化工储罐区氮封阀系统设计规范

石油化工企业的罐区经常存储大量的易挥发化工原料，当从外界进料打入储罐时，随着储罐内液体的增加，储罐内的气体就需要向外界排出以便液体进入储罐中;当从储罐输送物料到生产设备时，随着储罐内液体的减少，就需要向储罐内吸入气体以便液体的输送。由于储罐设置在室外，罐内物料会随着外界环境温度的变化引起罐内温度的变化，从而引起储罐VOCs废气的无组织排放。为贯彻落实《大气污染防治行动计划》，开展石化行业VOCs综合整治，大幅减少石化行业VOCs排放，需对石化行业的储罐设置氮气密封系统设计，从源头减少VOCs泄漏排放。

 它一套氮气微压保护控制系统（即氮封阀），主要用于保持储罐顶部保护气(一般为氮气)的压力恒定，以避免容器内物料与空气直接接触，防止物料挥发、被氧化，以及容器的安全。整套系统有补氮阀、泄氮阀及呼吸阀三个阀门共同组成，相互配合工作。

    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。它广泛应用于化工、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。结构由指挥器、调节阀、执行机构和阀后接管四部分组成。

工作原理：介质以所示箭头方向进入阀体，一路经过滤减压器减压后的压力被引入指挥器；另一路通过阀芯、阀座，节流后的压力流向阀后，并通过导压管引入指挥器执行机构。当阀后压力高于设定压力时，其压力作用在指挥器薄膜有效面上产生一个推力带动指挥器阀芯关闭，切断引入主阀执行机构膜室中的压力，使主阀阀芯关闭，阀后压力随之降低。当阀后压力低于设定值时，由于指挥器主弹簧的反作用力打开指挥器阀芯，阀前压力又被引入主阀执行机构膜室产生推力，使主阀阀芯打开，阀后压力随之升高。如此往复，保持阀后压力为设定值。

化工储罐区氮封阀系统设计规范引言

石油化工储罐区的VOCS废气治理主要针对油品储运罐区无组织排放的灌顶油气进行集中收集并治理，通常采取的方法为对储罐设置氮气密封系统，储罐区的油气VOCS通过管道进行统一收集，统一收集后的VOCs采用催化燃烧、热力焚烧等处理方式进行集中处理，处理后的VOCs达到《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012中表6“大气污染物特别排放限值"以及《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的二级标准中的最严值，再进行集中排放。本文就氮封系统在储罐VOCS中的应用展开了进一步的讨论。

1化工储罐区氮封阀系统设计规范工作原理及优点

1.1氮封系统应用于储罐VOCs治理中的工作原理

在进行储罐顶油气收集治理时，应保证储罐的本质安全。

氮封系统包括氮气、氮气管线、氮封装置、管内压力检测、呼吸阀(含阻火器)、紧急泄放装置(泄压阀、泄压人孔)等组成，储罐氮封的目的是避免储罐压力过低从呼吸阀吸入空气，以保证储罐微正压，常压储罐（以设计压力2.0KPa为列）氮封阀正常压力设定值宜为0.2Kpa-0.5KPa。

当储罐出液阀开启输送物料时，罐内液面下降，气相部分容积增大，罐内气相压力降低(<100pa)，氮封阀开启，向储罐注入氮气，罐内氮气压力上升，当罐内压力上升至氮封阀压力设定值时(>500pa)，氮封阀自动关闭。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，罐内压力升高，当罐内压力高于VOCs尾气压力设定值（900Pa）时，VOCs尾气阀自动打开，VOCS尾气统一去往下游车间进行集中处理，罐内氮气压力下降，降到尾气阀压力设定值（500pa）时，尾气阀自动关闭。

当氮封阀和尾气阀失灵时，储槽内压力进一步增大，压力增大至1350Pa时，呼吸阀自动开启代替氮封阀和尾气阀起到保护作用。当发生火灾或其他事故时，储罐因受热引起罐内液体蒸发量剧增，当压力大于1765pa时，紧急泄放装置(卸压阀、泄放人孔)开启，此时泄放装置便开始向罐外呼出，以避免储罐因超压而损坏。

1.2化工储罐区氮封阀系统设计规范氮封系统应用于储罐的优点

储罐氮封系统装置(氮封阀、泄氮阀、呼吸阀)是一套自力式微压力控制系统，主要用于保持容器顶部保护气的压力恒定，维持储罐内的不可燃环境并抑制储罐的气体排放。氮封装置具有节能，动作灵敏、运行可靠、操作与维修方便等特点，氮封装置广泛应用于石油化工行业，产品特点无需外加能源，在无电无气的场合利用被调介质自身能量为动力源，引入压力阀的指挥器以控制压力阀芯位置，改变流经阀门介质流量，使阀门后端压力保持恒定。氮封装置的供(泄)氮压力设定方便，可连续运行。

