一、可燃液体化工储罐氮封系统设计方案氮封装置特性及作用

1、氮气密封系统的储罐。此种物料一般具有以下特性之一：

1）、石油化工行业易挥发。如汽油、甲醇等饱和蒸汽压高的物料，在常温下容易挥发造成物料大量损失；

2）、工艺过程中应控制或避免与空气接触的物料。氮封系统的压力设定值是确保储罐安全运行、介质稳定储存的核心参数，需平衡 “防止空气进入"、“避免介质过量挥发"、“系统能耗" 三大目标。其设定需结合储罐类型、介质特性、操作工况及相关规范。

一、设置氮封的意义可燃液体储罐氮设置封氮封可以隔绝空气，防止形成爆炸性混合气体 ；减少物料挥发损耗，保护环境 形成密封气层，降低油品、溶剂等蒸发损耗，既节约成本，又减少 VOCs 排放：防止负压抽瘪储罐 在出料、降温时，氮气自动补充，维持罐内微正压，避免罐体被大气压抽瘪变形。

二、氮封压力设置不当带来的危害氮封压力偏高可能导致储罐超压，损坏呼吸阀；压力偏低可能导致空气进入罐内，形成爆炸性混合气体，出料、降温时易形成负压抽瘪罐体，无法有效隔绝氧气，增加燃爆风险； 压力波动失控可能导致呼吸阀频繁动作。

三、可燃液体储罐氮封压力应该如何设置呢？依据《石油化工储运系统罐区设计规范》SHT 3007-2014 第3.5条 可燃液体储罐的操作压力应按下述原则确定: b)采用氮气密封保护的储罐，其操作压力宜为0.2kPa～0.5kPa。其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为 1kPa～1.5kPa。氮封压力 ＜ 储罐正压呼吸阀开启压力

2、氮封装置的主要作用：

1）. 防止氧化：通过向储罐内注入氮气，可以排挤罐内的空气，减少物料与氧气的接触，从而降低物料被氧化的风险。

2）. 抑制挥发：氮封可以减少储罐内物料的挥发，对于易挥发的化学物质尤其重要。

3）. 维持压力平衡：在物料的装入或抽出过程中，氮封装置可以调节储罐内部的压力，保持压力平衡，防止因压力变化导致的储罐结构损坏。

4）. 减少VOCs排放：氮封可以减少挥发性有机化合物（VOCs）的排放，有助于环境保护和满足工业排放标准。

5）. 防止污染：氮气是一种惰性气体，可以防止储罐内的物料受到外界污染，确保物料的纯度和质量。

6）. 提高安全性：通过控制储罐内的氮气压力，可以避免由于压力过高或过低导致的安全事故。

7）. 保护储罐结构：氮封装置有助于防止储罐因内部压力波动而产生的变形或损坏。

8）. 适用于多种储罐：氮封装置适用于各种类型的储罐，包括化工原料储罐、食品级储罐、超纯水储罐等。

GB50160-2008石化企业防火标准[1]、 SH/T3007-2014储运罐区设计规范[2]的要求，对甲 B 、乙A 类的可燃液体储罐，应设置氮气密封保护 系统，通过调节氮气量使之填充顶部空间，节能降耗的同时，隔离油品与外界接触以起到保护作用。

二、可燃液体化工储罐氮封系统设计方案氮封系统适用工况 

氮气密封系统的应用主要取决于罐的类型和存储介质的性质。常适用于以下几种工况：
（1）采用内浮顶罐或固定顶罐储存沸点在 45℃下，或37.8℃时的饱和蒸气压>88KPa的甲B 类 液体时，应设置氮气密封保护系统；

（2）采用内浮顶储罐常压储存沸点≥45℃、 或37.8℃时饱和蒸气压≤88KPa的甲B 、乙A 类液体 时，可设置氮气密封保护系统；另，当有特殊要 求而选择固定顶、低压储罐或容量≤100m3的卧式 储罐时，应设置氮气密封保护系统；

