儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置

一、儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置 儲(chǔ)罐為什么要氮封？

儲(chǔ)罐氮封其實(shí)是一種向儲(chǔ)存容器與反應(yīng)器的頂部空間填充惰性化氣體的工藝，通常用于保護(hù)內(nèi)部成分因氧氣存在而發(fā)生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現(xiàn)象。

例如《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）5.7.6 規(guī)定：生產(chǎn)或儲(chǔ)存不穩(wěn)定的烯烴、二烯烴等物質(zhì)時(shí)應(yīng)采取防止生成過氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯等在有空氣、氧氣或其他催化劑的存在下能產(chǎn)生有分解爆炸危險(xiǎn)的聚合過氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不穩(wěn)定的化合物，在有空氣或氧氣的存在下，儲(chǔ)存時(shí)間過長(zhǎng)，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設(shè)備。丁二烯在生產(chǎn)、儲(chǔ)存過程中，為防止生成過氧化物而采取的措施：嚴(yán)禁與空氣、氧化氮和含氧的氮?dú)忾L(zhǎng)時(shí)間接觸，一般控制丁二烯氣相中含氧量小于0.3%。

氮封系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)成可在高于大氣壓力的條件下運(yùn)行，這樣可防止外部空氣進(jìn)入容器當(dāng)中。由于許多工藝與應(yīng)用不希望存在空氣中的氧氣與濕氣，因此從石油化工、食品、飲料、制藥與純凈水制造等，許多行業(yè)采用氮封工藝。 從長(zhǎng)期角度來看，儲(chǔ)罐在“呼吸”過程中產(chǎn)生的油氣損耗和氮?dú)鈸p耗，以及油氣收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)所需設(shè)備投入和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，這些經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)往往超過了初始階段提升儲(chǔ)罐及其安全附件環(huán)保安全所需的一次性投入。接下來，我們將深入探討這一問題。氮封系統(tǒng)在罐區(qū)中扮演著至關(guān)重要的角色， 主要由氮封閥、呼吸閥（含阻火器）、泄氮閥以及緊急泄放裝置（如泄壓閥、泄壓人孔）等部分組成。

氮封系統(tǒng)，這一關(guān)鍵設(shè)備，由多個(gè)重要組件構(gòu)成，包括 氮封閥、呼吸閥、泄氮閥、緊急泄放裝置等。這些組件的協(xié)同工作，共同構(gòu)成了氮封系統(tǒng)在罐區(qū)中的安全保障體系。

在儲(chǔ)罐出液過程中，隨著出液閥的開啟，罐內(nèi)液面逐漸下降。這一變化導(dǎo)致氣相部分容積增大，使得罐內(nèi)壓力降低。此時(shí)， 氮封閥會(huì)自感應(yīng)開啟，向儲(chǔ)罐內(nèi)注入氮?dú)猓跃S持罐內(nèi)氮?dú)鈮毫Φ姆€(wěn)定。當(dāng)罐內(nèi)壓力回升至氮封閥的預(yù)設(shè)壓力時(shí)，氮封閥便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，形成一個(gè)完整的循環(huán)。

當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)液時(shí)，進(jìn)液閥的開啟會(huì)使液面上升。隨著液面上升，氣相部分容積相應(yīng)減小，這導(dǎo)致罐內(nèi)壓力升高。 一旦壓力超過泄氮閥的設(shè)定值，泄氮閥便會(huì)啟動(dòng)，開始向外界釋放氮?dú)猓越档凸迌?nèi)壓力。當(dāng)壓力降至泄氮閥的預(yù)設(shè)值時(shí)，泄氮閥即自動(dòng)關(guān)閉，確保系統(tǒng)平衡。

此外，呼吸閥在氮封閥和泄氮閥失靈時(shí)，會(huì)發(fā)揮其保護(hù)作用。而 緊急泄放裝置，如卸壓閥和泄放人孔，則是在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時(shí)啟動(dòng)，通過向罐外呼出氣體，來避免儲(chǔ)罐因超壓而受損。這些組件的工作機(jī)制在氮封系統(tǒng)中發(fā)揮著不同的協(xié)同保護(hù)作用。

