一、儲罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置 儲罐為什么要氮封？ 儲罐氮封其實是一種向儲存容器與反應(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)計防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）5.7.6 規(guī)定：生產(chǎn)或儲存不穩(wěn)定的烯烴、二烯烴等物質(zhì)時應(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，儲存時間過長，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(tǒng)通常被設(shè)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(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。 從長期角度來看，儲罐在“呼吸”過程中產(chǎn)生的油氣損耗和氮氣損耗，以及油氣收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)所需設(shè)備投入和運行維護(hù)費用，這些經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)往往超過了初始階段提升儲罐及其安全附件環(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， 氮封閥會自感應(yīng)開啟，向儲罐內(nèi)注入氮氣，以維持罐內(nèi)氮氣壓力的穩(wěn)定。當(dāng)罐內(nèi)壓力回升至氮封閥的預(yù)設(shè)壓力時，氮封閥便會自動關(guān)閉，形成一個完整的循環(huán)。 當(dāng)儲罐進(jìn)液時，進(jìn)液閥的開啟會使液面上升。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，泄氮閥便會啟動，開始向外界釋放氮氣，以降低罐內(nèi)壓力。當(dāng)壓力降至泄氮閥的預(yù)設(shè)值時，泄氮閥即自動關(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，會發(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)等緊急情況時啟動，通過向罐外呼出氣體，來避免儲罐因超壓而受損。這些組件的工作機制在氮封系統(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)的一個重要特征是其能夠通過自動調(diào)節(jié)氮氣的注入和釋放來實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定化，從而確保儲罐的安全運行。 在儲罐出液或進(jìn)液的過程中，氮封系統(tǒng)會通過自動調(diào)節(jié)氮氣的注入和釋放來維持罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定。這種精確的壓力調(diào)控機制能夠有效防止因壓力波動而可能引發(fā)的風(fēng)險。 根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，氮封閥的壓力設(shè)定點應(yīng)當(dāng)設(shè)定為儲罐的正常操作壓力。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)定和安全運行。按照行業(yè)規(guī)范《石油化工罐區(qū)自動化系統(tǒng)設(shè)計規(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)《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》(SH/T3007-2014)，可燃液體儲罐采用氮氣密封保護(hù)時，其操作壓力應(yīng)控制在0.2kPa至0.5kPa的范圍內(nèi)。同時，呼吸閥的排氣壓力需小于儲罐的設(shè)計正壓力，而進(jìn)氣壓力則應(yīng)高于設(shè)計負(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，并且不超過儲罐的設(shè)計正壓力。 ▲ 內(nèi)浮頂儲罐附件現(xiàn)狀目前，內(nèi)浮頂（拱頂）儲罐的附件在環(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于減少油品損耗、提升氮封系統(tǒng)運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)性有機物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB37822-2019）的實施提出了更為嚴(yán)格的要求，規(guī)定氮封儲罐的呼吸閥和無氮封儲罐的罐頂通氣孔位置的油氣濃度不得超過5000μmol/mol（重點地區(qū)為2000μmol/mol，中石化要求為4000μmol/mol）。鑒于氮封儲罐內(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)系到儲罐的安全運行。有4起因阻火器問題引發(fā)的儲罐事故，例如2014年6·9揚子石化酸性水罐硫化亞鐵自燃事故，事故儲罐連通管線上未設(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國際標(biāo)準(zhǔn)和GB/T13347規(guī)定的嚴(yán)格測試，并出具第三方型式試驗文件確認(rèn)。同時，其阻力降不應(yīng)超過0.3kpa。然而，目前我國對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或某些國家的0.0017m³/h。 
二、儲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； 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(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)。 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(fā)和改善儲罐的安全狀況，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)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020） 5.1.5條文解釋：1）對于會產(chǎn)生高濃度有機廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過濾器等設(shè)備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應(yīng)采用氮封系統(tǒng)保護(hù)，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.《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB 50074-2014）6.1.2及其條文解釋規(guī)定，當(dāng)選用內(nèi)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(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)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(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。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(nèi)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(yīng)采取氮封等安全保護(hù)措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)，防止空氣進(jìn)入儲罐。5.《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）從上面幾個規(guī)范來看，對各種儲罐儲存何種物料、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)。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數(shù)要求。 
