A)；
带入以上取值，可得V＝Qd×t×P0/(P1-P2)＝1.216Qd。
若改用储存液氮，液氮的气化比为1:646，且残余无用气体可以忽略，则液氮储罐202的容积按公式2计算得出：V＝Qd×t/646≈0.05Qd。由公式1和公式2对比看出，在空压站的设计容量Qd相同的情况下，液氮储罐202的体积相比于中压净化压缩空气储罐103的体积可以节约24倍。
将空压站内净化压缩空气替换成氮气作为备用仪表气源，所用氮气能够满足仪表气源的质量要求；将常规气相储存方式替换成液相储存，可以大大减小储存容器的体积和设备成本。与现有方法比较，本实用新型只需增设一台水浴式气化器，可以有效减少设备投资、有效减少占地、有效减少了相应的配套设施，同时避免供水供电设施和水电消耗。
作为一种可实施的方式，控制阀组204设定净化压缩空气管网111的预定压强值。控制阀组204包括调节阀，通过预定压强值限定所述调节阀启闭。较优地，调节阀为具有切断功能的气动的球阀。气压传感器206输出的净化压缩空气管网111的压强值小于预定压强值，调节阀打开；气压传感器206输出的净化压缩空气管网111的压强值大于预定压强值，调节阀关闭。
作为一种可实施的方式，液氮储罐202的顶部与供气管线217之间连接补压管线215，补压管线215上设置能朝液氮储罐202的方向导通的单向阀205。液氮储罐202的顶部压强较低时单向阀205导通，气化器203中的部分氮气输送到液氮储罐102，液氮储罐202能保持一定的操作压力，使液氮在控制阀组204打开时输送到气化器203中。较优地，仅少许氮气经单向阀205进入液氮储罐202顶部，维持液氮储罐202操作压力。
作为一种可实施的方式，制氮机201还具有连接氮气管线216的氮气出口，该氮气出口在制氮机201的上部。液氮储罐202的顶部与氮气管线216之间连接泄压管线，泄压管线上设置设定了开启压强值的稳压阀207，通过控制稳压阀207的启闭，控制泄压管线的通断。因为液氮吸热气化，液氮储罐202的顶部压强值升高，当液氮储罐202的顶部压强值大于开启压强值时，稳压阀207打开，释放出部分氮气至氮气管线216，作为氮气管线216中的氮气送出，同时避免液氮储罐202的内部压力过大；液氮储罐202的顶部压强值小于开启压强值时，稳压阀207关闭。
液氮自外界吸热气化后，释放的氮气回收返入氮气管线216，用作空压站内的其他用途(密封、吹扫等)，分离出的氮气不会浪费。
在实际应用中，空分空压站的净化压缩空气稳态消耗量为145Nm3/min，使用本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置200提供备用气源。经计算液氮储罐202的容积应为7.25m3,考虑充装效率和液氮气化，选用容积20m3的液氮储罐202，其外形尺寸为Ф1800mm×7800mm；本实施例中，气化器203为水浴式气化器，水浴式气化器所需气化能力理论值为8700Nm3/h，选用气化能力为10000Nm3/h的水浴式气化器，外形尺寸为Ф1800mm×4000mm。该装置200的管线按照图2连接；气压传感器206连接DCS系统。
净化压缩空气管网111的压强值由气压传感器206测量并通过信号线传输到DCS，当净化压缩空气管网111的压强值的表压值低于0.55MPa，控制阀组204开始打开，液氮会自液氮储罐202靠重力和液氮储罐202的顶部压强流入水浴式气化器203，经吸热气化后流入缓冲罐101，经缓冲罐101稳压后送入净化压缩空气管网111，对全厂的净化压缩空气管网111中消耗气量进行补充，并且维持全厂净化压缩空气管网111的压强值的表压值大于0.55MPa(本实施例中的预定压强值)达到30分钟，从而使全厂装置均能够安全停车。
当液氮储罐202流出液氮时，液氮储罐202的操作压力会因液面下降而下降，稍许气化氮气会经过单向阀205对液氮储罐202补压，保证液氮能够靠重力或压力能够流入气化器203，最终实现氮气的连续供应。本实施例中，净化压缩空气管网111的预定压强值的表压值为0.55MPa。稳压阀207的开启压强值的表压值为0.70MPa，使液氮储罐202的顶部压强值的表压值不会高于0.70MPa。液氮储罐202中储存液氮的压强值的表压值为0.65MPa。
