CN215808407U - 一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置。包括制氮机、液氨储罐、气体喷射器和控制器；气体喷射器包括第一外壳和第二外壳，在第一外壳内螺纹安装有外端带有旋钮的移动杆，在移动杆的中部设有凸棱、前端设有锥体，在第一外壳与第二外壳之间安装有中部锥套，在第二外壳的中部安装有前部喷头；在制氮机的氮气供应端口上安装有氮气电磁阀，在液氨储罐的出口上安装有氨气电磁阀，还包括对液氨进行气化的气化箱，氮气电磁阀的出口连接至第一接口，氨气电磁阀的出口连接至气化箱的入口，气化箱的出口连接至第二接口；还包括氨气探头和压力探头。本实用新型结构设计合理，可操作性强，实现自动式运转，对容器类的保护效果好。

Description

一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置

技术领域

本实用新型属于容器保护设施技术领域，尤其涉及一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置。

背景技术

随着国家节能减碳目标的逐步推进和达成，现有一部分燃煤火电厂的锅炉及管道系统被停用且停用周期较长，锅炉及其附属的压力管道在停用周期内，其受热面极易受到空气中的O₂、CO₂的侵蚀，而且腐蚀程度日趋严重，特别是竖直管排的下弯头表现尤为突出，如果保护措施不当，则会很快发生腐蚀失效。锅炉及其附属压力管道的材质主要是钢铁，系统停运后不可避免存有氧气和水分，在其作用下发生如下化学反应：4Fe+3O₂+XH₂O＝2Fe₂O₃·XH₂O，因而钢铁容器及管道长期腐蚀后即发生泄漏，危威胁安全生产。

可以想到的是，通过向锅炉及管道系统内注入氮气气流，令氮气占据内部的空间，赶走锅炉及管道系统内的氧气以及水汽，将能够有效减缓甚至避免前述化学反应的发生，起到对前述设施在停用期的保护装置，避免出现由于腐蚀问题而导致的锅炉和管道系统泄露问题，称之为干法保护。

现有技术中还不存在一种能够实现前述干法保护的整体式设施，导致采用向锅炉及管道系统内注入氮气的方法来减缓或避免腐蚀问题的方法缺乏可操作性，需要进行开发设计。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、可操作性强、实现自动式运转、保护效果好的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置包括制氮机、液氨储罐、气体喷射器和控制器；气体喷射器包括在中部对接连接的第一外壳和第二外壳，在第一外壳的侧部设有第一接口，在第二外壳的侧部设有第二接口，在第一外壳内螺纹安装有外端带有旋钮的移动杆，在移动杆的中部设有凸棱、前端设有锥体，在第一外壳与第二外壳之间安装有落入第二外壳内腔的中部锥套，在第二外壳的中部安装有前部喷头；在制氮机的氮气供应端口上安装有氮气电磁阀，在液氨储罐的出口上安装有氨气电磁阀，还包括对液氨进行电热式气化的气化箱，氮气电磁阀的出口通过管路连接至第一接口，氨气电磁阀的出口通过管路连接至气化箱的入口，气化箱的出口通过管路连接至第二接口；还包括安装在容器上的氨气探头和压力探头，氮气电磁阀、氨气电磁阀、氨气探头、压力探头和气化箱的电热元件均与控制器连接。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供了一种结构设计合理的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，与现有的保护装置以及保护措施相比，本实用新型提供了一种整体式的解决方案，提升了对容器类设施进行干法保护的可操作性。通过设置制氮机和液氨储罐，实现了对氮气的自主制备，并且能够携带液氨至作业现场。通过设置气化箱，实现了液氨向氨气的转换。通过设置气体喷射器，实现了对氮气和氨气的混合以及向容器内的喷射注入，容器内注入氮气和氨气的混合气体之后，含氧量降低，同时氨气溶于容器内残留的少量水分，令水分呈现碱性，实现了对容器内壁的钝化保护，提升了对容器的保护效果。通过设置气体喷射器为流量可调节式喷射器，实现了对干法保护气体注入流量的调节控制。

