煤化工储罐氮封装置技术的应用范围

在化工行业物料的储运过程中，储罐内的轻质组分对储存安全构成了两大风险：一是轻质组分的挥发使得储罐内的气相空间形成爆炸性混合气体，达到爆炸极限，遇火源必然引发火灾爆炸事故；二是储罐内的物料与空气接触后可能发生化学反应，导致物料变质，影响产品质量。三是储罐轻质组分气化后，通过呼吸阀排出储罐，造成的挥发性有机物（VOCs）无组织排放，既污染了环境，又造成物料的损失。

为了克服上述问题，通过给储罐气相空间充入惰性气体氮气并保持微正压，将空气与储罐内的物料隔离，既保证了储罐中物料的储存安全与质量，又阻止了挥发性有机物（VOCs）的排放，保护了环境。随着《化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范》（AQ 3063-2025）的颁布实施，氮封技术已从储罐安全管理的“选择性措施"已经转变为“刚性需求"。

《化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范》（AQ 3063-2025）第6.1.4条要求：新建单罐容积大于或等于1000m3的甲B乙A类可燃液体内浮顶储罐和固定顶储罐以及操作温度大于或等于120OC的丙类可燃液体储罐应设氮封系统。第6.1.5条要求：在役单罐容积大于或等于1000m3的甲B乙A类可燃液体内浮顶储罐和固定顶储罐以及操作温度大于或等于120OC的丙类可燃液体储罐未设置氮封系统时，每月至少应检测1次储罐内气相空间可燃气体浓度，检测值大于爆炸下限50%时，应及时安排停运，进行处置。第6.1.6条要求：含油污水储罐、含硫化氢酸性储罐应设置氮封系统。

第6.1.4条是对新建储罐应设置氮封系统的范围要求，第6.1.5条是对老旧储罐未设置氮封系统的检测要求，第6.1.6是对新、旧含油污水、含硫化氢酸性储罐设置氮封系统的要求。

《煤化工工程设计防火标准》（GB 51428-2021）第7.2.7条要求：储存毒性为高度和极度危害的甲B乙A类液体的内浮顶储罐，储存温度超过120OC的重油固定顶罐应设置氮气密封保护系统。

1）氮封系统的组成

完整的氮封系统主要包括下列核心部件：氮封阀、泄氮阀、呼吸阀、紧急泄放阀、制氮设备以及监测连锁仪表系统组成

氮封阀（供氮阀）：是氮气进罐前的控制阀，其主要承担着储罐气相空间吸入氮气的“吸气"功能，当储罐内气相微正压的氮气压力低于设定压力值时，氮封阀会自动开启，给储罐气相空间补充氮气。氮封阀主要由指挥器和主阀两部分组成，是内反馈的压开型微压调节阀。

泄氮（泄放阀）：是氮气出罐后的第一个控制阀，其主要承担着储罐气相空间呼出氮气的“呼气"功能，当储罐内气相压力高于设定值时，泄氮阀会自动开启，将氮气排出，确保储罐气相保持微正压状态。

呼吸阀：是储罐的保护阀，在正常状态下，不起作用，在氮封阀或泄氮阀失效的情况下，替代氮封阀和泄氮阀，作为储罐的进出气阀门，对储罐起到安全保护的作用，防止储罐超压或欠压。

紧急泄放阀：在储罐发生火灾等事故，工况或呼吸阀发生故障等储罐通气能力严重不足的情况下，给储罐提供大流量泄放通道，确保储罐的结构不出现问题。

制氮设备：一般是分子筛制氮设备，通过分子筛将空气中的氮气提纯，给氮封系统提供源源不断的氮气。

压力检测仪表、氧含量监测仪表及联锁控制系统等。

2）氮封系统的工作原理

氮封系统工作原理并不复杂，可以概括的表述为：“压力平衡、动态保护"。氮封系统通过向储罐气相空间持续补充氮气，使储罐内气相压力维持在设定的微正压状态。当储罐内的物料出料、或温度降低时，储罐内物料液面下降，气相空间容积增大、压力下降，氮封阀就会自动开启将氮气源源不断的补充到储罐的气相空间；当储罐进料或者由于环境温度升高，导致储罐气相空间压力上升至设定值时，泄氮阀就会自动开启，将多余的氮气排出气相空间外。这一呼一吸的“呼吸"过程，就确保了储罐在进料出料等不同工况下储罐的气相空间都能保持在稳定的设置压力状态。同时，也能保证储罐的一呼一吸，吸进去的是氮气，呼出来的也是氮气，确保储罐物料的挥发性有机物（VOCs）不会排出在储罐外，既保护了环境，又减少了物料的损失。

