精细化工储罐氮封装置设计方案

设计或维护不当的氮封系统有可能导致严重事故发生。如果说所有的氮封系统均会出现这样或那样的泄漏则并不言过。由于其结构复杂，带有活动组件、包装与密封件的阀门容易发生故障。出现故障的压力变送器会记录错误的顶部空间压力，从而导致氮气消耗过高。当氮封阀无法充分打开时，氮气的流入量将会变得过低，从而导致顶部空间压力下降，进而造成储罐内爆或者空气泄漏至储罐当中。如前所述，这些情况会对产品质量产生影响，根据存储产品的不同，还会大大提高发生爆炸的风险。

     避免以上情况的发生，需要将储罐密封；然而，储罐中物料存放在常压条件下，需要避免在对其灌装或温度升高时出现过压，也需要避免在排放产品时出现真空，因此气封系统的安装显的尤为必要。 氮封系统是基于压力的气封工艺，可确保储罐顶部空间处于惰性气体保护与微正压控制之下。

     当罐内压力升高（进物料时、液位上升）超过供氮阀设定值时，供氮阀关闭，到达泄氮阀设定压力时泄氮阀打开，将罐内多余压力快速泄放。在储罐内压力降低时，泄氮阀处于关闭状态，供氮阀打开，向罐内注入氮气并保证储罐处于微正压的状态。供氮阀氮气源压力保持在0.2~0.8MPa之间的一个固定值，现场压力较高时，可在供氮阀前安装一台自力式调压阀将压力减至0.2~0.8MPa之间，以提高可靠性和使用效果。

储罐氮封其实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，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。例如《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。

二、规范是如何要求精细化工储罐氮封装置设计方案氮封系统的设置？

1.《气封的设置》HG/T 20570.16-1995工艺方案

1.内浮顶储罐改造

1）堵储罐罐壁（顶）的通气口。

2）核算罐顶呼吸阀是否满足设置氮封后的需求。呼吸阀的数量及规格按照《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T 3007-2007确定（见表一）。呼吸量除满足储罐的大、小呼吸外，还应考虑氮封阀不能关闭时的进气量等因素。

3）在储罐罐顶增加氮气接入口和引压口。为确保压力取值的准确性，两开口之间的距离不宜小于1m。

4）量油孔应加导向管，确保量油作业时不影响氮封压力。

5）储罐罐顶增加紧急泄压人孔接口。

2.《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008）

当罐内气体压力高于控制阀或呼阀定压时，通过呼阀或挥发气收集总管控制阀开启向罐外排出气体。呼吸阀外排压力、紧急泄放阀 定压根据储罐设计压力确定。对于设计压力为-0.5kPa～2.0kPa 的储 罐，宜采用以下控制方案:

1）在每台储罐上应设置氮封阀组和限流孔板旁路，正常情况下使用氮封阀组维持罐内气相空间压力在 0.3kPa 左右，当气相空间压力高于 0.5kPa 时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于 0.2kPa 时，氮封阀开启，开始补充氮气。当氮封阀需要检修或故 障时，使用限流孔板旁路给储罐内补充氮气。

2）当氮封阀事故失灵不能及时关闭，造成罐内压力超过 1.5kPa时，通过带阻火器的呼吸阀外排；当氮封阀事故失灵不能及时开启时， 造成罐内压力降低至-0.3kPa 时，通过带阻火器呼吸阀向罐内补充空 气，确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限（-0.5kPa）。

3）为确保设置氮封储罐事故工况下的安全排放，应在储罐上设置事故泄压设备，紧急泄放阀定压不应高于储罐的设计压力上限（2.0kPa）。

4）在厂区收集总管上设置在线氧分析仪，判断储罐氮封系统的可靠性，并满足后续油气处理设施的安全性。

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。

氮气保护系统包括氮气源、氮气管线、氮封装置、罐内压力检测等。储罐氮封的作用主要是为了防止储罐出现负压而从呼吸阀吸入 空气，以保持罐内微正压；氮封阀正常压力设定值宜为 0.2kPa-0.5kPa，并应避免与呼吸阀和单呼阀或控制阀等设定压力交集，产生不必要的 氮气损耗和浪费。当罐内气体压力低于氮封阀开启压力时，氮封阀打 开向罐内补入氮气；当罐内气体压力达到氮封阀关闭压力时，氮封阀 关闭停止向罐内补入氮气。

