石油化工氮封系统设计规范

氮封在工业上很常用，广泛应用于化工、石化、制药和食品等领域。储罐氮封是一种向储存容器与反应器的顶部空间填充惰性化气体的工艺，从而改变气相空间的气体组分，通常用于保护内部成分因氧气存在而发生氧化、腐蚀、聚合、降解、形成爆炸性混合物等现象。《石油化工企业设计防火标准（2018年版）5.7.6 规定：生产或储存不稳定的烯烃、二烯烃等物质时应采取防止生成过氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等在有空气、氧气或其他催化剂的存在下能产生有分解爆炸危险的聚合过氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不稳定的化合物，在有空气或氧气的存在下，储存时间过长，易自聚放出热量，造成超压而爆破设备。丁二烯在生产、储存过程中，为防止生成过氧化物而采取的措施：严禁与空气、氧化氮和含氧的氮气长时间接触，一般控制丁二烯气相中含氧量小于0.3%。

氮封系统通常被设计成可在高于大气压力的条件下运行，这样可防止外部空气进入容器当中。由于许多工艺与应用不希望存在空气中的氧气与湿气，因此从石油化工、食品、饮料、制药与纯净水制造等，许多行业采用氮封工艺。设定氮封系统中各阀(氮封阀、泄氮阀、呼吸阀)的压力，可避免氮封失效。泄氮阀和氮封阀分别起“呼"、“吸"作用，呼吸阀仅起安全保护作用。分别从氮封系统适用工况、设计原则、供气量计算、注意事项等方面进行了详细阐述，通过对氮封系统的合理设计，可规避安全风险、降低事故概率。

二、石油化工氮封系统设计规范固定顶储罐和容器的氮封

工厂有不同类型的储罐，例如固定顶罐、浮顶罐和内浮顶罐。浮顶罐不必氮封、固定顶罐根据介质特点决定是否氮封，内浮顶罐有时会考虑氮封。是固定顶罐的一种简单氮封方式。在这种设计中，氮封阀的设定值和呼吸阀的呼及吸的设定值需合理选择，氮封阀的设定值介于二者之间，呼吸阀设定值的大小会影响氮气的消耗量。对于常压罐或容器，还可以采用图-2的方式，通过进口（氮气进）和出口（气相放空）的压力控制实现氮封。在罐内总是保持一定的压力，最高不超过10KPa（表压）。

氮封阀由供氮装置供氮阀和泄氮装置泄氮阀两部分组成。供氮装置由指挥器和主阀两部分组成；泄氮装置由内反馈的压开型微压调节阀组成。氮气压力一般设为100mmH2O.通过氮封装置控制。

产品特点:

1.控制精度高比操作调压阀高一倍。

2.压力设定在指挥器，上因而方便、快捷、省力。

3.大而灵敏的检测膜片，保证了控制点的压力精度；

4.信号检测执行器与动力执行机构分开，使整台调压阀减压比可达 2000:1；

5.增设可调节流装置，调试简单方便；

6.阀内件设计压力补偿装置，消除压力波动对设定点精度的影响，调节更加稳定；

7.整机采用无填料设计，动作迅速；

8.压力设定点分段范围细且相互交错，选用方便；

9.压力设定方便，运行时可连续无干扰的进行设定，免维护使用；

10.设定点压力应尽量将常用压力设定值选取在范围的中间值附近；

11.阀本身是一个调节系统，主阀需一定的推动压力，即阀前压力不得低于 200KPa（表压）。

12.配用专用取压管及接头，安装更加简捷、可靠。

三、石油化工氮封系统设计规范工艺设备或容器的氮封

对于不易密闭的工艺设备或储罐，可以采用浓度控制的方式来实现氮封：设置在线氧分析仪，实时检测设备或容器气相部分的氧浓度，并据此控制氮气的流量。这种方式的优点是节约氮气，可以在较短时间内收回控制系统的投资成本。

氮封阀 产品特点

无需外加能源，能在无电、无气的场合工作，既方便，又节约能源，降低成本；

氮封阀压力设定方便，可在连续生产的条件下进行；

压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作灵敏，装置工作平稳；

采用无填料设计，阀杆所受摩擦力小，反应迅速，控制精度高；

供氮装置采用指挥器操作，减压比可达100:1,减压效果好，控制精度高；

为确保储罐的，需在罐顶设置呼吸阀；

呼吸阀仅起作用，避免了常规氮封装置中启闭频繁易损坏的缺陷。

四、石油化工氮封系统设计规范相关规范是如何要求氮封系统的设置？

1.《气封的设置》HG/T 20570.16-1995

2.《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2当单罐容积小于或等于5000m³的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施；

