Auto Instrument Popular Science: Sistema de Vedação de Nitrogênio em Tanques – Princípio de Funcionamento e Comissionamento

Auto Instrument Popular Science: Sistema de Vedação de Nitrogênio em Tanques – Princípio de Funcionamento e Comissionamento

 Introdução

Em conjunto com casos de operação e manutenção no local de tanques de armazenamento,Auto O instrumento analisa o funcionamento real e os métodos de comissionamento de sistemas de vedação de nitrogênio em tanques, bem como as causas principais da entrada de ar, mesmo em tanques equipados com transmissores de nível de pressão diferencial, transmissores de pressão de nível, transmissores de pressão manométrica e transmissores de pressão diferencial. Em conjunto com os requisitos de gerenciamento da calibração do transmissor de pressão, ele auxilia os engenheiros a compreenderem que a vedação de nitrogênio é muito mais do que um simples enchimento com nitrogênio. Domine pontos-chave, incluindo gradiente de pressão, seleção do tipo de válvula e avaliação do teor de oxigênio, para evitar riscos como refluxo de ar, flutuação de pressão e perda oxidativa do material.

 I. Fato do setor: Ainda é possível aspirar ar para dentro de tanques equipados com sistemas de vedação de nitrogênio.

Muitos operadores de campo consideram a vedação de nitrogênio em tanques simplesmente como "encher o tanque com nitrogênio", o que é uma visão unilateral. Mesmo com um sistema de vedação de nitrogênio em funcionamento, ainda pode haver entrada de ar nos tanques de armazenamento.

O que a vedação com nitrogênio controla não é meramente "se o nitrogênio existe dentro do tanque", mas três elementos essenciais do espaço gasoso na superfície do tanque: teor de oxigênio, micropressão do tanque e caminhos de entrada e saída do gás.

O espaço gasoso na parte superior dos tanques de armazenamento não é estático. Flutuações no nível do líquido e variações na temperatura ambiente alteram o volume e a pressão do gás dentro dos tanques. A essência da vedação com nitrogênio é manter um estado operacional com baixo teor de oxigênio, leve pressão positiva, descarga habilitada e monitorável, mesmo diante de diversas flutuações nas condições de trabalho. Os dados de nível do líquido coletados pelo transmissor de nível de pressão diferencial e pelo transmissor de pressão do tanque servem como referências importantes para a regulação da vedação com nitrogênio. A calibração regular do transmissor de pressão deve ser realizada para garantir a aquisição precisa do nível do líquido e da pressão, de modo que dados de pressão reais e válidos do transmissor de pressão manométrica e do transmissor de pressão diferencial possam ser obtidos para uma compreensão completa da vedação com nitrogênio do tanque.

 II. Principais pontos: Princípios básicos e principais equívocos sobre a vedação de tanques com nitrogênio

1. Vedação com nitrogênio ≠ Purga e deslocamento com nitrogênio

A purga do ar dos tanques com nitrogênio antes do comissionamento é chamada de deslocamento por inertização, um tratamento inicial único para resolver o problema da composição da fase gasosa na inicialização.

Após a entrada formal em operação dos tanques, a subida e descida do nível do líquido, a diferença de temperatura entre o dia e a noite, a alternância entre o recebimento e a entrega de materiais e pequenos vazamentos nos acessórios dos equipamentos alterarão continuamente a pressão e a composição da fase gasosa no topo do tanque. A regulação contínua será realizada por sistemas de vedação com nitrogênio nesta etapa.

Shhh! O deslocamento é uma ação única; a vedação com nitrogênio é um controle dinâmico contínuo.

Confundir os dois processos e realizar apenas a purga com nitrogênio antes da inicialização resultará em um teor de oxigênio dentro dos padrões exigidos no comissionamento, mas em um aumento gradual do teor de oxigênio após vários dias de operação. As leituras de pressão do transmissor de pressão manométrica podem parecer normais, enquanto a composição da fase gasosa no topo do tanque estará fora das especificações.

Uma leitura de pressão normal não significa que a vedação com nitrogênio esteja funcionando corretamente. Para avaliar se a vedação com nitrogênio está funcionando, quatro indicadores devem ser verificados simultaneamente: pressão do tanque, teor de oxigênio, consumo de nitrogênio e nível de exaustão da respiração.

