化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案

在儲罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)裝置，用于維持罐內(nèi)氣相空間壓力。假設(shè)：供氮閥壓力是 1.2KPa（可根據(jù)實際工 況需求選擇壓力設(shè)定點），當氣相空間壓力高于 1.4KPa 時，供氮閥關(guān)閉，停止氮氣供應(yīng)；當氣相空間壓 力低于 0.8KPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。假設(shè)：泄氮閥壓力設(shè)定點是 3KPa（可根據(jù)實際工況需求 選擇壓力設(shè)定點）,當氣相空間壓力高于 3KPa 時，泄氮閥開啟，泄放罐內(nèi)壓力至 3KPa 以內(nèi)。氮封系統(tǒng)裝 置主要起保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性氣體作用。 儲罐氮封系統(tǒng)裝置使用的氮氣純度不宜低于 99.96%，可根據(jù)實際現(xiàn)場工況及用途選擇合適氮封系統(tǒng)裝置。

1、氮氣密封系統(tǒng)的儲罐。此種物料一般具有以下特性之一：

1）、石油化工行業(yè)易揮發(fā)。如汽油、甲醇等飽和蒸汽壓高的物料，在常溫下容易揮發(fā)造成物料大量損失；

2）、工藝過程中應(yīng)控制或避免與空氣接觸的物料。

2、氮封裝置的主要作用：

1）. 防止氧化：通過向儲罐內(nèi)注入氮氣，可以排擠罐內(nèi)的空氣，減少物料與氧氣的接觸，從而降低物料被氧化的風(fēng)險。

2）. 抑制揮發(fā)：氮封可以減少儲罐內(nèi)物料的揮發(fā)，對于易揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)尤其重要。

3）. 維持壓力平衡：在物料的裝入或抽出過程中，氮封裝置可以調(diào)節(jié)儲罐內(nèi)部的壓力，保持壓力平衡，防止因壓力變化導(dǎo)致的儲罐結(jié)構(gòu)損壞。

4）. 減少VOCs排放：氮封可以減少揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的排放，有助于環(huán)境保護和滿足工業(yè)排放標準。

5）. 防止污染：氮氣是一種惰性氣體，可以防止儲罐內(nèi)的物料受到外界污染，確保物料的純度和質(zhì)量。

6）. 提高安全性：通過控制儲罐內(nèi)的氮氣壓力，可以避免由于壓力過高或過低導(dǎo)致的安全事故。

7）. 保護儲罐結(jié)構(gòu)：氮封裝置有助于防止儲罐因內(nèi)部壓力波動而產(chǎn)生的變形或損壞。

8）. 適用于多種儲罐：氮封裝置適用于各種類型的儲罐，包括化工原料儲罐、食品級儲罐、超純水儲罐等。

GB50160-2008石化企業(yè)防火標準[1]、 SH/T3007-2014儲運罐區(qū)設(shè)計規(guī)范[2]的要求，對甲 B 、乙A 類的可燃液體儲罐，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)氮氣量使之填充頂部空間，節(jié)能降耗的同時，隔離油品與外界接觸以起到保護作用。

二、化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案適用工況?

氮氣密封系統(tǒng)的應(yīng)用主要取決于罐的類型和存儲介質(zhì)的性質(zhì)。常適用于以下幾種工況：
（1）采用內(nèi)浮頂罐或固定頂罐儲存沸點在 45℃下，或37.8℃時的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類 液體時，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)；

（2）采用內(nèi)浮頂儲罐常壓儲存沸點≥45℃、 或37.8℃時飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類液體 時，可設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)；另，當有特殊要 求而選擇固定頂、低壓儲罐或容量≤100m3的臥式 儲罐時，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)；

（3）當常壓存儲I、II級毒性的甲B 、乙A 類液 體時，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)；

（4）儲存介質(zhì)與空氣接觸，易發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)，常壓儲存時，應(yīng)設(shè)置氮封保護系統(tǒng)；

（5）儲存介質(zhì)具有水溶性，并對其含水量有 嚴格要求，常壓儲存時，應(yīng)設(shè)置氮封保護系統(tǒng)。

三、化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案氮封系統(tǒng)設(shè)計方案

1、壓力控制設(shè)計方案?

