儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求

儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求 儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計

? 氮封系統(tǒng)概述

根據(jù)GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》和SH/T 3007-2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)要求，甲、乙A類可燃液體儲罐必須配備氮封裝置，旨在降低儲罐發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險。

在石油化工企業(yè)的罐區(qū)，常常存儲著大量易揮發(fā)的化工原料。當(dāng)原料從外部打入儲罐時，隨著罐內(nèi)液位的上升，罐內(nèi)氣體需要排出以容納更多液體；而在將物料從儲罐輸送到生產(chǎn)設(shè)備時，隨著液位的下降，又需要補充氣體以完成液體的輸送。由于儲罐通常設(shè)置在室外，罐內(nèi)物料的溫度會隨外界環(huán)境變化而波動，進(jìn)而影響罐內(nèi)氣體的壓力。這種熱脹冷縮效應(yīng)會導(dǎo)致儲罐氣相空間出現(xiàn)體積變化，即所謂的“呼氣"和“吸氣"現(xiàn)象。為確保儲罐不會進(jìn)入超壓或負(fù)壓狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)中通常會采取兩種保護(hù)措施來應(yīng)對這一現(xiàn)象。

氮封系統(tǒng)旨在隔絕氧氣與易燃易爆可燃液體的接觸，從而從根本上預(yù)防火災(zāi)或爆炸事故。具體而言，供氮系統(tǒng)提供的氮氣經(jīng)過自力式調(diào)節(jié)閥減壓至設(shè)定的壓力后，被充入儲罐，這一過程稱為充氮。當(dāng)儲罐壓力達(dá)到設(shè)定的安全值時，充氮即停止。

在進(jìn)料時，隨著物料的加入，儲罐氣相空間壓力逐漸升高。當(dāng)壓力超過呼吸閥的排放開啟壓力時，呼吸閥開始排氣，以維持儲罐內(nèi)外的壓力平衡。而出料時，則相反，隨著物料的排出，儲罐氣相空間壓力降低，此時系統(tǒng)會自動啟動充氮，以補充損失的氮氣，保持儲罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定通過供氮系統(tǒng)和呼吸閥的協(xié)同作用，氮封系統(tǒng)精確控制儲罐內(nèi)氣相空間的氧氣濃度，確保其處于安全范圍。

氮封系統(tǒng)或其他惰性氣體保護(hù)措施在化工安全領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，它們能夠顯著降低儲罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險。然而，近年來在各類企業(yè)的隱患排查過程中，我們發(fā)現(xiàn)某些企業(yè)，特別是精細(xì)化工企業(yè)，在儲罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置以及管理方面仍存在不少問題。



011.儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求儲罐氮封系統(tǒng)的重要性

1.1 ? 氮封系統(tǒng)的作用

氮封系統(tǒng)通過使用惰性氣體如氮氣，有效降低儲罐火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險，是化工安全的關(guān)鍵部分。

1.2 ? 常見問題

首先，有些應(yīng)采用氮封的儲罐卻未設(shè)置該系統(tǒng)，這無疑增加了安全風(fēng)險。其次，后期增設(shè)的氮封系統(tǒng)往往未經(jīng)專業(yè)設(shè)計，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常使用，這同樣會威脅到儲罐的安全。

再者，氮封系統(tǒng)的壓力管理也存在諸多問題。例如，進(jìn)儲罐前的氮氣管線未設(shè)置自力式調(diào)節(jié)閥或壓力表選型不當(dāng)，僅靠手動閥門控制進(jìn)氣量，這使得氮封壓力無法得到有效監(jiān)控。此外，氮封氣源未采用壓力分程控制或自力式調(diào)節(jié)閥選型不合理，也會導(dǎo)致氮封壓力過高或過低，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常使用。

另外，氮氣管線或儲罐上未設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳和報警裝置，這也使得壓力無法得到及時有效的控制。同時，氮氣管線上的安全設(shè)施如止回閥的缺失，也會給系統(tǒng)帶來潛在風(fēng)險。

最后，儲罐頂部未設(shè)置緊急泄放人孔或緊急泄放閥等保護(hù)措施，以及為了節(jié)約成本而關(guān)閉氮氣管線閥門導(dǎo)致氮封系統(tǒng)未投用等行為，都會削弱系統(tǒng)的安全性能。