通过设置氨气探头和压力探头，实现了对容器上特定位置的氨气检测以及容器内部空间的压力检测，其中氨气探头用于判断保护气体是否已经注满容器内部，压力探头用于监视容器内部的保护气体压力变化情况，在压力降低时及时进行保护气体的补充注入。通过设置控制器，并且氮气电磁阀、氨气电磁阀、氨气探头、压力探头和气化箱的电热元件均与控制器连接，令整机实现自动方式的运转，无需人工参与，在容器类设施较长的停用周期和干法保护周期内，本保护装置自行运转，能够长时间保持对容器类设施的良好保护效果。

优选地：在第二外壳的前端设有出口法兰，在出口法兰上安装有封堵板，在封堵板上安装有螺纹接口，还包括两端带有连接端头的连接管路，其中一个连接端头与螺纹接口连接。

优选地：气化箱包括箱体，在箱体的外壁上设有电加热盘管。

优选地：制氮机为变压吸附式制氮机，包括分子筛吸附塔，在分子筛吸附塔的进气口上安装有带有管道过滤器的进气管路以及气泵，在分子筛吸附塔的出气口上安装有出气管路；在分子筛吸附塔上还设有压力传感器，压力传感器和气泵与控制器连接。

优选地：制氮机的分子筛吸附塔包括并列设置的第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔，在第一分子筛吸附塔上安装有第一压力传感器，在第二分子筛吸附塔上安装有第二压力传感器，在第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔两者的进气口之间安装有进气管路组件且管道过滤器安装在进气管路组件的干管上，在第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔两者的出气口之间安装有出气管路组件且氮气供应端口位于出气管路组件的干管上。

优选地：还包括底座，第一分子筛吸附塔、第二分子筛吸附塔、液氨储罐和气体喷射器各自采用支架安装在底座上。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中制氮机的结构示意图；

图3是图1中气体喷射器的外部结构示意图；

图4是图3中气体喷射器的剖视结构示意图。

图中：

1、底座；2、制氮机；2-1、进气管路组件；2-2、第一分子筛吸附塔；2-3、第二分子筛吸附塔；2-4、第一压力传感器；2-5、第二压力传感器；2-6、出气管路组件；2-7、管道过滤器；3、控制器；4、氮气电磁阀；5、氨气探头；6、氨气电磁阀；7、液氨储罐；8、气化箱；9、气体喷射器；9-1、旋钮；9-2、第一接口；9-3、第二接口；9-4、第一外壳；9-5、连接螺栓；9-6、第二外壳；9-7、出口法兰；9-8、移动杆；9-9、凸棱；9-10、中部锥套；9-11、锥体；9-12、前部喷头；10、连接管路；11、压力探头。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1，本实用新型的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置包括制氮机2、液氨储罐7、气体喷射器9和控制器3。其中，制氮机2用于现场制备氮气，液氨储罐7用于存储液态氨气，将液态氨气携带至作业现场，气体喷射器9用于对氮气和氨气进行混合，混合后的气体注入容器类设施的内部产生干法保护作用，控制器3用于整机的自动化控制，本保护装置在对容器类设施的保护周期内实现自动方式的运转，不依赖人力。

请参见图2，可以看出：

制氮机2为变压吸附式制氮机，包括分子筛吸附塔，在分子筛吸附塔的进气口上安装有带有管道过滤器2-7的进气管路以及气泵(图中未示出)，在分子筛吸附塔的出气口上安装有出气管路；在分子筛吸附塔上还设有压力传感器，压力传感器和气泵与控制器3连接。管道过滤器2-7用于对进入分子筛吸附塔内的空气进行净化，去除杂质，气泵用于为气流提供动力。

变压吸附式制氮机是一种现有设备，通过市购获取。该种制氮机以空气为原材料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。碳分子筛对氮和氧的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体(氧气)扩散较快，较多进入分子筛固相。这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。