产品特点： 
供（泄）氮封阀压力设定方便，且可在连续生产的条件下进行；
氮气压力设定范围广，低至0.3Kpa（30mmH2O），比值达120倍，压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作极灵敏。
无需外界能源，能在无电、无气的场合工作，既方便，又节约能源，降低成本；
供氮阀、泄氮阀压力设定方便，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；
供氮阀采用指挥器操作，减压比可达100:1，减压效果好，控制精度高；
为确保储罐的安全，需在罐顶设置呼吸阀；
呼吸阀仅起安全作用，避免了常规氮封阀中启闭频繁易损坏的缺陷。

化工储罐区氮封阀系统设计规范结构与工作原理：
    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，氮气压力一般设为100mmH2O，
    通过供泄氮阀的精确控制。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。

2化工储罐区氮封阀系统设计规范氮封系统设计时的注意事项

为了防止氮气产生短路现象，接氮气供气管的管子应该从储罐的顶部插到储罐里，深度大约为20cm，同时也要和VOCs管的接口保持一定的安全距离。为了避免火灾发生时呼吸阀不能为储罐提供最有利、通道，同时也为了使原物料蒸发的损耗能够降到，呼吸阀安置点是在储罐气源最高的地方。如果两个呼吸阀需要同时被安装时，呼吸阀应该对称布置在罐顶中心，呼吸阀应该一直保持开启的状态。

一般情况下氮气压力不宜过高，为了提高氮封系统的可靠性及使用效果，在安装氮气调节阀组之前，会在氮气主管上安装自立式减压阀，减压阀将氮气主管压力减至0.1MPa以下，可避免储罐应超压造成设备事故。

由于氮封阀组和VOCs尾气阀的背压管线比较长，调节压力的精度也比较差，因此VOCs尾气阀和氮封阀不适合安在储罐的底部，应该安在储罐罐顶，以便于维持储罐的微正压，从而隔离物料与外界接触，避免物料的挥发和浪费，保护储罐的安全。为了降低投资的成本，适当减少供气量，应该采取一系列的有效措施如：根据当地的天气情况合理的设置储罐里氮气的容量、采取保温措施、采取隔热等措施。

各储罐VOCs气相支线靠近储罐位置、废气处理装置入口等必须设置阻爆轰型阻火器，材质应选用不锈钢。防爆轰阻火器须通过现行的ISO16852国际标准和GB/T13347规定的测试要求，并出具第三方实验验证文件，且阻力降不应大于0.3KPa.阻爆轰型阻火器两端宜设置切断阀，并根据气象条件和油气性质设置清堵、防冻措施。

化工储罐区氮封阀系统设计规范主要参数及主要性能指标见表一      表一

2、化工储罐区氮封阀系统设计规范压力调节范围见表二              表二

3、主要零件材料见表三                                                   表三

【化工储罐区氮封阀系统设计规范压力调节范围确定】

设定压力调节范围分段详见规格与技术参数表，应尽量将常用压力设定值选取在范围的中间值附近。

氮封阀本身是一种调节系统，主阀需一定的推动压力，即阀前压力不得低于200KPa（表压）。3化工储罐区氮封阀系统设计规范常压及低压储罐VOCs收集及处理的设计和运用

3.1呼吸阀通气量及VOCs废气量确定

根据《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3007－2014)第5.1.3条规定:储存甲B、乙类液体的固定储罐和地上卧式储罐;采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐。均应使用呼吸阀。

对石油化工产品而言，常压及低压储罐发挥着储存作用，其中非常关键的保护措施就是呼吸阀:通过呼吸阀通气作用(呼气或吸气)，使储罐在进出物料或温度变化时，保持罐内正常的压力状态，防超压或真空致使储罐受损;常压及低压储罐安装呼吸阀，有利于减少物料的蒸发，并降低火灾风险的发生概率。

以设计压力2.0KPa的储罐为例，呼吸阀开启压力区间为（-295Pa~+1375Pa），

1)VOCs废气通气管或呼吸阀的通气量，不得小于下列各项的呼出量之和或吸入量之和；

2)液体出罐时的最大出液量所造成的空气吸入量，应按液体最大出液量考虑；

3)液体进入固定项储罐时所造成的罐内液体气体呼出量，当液体闪点(闭口)高于45℃时，应按最大进液量的1.07倍考虑:当液体闪点(闭口)低于或等于45摄氏度时，应按最大进液量的2.14倍考虑。液体进入采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的内浮项储罐时所造成的罐内气体呼出量，应按最大进液量考虑；