6.2.2条文解释：对于有特殊要求的甲、乙液体物料，如苯乙烯、加氢原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液体物料，选用固定顶储罐或卧式储罐加氮封储存也是可行的；

6.2.4A条款：储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

6.2.4条文解释：采用固定顶罐或低压储罐储存甲类液体时，为了防止油气大量挥发和改善储罐的安全状况，应采取减少日晒升温的措施。其措施主要包括固定式冷却水喷淋（雾）系统、气体放空或气体冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔热涂料等。

3.《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）

5.1.5条文解释：1）对于会产生高浓度有机废气的反应罐、贮罐、过滤器等设备，为避免与氧气形成爆炸性混合物，应采用氮封系统保护，并以正压输送方式输送到废气总管。

6.2.2条文解释，对于单罐容积小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A类液体物料储存，可选用固定顶罐加氮气或惰性气体密封。

4.《石油库设计规范》（GB 50074-2014）

6.1.2及其条文解释规定，当选用内浮顶储罐、固定顶储罐储存沸点低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体时，应设置氮气密封保护系统。当采用容量小于或等于10000m3的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m3的卧式储罐储存沸点不低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体化工品和轻石脑油时，应设置氮气密封保护系统。储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐应设置氮封保护系统。有些甲B、乙A类液体化工品有防聚合等特殊储存需要，不适宜采用内浮顶储罐，可选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于50m3的卧式储罐，但应采取氮封等安全保护措施，典型的易自聚不稳定的丁二烯、苯乙烯储罐，应设置氮封系统，防止空气进入储罐。

5.《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）

从上面几个规范来看，对各种储罐储存何种物料、蒸汽压力、温度情况下设置氮封有了明确的要求，甚至氮封操作压力也有具体数据。但是没有找到对氮气浓度要求的具体参数要求。

五、石油化工氮封系统设计规范氮气浓度如何设置？

化工储罐氮封，更多考虑的是防爆，将可燃气体的浓度惰化到远远低于爆炸浓度下限。根据这个原则，我们可以参考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附录A的内容，理论上可以根据各种可燃气体介质的极限氧浓度来选择我们氮封的浓度值，例如二硫化碳介质，极限爆炸氧浓度为3.0%，那么我们只需要保证氮气的纯度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的浓度即可。

氮封装置由供氮阀、 泄氮阀、 呼吸阀 组成，供氮阀由指挥器和主阀两部分组成；泄氮阀由内反馈的压开型微压调节阀组成，

通过氮封装置精确控制。当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于泄氮阀压力设定值时，泄氮阀打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至泄氮阀压力设定点时，自动关闭。当储罐出液阀开启，用户放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮阀开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至供氮阀压力设定点，自动关闭。

六、石油化工氮封系统设计规范氮封如何安装

关于氮封安装，分享两种错误安装场景：一种是直接安装在呼吸阀下部短节位置，另外一种是靠近呼吸阀位置直接焊接在法兰接管处。这两种场景均会导致氮气直接排出，无法起到氮封作用。若呼吸阀用在氮封罐上，建议氮气供气管的接管位置一定要远离呼吸阀接口，并由罐顶部插入贮罐内，使氮气进罐后不直接排出，从而达到氮封目的。大部分工厂设置氮封多采用自力调节阀或者压力控制阀，关于操作方面可参照《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014）规定，采用氮气保护的储罐，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。同时有些储罐因介质含有腐蚀性，要注意定期检查清理氮气管线，防止氮封失效。

七、石油化工氮封系统设计规范氮气的纯度是多少？

1.《纯氮、高纯氮和超纯氮规范》（GB/T 8979-2008） ，用作保护气体的纯氮纯度是99.99%

2.《石油化工氮氧系统设计规范》（SH/T 3106-2019 ）

因此，工业氮气纯度为99.2%，纯氮为99.99%。

八、石油化工氮封系统设计规范结论

1.不同的物料储罐，需要按照规定设置氮封，建议根据物料特性的爆炸极限范围、闪点、蒸汽压力、沸点等参数要求，综合考量设计相匹配的氧气浓度范围，也就间接的定义了氮气浓度。

2.用于储罐氮封的氮气纯度，建议不应低于99.2%，宜大于等于99.99%。