022.儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置氮封系統(tǒng)的壓力調(diào)控

氮封系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是其能夠通過自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)獾淖⑷牒歪尫艁韺?shí)現(xiàn)壓力的穩(wěn)定化，從而確保儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。

在儲(chǔ)罐出液或進(jìn)液的過程中，氮封系統(tǒng)會(huì)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)獾淖⑷牒歪尫艁砭S持罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定。這種精確的壓力調(diào)控機(jī)制能夠有效防止因壓力波動(dòng)而可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，氮封閥的壓力設(shè)定點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)定為儲(chǔ)罐的正常操作壓力。所選擇的壓力設(shè)定值可調(diào)范圍應(yīng)確保設(shè)定點(diǎn)位于該范圍的中間位置，以保證系統(tǒng)的 壓力穩(wěn)定和安全運(yùn)行。按照行業(yè)規(guī)范《石油化工罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3184-2017)，氮封閥的壓力設(shè)定值可調(diào)范圍的選擇尤為重要。此外，根據(jù)《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3007-2014)，可燃液體儲(chǔ)罐采用氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)時(shí)，其操作壓力應(yīng)控制在0.2kPa至0.5kPa的范圍內(nèi)。同時(shí)，呼吸閥的排氣壓力需小于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)正壓力，而進(jìn)氣壓力則應(yīng)高于設(shè)計(jì)負(fù)壓力。事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應(yīng)高于呼吸閥的排氣壓力，并且不超過儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)正壓力。

▲ 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐附件現(xiàn)狀

目前，內(nèi)浮頂（拱頂）儲(chǔ)罐的附件在環(huán)保方面存在明顯不足，難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。這主要表現(xiàn)在附件的環(huán)保水平較低，需要采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)。

▲ 呼吸閥與浮盤密閉性

呼吸閥和浮盤的密封性對(duì)于減少油品損耗、提升氮封系統(tǒng)運(yùn)行效率以及確保無組織排放達(dá)標(biāo)具有重要意義。然而，當(dāng)前氮封系統(tǒng)面臨壓力控制范圍狹窄的問題，各壓力控制閥（如呼吸閥、單呼閥、氮封閥）的控制壓力容易產(chǎn)生交集，這可能導(dǎo)致氮封系統(tǒng)失效。此外，《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB37822-2019）的實(shí)施提出了更為嚴(yán)格的要求，規(guī)定氮封儲(chǔ)罐的呼吸閥和無氮封儲(chǔ)罐的罐頂通氣孔位置的油氣濃度不得超過5000μmol/mol（重點(diǎn)地區(qū)為2000μmol/mol，中石化要求為4000μmol/mol）。鑒于氮封儲(chǔ)罐內(nèi)油氣濃度通常較高，若呼吸閥的密閉性不達(dá)標(biāo)，將無法滿足這一排放標(biāo)準(zhǔn)。

▲ 阻火器的安全作用

阻火器是儲(chǔ)罐氣相連通支線管道和罐頂通氣孔上的關(guān)鍵設(shè)備，其性能是否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系到儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。有4起因阻火器問題引發(fā)的儲(chǔ)罐事故，例如2014年6·9揚(yáng)子石化酸性水罐硫化亞鐵自燃事故，事故儲(chǔ)罐連通管線上未設(shè)阻火器，導(dǎo)致罐區(qū)群罐火災(zāi)。此外，還有3起事故因罐頂通氣孔未設(shè)阻火器或阻火器失效，由雷擊引燃罐內(nèi)可燃?xì)馑隆榱朔乐惯B通的罐區(qū)發(fā)生群罐火災(zāi)，阻爆轟阻火器必須經(jīng)過ISO16852國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和GB/T13347規(guī)定的嚴(yán)格測(cè)試，并出具第三方型式試驗(yàn)文件確認(rèn)。同時(shí)，其阻力降不應(yīng)超過0.3kpa。然而，目前我國(guó)對(duì)呼吸閥的泄漏量要求僅為0.4m³/h，遠(yuǎn)高于API2000標(biāo)準(zhǔn)的0.014m³/h或某些國(guó)家的0.0017m³/h。