氮封的实质：一是利用氮气的化学惰性将储罐内气相的空气置换出来，降低储罐气相中的氧含量至安全阈值以下，从而消除储罐气相发生燃烧爆炸的条件；二是通过氮气了隔断作用，阻止储罐物料的挥发性有机物（VOCs）从储罐内排出，从而防止环境污染和物料的损失。

在储罐上设置氮封系统装置，用于维持罐内气相空间压力。假设：供氮阀压力是 1.2KPa（可根据实际工 况需求选择压力设定点），当气相空间压力高于 1.4KPa 时，供氮阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压 力低于 0.8KPa 时，氮封阀开启，开始补充氮气。假设：泄氮阀压力设定点是 3KPa（可根据实际工况需求 选择压力设定点）,当气相空间压力高于 3KPa 时，泄氮阀开启，泄放罐内压力至 3KPa 以内。氮封系统装 置主要起保证储罐在正常运行过程中不吸进空气，防止形成爆炸性气体作用。 储罐氮封系统装置使用的氮气纯度不宜低于 99.96%，可根据实际现场工况及用途选择合适氮封系统装置。

供氮阀：

指挥器操作自力式压力调节阀，是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节 和稳定阀后压力为设定值的节能型压力调节阀。
该阀压力设定在指挥器上实现，方便、快捷，压力设定值在运行中也可随意调整；控制精度高，可比一般 ZZY 型直接操作自力式压力调节阀高一倍，适合于控制精度要求高的场合。

泄氮阀：

◇ 一般供氮气压力在 3×10^5-10×10^5Pa 之间
◇ 罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵，导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情 况下不工作
◇ 泄氮阀安装在罐顶，口径一般与进液阀口径一致
◇ 一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影 响设备的使用寿命。
◇ 该装置广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻纺等工业部门中用作生产过程的自动调节。

各级安全附件压力的合理设定与匹配是氮封系统设计的核心所在。设定不当将直接导致氮封失效，轻则造成氮气浪费、重则引发生产安全事故。

压力设定的基本原则应遵循下列梯级关系：

（1）补压（负压）工况：氮封阀吸气压力设定值 ＞ 储罐负压报警值 ＞ 呼吸阀吸气压力设定值 ＞ 真空泄放阀压力设定值 ＞ 储罐负压设计值

（2）超压（正压）工况：氮封阀排气（泄氮阀）压力设定值 ＜ 储罐正压报警值 ＜ 呼吸阀排气压力设定值 ＜ 紧急泄放阀压力设定值 ≤ 储罐正压设计值

根据《石油石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014)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0.2 kPa～0.5 kPa。《石油化工罐区自动化系统设计规范》（SH/T50341-2017)第5.4.5.4条：氮封阀压力设定点应为储罐正常操作压力，压力设定值可调范围的选择应使设定点处于范围中段，并应能覆盖最大操作压力。

（3）压力设定值举例

以常压罐为例，典型的压力梯级设定值如下：

正常操作 (氮封阀控制)：0.2 kPa --- 0.5 kPa

压力报警：略高于 0.5 kPa 或低于 0.2 kPa

呼吸阀动作 (一级保护)：排气约 1.5 kPa；吸气约 -0.3 kPa

紧急泄放阀动作 (二级保护)：≤ 储罐设计正压 (如 2.0 kPa)

储罐设计极限：正压 2.0 kPa / 负压 -0.5 kPa

在实际应用中，为避免氮封阀与泄氮阀启闭过于频繁，泄氮设定值应适当远离供氮压力值；呼吸阀的设定值则应在泄氮阀压力之上、储罐设计压力之下，确保各级保护有序衔接。

2）供气量的计算

储罐在各种工况下氮封系统维持有效密封的关键环节是供气量的计算。供气量应大于或等于下列两项容积之和：一是由于泵抽出储罐内液体所需的补充氮气量容积，二是由于外界气温降低导致罐内气体冷凝和收缩所需的补充氮气量的容积。

供气量计算的主要依据标准是《气封的设置》（HG/T 20570.16-1995）及API 2000《常压和低压储罐的放空》等标准。API 2000从第6版开始，将平均储存温度、蒸气压和地理纬度引入计算体系，使供气量估算更趋精确。不过，通过对比化工标准与API标准的计算结果发现，两者在氮气消耗量计算原理、系统联锁控制要求等方面存在一定差异，在现实设计中需结合具体工况选择合适的计算方法。