4)因大气最大温降导致罐内气体收缩所造成储罐吸入的空气量和和因大气最大温升导致罐内气体膨胀而呼出的气体。

3.2 化工储罐区氮封阀系统设计规范罐区VOCs油气连通方案

储罐区的VOCs排放至罐区收集总管的控制方案可采用切断阀控制方案。储存同类油品罐区的VOCs支管通过连通管道并入罐组收集总管。在罐组收集总管上设置切断阀，切断阀的开启压力由VOCs尾气总管压力及VOCs支管压力同时控制，当罐组收集总管上的压力设定值于限压值时打开切断阀将VOCs尾气送至后续工段集中处理。当罐组上收集总管的压力设定值低于低限值时关闭切断阀。

3.2 化工储罐区氮封阀系统设计规范VOCs尾气集中处理的一般方法

石化行业常用的尾气处理方法有吸收法、吸附法、冷凝回收法、燃烧法等。

1) 吸收法：选用具有较小的挥发性的液体吸收剂，根据需要处理的气体种类选用合适的吸收剂，常用的吸收剂有水、洗油、酸和碱等，与被吸收组分有较高的亲和力，吸收饱和后经加热、解吸、冷却后重新使用。该法用于气量大、温度低、浓度低的尾气。缺点是装置复杂、投资较大，处理后部分指标不能达到新的环保标准；优点是可以采用不同的吸收剂，适用范围广。现在聚焦精各装置区广泛采用的排气洗净装置即为吸收法。

2) 吸附法：a）直接吸附法：有机气体直接通过活性碳，可达到95%的净化率，设备简单、投资小、操作方便，但活性炭吸附容量仅约40%，以致需经常更换活性碳，用于浓度低、污染物不需回收的场合。b）吸附回收法：有机气体经活性碳吸附，活性碳饱和后用热空气或水蒸汽进行脱附再生，脱附后的气体经换热器冷凝回收。此方法处理效率高，但是装置复杂，投资较大，适合气体范畴较窄，如苯类组成较单一的挥发性较好的简单有机物。另外，吸附后的活性碳属于危险固废物，需要废弃物回收公司处理；

3) 冷凝回收法：将尾气直接冷凝或吸附浓缩后冷凝，冷凝液经分离回收有价值的有机物。该法用于组成较单一、浓度高、温度低、风量小的尾气处理。但此法投资大、能耗高、运行费用大，因此无特殊需要，一般不采用此法；

4) 燃烧法：a）蓄热式燃烧法：采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或尾气与烟气，使之流经蓄热体，能够在上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下。b）直接燃烧法：利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度（800℃以上），驻留一定的时间，使可燃的有害气体燃烧并分解为二氧化碳和水等。该法工艺简单、能有效解决有机尾气污染，是有效的“管子末端技术"之一。

石化行业储罐区传统的尾气VOCs处理方法多为通过排气洗净塔进行洗油吸收净化后集中排放，由于尾气组成较复杂，后续不适用于吸附或冷凝等处理方法。为了满足国家针对大气污染物日趋严格的管控要求，近年来常采取直接燃烧法。

经焚烧处理后的尾气达到《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012中表6“大气污染物特别排放限值"以及《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）中的二级标准中的最严值，具体详见表1.1：

化工储罐区氮封阀系统设计规范表1.1 本项目排放限值

化工储罐区氮封阀系统设计规范安装使用与维护：

1、安装：
（1）在安装前，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。
（2）为便于现场维修与操作，阀四周应留有适当的空间。
（3）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°C的场合使用。
2、使用：
（1）开启阀前截止阀，使介质缓慢流入阀体
（2）拧开指挥器护罩，松开指挥器调节螺钉
（3）调节指挥器主弹簧，使阀后压力至设定值
（4）固定指挥器调节螺钉，装好护罩，调压阀即可开始工作
（5）不用时，关闭阀前截止阀
3、维护
（1）拆卸阀门时，要保护好精密零件的表面，拆装阀座时，要使用工具
（2）阀芯与阀座，不管修理或者更换，密封面都必须进行研磨
（3）弹簧若有裂缝迹象，必须更换
（4）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。
（5）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

化工储罐区氮封阀系统设计规范结语

石油化工罐区VOCs治理主要针对油品储运罐区无组织排放的罐顶油气VOCs进行集中收集并治理，油气收集系统应能满足同一系统内同时运行的不同介质储罐的小时最大排气量的要求，在进行储罐顶油气收集治理时应保证储罐的本质安全，氮封系统通过有效的设定各阀的压力，从而实现控制罐内的压力，这样才能使得氮封系统的设计更加的合理，避免安全事故的发生。其中尾气VOCs阀和氮封阀在氮封系统中扮演着重要的角色，而呼吸阀和紧急血压装置只能起到安全保护的效果。

随着近年来氮封系统的应用更加的广泛，储罐区经过氮气密封后，收集的尾气再送至下游车间进行集中处理，企业生产的安全环保性也不断得到提高，降低了损耗，提高了企业的经济效益，同时减少了有毒气体的排放保护了生态环境。