二、儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置 規(guī)范是如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置？

1.《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-19952.《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2當(dāng)單罐容積小于或等于5000m³的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用易熔材料制作的浮盤時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；

6.2.2條文解釋：對(duì)于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲(chǔ)罐或臥式儲(chǔ)罐加氮封儲(chǔ)存也是可行的；

6.2.4A條款：儲(chǔ)存溫度超過120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。

6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存甲類液體時(shí)，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲(chǔ)罐的安全狀況，應(yīng)采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統(tǒng)、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。

3.《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）

從上面幾個(gè)規(guī)范來看，對(duì)各種儲(chǔ)罐儲(chǔ)存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設(shè)置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數(shù)據(jù)。但是沒有找到對(duì)氮?dú)鉂舛纫蟮木唧w參數(shù)要求。

三、儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置氮?dú)鉂舛热绾卧O(shè)置？

化工儲(chǔ)罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃?xì)怏w的濃度惰化到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸濃度下限。根據(jù)這個(gè)原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內(nèi)容，理論上可以根據(jù)各種可燃?xì)怏w介質(zhì)的極限氧濃度來選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質(zhì)，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮?dú)獾募兌却笥冢?-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。

港口儲(chǔ)運(yùn)對(duì)這方面的研究比較多：
自力式氮封閥裝置調(diào)節(jié)閥，供氮閥，泄氮閥，以閥后壓力為動(dòng)力源，引入閥后壓力到指揮器膜片上以控制指揮器閥芯位置，改變流經(jīng)指揮器閥芯的介質(zhì)壓力和流量，使閥門后端壓力保持恒定的調(diào)節(jié)閥。進(jìn)口自力式氮封閥壓力設(shè)定在指揮器上的彈簧上實(shí)現(xiàn)，擰緊壓縮彈簧閥后壓力變大，反之則變小，操作簡(jiǎn)單因而存在方便、便捷、比一般的直接取壓自力式壓力調(diào)節(jié)閥精度要高;一般用于儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng);調(diào)節(jié)和穩(wěn)定儲(chǔ)罐的氮?dú)鈮毫Γ刂凭葮O其靈敏，控制精度閥后能達(dá)到0.0001MPa (100pa，0.1kp)運(yùn)行過程中壓力可以連續(xù)調(diào)節(jié),特別適合是控制微壓場(chǎng)合的工況。 氮封閥無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動(dòng)力源，自動(dòng)控制閥門介質(zhì)流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩(wěn)定裝置。現(xiàn)已廣泛用于連續(xù)送氣的天然氣采輸，城市煤氣以及冶金、石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)部門。該閥控制精度高，比一般直接操作型調(diào)壓閥高一倍左右。減壓比大，反應(yīng)靈敏，極小的壓力或極小的壓力變化都可以感知出來，對(duì)同一臺(tái)閥而言，調(diào)節(jié)范圍比普通自力式調(diào)節(jié)閥廣，壓力設(shè)定在指揮器上實(shí)現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時(shí)可在運(yùn)行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。

▲ 儲(chǔ)罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置建議與意見

▲ 環(huán)保設(shè)計(jì)與氮封系統(tǒng)

對(duì)于非強(qiáng)制要求做油氣密閉處理的在役儲(chǔ)罐，建議采用“高效內(nèi)浮盤技術(shù)+高效密封技術(shù)”的組合，以提升儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全水平，并確保罐頂VOCs排放值不超過2000μmol/mol。針對(duì)需做油氣密閉處理的在役儲(chǔ)罐，推薦選用低超壓10%呼吸閥和阻爆轟型阻火器。由于氮封儲(chǔ)罐的密閉性，不論采用何種內(nèi)浮盤技術(shù)，都可能受到浮盤泄漏和罐壁掛油的影響，導(dǎo)致罐內(nèi)氣相空間油氣濃度值超標(biāo)。因此，對(duì)于這類儲(chǔ)罐，應(yīng)特別關(guān)注氮封系統(tǒng)的密閉性、罐內(nèi)氧含量的控制以及群罐火災(zāi)的預(yù)防。

