Khoa học phổ biến về thiết bị ô tô: Hệ thống niêm phong khí nitơ cho bồn chứa – Nguyên lý hoạt động và vận hành

Khoa học phổ biến về thiết bị ô tô: Hệ thống niêm phong khí nitơ cho bồn chứa – Nguyên lý hoạt động và vận hành

 Giới thiệu

Kết hợp với các trường hợp vận hành và bảo trì tại chỗ của các bể chứa,Tự động Thiết bị này phân tích chức năng thực tế và phương pháp vận hành của hệ thống niêm phong nitơ cho bồn chứa, cũng như nguyên nhân gốc rễ của việc hút khí ngay cả khi đã trang bị hệ thống niêm phong nitơ cho các bồn chứa được trang bị bộ truyền tín hiệu mức áp suất chênh lệch, bộ truyền tín hiệu áp suất mức bồn, bộ truyền tín hiệu áp suất tương đối và bộ truyền tín hiệu chênh lệch áp suất. Kết hợp với các yêu cầu quản lý về hiệu chuẩn bộ truyền tín hiệu áp suất, nó giúp các kỹ sư hiểu rằng việc niêm phong nitơ không chỉ đơn thuần là việc bơm nitơ. Nắm vững các điểm mấu chốt bao gồm độ chênh lệch áp suất, lựa chọn loại van và đánh giá hàm lượng oxy để tránh các rủi ro như hút ngược khí, dao động áp suất và mất chất do oxy hóa.

 I. Thông tin thực tế trong ngành: Không khí vẫn có thể bị hút vào các bồn chứa được trang bị hệ thống niêm phong bằng nitơ.

Nhiều người vận hành tại hiện trường chỉ coi việc niêm phong bồn chứa bằng khí nitơ là "bơm khí nitơ vào bồn", điều này chỉ mang tính một chiều. Ngay cả khi hệ thống niêm phong bằng khí nitơ được đưa vào sử dụng, không khí vẫn có thể bị hút vào bồn chứa.

Việc kiểm soát bằng cách bịt kín bằng khí nitơ không chỉ đơn thuần là "việc có khí nitơ bên trong bồn chứa hay không", mà còn kiểm soát ba yếu tố cốt lõi của không gian pha khí trên đỉnh bồn chứa: hàm lượng oxy, áp suất vi mô trong bồn và đường dẫn khí vào/ra.

Không gian pha khí trên đỉnh các bể chứa không phải là tĩnh. Sự dao động mực chất lỏng và thay đổi nhiệt độ môi trường sẽ làm thay đổi thể tích và áp suất khí bên trong bể. Bản chất của việc bịt kín bằng nitơ là duy trì trạng thái hoạt động có hàm lượng oxy thấp, áp suất dương nhẹ, cho phép xả và giám sát được trong điều kiện làm việc thay đổi. Dữ liệu mực chất lỏng thu thập được từ bộ truyền tín hiệu mức áp suất chênh lệch và bộ truyền tín hiệu áp suất mực bể đóng vai trò là tài liệu tham khảo quan trọng cho việc điều chỉnh bịt kín bằng nitơ. Việc hiệu chuẩn bộ truyền tín hiệu áp suất định kỳ phải được thực hiện để đảm bảo thu thập chính xác mực chất lỏng và áp suất, từ đó thu được dữ liệu áp suất thực và hợp lệ từ bộ truyền tín hiệu áp suất tương đối và bộ truyền tín hiệu chênh lệch áp suất để hiểu rõ hơn về việc bịt kín bể chứa bằng nitơ.

 II. Những điểm nổi bật chính: Các nguyên tắc cốt lõi và những hiểu lầm chính về việc niêm phong bồn chứa bằng khí nitơ

1. Niêm phong bằng nitơ ≠ Sục khí và thay thế nitơ

Việc loại bỏ không khí ra khỏi các bể chứa bằng nitơ trước khi vận hành là quá trình thay thế bằng chất trơ, một biện pháp xử lý ban đầu chỉ thực hiện một lần để giải quyết vấn đề thành phần pha khí khi khởi động.