（3）当常压存储I、II级毒性的甲B 、乙A 类液 体时，应设置氮气密封保护系统；

（4）储存介质与空气接触，易发生氧化、聚合等反应，常压储存时，应设置氮封保护系统；

（5）储存介质具有水溶性，并对其含水量有 严格要求，常压储存时，应设置氮封保护系统。

三、可燃液体化工储罐氮封系统设计方案氮封系统设计方案

1、压力控制设计方案 

此方案：氮气密封系统的设置，氮封系统通过控制储罐内部的压力，保持在一个安全和稳定的范围内。这通常涉及到安装压力调节阀，如自力式氮封阀，它无需外部能源，可以自动控制储罐内部的压力 。重要场合储罐顶部通常需设置阻火呼吸阀和泄压人孔等安全装置。值得注意的是，氮气操作压力宜为0.5~0.6 MPa ，通常氮气的纯度不应低于99.2%。

例如：控制罐内气体压力维持在300 Pa（G）上下。当储罐内气体压力上升≥500 Pa（G）时，关停氮气控制阀，暂停氮气的补充；当内压力≤200 Pa （G）时，氮气控制阀将打开以补充氮气，防止吸进空气形成易。

2. 氧含量控制设计方案

此方案：氮气密封系统的设计， 旨在控制罐内气相空间氧气浓度不超过5%，从而 阻断可造成爆炸的助燃条件。

（1）在罐内设置氧气浓度监测器进行监控， 将高值与氮气管路控制阀进行联锁设计。当罐内氧含量达到高值时，自动报警，然后通过联锁打开氮气阀，使氮气充入罐内。当检测器指标达到设定的正常范围时，立即联锁关停氮气阀停止充氮。

（2）在同类介质储罐间设计一组管道将气相管道贯通，可减少作业时氮气的用量，也可降低油气排放量。例如联通管道的管径为DN150，流量宜为 150m3/h。

（控制系统：现代氮封系统可能包括与DCS或PLC控制系统的集成，以实现远程监控和自动化控制。这包括安装压力表和设置高、低压报警功能、设置变送器维持储罐微正压、超设定压力时自动泄压、以及可能的氧含量监测和控制等 。）

四、可燃液体化工储罐氮封系统设计方案充氮量计算

一般来说，充氮量Q等于储罐物料的排出量 Q1 与由温度变化导致的吸气量Q2 之和。

例：下面以罐区中3000m3苯罐所需充氮量的计算为例进行说明。根据化工部“钢制立式圆筒形内浮顶罐系 列"HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3储罐内 径D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱顶球冠高度 H2 =1.841m，本次计算按照浮盘沉底考虑，即取设 计液位h=1.8m来计算储罐内最大气体的体积 Vm 。Vm 等于罐体圆柱部分气相空间体积V1 与罐顶 球冠空间体积V2 之和。其中：

3000m³储罐内气体体积最大值Vm=3400m， 当储罐内部气体温度T（35℃）随外界气温变化一小时内降至T´（20℃） 罐内操作压力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）时，根据理想气体状态 方程：

式中：P0 ：标准大气压（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作压力（MPa（A））；
V0 ：标准状态下的气体体积（Nm3）；
V1 ：操作状态下的气体体积（m3，我们取液位时的Vm值）； T0 ：标准状态下的气体温度（273.15K）；
T1 ：操作状态下的气体温度（K）。
得：在储罐内液位，标准状态下，35℃ 时，罐内气体体积V0 为3044Nm3；同理可得25℃ 时，罐内气体体积V0 '为3168Nm3。因此，此降温过 程内需要补充的氮气量Q为124m3/h。