如图中所示，制氮机2的分子筛吸附塔包括并列设置的第一分子筛吸附塔2-2和第二分子筛吸附塔2-3，在第一分子筛吸附塔2-2上安装有第一压力传感器2-4，在第二分子筛吸附塔2-3上安装有第二压力传感器2-5，第一压力传感器2-4用于检测第一分子筛吸附塔2-2内部的压力，第二压力传感器2-5用于检测第二分子筛吸附塔2-3内部的压力。两个分子筛吸附塔交替工作，当洁净的压缩空气进入第一分子筛吸附塔2-2的入口端经碳分子筛向出口端流动时，O₂、CO₂和H₂O被其吸附，氮气由吸附塔的出口端流出。经一段时间后，第一分子筛吸附塔2-2内的碳分子筛吸附饱和。这时，第一分子筛吸附塔2-2停止吸附，压缩空气流入第二分子筛吸附塔2-3进行吸氧产氮，对并第一分子筛吸附塔2-2的分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O₂、CO₂和H₂O来实现的。两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气。

在第一分子筛吸附塔2-2和第二分子筛吸附塔2-3两者的进气口之间安装有进气管路组件2-1且管道过滤器2-7安装在进气管路组件2-1的干管上，在第一分子筛吸附塔2-2和第二分子筛吸附塔2-3两者的出气口之间安装有出气管路组件2-6且氮气供应端口位于出气管路组件2-6的干管上。进气管路组件2-1和出气管路组件2-6均包括并联的管路，为了实现前述两塔交替工作的工作模式，在进气管路组件2-1和出气管路组件2-6上均安装多个管路电磁阀，各管路电磁阀与控制器3连接，通过控制各管路电磁阀，实现其中一个吸附塔处于吸氧产氮的工作状态，另一个吸附塔处于再生工作状态，一定时间后当前吸附塔转变为再生工作状态，另一个吸附塔转变为吸氧产氮的工作状态。

请参见图3和图4，可以看出：

气体喷射器9包括在中部对接连接的第一外壳9-4和第二外壳9-6，在第一外壳9-4的侧部设有第一接口9-2，在第二外壳9-6的侧部设有第二接口9-3。如图中所示，在第一外壳9-4和第二外壳9-6两者对接的端部设有法兰盘，这两个法兰盘对接连接并采用连接螺栓9-5固定，在这两个法兰盘之间设有密封垫。

在第一外壳9-4内螺纹安装有外端带有旋钮9-1的移动杆9-8，在移动杆9-8的中部设有凸棱9-9、前端设有锥体9-11。当通过旋钮9-1旋转移动杆9-8时，由于移动杆9-8与第一外壳9-4之间为螺纹连接的关系，因此移动杆9-8能够在轴线方向上平移移动，带动凸棱9-9和锥体9-11沿着轴线方向平移移动。

在第一外壳9-4与第二外壳9-6之间安装有落入第二外壳9-6内腔的中部锥套9-10，在第二外壳9-6的中部安装有前部喷头9-12，前部喷头9-12也成锥形形状，中部锥套9-10的前部伸入前部喷头9-12的后部。具体地，在中部锥套9-10的后部设有环形的翼板，该环形的翼板夹持在第一外壳9-4和第二外壳9-6之间，前部喷头9-12的后部边缘设有环形的翼板，该翼板与第二外壳9-6中部的凸台固定连接。

当移动杆9-8作平移移动时，锥体9-12能够向前嵌入前部喷头9-12内，实现对前部喷头9-12的完全封闭，此时凸棱9-9抵靠在中部锥套9-10的后部，将中部锥套9-10的后部封闭，此时为完全关闭即气体流量为零的状态。当移动杆9-8作反向平移移动时，凸棱9-9逐渐离开中部锥套9-10、锥体9-12逐渐离开前部喷头9-12，则气体喷射器9的流量逐渐增大。