Sau khi các bể chứa được đưa vào vận hành chính thức, sự lên xuống của mực chất lỏng, chênh lệch nhiệt độ ngày đêm, việc chuyển đổi giữa việc tiếp nhận và giao nhận vật liệu, và sự rò rỉ nhỏ của các phụ kiện thiết bị sẽ liên tục làm thay đổi áp suất và thành phần của pha khí trên bề mặt bể. Việc điều chỉnh liên tục sẽ được thực hiện bằng hệ thống niêm phong nitơ ở giai đoạn này.

Suỵt! Sự dịch chuyển là một hành động diễn ra một lần; việc bịt kín bằng nitơ là sự kiểm soát động liên tục.

Nhầm lẫn giữa hai việc này và chỉ thực hiện sục khí nitơ trước khi khởi động sẽ dẫn đến hàm lượng oxy đạt tiêu chuẩn khi vận hành thử nhưng hàm lượng oxy sẽ tăng dần sau vài ngày hoạt động. Áp suất đo được từ bộ truyền áp suất có thể bình thường trong khi thành phần khí ở trên bề mặt bồn chứa đã vượt quá tiêu chuẩn.

Chỉ số áp suất bình thường không đồng nghĩa với việc niêm phong bằng nitơ hiệu quả. Để đánh giá xem việc niêm phong bằng nitơ có hiệu quả hay không, cần kiểm tra đồng thời bốn chỉ số: áp suất trong bình, hàm lượng oxy, lượng nitơ tiêu thụ và trạng thái khí thải.

2. Các bình chứa luôn "thở"; việc niêm phong bằng nitơ cần có phản ứng linh hoạt với điều kiện làm việc.

Trong quá trình xả, mực chất lỏng giảm xuống và thể tích pha khí trên bề mặt bể chứa giãn nở. Việc xả mỗi 1 m³ chất lỏng làm tăng thể tích pha khí lên gần 1 m³. Nếu không bổ sung nitơ kịp thời, không khí bên ngoài sẽ chảy ngược vào và làm tăng hàm lượng oxy, gây hại cho lớp bảo vệ bằng khí trơ.

Trong quá trình cấp liệu, mực chất lỏng dâng lên và không gian pha khí bị nén lại để đẩy khí thoát ra khỏi bề mặt bể chứa. Đối với các môi chất dễ bay hơi, khí thải mang theo một lượng lớn hơi vật chất.

Nhiệt độ cũng gây ra hiệu ứng "hô hấp": khí bên trong các bể chứa co lại và áp suất trong bể giảm vào ban đêm do làm lạnh; khí giãn nở và áp suất trong bể tăng vào ban ngày do làm nóng. Đối với các bể chứa ngoài trời có màu tối dùng để chứa các vật liệu có áp suất hơi cao, sự dao động thể tích khí do hiệu ứng "hô hấp" nhiệt ngày đêm khá rõ rệt.

Do đó, việc làm kín bằng khí nitơ không chỉ đơn thuần là thêm một lượng nhỏ nitơ. Nó phải điều chỉnh động việc cung cấp và thải khí nitơ liên kết với các tín hiệu mức chất lỏng (cảm biến mức áp suất chênh lệch / cảm biến áp suất mức bồn chứa) và tín hiệu áp suất trong bồn chứa.

3. Nguyên lý cơ bản của việc niêm phong bằng nitơ: Bảo vệ kép nhờ áp suất dương nhẹ và nồng độ oxy thấp

Nitơ là chất không cháy và hầu như không phản ứng với hầu hết các vật liệu hóa học. Việc bơm nitơ vào không gian trên bề mặt bể chứa nhằm mục đích giảm áp suất riêng phần của oxy trong pha khí và giảm thiểu sự tiếp xúc giữa các vật liệu với oxy/hơi ẩm.

- Đối với vật liệu nhạy cảm với oxy: hạn chế quá trình oxy hóa, đổi màu, phân hủy, tăng chỉ số axit và các hư hỏng chất lượng khác;

- Đối với vật liệu hút ẩm: giảm thiểu sự xâm nhập của hơi ẩm;

- Đối với các vật liệu nguy hiểm dễ bay hơi: giữ pha khí trên bề mặt bồn chứa trong phạm vi an toàn, chống cháy nổ.