022.儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求儲罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置要求

2.1 ? 國家標(biāo)準(zhǔn)及要求

國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）以及《石油庫設(shè)計規(guī)范 》（GB 50074-2014）均對儲罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置提出了明確要求。具體來說，當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)等安全措施；而對于儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐，同樣需要設(shè)置氮氣保護(hù)。

此外，《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》還規(guī)定，當(dāng)采用固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲存甲B、乙A類液體時，應(yīng)采用氮氣或惰性氣體密封措施。另外，對于某些具有特殊儲存需求的甲B、乙A類液體化工品，如易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯等，也應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)以防止空氣進(jìn)入儲罐。

2.2 ? 氮封系統(tǒng)的設(shè)置要點

采用氮封的儲罐，通常為常壓或低壓罐，因此，防止儲罐氮氣超壓顯得尤為重要。在化工標(biāo)準(zhǔn)《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-1995）中，詳細(xì)規(guī)定了氮氣供氣量的計算方法。該標(biāo)準(zhǔn)指出，儲罐氣封裝置的供氣量必須足夠補充因泵抽出液體和外界氣溫變化導(dǎo)致的氣體冷凝與收縮。

然而，規(guī)范中給出的補氣量僅為經(jīng)驗值，實際工作中需結(jié)合具體情況進(jìn)行精確計算，以確保選擇的氮氣管線管徑和氮封閥型號符合實際需求。對于專業(yè)技術(shù)力量薄弱的企業(yè)，建議委托專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行補氣量的合理計算，既保障氮封效果又避免資源浪費。

此外，《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）也明確規(guī)定了采用氮氣保護(hù)的儲罐操作壓力范圍為0.2Kpa～0.5Kpa，而其他設(shè)有呼吸閥的儲罐操作壓力則宜控制在1Kpa～1.5KPa之間。為進(jìn)一步防范儲罐超壓，除合理計算補氣量外，還應(yīng)采取其他多項措施，包括在罐頂安裝就地壓力表并設(shè)置遠(yuǎn)傳功能至DCS或PLC控制系統(tǒng)，以實時監(jiān)測壓力變化。



? 儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求壓力設(shè)定和設(shè)計原則

鋼制立式圓筒形固定頂儲罐的設(shè)計壓力范圍通常為-0.5至2KPa。在這個狹窄的壓力范圍內(nèi)，如何確保各安全附件的壓力區(qū)間不產(chǎn)生交集，是氮封系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

氮封系統(tǒng)失效的主要原因是安全附件的定壓不準(zhǔn)確或壓力區(qū)間重疊。一般而言，泄氮閥的壓力設(shè)定點會略高于氮封閥，以避免供、泄氮裝置頻繁操作，節(jié)約氮氣并延長設(shè)備壽命。

呼吸閥的呼出設(shè)定值需大于泄氮閥的壓力設(shè)定值，而吸入設(shè)定值則應(yīng)低于氮封閥，以確保罐頂呼吸閥僅作為安全保護(hù)措施，在正常情況下保持關(guān)閉。當(dāng)?shù)忾y或泄氮閥出現(xiàn)故障，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力異常時，呼吸閥才會啟動。

其呼出起跳壓力應(yīng)低于儲罐的最高設(shè)計壓力，但高于操作壓力，以確保儲罐的正常操作；而吸入起跳壓力則應(yīng)高于設(shè)計壓力，從而保護(hù)儲罐免受損壞。



? 儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求供氣量計算

根據(jù)API2000標(biāo)準(zhǔn)，儲罐氮封裝置的進(jìn)氣量被明確規(guī)定，它必須足夠補充因出料泵泵出液體和外界氣溫變化導(dǎo)致的儲罐內(nèi)氣體冷縮。具體來說，該進(jìn)氣量應(yīng)至少等于泵的最大輸出體積流量。

對于儲罐氮封裝置的進(jìn)氣量，具體流量與儲罐的容積或表面積成比例。對于容積V≥3180m3的儲罐，補氣量與儲罐外殼和罐頂?shù)谋砻娣e成正比，即每平方米表面積每小時需補入0.6m3氮封氣；而對于容積V＜3180m3的儲罐，補氣量則與容積成正比，即每立方米容積每小時需補入0.178m3氮封氣。

