儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求

儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求 儲罐氮封系統(tǒng)設計

? 氮封系統(tǒng)概述

根據(jù)GB50160-2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》和SH/T 3007-2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》的標準要求，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)生火災和爆炸的風險。

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。當原料從外部打入儲罐時，隨著罐內液位的上升，罐內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。由于儲罐通常設置在室外，罐內物料的溫度會隨外界環(huán)境變化而波動，進而影響罐內氣體的壓力。這種熱脹冷縮效應會導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。為確保儲罐不會進入超壓或負壓狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)中通常會采取兩種保護措施來應對這一現(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，從而從根本上預防火災或爆炸事故。具體而言，供氮系統(tǒng)提供的氮氣經(jīng)過自力式調節(jié)閥減壓至設定的壓力后，被充入儲罐，這一過程稱為充氮。當儲罐壓力達到設定的安全值時，充氮即停止。

在進料時，隨著物料的加入，儲罐氣相空間壓力逐漸升高。當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措施在化工安全領域扮演著至關重要的角色，它們能夠顯著降低儲罐發(fā)生火災或爆炸的風險。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)，特別是精細化工企業(yè)，在儲罐氮封系統(tǒng)的設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，有效降低儲罐火災或爆炸的風險，是化工安全的關鍵部分。

1.2 ? 常見問題

首先，有些應采用氮封的儲罐卻未設置該系統(tǒng)，這無疑增加了安全風險。其次，后期增設的氮封系統(tǒng)往往未經(jīng)專業(yè)設計，導致系統(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，進儲罐前的氮氣管線未設置自力式調節(jié)閥或壓力表選型不當，僅靠手動閥門控制進氣量，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節(jié)閥選型不合理，也會導致氮封壓力過高或過低，進而影響系統(tǒng)的正常使用。

另外，氮氣管線或儲罐上未設置壓力遠傳和報警裝置，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施如止回閥的缺失，也會給系統(tǒng)帶來潛在風險。

最后，儲罐頂部未設置緊急泄放人孔或緊急泄放閥等保護措施，以及為了節(jié)約成本而關閉氮氣管線閥門導致氮封系統(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)的設置要求儲罐氮封系統(tǒng)的設置要求

2.1 ? 國家標準及要求

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

此外，《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》還規(guī)定，當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，也應設置氮封系統(tǒng)以防止空氣進入儲罐。

2.2 ? 氮封系統(tǒng)的設置要點

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。在化工標準《氣封的設置》（HG/T 20570.16-1995）中，詳細規(guī)定了氮氣供氣量的計算方法。該標準指出，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，實際工作中需結合具體情況進行精確計算，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)技術力量薄弱的企業(yè)，建議委托專業(yè)設計單位進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)設計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）也明確規(guī)定了采用氮氣保護的儲罐操作壓力范圍為0.2Kpa～0.5Kpa，而其他設有呼吸閥的儲罐操作壓力則宜控制在1Kpa～1.5KPa之間。為進一步防范儲罐超壓，除合理計算補氣量外，還應采取其他多項措施，包括在罐頂安裝就地壓力表并設置遠傳功能至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)的設置要求壓力設定和設計原則

鋼制立式圓筒形固定頂儲罐的設計壓力范圍通常為-0.5至2KPa。在這個狹窄的壓力范圍內，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)定運行的關鍵。

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

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

其呼出起跳壓力應低于儲罐的最高設計壓力，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高于設計壓力，從而保護儲罐免受損壞。



? 儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求供氣量計算

根據(jù)API2000標準，儲罐氮封裝置的進氣量被明確規(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致的儲罐內氣體冷縮。具體來說，該進氣量應至少等于泵的最大輸出體積流量。

對于儲罐氮封裝置的進氣量，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)的設置要求應用優(yōu)勢



氮封系統(tǒng)能夠保持容器頂部的保護氣壓力穩(wěn)定，從而維持儲罐內的安全環(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用。其之處在于，無需額外能源，即可利用被調介質的自身能量為動力源。通過引入壓力閥的指揮器，可以精準控制壓力閥芯的位置，進而調節(jié)流經(jīng)閥門的介質流量，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介質自身的壓力來控制閥芯位置變化，達到自動調節(jié)和穩(wěn)定壓力的目的，以保護罐內物料不被氮化及儲罐的安全。該閥由ZZYVP快速泄放閥及ZZV自力式微壓調節(jié)閥兩大部分組成。快速泄放閥由壓力控制器及ZMQ-16K型單座切斷閥組成。

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

二哪些情況需要設氮封

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

《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》（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，應采用氮氣或惰性氣體密封措施。

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

三氮封如何設置

關于氮封安裝，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離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內，使氮氣進罐后不直接排出，從而達到氮封目的。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求工作原理

       儲罐內壓力升高至設定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內多余壓力泄放。微壓調節(jié)閥在儲罐內壓力降低時，開啟閥門，向罐內充注氮氣。因微壓調節(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型壓力調節(jié)閥將壓力調節(jié)閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質溫度溫度≤80℃。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求性能特點

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，泄氮壓力設定方便，可在連續(xù)經(jīng)營的條件下進行。

3、壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。

4、采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小、反應迅速、控制精度高。

5、供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達100:1，減壓效果好、控制精度高。

6、氮氣壓力設定范圍廣，低至0.5Kpa高至1000Kpa，比值達高；

7、調節(jié)調壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作極靈敏。



儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求主要技術參數(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
被調介質溫度	80、200 ℃
流量特性	快開型
調節(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	標準型 (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

通過向儲罐內持續(xù)充入氮氣等惰性氣體，將容器內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，有效預防燃燒爆炸事故。該技術同時能抑制物料氧化變質，延長存儲周期。



二、儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設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)生自聚反應的化學品儲罐，包括苯乙烯、丙烯酸酯類單體儲罐

3. 劇毒化學品儲罐，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)的設置要求技術實施的關鍵控制要素

1. 氮氣純度要求達到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定值20%

3. 配套安裝氧含量在線監(jiān)測儀，報警值設定為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)基礎上增設靜電消除裝置；存在腐蝕風險的儲罐，應選用不銹鋼材質的氮氣分布器。所有氮封系統(tǒng)必須設置應急備用氣源，確保在供氣故障時能維持至少8小時的保護狀態(tài)。




3.儲罐氮封裝置系統(tǒng)的設置要求系統(tǒng)的管理

3.1 ? 操作規(guī)程及員工培訓

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，以及應對異常工況的方法和步驟。

同時，應對相關員工進行培訓，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)應密切監(jiān)控控制系統(tǒng)中的儲罐壓力，合理設置報警值，并仔細分析報警信息，以確定問題的根源并采取相應改進措施。日常巡檢中，應將氮封系統(tǒng)的各項運行參數(shù)，如壓力表、調節(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

此外，氮封系統(tǒng)的檢查應成為罐區(qū)隱患排查的重要環(huán)節(jié)。對于構成重大危險源的企業(yè)，更應將氮封系統(tǒng)的檢查納入操作負責人履職檢查表中，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)還應定期對呼吸閥、壓力表等關鍵部件進行檢查和校驗。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計要求，從而保證泄壓設施的完好性和可靠性。