Chỉ giảm hàm lượng oxy thôi là chưa đủ. Khi áp suất bên trong bồn thấp hơn áp suất khí quyển, không khí sẽ chảy ngược vào bồn qua các van thông hơi, mặt bích, cửa thăm, cổng thiết bị và các khe hở làm kín yếu. Việc làm kín bằng nitơ duy trì áp suất dương nhẹ để tạo ra luồng khí hướng ra ngoài và ngăn chặn sự hút ngược của không khí bên ngoài.

Suỵt! Những điểm quan trọng cần lưu ý về áp suất dương nhẹ: áp suất cao hơn không có nghĩa là tốt hơn. Không bao giờ được sử dụng các bể chứa ở áp suất khí quyển làm thiết bị chịu áp suất.

- Áp suất quá thấp: không thể chống lại lực hút ngược của không khí;

- Áp suất quá cao: van thông hơi thường xuyên bật mở, lượng tiêu thụ nitơ tăng đột ngột và gây thêm tải trọng lên thân bình và các phụ kiện.

Một hệ thống niêm phong bằng nitơ hoạt động tốt được đánh giá dựa trên áp suất ổn định chứ không phải giá trị áp suất cao.

4. Độ dốc cài đặt áp suất không được xung đột với nhau.

Nhiều sự cố của hệ thống niêm phong bằng nitơ phát sinh từ việc cài đặt sai giá trị của các thành phần bảo vệ thay vì do thiếu van. Cần phải thiết lập một chênh lệch áp suất rõ ràng giữa van niêm phong nitơ, van thông hơi, hệ thống bảo vệ áp suất âm chân không và van an toàn:

1. Van kín khí nitơ sẽ mở ra để bổ sung khí nitơ khi áp suất trong bình giảm xuống giá trị áp suất dương đã được cài đặt trước và đóng lại khi áp suất trong bình tăng lên đến điểm đóng đã được cài đặt;

2. Áp suất mở để xả khí qua van thở > áp suất đóng của van kín khí nitơ;

3. Chế độ bảo vệ chân không áp suất âm được thiết lập trong phạm vi áp suất âm, chỉ để bảo vệ khẩn cấp khi lượng nitơ bổ sung không đủ hoặc lượng không khí hút vào tức thời vượt quá công suất;

4. Van an toàn được cài đặt ở áp suất cao hơn để bảo vệ giai đoạn cuối khỏi quá áp.

Khoảng thời gian quá ngắn giữa các điểm đặt dẫn đến hiện tượng "bổ sung và thải khí nitơ xảy ra đồng thời". Van kín nitơ mở ra và van thông hơi bật ra ngay lập tức. Các triệu chứng bao gồm tiêu thụ nitơ cao, dao động áp suất và hoạt động đóng mở van thường xuyên, bắt nguồn từ cấu hình gradient áp suất không đồng đều.

Bước đầu tiên trong quá trình vận hành hệ thống làm kín bằng nitơ là phải sắp xếp lại toàn bộ logic cài đặt áp suất.

5. Việc lựa chọn loại van kín khí nitơ không chỉ dựa vào đường kính danh nghĩa của ống.

Trong các dự án nâng cấp tại hiện trường, người ta thường chỉ chọn van bịt kín bằng nitơ dựa trên đường kính danh nghĩa của ống dẫn nitơ, điều này không đủ chính xác.

Tiêu chí cốt lõi để lựa chọn loại thiết bị là khả năng bổ sung nitơ tối đa. Khả năng bổ sung nitơ phải đáp ứng ba kịch bản điều kiện hoạt động: sự giãn nở pha khí do xả thể tích lớn, sự co ngót nhiệt của khí do làm nguội, và khả năng điều chỉnh khi chuyển đổi điều kiện hoạt động và điều chỉnh thiết bị.

- Van quá nhỏ: áp suất trong bồn giảm nhanh khi xả lượng lớn; cơ chế bảo vệ chân không kích hoạt trước và không khí bị hút ngược vào bồn;

- Van quá khổ: độ ổn định điều chỉnh kém trong điều kiện lưu lượng nhỏ, dao động áp suất, đóng mở van thường xuyên và màng ngăn & các bộ phận làm kín bị mòn nhanh.

Đối với van tự động đóng kín bằng khí nitơ, cần đặc biệt chú trọng đến ống dẫn xung. Sự tắc nghẽn do tích tụ chất lỏng hoặc kết tinh trong ống dẫn xung sẽ khiến van nhận được tín hiệu áp suất sai. Nhiều trường hợp “van đóng kín bằng khí nitơ bị hỏng” trong thực tế là do ống dẫn xung bị tắc nghẽn bởi nước ngưng tụ hoặc tinh thể vật liệu.