2. Os tanques estão sempre "respirando"; a vedação com nitrogênio precisa de resposta dinâmica às condições de trabalho.

Durante a descarga, o nível do líquido diminui e o volume da fase gasosa no topo do tanque se expande. A cada 1 m³ de líquido descarregado, o espaço da fase gasosa aumenta em quase 1 m³. Sem a suplementação oportuna de nitrogênio, o ar externo fluirá na direção oposta, aumentando o teor de oxigênio e comprometendo a proteção do gás inerte.

Durante a alimentação, o nível do líquido sobe e o espaço da fase gasosa é comprimido para expelir o gás do topo do tanque. Para meios voláteis, o gás expelido carrega grandes quantidades de vapor do material.

A temperatura também causa o efeito de respiração: o gás dentro dos tanques se contrai e a pressão no tanque cai à noite devido ao resfriamento; o gás se expande e a pressão no tanque aumenta durante o dia devido ao aquecimento. Para tanques externos de cor escura que armazenam materiais com alta pressão de vapor, a flutuação do volume de gás causada pela respiração térmica diurna e noturna é bastante evidente.

Portanto, a vedação com nitrogênio não se resume apenas à adição de uma pequena quantidade de nitrogênio. Ela deve regular dinamicamente o fornecimento e a exaustão de nitrogênio em conjunto com os sinais de nível do líquido (transmissor de nível de pressão diferencial/transmissor de pressão de nível do tanque) e os sinais de pressão do tanque.

3. Lógica subjacente à vedação com nitrogênio: dupla proteção por leve pressão positiva e baixo teor de oxigênio.

O nitrogênio não é combustível e praticamente não reage com a maioria dos materiais químicos. A injeção de nitrogênio no espaço acima do tanque visa reduzir a pressão parcial de oxigênio na fase gasosa e minimizar o contato entre os materiais e o oxigênio/umidade.

- Para materiais sensíveis ao oxigênio: restringir a oxidação, descoloração, degradação, aumento do índice de acidez e outras deteriorações de qualidade;

- Para materiais que absorvem umidade: reduzir a entrada de umidade;

- Para materiais perigosos voláteis: mantenha a fase gasosa na parte superior do tanque dentro de uma faixa segura à prova de explosão.

Reduzir o teor de oxigênio por si só é insuficiente. Quando a pressão interna do tanque é menor que a pressão atmosférica, o ar fluirá de volta para dentro do tanque através de válvulas de respiro, flanges, bocas de visita, portas de instrumentos e folgas de vedação deficientes. A vedação com nitrogênio mantém uma leve pressão positiva para criar uma tendência de saída do gás e bloquear a sucção reversa do ar externo.

Pontos-chave para pressão positiva leve: pressão mais alta não significa melhor desempenho. Tanques de armazenamento à pressão atmosférica nunca devem ser usados ​​como equipamentos pressurizados.

- Pressão muito baixa: não consegue resistir à sucção reversa do ar;

- Pressão muito alta: abertura frequente das válvulas de respiro, aumento acentuado do consumo de nitrogênio e sobrecarga no corpo do tanque e acessórios.

Um sistema de vedação a nitrogênio que funciona bem é avaliado pela estabilidade da pressão, e não por um valor de pressão elevado.

4. Os gradientes de ajuste de pressão não devem entrar em conflito entre si.

Muitas falhas em sistemas de vedação com nitrogênio decorrem de valores de ajuste incorretos dos componentes de proteção, e não da ausência de válvulas. É fundamental estabelecer um gradiente de pressão claro entre a válvula de vedação com nitrogênio, a válvula de respiro de exalação, a proteção contra pressão negativa a vácuo e a válvula de alívio de segurança.

1. A válvula de vedação de nitrogênio abre para suplementação de nitrogênio quando a pressão do tanque cai para o valor de pressão positiva predefinido e fecha quando a pressão do tanque sobe para o ponto de ajuste de fechamento;

2. Pressão de abertura para exalação da válvula de respiro > pressão de fechamento da válvula de vedação de nitrogênio;

3. A proteção contra vácuo de pressão negativa é configurada dentro da faixa de pressão negativa, apenas para proteção de emergência quando o suplemento de nitrogênio for insuficiente ou a entrada instantânea de ar exceder a capacidade;

4. A válvula de alívio de segurança é ajustada para uma pressão mais alta como proteção contra sobrepressão no estágio final.