三、儲罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置氮氣濃度如何設(shè)置？ 化工儲罐氮封，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氣的純度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。 港口儲運對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現(xiàn)，擰緊壓縮彈簧閥后壓力變大，反之則變小，操作簡單因而存在方便、便捷、比一般的直接取壓自力式壓力調(diào)節(jié)閥精度要高;一般用于儲罐氮封系統(tǒng);調(diào)節(jié)和穩(wěn)定儲罐的氮氣壓力，控制精度極其靈敏，控制精度閥后能達(dá)到0.0001MPa (100pa，0.1kp)運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)自身能量為動力源，自動控制閥門介質(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，對同一臺閥而言，調(diào)節(jié)范圍比普通自力式調(diào)節(jié)閥廣，壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時可在運行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。 
儲罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置自力式氮封閥工作原理 供氮裝置將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機構(gòu)(7)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與與彈簧(8)、預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破 壞，使指揮器閥芯(6)，打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥(5)，節(jié)流閥(4)、進(jìn)入主閥執(zhí)行機構(gòu)(3)上、下膜室，打開主閥閥芯(2)，向罐內(nèi)充注氮氣；當(dāng)罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預(yù)設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯(6)、由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中的彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。 泄氮裝置該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進(jìn)入檢測機構(gòu)(2)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預(yù)設(shè)彈簧(3)預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡被破壞，使閥芯(1)上移，打開閥門，向外界泄放氮氣；當(dāng)罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設(shè)定點，由于預(yù)設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。 自力式氮封閥技術(shù)參數(shù)和性能 
自力式氮封閥閥體 | 公稱通徑 | DN25、32、40、50、65、80、100mm | | 公稱壓力 | PN1.0M Pa JB/T79.1-94、79.2-94等 | | 法蘭標(biāo)準(zhǔn) | | 閥體材料 | 鑄鐵（HT200）、鑄鋼（ZG230-450）、鑄不銹鋼（ZG 1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti） | | 閥芯材料 | 硬密封 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） 不銹鋼鑲嵌橡膠圈 | | 軟密封 | | 閥桿材料 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） | | 流量特性 | - | | 使用溫度 | | 壓力設(shè)定范圍(KPa) | 0.4～0.5 5～10 9～14 13～19 18～24 22～28 27～33
36～44 42～51 49～58 56～66 | | 膜蓋材料 | A3、A4鋼板涂四氟乙烯 | | 膜片材料 | 丁晴橡膠、乙炳橡膠、氟橡膠、耐油橡膠 | | 設(shè)定值偏差±5% | 允許泄露量 | | 允許泄露量 | 標(biāo)準(zhǔn)型 | IV級（符合GB/T4312-92標(biāo)準(zhǔn)） | | 嚴(yán)密型 | VI級（符合GB/T4312-92標(biāo)準(zhǔn)） | | 公稱通徑DN | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | | 閥座通徑Dn | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 120 | 100 | | 流量系數(shù)Kv | 0.2 | 0.32 | 0.5 | 0.8 | 1.8 | 2.8 | 4.4 | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | | 額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 | | 公稱通徑DN | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | | 閥座通徑Dn | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | | 流量系數(shù)Kv | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | | 額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 | ▲ 儲罐如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置建議與意見
▲ 環(huán)保設(shè)計與氮封系統(tǒng)對于非強制要求做油氣密閉處理的在役儲罐，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。針對需做油氣密閉處理的在役儲罐，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，對于這類儲罐，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，有效避免儲罐在微正壓狀態(tài)下持續(xù)泄漏，同時減少油氣和氮氣的泄漏損耗，并滿足無組織排放要求。此外，還建議采用以下氮封儲罐壓力控制系統(tǒng)控制指標(biāo)來優(yōu)化性能： a) 在設(shè)計階段，應(yīng)由專業(yè)設(shè)計院對不同介質(zhì)存儲方案的投入與產(chǎn)出進(jìn)行細(xì)致核算，以確保長期運行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保安全性。 b) 為驗證相關(guān)技術(shù)的實用性，建議選取若干具有代表性的危險化學(xué)品儲罐進(jìn)行試點應(yīng)用，以便為大規(guī)模推廣提供經(jīng)驗。 
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 液位計及低液位保護(hù)接口連接：液位計及低液位保護(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，以免影響氮氣質(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、壓差儀、氮氣氣壓表等顯示指示器的狀態(tài)，確保氮氣正常輸出。 3.5 連接接收設(shè)備，啟動貯罐氮封裝裝置，進(jìn)行試運行，調(diào)整完畢后進(jìn)行正式生產(chǎn)。 【結(jié)語】 本文針對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，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)備的正常運行和提高生產(chǎn)效率。 |
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