Các van kín khí nitơ đạt tiêu chuẩn phải hoạt động ổn định trong điều kiện chênh lệch áp suất nhỏ, độ mở nhỏ và lưu lượng thấp, thay vì chỉ "an toàn hơn với đường ống có kích thước lớn hơn".

6. Cả đường dẫn khí vào và khí ra đều phải được đảm bảo.

Việc chỉ chú trọng vào vòng tuần hoàn cung cấp nitơ mà bỏ qua đường dẫn khí thải là một lỗi thiết kế thường gặp.

Việc cấp liệu, tăng nhiệt độ và bay hơi vật liệu sẽ làm tăng áp suất trong bể chứa. Khí dư phải được xả kịp thời qua van thông hơi, đường ống dẫn khí thải hoặc hệ thống thu hồi và xử lý.

Ống xả bị tắc sẽ làm tăng áp suất hoạt động thực tế của van thông hơi; bộ phận chống bắt lửa bị tắc sẽ làm suy yếu đáng kể khả năng hút khí thải.

Đối với các vật liệu dễ bay hơi: áp suất cài đặt van niêm phong nitơ quá cao hoặc rò rỉ bên trong van niêm phong nitơ sẽ làm tăng tổng thể tích khí thải, làm trầm trọng thêm tình trạng thất thoát vật liệu và tăng tải trọng cho thiết bị xử lý khí thải phía hạ lưu.

Việc đánh giá khả năng làm kín bằng khí nitơ cần tích hợp vòng tuần hoàn đầu vào, không gian pha khí trên đỉnh bể và vòng tuần hoàn khí thải.

7. Hàm lượng oxy là chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả của lớp niêm phong nitơ.

Các bộ truyền áp suất (bộ truyền áp suất tương đối / bộ truyền áp suất chênh lệch) chỉ phản ánh áp suất trong bình và không thể phản ánh hàm lượng oxy thực tế trong bình.

Việc đặt lại nắp cống sau khi bảo trì, lượng oxy còn sót lại ở các góc chết cục bộ, hiện tượng hút ngược không khí do van thông hơi bịt kín kém và sự dao động áp suất ngược của hệ thống khí thải là những sự cố không thể phản ánh qua các chỉ số đo áp suất.

Việc phát hiện hàm lượng oxy là không thể thiếu đối với các vật liệu nhạy cảm với oxy, hấp thụ độ ẩm và có tính dễ bay hơi cao. Cần chú ý đến vị trí điểm lấy mẫu, thể tích chết của ống lấy mẫu, thời gian phản hồi của máy phân tích và việc hiệu chuẩn thường xuyên bộ truyền áp suất cũng như hiệu chuẩn máy phân tích. Việc lấy mẫu tại một điểm duy nhất trên đỉnh bồn chứa không thể đại diện cho tất cả các góc chết; các chỉ số thu được ngay sau khi mở van lấy mẫu không phản ánh thành phần pha khí thực tế bên trong bồn chứa.

Để đánh giá toàn diện tình trạng hoạt động của hệ thống niêm phong bằng nitơ, cần kết hợp bốn bộ dữ liệu: hàm lượng oxy, áp suất trong bình, lưu lượng nitơ và mực chất lỏng trong bình (từ bộ truyền tín hiệu mức áp suất chênh lệch / bộ truyền tín hiệu áp suất mực chất lỏng trong bình).

1. Xả khí: mực chất lỏng giảm, lượng tiêu thụ nitơ tăng đồng thời và áp suất trong bình ổn định → bổ sung nitơ bình thường;

2. Không có hoạt động tiếp nhận & xả khí nhưng tiêu thụ nitơ liên tục → rò rỉ bên trong van kiểm tra, rò rỉ van thông hơi, gioăng kín miệng bình và các giá trị cài đặt mâu thuẫn;

3. Tăng hàm lượng oxy chậm → kiểm tra chất lượng dịch chuyển, các điểm làm kín và hồ sơ hoạt động của hệ thống bảo vệ chân không;

4. Dao động áp suất bể chứa hình răng cưa → lựa chọn loại van kiểm tra, ống xung và vùng chết điều khiển.

Chỉ khi kết hợp áp suất, lưu lượng khí nitơ, hàm lượng oxy, trạng thái hoạt động của van và điều kiện làm việc khi tiếp nhận và xả khí thì mới có thể đánh giá đầy đủ tình trạng kín khí nitơ trong bồn chứa.