Um intervalo muito curto entre os pontos de ajuste leva ao fenômeno de "suprimento de nitrogênio e exaustão ocorrendo simultaneamente". A válvula de vedação de nitrogênio se abre e a válvula de respiro se abre imediatamente. Os sintomas incluem alto consumo de nitrogênio, flutuação de pressão e frequentes acionamentos de abertura e fechamento da válvula, que têm origem em uma configuração desordenada do gradiente de pressão.

O primeiro passo para o comissionamento de selos de nitrogênio é entender toda a lógica de ajuste de pressão.

5. A seleção do tipo de válvula de vedação com nitrogênio não deve se basear apenas no diâmetro nominal do tubo.

Em adaptações de campo, as pessoas frequentemente selecionam válvulas de vedação de nitrogênio apenas com base no diâmetro nominal do tubo de nitrogênio, o que não é rigoroso.

O critério fundamental para a seleção do tipo é a capacidade máxima de suplementação de nitrogênio. Essa capacidade deve abranger três cenários de condições de operação: expansão da fase gasosa causada pela descarga de grande volume, contração térmica do gás devido ao resfriamento e margem para comutação das condições de operação e regulação do instrumento.

- Válvula subdimensionada: a pressão no tanque cai rapidamente durante descargas de grande volume; a proteção contra vácuo é acionada antecipadamente e o ar é sugado de volta para o tanque;

- Válvula superdimensionada: baixa estabilidade de regulação em condições de baixo fluxo, oscilação de pressão, frequentes acionamentos de abertura e fechamento da válvula e desgaste rápido do diafragma e dos elementos de vedação.

Para válvulas de vedação a nitrogênio autoacionadas, deve-se dar ênfase ao tubo de impulso. O bloqueio causado pelo acúmulo ou cristalização de líquido no tubo de impulso fará com que as válvulas recebam sinais de pressão falsos. Muitos casos de "falha em válvulas de vedação a nitrogênio" em campo são, na verdade, causados ​​pelo bloqueio do tubo de impulso por condensado ou cristais do material.

As válvulas de vedação a nitrogênio qualificadas devem operar de forma estável sob condições de pequena diferença de pressão, pequena abertura e baixo fluxo, em vez de serem "mais seguras com tubulações de maior diâmetro".

6. Os caminhos de entrada e saída devem ser garantidos.

Dar ênfase apenas ao circuito de fornecimento de nitrogênio, ignorando o circuito de exaustão, é um defeito de projeto frequente.

A alimentação, o aumento da temperatura e a volatilização do material elevarão a pressão do tanque. O excesso de gás deverá ser descarregado em tempo hábil por meio de válvulas de respiro, dutos de gases residuais ou sistemas de recuperação e tratamento.

Um tubo de escape obstruído aumentará a pressão de atuação das válvulas de respiro; um corta-chamas obstruído reduzirá significativamente a capacidade de exaustão.

Para materiais voláteis: uma pressão de ajuste excessivamente alta na vedação de nitrogênio ou vazamento interno da válvula de vedação de nitrogênio aumentará o volume total de exaustão, agravará a perda de material e aumentará a carga do equipamento de tratamento de gases residuais a jusante.

A avaliação da vedação com nitrogênio deve integrar o circuito de entrada, o espaço da fase gasosa no topo do tanque e o circuito de exaustão.

7. O teor de oxigênio é um indicador preciso do efeito de vedação com nitrogênio.

Os transmissores de pressão (transmissor de pressão manométrica / transmissor dp) apenas informam a pressão do tanque e não refletem o teor real de oxigênio no tanque.

A reinicialização do poço de visita após a manutenção, o oxigênio residual em pontos cegos localizados, a sucção reversa de ar causada pela vedação inadequada da válvula de respiro e a flutuação da contrapressão do sistema de gases de escape são falhas que não podem ser detectadas pelas leituras do manômetro.

A detecção do teor de oxigênio é indispensável para materiais sensíveis ao oxigênio, que absorvem umidade e são altamente voláteis. Deve-se atentar para a posição do ponto de amostragem, o volume morto do tubo de amostragem, o tempo de resposta do analisador e a calibração regular do transmissor de pressão, além da calibração do analisador. A amostragem em um único ponto na superfície do tanque não representa todos os pontos mortos; as leituras obtidas imediatamente após a abertura da válvula de amostragem não representam a composição real da fase gasosa dentro do tanque.