此方案：氮氣密封系統(tǒng)的設(shè)置，氮封系統(tǒng)通過控制儲罐內(nèi)部的壓力，保持在一個安全和穩(wěn)定的范圍內(nèi)。這通常涉及到安裝壓力調(diào)節(jié)閥，如自力式氮封閥，它無需外部能源，可以自動控制儲罐內(nèi)部的壓力 。重要場合儲罐頂部通常需設(shè)置阻火呼吸閥和泄壓人孔等安全裝置。值得注意的是，氮氣操作壓力宜為0.5~0.6 MPa ，通常氮氣的純度不應(yīng)低于99.2%。例如：控制罐內(nèi)氣體壓力維持在300 Pa（G）上下。當儲罐內(nèi)氣體壓力上升≥500 Pa（G）時，關(guān)停氮氣控制閥，暫停氮氣的補充；當內(nèi)壓力≤200 Pa （G）時，氮氣控制閥將打開以補充氮氣，防止吸進空氣形成。

2. 氧含量控制設(shè)計方案

此方案：氮氣密封系統(tǒng)的設(shè)計， 旨在控制罐內(nèi)氣相空間氧氣濃度不超過5%，從而 阻斷可造成爆炸的助燃條件。

（1）在罐內(nèi)設(shè)置氧氣濃度監(jiān)測器進行監(jiān)控， 將高值與氮氣管路控制閥進行聯(lián)鎖設(shè)計。當罐內(nèi)氧含量達到高值時，自動報警，然后通過聯(lián)鎖打開氮氣閥，使氮氣充入罐內(nèi)。當檢測器指標達到設(shè)定的正常范圍時，立即聯(lián)鎖關(guān)停氮氣閥停止充氮。

（2）在同類介質(zhì)儲罐間設(shè)計一組管道將氣相管道貫通，可減少作業(yè)時氮氣的用量，也可降低油氣排放量。例如聯(lián)通管道的管徑為DN150，流量宜為 150m3/h。

（控制系統(tǒng)：現(xiàn)代氮封系統(tǒng)可能包括與DCS或PLC控制系統(tǒng)的集成，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和自動化控制。這包括安裝壓力表和設(shè)置高、低壓報警功能、設(shè)置變送器維持儲罐微正壓、超設(shè)定壓力時自動泄壓、以及可能的氧含量監(jiān)測和控制等 。）

四、化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案充氮量計算

一般來說，充氮量Q等于儲罐物料的排出量 Q1 與由溫度變化導(dǎo)致的吸氣量Q2 之和。

例：下面以罐區(qū)中3000m3苯罐所需充氮量的計算為例進行說明。根據(jù)化工部“鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂罐系 列"HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3儲罐內(nèi) 徑D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱頂球冠高度 H2 =1.841m，本次計算按照浮盤沉底考慮，即取設(shè) 計液位h=1.8m來計算儲罐內(nèi)最大氣體的體積 Vm 。Vm 等于罐體圓柱部分氣相空間體積V1 與罐頂 球冠空間體積V2 之和。其中：3000m3儲罐內(nèi)氣體體積最大值Vm=3400m， 當儲罐內(nèi)部氣體溫度T（35℃）隨外界氣溫變化一小時內(nèi)降至T′（20℃） 罐內(nèi)操作壓力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）時，根據(jù)理想氣體狀態(tài) 方程：

式中：P0 ：標準大氣壓（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作壓力（MPa（A））；
V0 ：標準狀態(tài)下的氣體體積（Nm3）；
V1 ：操作狀態(tài)下的氣體體積（m3，我們?nèi)∫何粫r的Vm值）； T0 ：標準狀態(tài)下的氣體溫度（273.15K）；
T1 ：操作狀態(tài)下的氣體溫度（K）。
得：在儲罐內(nèi)液位，標準狀態(tài)下，35℃ 時，罐內(nèi)氣體體積V0 為3044Nm3；同理可得25℃ 時，罐內(nèi)氣體體積V0 '為3168Nm3。因此，此降溫過 程內(nèi)需要補充的氮氣量Q為124m3/h。因 此，為避免浪費氮氣資源，可在參考SH/T3007 2014表5.1.6中推薦的氣量規(guī)范值的基礎(chǔ)上根據(jù)實際工況進行計算。

化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案供氮閥：

指揮器操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥，是一種無須外來能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達到自動調(diào)節(jié) 和穩(wěn)定閥后壓力為設(shè)定值的節(jié)能型壓力調(diào)節(jié)閥。
該閥壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，方便、快捷，壓力設(shè)定值在運行中也可隨意調(diào)整；控制精度高，可比一般 ZZY 型直接操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合。

