儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求

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

? 氮封系統(tǒng)概述

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

在石油化工企業(yè)的罐區(qū)，常常存儲(chǔ)著大量易揮發(fā)的化工原料。當(dāng)原料從外部打入儲(chǔ)罐時(shí)，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(chǔ)罐輸送到生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，隨著液位的下降，又需要補(bǔ)充氣體以完成液體的輸送。由于儲(chǔ)罐通常設(shè)置在室外，罐內(nèi)物料的溫度會(huì)隨外界環(huán)境變化而波動(dòng)，進(jìn)而影響罐內(nèi)氣體的壓力。這種熱脹冷縮效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)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(chǔ)罐不會(huì)進(jìn)入超壓或負(fù)壓狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)中通常會(huì)采取兩種保護(hù)措施來應(yīng)對(duì)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?dú)饨?jīng)過自力式調(diào)節(jié)閥減壓至設(shè)定的壓力后，被充入儲(chǔ)罐，這一過程稱為充氮。當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到設(shè)定的安全值時(shí)，充氮即停止。

在進(jìn)料時(shí)，隨著物料的加入，儲(chǔ)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(shí)，呼吸閥開始排氣，以維持儲(chǔ)罐內(nèi)外的壓力平衡。而出料時(shí)，則相反，隨著物料的排出，儲(chǔ)罐氣相空間壓力降低，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)充氮，以補(bǔ)充損失的氮?dú)?，保持?chǔ)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(chǔ)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(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。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(chǔ)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(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求儲(chǔ)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?dú)?/strong>，有效降低儲(chǔ)罐火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，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(chǔ)罐卻未設(shè)置該系統(tǒng)，這無疑增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，后期增設(shè)的氮封系統(tǒng)往往未經(jīng)專業(yè)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常使用，這同樣會(huì)威脅到儲(chǔ)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(chǔ)罐前的氮?dú)夤芫€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(dòng)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(huì)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?dú)夤芫€或儲(chǔ)罐上未設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳和報(bào)警裝置，這也使得壓力無法得到及時(shí)有效的控制。同時(shí)，氮?dú)夤芫€上的安全設(shè)施如止回閥的缺失，也會(huì)給系統(tǒng)帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。

最后，儲(chǔ)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?dú)夤芫€閥門導(dǎo)致氮封系統(tǒng)未投用等行為，都會(huì)削弱系統(tǒng)的安全性能。



022.儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求儲(chǔ)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(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）以及《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范 》（GB 50074-2014）均對(duì)儲(chǔ)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(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；而對(duì)于儲(chǔ)存溫度超過120℃的重油固定頂罐，同樣需要設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。

此外，《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)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(chǔ)存甲B、乙A類液體時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封措施。另外，對(duì)于某些具有特殊儲(chǔ)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(chǔ)罐。

2.2 ? 氮封系統(tǒng)的設(shè)置要點(diǎn)

采用氮封的儲(chǔ)罐，通常為常壓或低壓罐，因此，防止儲(chǔ)罐氮?dú)獬瑝猴@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?dú)夤饬康挠?jì)算方法。該標(biāo)準(zhǔn)指出，儲(chǔ)罐氣封裝置的供氣量必須足夠補(bǔ)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(bǔ)氣量?jī)H為經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際工作中需結(jié)合具體情況進(jìn)行精確計(jì)算，以確保選擇的氮?dú)夤芫€管徑和氮封閥型號(hào)符合實(shí)際需求。對(duì)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(jì)單位進(jìn)行補(bǔ)氣量的合理計(jì)算，既保障氮封效果又避免資源浪費(fèi)。

此外，《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）也明確規(guī)定了采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的儲(chǔ)罐操作壓力范圍為0.2Kpa～0.5Kpa，而其他設(shè)有呼吸閥的儲(chǔ)罐操作壓力則宜控制在1Kpa～1.5KPa之間。為進(jìn)一步防范儲(chǔ)罐超壓，除合理計(jì)算補(bǔ)氣量外，還應(yīng)采取其他多項(xiàng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力變化。



? 儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求壓力設(shè)定和設(shè)計(jì)原則

鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力范圍通常為-0.5至2KPa。在這個(gè)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(yùn)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(diǎn)會(huì)略高于氮封閥，以避免供、泄氮裝置頻繁操作，節(jié)約氮?dú)獠⒀娱L(zhǎng)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(shí)，呼吸閥才會(huì)啟動(dòng)。