精细化工储罐氮封装置设计方案

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.精细化工储罐氮封装置设计方案《石油库设计规范》（GB 50074-2014）工艺流程

1）在每台储罐上设置先导式氮封阀组和限流孔板旁路，正常情况下使用氮封阀组维持罐内气相空间压力在0.5KPa左右，当气相空间压力高于1KPa时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于0.5KPa时，氮封阀开启，开始补充氮气；当氮封阀需要检修或故障时，使用限流孔板旁路给储罐内补充氮气，压力高于1KPa时，通过泄氮阀及带阻火器的呼吸阀外排。

2）当氮封阀事故失灵不能及时关闭，造成罐内压力超过1Kpa时，通过泄氮阀及带阻火器的呼吸阀外排；当氮封阀事故失灵不能及时开启时，造成罐内压力降低至-1Kpa时，通过带阻火器呼吸阀向罐内补充空气，确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限（-1Kpa）。

3）为确保设置氮封储罐事故工况下的安全排放，应在储罐上设置紧急泄放阀，紧急泄放阀定压不应高于储罐的设计压力上限（2.0Kpa）。

4）当需要使用限流孔板旁路补充氮气时，流量宜等于油品出罐流量.

5）若在相同油品储罐之间设置有气相联通管道，每台储罐出口均应设置阻火器，以防止事故扩大。

6）阻火器应选用安全性能满足要求的产品，且阻力降不应大于0.3KPa。

精细化工储罐氮封装置设计方案

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。

精细化工储罐氮封装置设计方案

氮封系统氮封阀的作用是防止储罐挥发性有毒或可燃气体泄放到罐外危害安全，以一定的微压氮气在罐内保持一定的压力，氮封阀是设在罐顶的。取压点的介质经导压管引入检测机构反馈结构的设计使得介质直接经阀盖进入检测机构，在罐顶的罐呼吸阀能起安全作用，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。在流量控制方面每个阀门都配有控制流里百分比的固定板孔，气体密封系统的每个阀门尺寸根据气体流里表排列，根据提供的稳定气体压力计算适应特定需要气体密封的流里.氮封阀中的氮气可以起到置换装置介质、平衡系统的压力等功能，用于保持容器顶部保护气的压力恒定，一般的氮气压力是常压，主要作用在于减少挥发，如苯罐，二是防止介质与空气的反应，如碱罐。

精细化工储罐氮封装置设计方案

常压储罐氮封系统氮封阀安装及日常维护，安装前，检查整机零件是否缺损或者松动对管道应进行清洗，介质流向应与阀体箭头指向一致。为便于现场维修与操作，阀四周应留有适当的空间。阀门应正立垂直安装在水平管道上，阀体与管道的法兰连接，要注意轴度，并应安装在环境温度不超过-25~55℃的场合使用。开启阀前截止阀，使介质缓慢流入阀体。拧开指挥器护罩，松开指挥器调节螺钉。调节指挥器主弹簧，使阀后压力定值。固定指挥器调节螺钉，装好护，调压阀即可开始工作。不用时，关闭阀前截止阀。拆卸阀门时，要保护好零件的表面，拆装阀座时，要使用专用工具。

常压储罐阀芯与阀座，不管修理或者更换，密封面都须进行研磨。弹簧若有裂缝迹象，须更换。密封垫片与0型圈每次检修时全部更换，膜片根据检查结果而定。阀门平时维护，只有观察阀后导压器上的压力表是否符合设计值要求即可。另外若发现各连接处有渗漏，可拧紧螺母与螺钉或更换密封垫片与0型圈。