 III. Giá trị kịch bản: Đặc điểm vận hành và nhận diện lỗi của hệ thống gioăng kín khí nitơ hoạt động tốt

Một hệ thống niêm phong bằng nitơ hoạt động tốt không cần người vận hành điều chỉnh thủ công thường xuyên, với các đặc điểm sau:

✅ Áp suất bồn chứa ổn định lâu dài;

✅ Tần suất hoạt động đều đặn của van niêm phong nitơ;

✅ Không có hiện tượng van thông hơi tự động bật mở thường xuyên một cách bất thường;

✅ Lượng nitơ tiêu thụ phù hợp với nhịp độ tiếp nhận và thải ra;

✅ Hàm lượng oxy luôn đáp ứng ổn định các chỉ tiêu quy trình.

Các hiện tượng sau đây cho thấy có lỗi trong cấu hình gioăng kín bằng khí nitơ và cần được kiểm tra lại:

❶ Áp suất trong bể thường xuyên dao động lên xuống;

❷ Van niêm phong khí nitơ thường xuyên đóng mở;

❸ Van thở hoạt động thường xuyên trong quá trình xả khí bình thường;

❹ Tiêu thụ nitơ nặng liên tục mà không cần hoạt động tiếp nhận và xả thải;

❺ Hàm lượng oxy không thể giảm xuống mức yêu cầu của quy trình sau một thời gian dài kể từ khi thiết lập lại để bảo trì;

❻ Áp suất trong bồn chứa biến động bất thường theo sự thay đổi điều kiện hoạt động của hệ thống khí thải.

Những hiện tượng này, nếu đứng riêng lẻ, chỉ gây ra tác hại hạn chế, nhưng khi chồng chéo lên nhau sẽ dẫn đến sự xuống cấp vật chất và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn.

 IV. Kết luận bổ sung

Việc bịt kín bồn chứa bằng nitơ không chỉ đơn thuần là bơm nitơ vào bồn; nó còn giúp kiểm soát động liên tục không gian pha khí trên bề mặt bồn.

Thiết bị phải kiểm soát hàm lượng oxy để ngăn không khí xâm nhập; duy trì áp suất dương nhẹ hợp lý thay vì tăng áp suất cài đặt một cách mù quáng; đảm bảo cả khả năng bổ sung nitơ và đường thoát khí trơn tru; không chỉ đọc dữ liệu áp suất từ ​​bộ truyền áp suất tương đối, bộ truyền áp suất chênh lệch và dữ liệu mức chất lỏng từ bộ truyền mức áp suất chênh lệch, bộ truyền áp suất mức bể chứa, mà còn giám sát hàm lượng oxy và lượng tiêu thụ nitơ; cấu hình thiết bị bảo vệ hô hấp và làm rõ điểm xả khí thải.

Việc bịt kín bằng khí nitơ đáng tin cậy có thể duy trì ổn định trạng thái pha khí trên bề mặt bồn chứa trong phạm vi cho phép của quy trình trong suốt quá trình nạp, xả, tăng và giảm nhiệt độ. Việc hiệu chuẩn định kỳ các cảm biến áp suất cho các thiết bị hỗ trợ phải được thực hiện để đảm bảo dữ liệu áp suất và mức chất lỏng đáng tin cậy cho việc điều chỉnh bịt kín bằng khí nitơ.

Tự động Công ty cung cấp đầy đủ các loại thiết bị đo mức bồn chứa: cảm biến mức áp suất chênh lệch, cảm biến áp suất mức bồn, cảm biến áp suất tương đối, cảm biến áp suất chênh lệch. Phù hợp với các thông số kỹ thuật hiệu chuẩn cảm biến áp suất, chúng tôi đưa ra các đề xuất lựa chọn loại, lắp đặt và vận hành cho các dự án bịt kín bồn chứa bằng khí nitơ để tránh các rủi ro như hút ngược không khí, áp suất mất kiểm soát và hư hỏng vật liệu.