3）氧含量控制的要求

氮封的主要目的是控制罐内氧含量，防止罐内形成爆炸性气体且达到爆炸极限。《危险化学品重大危险源安全监控技术规范》（GB 17681—2024）第6.3.2.3条明确要求：设有氮气密封保护系统的甲B、乙A类易燃液体储罐,应控制氧气浓度不大于极限氧浓度的50%。《化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范》（AQ 3063-2025）第4.8条规定：“设置氮封系统的储罐气相空间氧含量应符合GB/T37241的相关要求"。《惰化防爆指南》（GB/T37241-2018)第6.3.1条进一步规定，“应采用连续氧浓度监测或间断氧浓度监测，并采取相应控制措施确保该系统正常运行氧浓度低于最大允许氧浓度或设定的安全裕量浓度"。这一系列要求标志着氮封系统正从“被动密封"向“主动监控"转变。主要用于储罐顶部氮气压力恒定控制，以保护罐内物料不被氮化及储罐安全氮封装置由ZZDQ快速泄放阀及ZZV微压调节阀两大部分组成。快速泄放阀由压力控制器及ZMQ-16K型单座切断阀组成。储罐内压力升高至设定压力时，快速泄放阀迅速开启，将罐内多余压力泄放。微压调节阀在储罐内压力降低时，开启阀门，向罐内充注氮气。因微压调节阀必须使用在压力为0.1Mpa压力以下，现场压力较高，必须安装ZZYP型压力调节阀将压力调节阀将压力降低至0.1Mpa以下才可使用。公称压力0.1Mpa，压力可按分段设定，从0.5Kpa 至66 Kpa以下，介质温度温度≤80℃。

煤化工储罐氮封装置技术的应用范围特点

1、氮封装置的供（泄）氮压力设定方便，且可在连续生产的条件下进行；

2、氮气压力设定范围广，低至0.5Kpa（50mm.w.c）,高至Kpa，比值达132倍，压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作极灵敏。

3、调整：

（1）供氮压力调整：在ZZV型微压调节阀压力调节范围内选定一设定值如1Kpa（100mm.w.c）,通过调节调整螺丝2以改变弹簧3的预压缩（拉伸）量来达到；

（2）泄氮压力调整：在ZZDQ快速泄放阀在的压力控制器部分，通过调整座3，改变弹簧4预压缩量达到。一般为避免氮封装置启闭频繁，泄氮设定值应远离供氮压力值，如2Kpa（200mm.w.c）；

（3）呼吸阀高定值调整：在上述两设定值调整好后，为避免呼吸阀启闭频繁，呼吸阀设定值应大于泄压设定值。

煤化工储罐氮封装置技术的应用范围

零件材料

主要技术参数之外形尺寸介绍

法兰规格　　 　　　　　　　　　　 单位：mm

1）氮封技术的应用是储罐防火防爆的刚性需求

以前的氮封技术被应用为特殊物料的安全保护手段，适用范围比较有限。随着《化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范》（AQ 3063-2025）的实施，氮封技术的应用范围和管控要求有了极大的提高。

《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）第4.2.4条规定：储存沸点低于45℃或在37.8℃时饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体，应采用压力储罐、低压储罐或降温储存的常压储罐，并应符合下列规定：

a）选用压力储罐或低压储罐时，应采取防止空气进入罐内的措施，并应密闭收集处理罐内排出的气体；

b）选用降温储存的常压储罐时，应采取下列措施之一：一是选用内浮顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度使液体蒸气压力不大于88kPa；二是固定顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度低于液体闪点5℃；三是选用固定顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度使液体蒸气压力不大于88kPa，密闭收集处理罐内排出的气体。

第4.2.5条：储存沸点大于或等于45℃或在37.8℃时饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体，应选用浮顶储罐或内浮顶储罐。其他甲B、乙A类液体化工品有特殊储存需要时，可以选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于100m3的卧式储罐，但应采取下列措施之一：一是设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，密闭收集处理罐内排出的气体；二是设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度低于液体闪点5℃以下。

这些标准、规范的提质升级，体现了对储罐本质安全管理的升华。储罐氮封技术的应用，是防范储罐火灾爆炸事故的“本质安全防线"。

2）氮封技术的应用是环保减排重要手段

氮封技术的应用阻断了储罐VOCs的排放，是物料储存环保的重要举措。通过在储罐气相空间保持微正压状态，并密闭收集排放气体，氮封技术可显著减少储罐内物料的蒸发损耗，有研究显示氮封可减少油品蒸发损失约98%。实际工程案例表明，采用氮封密闭、废气集中收集与高效回收装置后，VOCs排放浓度可由改造前的60 mg/m³降至20 mg/m³以下。