提升氮封系統(tǒng)密閉性的關(guān)鍵在于精確控制呼吸閥的泄漏量。低超壓10%呼吸閥能在較窄的壓力控制范圍內(nèi)發(fā)揮作用，有效避免儲(chǔ)罐在微正壓狀態(tài)下持續(xù)泄漏，同時(shí)減少油氣和氮?dú)獾男孤p耗，并滿足無組織排放要求。此外，還建議采用以下氮封儲(chǔ)罐壓力控制系統(tǒng)控制指標(biāo)來優(yōu)化性能：

a) 在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)由專業(yè)設(shè)計(jì)院對(duì)不同介質(zhì)存儲(chǔ)方案的投入與產(chǎn)出進(jìn)行細(xì)致核算，以確保長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保安全性。

b) 為驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)的實(shí)用性，建議選取若干具有代表性的危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，以便為大規(guī)模推廣提供經(jīng)驗(yàn)。

一、選擇安裝位置

1.1 確定用途：首先需要確定貯罐氮封裝裝置的用途，如存儲(chǔ)糧食、化學(xué)品、藥品、生物制品等。

1.2 環(huán)境條件：貯罐氮封裝裝置的安裝位置應(yīng)滿足以下條件：室溫控制在0-40℃之間，對(duì)外部氣體的污染不大，通風(fēng)情況良好，不受陽光直射、雨淋、水泡、寒冷等影響。

1.3 地面條件：貯罐氮封裝裝置的安裝位置需要平整、干燥、無裂縫、無洪水、無浸漬、無漏水等情況。

二、接口連接方法

2.1 檢查貯罐接口：在安裝貯罐氮封裝裝置前，應(yīng)檢查貯罐接口的形狀、尺寸和材質(zhì)，確定與設(shè)備接口匹配。

2.2 防爆閥接口連接：在連接防爆閥時(shí)須接頭兩端必須帶有彈性密封圈。連接過程中不得彎曲扭曲，閥蓋連接不得露鋒，尤其是勿將法蘭墊片用于壓扁連接處。

2.3 液位計(jì)及低液位保護(hù)接口連接：液位計(jì)及低液位保護(hù)的連接必須牢固。

三、安裝步驟

3.1 安裝貯罐氮封裝裝置前，應(yīng)檢查設(shè)備的各部件是否完好，無損壞、脫落、銹蝕、變形等情況。

3.2 組裝前應(yīng)清理各部位和管路內(nèi)部殘余物質(zhì)，特別是禁止使用含油脂的清洗液，以免影響氮?dú)赓|(zhì)量。

3.3 組裝過程中應(yīng)將電纜、傳感器線等全部擰緊，連接好氣路及電路。

3.4 連接氮源，開啟氣源，并打開氣路球閥，觀察電子流量計(jì)、壓差儀、氮?dú)鈿鈮罕淼蕊@示指示器的狀態(tài)，確保氮?dú)庹］敵觥?/p>

3.5 連接接收設(shè)備，啟動(dòng)貯罐氮封裝裝置，進(jìn)行試運(yùn)行，調(diào)整完畢后進(jìn)行正式生產(chǎn)。

【結(jié)語】

本文針對(duì)貯罐氮封裝裝置的安裝，從選擇安裝位置、接口連接方法、安裝步驟等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。用戶在使用該設(shè)備時(shí)，應(yīng)按照本文所述步驟進(jìn)行正確的安裝和使用，以保障設(shè)備的正常運(yùn)行和提高生產(chǎn)效率。