本实用新型的备用仪表气源的储存与应急供应装置200的使用步骤如下：
S10，制氮机201从预冷净化压缩空气中分离出液氮，液氮通过管线输送到液氮储罐202，直至液氮储罐202充满，液氮储罐202的入口关闭；
S20，气压传感器206传输外接的净化压缩空气管网111的气压值信号，控制阀组204通过气压传感器206的输出信号打开或关闭；
S30，控制阀组204打开，液氮储罐202中的液氮输入气化器203并在气化器203中气化为氮气，氮气通过供气管线217输送到缓冲罐101，氮气作为备用仪表气源通过管线输送到净化压缩空气管网111。
进一步地，在S20中，控制阀组204设定净化压缩空气管网111的预定压强值；气压传感器206输出的净化压缩空气管网111的压强值小于预定压强值，控制阀组204打开；气压传感器206输出的净化压缩空气管网111的压强值大于预定压强值，控制阀组204关闭。
进一步地，在S30中，当液氮储罐202中的液氮不断输出，液氮储罐202的顶部压力降低，液氮储罐202的顶部与供气管线217之间连接的补压管线215连通，补压管线215向液氮储罐202的顶部输送氮气。
进一步地，在所述S10或所述S20中，液氮储罐202的顶部连接泄压管线，泄压管线上设置设定了开启压强值的稳压阀207；液氮储罐202的顶部压强值大于所述开启压强值，稳压阀207打开，泄压管线连通；液氮储罐202的顶部压强值小于所述开启压强值，稳压阀207关闭，泄压管线断开。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种备用仪表气源的储存与应急供应装置，其特征在于，所述备用仪表气源的储存与应急供应装置包括制氮机、缓冲罐和储存与气化设备；
所述储存与气化设备包括通过管线依次串接的液氮储罐、控制阀组和气化器；所述液氮储罐中的液氮通过开启的所述控制阀组输入所述气化器，所述气化器具有输出口；所述缓冲罐的出口通过管线与外接的净化压缩空气管网连接，所述缓冲罐的入口通过供气管线与所述气化器的输出口连接；
所述制氮机具有通入预冷净化压缩空气的入口和输出所述制氮机分离出的液氮出口，所述制氮机的液氮出口通过管线与所述液氮储罐的入口连接；所述净化压缩空气管网上设置用于传输所述净化压缩空气管网气压值信号的气压传感器，所述控制阀组通过信号线与所述气压传感器连接，通过所述气压传感器的输出信号控制所述控制阀组启闭。
2.根据权利要求1所述的备用仪表气源的储存与应急供应装置，其特征在于，所述制氮机为深冷空分分馏塔。
3.根据权利要求1所述的备用仪表气源的储存与应急供应装置，其特征在于，所述控制阀组包括调节阀，所述控制阀组设定所述净化压缩空气管网的限定所述调节阀启闭的预定压强值。
4.根据权利要求1所述的备用仪表气源的储存与应急供应装置，其特征在于，所述液氮储罐的顶部与所述供气管线之间连接补压管线，所述补压管线上设置能朝所述液氮储罐的方向导通的单向阀。
5.根据权利要求4所述的备用仪表气源的储存与应急供应装置，其特征在于，所述制氮机还具有连接氮气管线的氮气出口；所述液氮储罐的顶部与所述氮气管线之间连接泄压管线，所述泄压管线上设置设定了开启压强值的稳压阀，通过控制所述稳压阀的启闭，控制所述泄压管线的通断。
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AV01 Patent right actively abandoned

Granted publication date: 20150610

Effective date of abandoning: 20160518

C25 Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting