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精細化工儲罐氮封裝置設計方案

設計或維護不當的氮封系統有可能導致嚴重事故發生。如果說所有的氮封系統均會出現這樣或那樣的泄漏則并不言過。由于其結構復雜，帶有活動組件、包裝與密封件的閥門容易發生故障。出現故障的壓力變送器會記錄錯誤的頂部空間壓力，從而導致氮氣消耗過高。當氮封閥無法充分打開時，氮氣的流入量將會變得過低，從而導致頂部空間壓力下降，進而造成儲罐內爆或者空氣泄漏至儲罐當中。如前所述，這些情況會對產品質量產生影響，根據存儲產品的不同，還會大大提高發生爆炸的風險。

     避免以上情況的發生，需要將儲罐密封；然而，儲罐中物料存放在常壓條件下，需要避免在對其灌裝或溫度升高時出現過壓，也需要避免在排放產品時出現真空，因此氣封系統的安裝顯的尤為必要。 氮封系統是基于壓力的氣封工藝，可確保儲罐頂部空間處于惰性氣體保護與微正壓控制之下。

     當罐內壓力升高（進物料時、液位上升）超過供氮閥設定值時，供氮閥關閉，到達泄氮閥設定壓力時泄氮閥打開，將罐內多余壓力快速泄放。在儲罐內壓力降低時，泄氮閥處于關閉狀態，供氮閥打開，向罐內注入氮氣并保證儲罐處于微正壓的狀態。供氮閥氮氣源壓力保持在0.2~0.8MPa之間的一個固定值，現場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一臺自力式調壓閥將壓力減至0.2~0.8MPa之間，以提高可靠性和使用效果。

儲罐氮封其實是一種向儲存容器與反應器的頂部空間填充惰性化氣體的工藝，通常用于保護內部成分因氧氣存在而發生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現象。例如《石油化工企業設計防火標準（2018年版）5.7.6 規定：生產或儲存不穩定的烯烴、二烯烴等物質時應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生有分解爆炸危險的聚合過氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不穩定的化合物，在有空氣或氧氣的存在下，儲存時間過長，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設備。丁二烯在生產、儲存過程中，為防止生成過氧化物而采取的措施：嚴禁與空氣、氧化氮和含氧的氮氣長時間接觸，一般控制丁二烯氣相中含氧量小于0.3%。

氮封系統通常被設計成可在高于大氣壓力的條件下運行，這樣可防止外部空氣進入容器當中。由于許多工藝與應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，許多行業采用氮封工藝。

二、規范是如何要求精細化工儲罐氮封裝置設計方案氮封系統的設置？

1.《氣封的設置》HG/T 20570.16-1995工藝方案

1.內浮頂儲罐改造

1）堵儲罐罐壁（頂）的通氣口。

2）核算罐頂呼吸閥是否滿足設置氮封后的需求。呼吸閥的數量及規格按照《石油化工儲運系統罐區設計規范》SH/T 3007-2007確定（見表一）。呼吸量除滿足儲罐的大、小呼吸外，還應考慮氮封閥不能關閉時的進氣量等因素。

3）在儲罐罐頂增加氮氣接入口和引壓口。為確保壓力取值的準確性，兩開口之間的距離不宜小于1m。

4）量油孔應加導向管，確保量油作業時不影響氮封壓力。

5）儲罐罐頂增加緊急泄壓人孔接口。

2.《石油化工企業設計防火標準》（GB50160-2008）

當罐內氣體壓力高于控制閥或呼閥定壓時，通過呼閥或揮發氣收集總管控制閥開啟向罐外排出氣體。呼吸閥外排壓力、緊急泄放閥 定壓根據儲罐設計壓力確定。對于設計壓力為-0.5kPa～2.0kPa 的儲 罐，宜采用以下控制方案:

1）在每臺儲罐上應設置氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在 0.3kPa 左右，當氣相空間壓力高于 0.5kPa 時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于 0.2kPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。當氮封閥需要檢修或故 障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣。

2）當氮封閥事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過 1.5kPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時， 造成罐內壓力降低至-0.3kPa 時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空 氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5kPa）。

3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置事故泄壓設備，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0kPa）。

4）在廠區收集總管上設置在線氧分析儀，判斷儲罐氮封系統的可靠性，并滿足后續油氣處理設施的安全性。

5.《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007-2014）

從上面幾個規范來看，對各種儲罐儲存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數據。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數要求。

氮氣保護系統包括氮氣源、氮氣管線、氮封裝置、罐內壓力檢測等。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現負壓而從呼吸閥吸入 空氣，以保持罐內微正壓；氮封閥正常壓力設定值宜為 0.2kPa-0.5kPa，并應避免與呼吸閥和單呼閥或控制閥等設定壓力交集，產生不必要的 氮氣損耗和浪費。當罐內氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打 開向罐內補入氮氣；當罐內氣體壓力達到氮封閥關閉壓力時，氮封閥 關閉停止向罐內補入氮氣。

精細化工儲罐氮封裝置設計方案

6.2.2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；

6.2.2條文解釋：對于有特殊要求的甲、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，選用固定頂儲罐或臥式儲罐加氮封儲存也是可行的；

6.2.4A條款：儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設置氮氣保護。

6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲罐儲存甲類液體時，為了防止油氣大量揮發和改善儲罐的安全狀況，應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、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.《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）

5.1.5條文解釋：1）對于會產生高濃度有機廢氣的反應罐、貯罐、過濾器等設備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應采用氮封系統保護，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。

6.2.2條文解釋，對于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲存，可選用固定頂罐加氮氣或惰性氣體密封。

4.精細化工儲罐氮封裝置設計方案《石油庫設計規范》（GB 50074-2014）工藝流程

1）在每臺儲罐上設置先導式氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在0.5KPa左右，當氣相空間壓力高于1KPa時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.5KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣；當氮封閥需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣，壓力高于1KPa時，通過泄氮閥及帶阻火器的呼吸閥外排。

2）當氮封閥事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過1Kpa時，通過泄氮閥及帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時，造成罐內壓力降低至-1Kpa時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-1Kpa）。

3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置緊急泄放閥，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0Kpa）。

4）當需要使用限流孔板旁路補充氮氣時，流量宜等于油品出罐流量.

5）若在相同油品儲罐之間設置有氣相聯通管道，每臺儲罐出口均應設置阻火器，以防止事故擴大。

6）阻火器應選用安全性能滿足要求的產品，且阻力降不應大于0.3KPa。

精細化工儲罐氮封裝置設計方案

6.1.2及其條文解釋規定，當選用內浮頂儲罐、固定頂儲罐儲存沸點低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時，應設置氮氣密封保護系統。當采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲罐、低壓儲罐或容量不大于100m3的臥式儲罐儲存沸點不低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體化工品和輕石腦油時，應設置氮氣密封保護系統。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應設置氮封保護系統。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲存需要，不適宜采用內浮頂儲罐，可選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于50m3的臥式儲罐，但應采取氮封等安全保護措施，典型的易自聚不穩定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應設置氮封系統，防止空氣進入儲罐。

精細化工儲罐氮封裝置設計方案

氮封系統氮封閥的作用是防止儲罐揮發性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮氣在罐內保持一定的壓力，氮封閥是設在罐頂的。取壓點的介質經導壓管引入檢測機構反饋結構的設計使得介質直接經閥蓋進入檢測機構，在罐頂的罐呼吸閥能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作。在流量控制方面每個閥門都配有控制流里百分比的固定板孔，氣體密封系統的每個閥門尺寸根據氣體流里表排列，根據提供的穩定氣體壓力計算適應特定需要氣體密封的流里.氮封閥中的氮氣可以起到置換裝置介質、平衡系統的壓力等功能，用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，一般的氮氣壓力是常壓，主要作用在于減少揮發，如苯罐，二是防止介質與空氣的反應，如堿罐。

精細化工儲罐氮封裝置設計方案

常壓儲罐氮封系統氮封閥安裝及日常維護，安裝前，檢查整機零件是否缺損或者松動對管道應進行清洗，介質流向應與閥體箭頭指向一致。為便于現場維修與操作，閥四周應留有適當的空間。閥門應正立垂直安裝在水平管道上，閥體與管道的法蘭連接，要注意軸度，并應安裝在環境溫度不超過-25~55℃的場合使用。開啟閥前截止閥，使介質緩慢流入閥體。擰開指揮器護罩，松開指揮器調節螺釘。調節指揮器主彈簧，使閥后壓力定值。固定指揮器調節螺釘，裝好護，調壓閥即可開始工作。不用時，關閉閥前截止閥。拆卸閥門時，要保護好零件的表面，拆裝閥座時，要使用專用工具。

常壓儲罐閥芯與閥座，不管修理或者更換，密封面都須進行研磨。彈簧若有裂縫跡象，須更換。密封墊片與0型圈每次檢修時全部更換，膜片根據檢查結果而定。閥門平時維護，只有觀察閥后導壓器上的壓力表是否符合設計值要求即可。另外若發現各連接處有滲漏，可擰緊螺母與螺釘或更換密封墊片與0型圈。