本实施例中，在第二外壳9-6的前端设有出口法兰9-7，在出口法兰9-7上安装有封堵板，在封堵板上安装有螺纹接口，还包括两端带有连接端头的连接管路10，其中一个连接端头与螺纹接口连接，连接管路10选取为不锈钢高压软管，设置连接管路10的作用是提升本保护装置与容器类设施之间连接的便利性，进行连接时，将连接管路10另一端的连接端头与位于容器类设施上的连接接口对接连接，通过连接管路10向容器类设施内注入混合保护气体。

在制氮机2的氮气供应端口上安装有氮气电磁阀4，在液氨储罐7的出口上安装有氨气电磁阀6，还包括对液氨进行电热式气化的气化箱8，氮气电磁阀4的出口通过管路连接至第一接口9-2，氨气电磁阀6的出口通过管路连接至气化箱8的入口，气化箱8的出口通过管路连接至第二接口9-3。

气化箱8采用电热加热的方式将液态的氨气转化为气态的氨气，本实施例中，气化箱8包括箱体，在箱体的外壁上设有电加热盘管。通过令电加热盘管接电而产生热量，令箱体整体升温，液氨通过气化箱8时吸收热量而发生状态的转换。

还包括安装在容器上的氨气探头5和压力探头11，其中氨气探头5用于检测氨气，通过将氨气探头5布置在容器类设施的特定位置并对该位置的氨气进行检测，用于评价和判断容器类设施内的保护气体的注入情况，压力探头11用于检测容器类设施内的压力情况，通常情况下，注入保护气体后需要令内部空间保压(内部压力≥0.1MPa)以保证对容器的保护作用，在内部压力达不到设定压力时(如存在缓慢漏气等情况)，需要向容器内补充注入保护气体。

氮气电磁阀4、氨气电磁阀6、氨气探头5、压力探头11和气化箱8的电热元件即电加热盘管均与控制器3连接，其中氨气探头5、压力探头11、第一压力传感器2-4、第二压力传感器2-5向控制器3发送检测信号，供控制器3判断当前的工况，氮气电磁阀4、氨气电磁阀6和气化箱8的电加热盘管受到控制器3的控制，通过控制电磁阀的通断实现相应管路的导通和关断，通过控制电加热盘管的通断电实现对气化箱8的加热控制。

控制器3基于PLC芯片进行搭建，控制器3同时作为制氮机2的控制装置使用，由于进气管路组件2-1和出气管路组件2-6上的管道电磁阀、气泵均与控制器3连接，因此控制器3通过对各管道电磁阀的通断控制以及对气泵的起停控制，实现对制氮机2的运行控制。

本实施例中，还包括底座1，第一分子筛吸附塔2-2、第二分子筛吸附塔2-3、液氨储罐7和气体喷射器9各自采用支架安装在底座1上，气化箱8也可以安装固定在底座1上。这样，整个保护装置构成了撬装式装置，整体能够移动，自成单元，可以根据需要转移输送至作业现场。

工作过程：

将本保护装置整体转移至作业现场，也就是待实施干法保护的容器类设施的附近，将控制器3接电；将待作业的容器类设施封闭，具体地可以封闭锅炉进口和出口上的阀门、封闭管道段两端的阀门，此类设施在高位通常有排空阀用于排空使用，将氨气探头5布置在排空阀的出口位置，将压力探头11安装在容器类设施的内部；

将本保护装置的连接管路10与设置在容器类设施上的连接接口对接连接；本装置启动后，制氮机2现场制备氮气，液氨在液氨储罐7内存储，控制器3控制气化箱8的电加热盘管接电升温，一定时间后氮气电磁阀4和氨气电磁阀6开启，气态的氮气经由管路向气体喷射器9输送，液氨经由管路向气化箱8输送，通过气化箱8时吸收热量而发生状态的转化，形成氨气，氮气和氨气分别从第一接口9-2和第二接口9-3注入气体喷射器9，混合后经由连接管路10输送进入容器类设施的内部空间；