因 此，为避免浪费氮气资源，可在参考SH/T3007 2014表5.1.6中推荐的气量规范值的基础上根据实际工况进行计算。

五、可燃液体化工储罐氮封系统设计方案氮封装置常见故障

通常由截止阀、过滤器、供氮阀、调节器、压力表、呼吸阀等组成。氮封装置，这一保护物料安全的秘密，主要被安置在储罐的顶部。其核心作用是维持储罐的微正压状态，从而有效地隔离物料与外界的接触。这样一来，不仅可以减少物料的挥发和浪费，还能确保储罐的安全运行。该系统通过精确控制储罐内的气相空间压力，维持在0.2-0.5kPa的范围内，来实现其保护功能。当气相空间压力超过0.5kPa时，氮封阀会智能关闭，停止氮气供应；而当压力降至0.2kPa以下时，氮封阀则会自动开启，开始补充氮气。这样，储罐在正常运行过程中就能始终保持密闭状态，避免吸入空气，进而防止形成可能引发爆炸的气体。值得注意的是，储罐氮封系统所使用的氮气纯度要求甚高，不得低于99.96%，同时氮气压力也需控制在0.5~0.6 MPa范围内，以确保系统的安全有效运行。

在确定是否需要设置氮封设施及氮封阀时，应遵循以下规定：

• SH/T3007《石油化工储运系统罐区设计规范》第4.2.5条明确规定，对于其他甲B、乙A类液体化工品，若存在特殊储存需求，可以选择使用固定顶储罐、低压储罐或容量不超过100m³的卧式储罐。但必须采取以下措施之一：一是设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，以密闭方式收集和处理罐内排出的气体；二是控制储存温度低于闪点5℃及以下。此外，第4.2.10条还规定，储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐的容量不应超过10000m³，并应配备氮气或其他惰性气体密封保护系统。

• 《石油化工储运罐区VOCs治理项目指导意见》进一步指出，甲B、乙A类中间原料储罐、芳烃类储罐、轻污油储罐、酸性水罐以及排放气中含有较高浓度油气和硫化物等需治理的储罐，都应设置氮气密封系统。

• 在防止储罐挥发性有毒或可燃气体外泄、防止储罐内物料与氧接触发生氧化或化学反应等场合，也需要设置储罐氮封。

02可燃液体化工储罐氮封系统设计方案工艺流程及安全措施

△ 工艺流程

① 每台储罐都应配备先导式氮封阀组和限流孔板旁路。在正常情况下，通过氮封阀组维持罐内气相空间压力在0.2至0.5kPa的范围内。当气相空间压力超过0.5kPa时，氮封阀将自动关闭，停止氮气供应；而当压力降至0.2kPa以下时，氮封阀会开启，补充氮气。若氮封阀需要检修或出现故障，则可通过限流孔板旁路向储罐内补充氮气。当罐内压力超过1.5kPa时，通过带阻火器的呼吸阀进行外排（短时间连续补充氮气）。

△ 安全措施

② 在氮封阀出现故障无法及时关闭，导致罐内压力超过1.5kPa的情况下，呼吸阀将启动外排功能，以释放多余压力。同样，若氮封阀因故障未能及时开启，使得罐内压力降至-0.3kPa以下，呼吸阀将配备阻火器进行空气补充，从而确保罐内压力不低于设计低限-0.5kPa。

③ 为了在氮封储罐发生事故时能够安全排放，必须在储罐上配备紧急泄放阀，并且其定压值不得超过储罐的设计压力上限，即2.0kPa。

④ 在进行氮气补充时，若采用限流孔板旁路，其流量应设定为油品出罐流量，同时确保氮气管道的管径为DN50mm，操作压力维持在0.5MPa。

⑤ 若储罐间通过气相连通管道相连，则每台储罐的气相出口管道上都应安装阻火器，以避免事故的进一步蔓延。

⑥ 所选用的阻火器必须满足安全性能要求，且其阻力降不得超过0.3kPa。

接下来，我们来看一下氮封系统的示意流程图，它详细展示了氮封系统的工作原理和关键组件。