Uma avaliação completa do estado de funcionamento do selo de nitrogênio requer a combinação de quatro conjuntos de dados: teor de oxigênio, pressão do tanque, vazão de nitrogênio e nível do líquido no tanque (obtido por meio de transmissor de nível de pressão diferencial/transmissor de pressão de nível do tanque).

1. Descarga: o nível do líquido diminui, o consumo de nitrogênio aumenta sincronizadamente e a pressão do tanque permanece estável → suplementação normal de nitrogênio;

2. Sem operação de recebimento e descarga, mas com consumo contínuo de nitrogênio → vazamento interno na válvula de retenção, vazamento na válvula de respiro, vedação da tampa do tanque e valores de ajuste conflitantes;

3. Aumento lento do teor de oxigênio → verificar a qualidade do deslocamento, os pontos de vedação e os registros de ação da proteção a vácuo;

4. Oscilação de pressão do tanque em dente de serra → seleção do tipo de válvula de retenção, tubo de impulso e zona morta de controle.

Somente combinando pressão, vazão de nitrogênio, teor de oxigênio, estado de funcionamento da válvula e condições de operação de recebimento e descarga é possível avaliar completamente o estado da vedação de nitrogênio do tanque.

 III. Valor do Cenário: Características Operacionais e Identificação de Falhas em Sistemas de Vedação com Nitrogênio em Bom Funcionamento

Um sistema de vedação a nitrogênio em bom funcionamento não requer ajustes manuais frequentes por parte dos operadores, apresentando as seguintes características:

✅ Pressão estável do tanque a longo prazo;

✅ Frequência de acionamento regular da válvula de vedação com nitrogênio;

✅ Sem aberturas irregulares e frequentes da válvula de respiro;

✅ O consumo de nitrogênio corresponde ao ritmo de recebimento e descarga;

✅ O teor de oxigênio atende de forma estável aos indicadores do processo.

Os seguintes fenômenos indicam defeitos na configuração da vedação de nitrogênio e devem ser verificados novamente:

❶ Oscilação frequente da pressão do tanque para cima e para baixo;

❷ Ligar e desligar frequentemente a válvula de vedação de nitrogênio;

❸ Acionamento frequente da válvula de respiro durante a descarga normal;

❹ Consumo contínuo de nitrogênio em grande quantidade sem operação de recebimento e descarga;

❺ O teor de oxigênio não pode cair para os níveis exigidos pelo processo muito tempo depois da reinicialização para manutenção;

❻ A pressão do tanque flutua anormalmente conforme a condição de funcionamento do sistema de gases residuais se altera.

Esses fenômenos causam danos limitados isoladamente, mas a sobreposição deles levará à deterioração do material e a potenciais riscos à segurança.

 IV. Conclusão Suplementar

A vedação de tanques com nitrogênio vai muito além do simples enchimento dos tanques com nitrogênio; ela possibilita o controle dinâmico contínuo do espaço gasoso na superfície do tanque.

Deve controlar o teor de oxigênio para evitar a entrada de ar; manter uma leve pressão positiva razoável em vez de aumentar cegamente a pressão de ajuste; garantir tanto a capacidade de suplementação de nitrogênio quanto um caminho de exaustão suave; não apenas ler os dados de pressão do transmissor de pressão manométrica, do transmissor de pressão diferencial e os dados de nível de líquido do transmissor de nível de pressão diferencial, do transmissor de nível de tanque, mas também monitorar o teor de oxigênio e o consumo de nitrogênio; configurar a proteção respiratória e esclarecer o destino da descarga de gases residuais.

Uma vedação confiável com nitrogênio pode manter o estado da fase gasosa na superfície do tanque dentro da faixa permitida pelo processo durante cada ciclo de alimentação, descarga, aumento e queda de temperatura. A calibração periódica do transmissor de pressão para os instrumentos auxiliares deve ser implementada para garantir dados confiáveis ​​de pressão e nível de líquido para a regulação da vedação com nitrogênio.

Auto A Instrument fornece uma linha completa de instrumentos de medição para tanques: transmissores de nível por pressão diferencial, transmissores de pressão de nível, transmissores de pressão manométrica e transmissores de pressão diferencial. De acordo com as especificações de calibração dos transmissores de pressão, oferecemos sugestões para seleção de tipo, instalação e comissionamento em projetos de selagem de tanques com nitrogênio, visando evitar riscos como refluxo de ar, perda de controle de pressão e deterioração do material.