1)氮封技术在应用中常见的问题

尽管氮封技术已经比较成熟，但在实际的应用中，也存在着不可忽视的问题，主要表现在两个方面：一是氮封阀控制精度低、故障率高导致氮气消耗量比较大，提高了氮封的运行成本。二是由于氮封系统“呼吸"频繁，导致呼吸阀阀板频繁动作容易被卡住，造成氮封故障和物料损耗。特别是储罐在储存易聚合的物料如苯乙烯等，呼吸阀因物料聚合等原因堵塞后，在快速出料或温度骤降时罐内压力急剧下降产生负压，储罐存在可能被抽瘪风险。此外，氮封系统故障还可能引发串压风险，进而酿成安全事故。

2）对策措施

针对氮封在实际应用中存在的上述两个问题，实践中已经积累了一些改进经验。一是在氮封阀控制方面，采用压力单回路控制替代传统机械式氮封阀，可实现氮气的精准补充和精准排放。二是在设备检维护方面，定期检查，定期疏通氮封阀引压管、根据实际情况及时调整补氮压力、及时更换老化膜片等措施可以有效恢复氮封系统的性能。三是在事故防范方面，给常压储罐增加爆破片的改进设想，可以进一步提升储罐在工况下的安全保障。随着控制技术的迭代升级，数字化、智能化、自动化氮封系统将成为物料储罐现代化管理的必然手段。

当前的储罐氮封技术已经从单一的工艺安全措施，发展为安全防火防爆、环保减排增效、操作智能控制于一体的综合性系统性管理举措。其设计的核心是各级安全附件压力设定的梯级精准匹配与供气量的科学合理计算，其运行的关键是从设计、安装、运行、检查、维护的全过程周期性管理。

《化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范》（AQ 3063-2025）等新标准带来的更高要求，储罐氮封系统的应用需要在以下方面进行持续改进：一是氧含量的在线监测与联锁控制的全面应用，实现从“定期检测"到“实时监控"的迭代升级；二是控制系统的数字化、智能化、自动化，以精准供氮代替粗放补氮，既降低能耗，节约了成本，又提升了氮封的可靠性；三是在役储罐氮封系统的改造和提升很有必要，确保老旧储罐设施达到本质安全要求。

氮封系统在储罐中的应用，是储罐运行本质安全的重要保障，也是环保减排的重要手段，更是企业减少物料损失降本增效的重要措施。企业应以积极的心态，将氮封系统管理好、应用好、推广好。
煤化工储罐氮封装置技术的应用范围安装、维护与调试

1、安装

（1） 检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏 与精度测试。

（2） 在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能 正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要 注意同轴度。

（3） 安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。 （4） 阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的 阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。

（5） 介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接 承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏， 阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。

（6） 为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀。

注意：根据现场安装经验，氮封阀在安装时，应先与管道过滤器连接。这样可以有效的避免管道吹扫遗 留下的固体颗粒卡坏阀门内部件，而影响正常使用。见下图

（7） 罐顶安装时，若不具备安装支撑氮封系统装置重量条件的情况下，可不设计或少设计安装 截止阀等辅助型开关阀门。以减轻罐顶安装重量。（若安装条件允许或必须设有应急措施 的工况，请务必按国家标准管路设计安装施工）氮封系统装置罐顶安装示意图，见下图

（8） 地面安装，在不考虑承重的地面安装方式中，可将管路设计的更标准化。旁通可在氮封系统 装置故障时，人工应急操作使用。关闭带指挥器自力式调节阀前后截止阀可方便返厂维修及 更换。地面安装方式示意图，见以下

（9） 内衬式氮封系统装置安装，内衬氮封阀属微压式压力调节阀，阀前压力一般控制在 30KPa 左 右，所以主管道应设计一级减压阀（带指挥器自力式调节阀），一级减压阀不属于微压调节 阀，控制压力一般远大于罐内压力，不存在罐内压力倒流现象，故无需阀腔衬氟。以一主多 分的管道布局形式连接各处内衬式氮封系统装置。内衬式氮封系统装置安装方式示意图，见以下

2、 维护：

（1） 清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了 解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2） 阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与 推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

（3） 阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重 必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4） 阀杆：表面损坏，必须换新。

（5） 压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6） 易损零件：填料、密封垫片与 O 型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预 示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期 一般最多 2～3 年。

（7） 阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出 厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。

3、 调试

所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手 调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力 表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值。