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



? 儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求供氣量計(jì)算

根據(jù)API2000標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)罐氮封裝置的進(jìn)氣量被明確規(guī)定，它必須足夠補(bǔ)充因出料泵泵出液體和外界氣溫變化導(dǎo)致的儲(chǔ)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(duì)于儲(chǔ)罐氮封裝置的進(jìn)氣量，具體流量與儲(chǔ)罐的容積或表面積成比例。對(duì)于容積V≥3180m3的儲(chǔ)罐，補(bǔ)氣量與儲(chǔ)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(shí)需補(bǔ)入0.6m3氮封氣；而對(duì)于容積V＜3180m3的儲(chǔ)罐，補(bǔ)氣量則與容積成正比，即每立方米容積每小時(shí)需補(bǔ)入0.178m3氮封氣。

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



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(chǔ)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(dòng)作靈敏、運(yùn)行可靠以及操作維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

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(dòng)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(jiǎn)便，且能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。自力式氮封閥(即氮封裝置)主要用于儲(chǔ)罐頂部氮?dú)鈮毫愣刂?，自力式氮封閥是一種無須外來能源，以彈簧為動(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(jì)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(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；儲(chǔ)存溫度超過120℃的重油時(shí)，固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。

《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)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(chǔ)存甲B、乙A類液體時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封措施。

個(gè)別精細(xì)化工企業(yè)，由于存在早期設(shè)計(jì)不完善、常壓儲(chǔ)罐未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)、或者經(jīng)由其他儲(chǔ)罐改造等情況，儲(chǔ)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(cuò)誤安裝場(chǎng)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(chǎng)景均會(huì)導(dǎo)致氮?dú)庵苯优懦?，無法起到氮封作用。


若呼吸閥用在氮封罐上，建議氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢靡欢ㄒh(yuǎn)離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內(nèi)，使氮?dú)膺M(jìn)罐后不直接排出，從而達(dá)到氮封目的。



儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求工作原理

       儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高至設(shè)定壓力時(shí)，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(chǔ)罐內(nèi)壓力降低時(shí)，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮?dú)狻Ｒ蛭赫{(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求性能特點(diǎn)

1、無需外加能源，能在無電、無氣的場(chǎng)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(yíng)的條件下進(jìn)行。

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

4、采用無填料設(shè)計(jì)，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?dú)鈮毫υO(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(cè)膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動(dòng)作極靈敏。



儲(chǔ)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(jí)
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(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)持續(xù)充入氮?dú)獾榷栊詺怏w，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(shí)能抑制物料氧化變質(zhì)，延長(zhǎng)存儲(chǔ)周期。



二、儲(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求必須實(shí)施氮封的儲(chǔ)罐類型

1. 閃點(diǎn)低于60℃的易燃液體儲(chǔ)罐，如汽油、丙酮等有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐

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

3. 劇毒化學(xué)品儲(chǔ)罐，如液氯等具有強(qiáng)揮發(fā)性的危險(xiǎn)品儲(chǔ)罐

4. 對(duì)水分敏感的物料儲(chǔ)罐，如鋰系催化劑、金屬有機(jī)化合物儲(chǔ)罐

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

1. 氮?dú)饧兌纫筮_(dá)到99.9%以上，露點(diǎn)溫度需低于-40℃

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

3. 配套安裝氧含量在線監(jiān)測(cè)儀，報(bào)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(chǔ)罐氮封裝置系統(tǒng)的設(shè)置要求特殊工況下的補(bǔ)充措施

對(duì)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(xiǎn)的儲(chǔ)罐，應(yīng)選用不銹鋼材質(zhì)的氮?dú)夥植计?。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(shí)能維持至少8小時(shí)的保護(hù)狀態(tài)。




3.儲(chǔ)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(yùn)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(bào)警閾值，以及應(yīng)對(duì)異常工況的方法和步驟。

同時(shí)，應(yīng)對(duì)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(bào)警措施

企業(yè)應(yīng)密切監(jiān)控控制系統(tǒng)中的儲(chǔ)罐壓力，合理設(shè)置報(bào)警值，并仔細(xì)分析報(bào)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(xiàng)運(yùn)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(shí)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(duì)于構(gòu)成重大危險(xiǎn)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(duì)呼吸閥、壓力表等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查和校驗(yàn)。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(jì)要求，從而保證泄壓設(shè)施的完好性和可靠性。