? 儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求應(yīng)用優(yōu)勢



氮封系統(tǒng)能夠保持容器頂部的保護(hù)氣壓力穩(wěn)定，從而維持儲罐內(nèi)的安全環(huán)境并有效抑制氣體排放。這一系統(tǒng)不僅節(jié)能高效，還具備動作靈敏、運行可靠以及操作維修簡便等特點。

在石油化工行業(yè)中，氮封裝置得到了廣泛應(yīng)用。其之處在于，無需額外能源，即可利用被調(diào)介質(zhì)的自身能量為動力源。通過引入壓力閥的指揮器，可以精準(zhǔn)控制壓力閥芯的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量，確保閥門后端的壓力恒定。此外，氮封裝置的供（泄）氮壓力設(shè)定簡便，且能連續(xù)穩(wěn)定運行。自力式氮封閥(即氮封裝置)主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，自力式氮封閥是一種無須外來能源，以彈簧為動力核心利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力來控制閥芯位置變化，達(dá)到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定壓力的目的，以保護(hù)罐內(nèi)物料不被氮化及儲罐的安全。該閥由ZZYVP快速泄放閥及ZZV自力式微壓調(diào)節(jié)閥兩大部分組成?？焖傩狗砰y由壓力控制器及ZMQ-16K型單座切斷閥組成。

一，可有效防止儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故?；て髽I(yè)，特別是精細(xì)化工企業(yè)通常有兩方面疑問：第一，哪些情況需要設(shè)氮封？第二，氮封如何設(shè)置？安在什么位置？多大的流量能夠避免爆炸環(huán)境產(chǎn)生？

二哪些情況需要設(shè)氮封

《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》（GB50160-2008）規(guī)定，當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)等安全措施；儲存溫度超過120℃的重油時，固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)。

《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB51283-2020）規(guī)定，固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲存甲B、乙A類液體時，應(yīng)采用氮氣或惰性氣體密封措施。

個別精細(xì)化工企業(yè)，由于存在早期設(shè)計不完善、常壓儲罐未經(jīng)正規(guī)設(shè)計、或者經(jīng)由其他儲罐改造等情況，儲罐沒有設(shè)置氮封或設(shè)置不合規(guī)的情況依然存在。

三氮封如何設(shè)置

關(guān)于氮封安裝，分享兩種錯誤安裝場景：一種是直接安裝在呼吸閥下部短節(jié)位置（圖1），另外一種是靠近呼吸閥位置直接焊接在法蘭接管處（圖2）。這兩種場景均會導(dǎo)致氮氣直接排出，無法起到氮封作用。


若呼吸閥用在氮封罐上，建議氮氣供氣管的接管位置一定要遠(yuǎn)離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內(nèi)，使氮氣進(jìn)罐后不直接排出，從而達(dá)到氮封目的。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求工作原理

       儲罐內(nèi)壓力升高至設(shè)定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內(nèi)多余壓力泄放。微壓調(diào)節(jié)閥在儲罐內(nèi)壓力降低時，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮氣。因微壓調(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場壓力較高，必須安裝ZZYP型壓力調(diào)節(jié)閥將壓力調(diào)節(jié)閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設(shè)定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質(zhì)溫度溫度≤80℃。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求性能特點

1、無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節(jié)約能源，降低成本。

2、氮封裝置供氮，泄氮壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)經(jīng)營的條件下進(jìn)行。

3、壓力檢測膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。

4、采用無填料設(shè)計，閥桿所受磨擦力小、反應(yīng)迅速、控制精度高。

5、供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達(dá)100:1，減壓效果好、控制精度高。

6、氮氣壓力設(shè)定范圍廣，低至0.5Kpa高至1000Kpa，比值達(dá)高；

7、調(diào)節(jié)調(diào)壓力檢測膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動作極靈敏。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求主要技術(shù)參數(shù)

公稱通徑(mm)	20			25	40		50	80		100	150
閥座直徑(mm)	6	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150
額定流量系數(shù)Kv	3.2	5	8	10	20	32	50	80	100	160	250	400
壓力調(diào)節(jié)范圍	0.5～70 20～120 60～400 300～700 500～1000 KPa
公稱壓力PN	1.0、1.6 MPa
被調(diào)介質(zhì)溫度	80、200 ℃
流量特性	快開型
調(diào)節(jié)精度	≤5%
允許壓降(MPa)	1.6				1.6		1.1	0.6		0.4
薄膜有效面積(C㎡)	200				280			400
允許泄漏量	符合ANSIB16.104—1976 IV級
閥蓋形式	標(biāo)準(zhǔn)型 (整體式)
壓蓋型式	螺栓壓緊式
密封填料	V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉紡織填料、石墨填料
閥芯形式	單座型閥芯
流量特性	直線性




儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求主要外形尺寸






公稱通徑(DN)	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150
L	150	160	180	200	230	290	310	350	400	480
H	52.5	57.5	75	75	85.5	92.5	100	110	142.5	158
H1	330	330	350	350	360	430	440	450	520	650
A	310								400

通過向儲罐內(nèi)持續(xù)充入氮氣等惰性氣體，將容器內(nèi)氧氣濃度控制在安全閾值以下（通常低于5%），從而阻斷可燃物與氧氣的接觸，有效預(yù)防燃燒爆炸事故。該技術(shù)同時能抑制物料氧化變質(zhì)，延長存儲周期。



二、儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求必須實施氮封的儲罐類型

1. 閃點低于60℃的易燃液體儲罐，如汽油、丙酮等有機溶劑儲罐

2. 易發(fā)生自聚反應(yīng)的化學(xué)品儲罐，包括苯乙烯、丙烯酸酯類單體儲罐

3. 劇毒化學(xué)品儲罐，如液氯等具有強揮發(fā)性的危險品儲罐

4. 對水分敏感的物料儲罐，如鋰系催化劑、金屬有機化合物儲罐

三、儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求技術(shù)實施的關(guān)鍵控制要素

1. 氮氣純度要求達(dá)到99.9%以上，露點溫度需低于-40℃

2. 維持0.2-0.5kPa微正壓狀態(tài)，壓力波動不得超過設(shè)定值20%

3. 配套安裝氧含量在線監(jiān)測儀，報警值設(shè)定為8%VOL

4. 定期檢查呼吸閥、泄壓裝置等安全附件的密封性能

四、儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求特殊工況下的補充措施

對于易產(chǎn)生靜電的物料，需在氮封系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)靜電消除裝置；存在腐蝕風(fēng)險的儲罐，應(yīng)選用不銹鋼材質(zhì)的氮氣分布器。所有氮封系統(tǒng)必須設(shè)置應(yīng)急備用氣源，確保在供氣故障時能維持至少8小時的保護(hù)狀態(tài)。




3.儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求系統(tǒng)的管理

3.1 ? 操作規(guī)程及員工培訓(xùn)

為確保氮封系統(tǒng)的持續(xù)有效運行，企業(yè)需采取一系列管理措施。首先，在操作規(guī)程中詳細(xì)規(guī)定氮封系統(tǒng)的操作流程和安全規(guī)范，明確壓力控制范圍、報警閾值，以及應(yīng)對異常工況的方法和步驟。

同時，應(yīng)對相關(guān)員工進(jìn)行培訓(xùn)，確保他們熟悉并能夠正確執(zhí)行這些操作規(guī)范。

3.2 ? 監(jiān)控及報警措施

企業(yè)應(yīng)密切監(jiān)控控制系統(tǒng)中的儲罐壓力，合理設(shè)置報警值，并仔細(xì)分析報警信息，以確定問題的根源并采取相應(yīng)改進(jìn)措施。日常巡檢中，應(yīng)將氮封系統(tǒng)的各項運行參數(shù)，如壓力表、調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)，納入檢查范疇，確保任何異常都能得到及時處理。

3.3 ? 隱患排查與維護(hù)

此外，氮封系統(tǒng)的檢查應(yīng)成為罐區(qū)隱患排查的重要環(huán)節(jié)。對于構(gòu)成重大危險源的企業(yè)，更應(yīng)將氮封系統(tǒng)的檢查納入操作負(fù)責(zé)人履職檢查表中，通過系統(tǒng)的隱患排查與治理，確保氮封系統(tǒng)始終處于良好狀態(tài)。

企業(yè)還應(yīng)定期對呼吸閥、壓力表等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查和校驗。這包括確保呼吸閥外觀無異常，開啟壓力、通氣量和泄漏量均符合設(shè)計要求，從而保證泄壓設(shè)施的完好性和可靠性。