一定时间后，氨气探头5检测到排空口有氨气排出，则说明保护气体已经占满内部的空间，此时关闭排空阀，将内部空间封闭；压力探头11检测到的压力值发送给控制器，每周巡检一次压力变化，若压力值小于设定的0.05MPa，则开启氮气电磁阀4向内部补充氮气至压力值≥0.1MPa，停运保护持续时间一般为30～60天；在此保护周期内，由于混合保护气体中加入了少量的氨气，即使容器内有未放净的残余水份，由于氨气的溶解可使容器的湿表面处于pH≥10的环境中，从而令钢铁表面进入钝化状态而得到保护。

Claims (6)

1.一种基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：包括制氮机(2)、液氨储罐(7)、气体喷射器(9)和控制器(3)；气体喷射器(9)包括在中部对接连接的第一外壳(9-4)和第二外壳(9-6)，在第一外壳(9-4)的侧部设有第一接口(9-2)，在第二外壳(9-6)的侧部设有第二接口(9-3)，在第一外壳(9-4)内螺纹安装有外端带有旋钮(9-1)的移动杆(9-8)，在移动杆(9-8)的中部设有凸棱(9-9)、前端设有锥体(9-11)，在第一外壳(9-4)与第二外壳(9-6)之间安装有落入第二外壳(9-6)内腔的中部锥套(9-10)，在第二外壳(9-6)的中部安装有前部喷头(9-12)；在制氮机(2)的氮气供应端口上安装有氮气电磁阀(4)，在液氨储罐(7)的出口上安装有氨气电磁阀(6)，还包括对液氨进行电热式气化的气化箱(8)，氮气电磁阀(4)的出口通过管路连接至第一接口(9-2)，氨气电磁阀(6)的出口通过管路连接至气化箱(8)的入口，气化箱(8)的出口通过管路连接至第二接口(9-3)；还包括安装在容器上的氨气探头(5)和压力探头(11)，氮气电磁阀(4)、氨气电磁阀(6)、氨气探头(5)、压力探头(11)和气化箱(8)的电热元件均与控制器(3)连接。

2.如权利要求1所述的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：在第二外壳(9-6)的前端设有出口法兰(9-7)，在出口法兰(9-7)上安装有封堵板，在封堵板上安装有螺纹接口，还包括两端带有连接端头的连接管路(10)，其中一个连接端头与螺纹接口连接。

3.如权利要求2所述的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：气化箱(8)包括箱体，在箱体的外壁上设有电加热盘管。

4.如权利要求3所述的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：制氮机(2)为变压吸附式制氮机，包括分子筛吸附塔，在分子筛吸附塔的进气口上安装有带有管道过滤器(2-7)的进气管路以及气泵，在分子筛吸附塔的出气口上安装有出气管路；在分子筛吸附塔上还设有压力传感器，压力传感器和气泵与控制器(3)连接。

5.如权利要求4所述的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：制氮机(2)的分子筛吸附塔包括并列设置的第一分子筛吸附塔(2-2)和第二分子筛吸附塔(2-3)，在第一分子筛吸附塔(2-2)上安装有第一压力传感器(2-4)，在第二分子筛吸附塔(2-3)上安装有第二压力传感器(2-5)，在第一分子筛吸附塔(2-2)和第二分子筛吸附塔(2-3)两者的进气口之间安装有进气管路组件(2-1)且管道过滤器(2-7)安装在进气管路组件(2-1)的干管上，在第一分子筛吸附塔(2-2)和第二分子筛吸附塔(2-3)两者的出气口之间安装有出气管路组件(2-6)且氮气供应端口位于出气管路组件(2-6)的干管上。

6.如权利要求5所述的基于干法保护原理的容器类停用期保护装置，其特征是：还包括底座(1)，第一分子筛吸附塔(2-2)、第二分子筛吸附塔(2-3)、液氨储罐(7)和气体喷射器(9)各自采用支架安装在底座(1)上。

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