泄氮閥：

◇ 一般供氮氣壓力在 3×10^5-10×10^5Pa 之間
◇ 罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情 況下不工作
◇ 泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進液閥口徑一致
◇ 一般泄氮閥的壓力設(shè)定點略大于供氮閥的壓力設(shè)定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費氮氣、影 響設(shè)備的使用壽命。
◇ 該裝置廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業(yè)部門中用作生產(chǎn)過程的自動調(diào)節(jié)。

是本廠自主開發(fā)、研制的一套自力式微壓力控制系統(tǒng)，主要用于保持容量頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容量內(nèi)物料與空氣直接按觸，防止物料揮發(fā)、被氧化，以及容器的安全。特別適用于各類型儲罐的氣封保護系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有節(jié)能、動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點。氮封閥被廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)。

■ 說明

·一般供氮氣壓力在3×105～10×105Pa之間；
·罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作；
·泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般在進液閥口徑*；
·一般泄氮閥的壓力設(shè)定點略于供氮閥的壓力設(shè)定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費氮氣、影響設(shè)備使用壽命；

化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案

化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案■自力式氮封閥主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

1供氮裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案2泄氨裝置主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案安裝、維護與調(diào)試

1、化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案安裝

（1） 檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質(zhì)，必須進行強度、密封、泄漏 與精度測試。

（2） 在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導(dǎo)致閥門不能 正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要 注意同軸度。

（3） 安裝場地應(yīng)考慮到人員與設(shè)備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。 （4） 閥門應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上，導(dǎo)壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的 閥后管道上。閥自重較大與有振動的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

（5） 介質(zhì)流動方向應(yīng)與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接 承受介質(zhì)壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導(dǎo)致膜片損壞， 閥門不能工作。閥門應(yīng)在環(huán)境溫度-25～+55℃場所使用。

（6） 為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時，仍能連續(xù)生產(chǎn)，應(yīng)設(shè)置旁路閥。

注意：根據(jù)現(xiàn)場安裝經(jīng)驗，氮封閥在安裝時，應(yīng)先與管道過濾器連接。這樣可以有效的避免管道吹掃遺 留下的固體顆粒卡壞閥門內(nèi)部件，而影響正常使用。

（7） 罐頂安裝時，若不具備安裝支撐氮封系統(tǒng)裝置重量條件的情況下，可不設(shè)計或少設(shè)計安裝 截止閥等輔助型開關(guān)閥門。以減輕罐頂安裝重量。（若安裝條件允許或必須設(shè)有應(yīng)急措施 的工況，請務(wù)必按國家標準管路設(shè)計安裝施工）氮封系統(tǒng)裝置罐頂安裝示意圖，見下圖

（8） 地面安裝，在不考慮承重的地面安裝方式中，可將管路設(shè)計的更標準化。旁通可在氮封系統(tǒng) 裝置故障時，人工應(yīng)急操作使用。關(guān)閉帶指揮器自力式調(diào)節(jié)閥前后截止閥可方便返廠維修及 更換。地面安裝方式示意圖，見以下

（9） 內(nèi)襯式氮封系統(tǒng)裝置安裝，內(nèi)襯氮封閥屬微壓式壓力調(diào)節(jié)閥，閥前壓力一般控制在 30KPa 左 右，所以主管道應(yīng)設(shè)計一級減壓閥（帶指揮器自力式調(diào)節(jié)閥），一級減壓閥不屬于微壓調(diào)節(jié) 閥，控制壓力一般遠大于罐內(nèi)壓力，不存在罐內(nèi)壓力倒流現(xiàn)象，故無需閥腔襯氟。以一主多 分的管道布局形式連接各處內(nèi)襯式氮封系統(tǒng)裝置。內(nèi)襯式氮封系統(tǒng)裝置安裝方式示意圖，見以下

2、 化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案維護：

（1） 清洗閥門：對清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質(zhì)，首先要了 解其性質(zhì)，在選用相應(yīng)的清洗辦法。

（2） 閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、閥芯、閥桿與 推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時應(yīng)使用專用工具。

（3） 閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重 必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。

（4） 閥桿：表面損壞，必須換新。

（5） 壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。

（6） 易損零件：填料、密封墊片與 O 型圈，每次檢修時，全部換新。膜片必須檢查是否有預(yù) 示將來可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據(jù)檢驗結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期 一般最多 2～3 年。

（7） 閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出 廠測試項目與方法調(diào)試，并在這期間，可更準確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。

3、 化工儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案調(diào)試

所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整，打開頂部的防塵蓋，用扳手 調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時針旋轉(zhuǎn)則壓力減小。安裝在壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力 表，可使工作人員借以觀察調(diào)整后的壓力給定值。