化工储罐氮封系统充氮量计算设计方案储罐氮封与安全问题

△ 1.氮封系统未正常运行

在储存化学品的过程中，储罐有时会在无进出料操作的情况下，氮封系统未能正常投入使用，这样的现象存在安全隐患。根据《关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知》（安监总管三〔2014〕68号）第四条明确规定，对于配备氮气保护设施的储罐，必须确保氮封系统始终处于完好可用状态。

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。

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、化工储罐氮封系统充氮量计算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。

△ 2.负压状态潜在风险

当储罐气相压力呈现负压状态，例如达到-0.69kPa时，这可能意味着空气已经进入储罐，从而存在潜在的燃爆风险。为了确保安全，必须采取措施来防止空气进一步进入。根据《石油化工企业设计防火标准》（GB 50160-2008，2018年版）第6.2.19条的规定，对于储存甲B、乙A类液体的固定顶储罐，推荐采用氮封或其他惰性气体保护方式，以维持罐内的微正压状态。

△ 3.氮封系统要求及监控

氮封系统需配备自动补气与泄压功能。根据《立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》（GB 50341-2014）第8.4.3条的规定，采用氮封的储罐必须配备能够自动调节罐内压力的进气阀和排气阀。这样，在物料进出或温度发生变动时，储罐能够保持预设的压力范围，从而确保安全运行。为了确保立式圆筒形钢制焊接储罐的安全运行，必须对氮封系统的关键参数进行实时监控。根据《危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则》（应急〔2019〕78号）的规定，涉及易燃易爆、有毒有害介质的储罐，应将其氮封压力、阀门状态等重要参数纳入DCS（分布式控制系统）或现场巡检的范围，从而实现对储罐压力的实时监控，确保在压力异常时能够及时报警并采取干预措施。

化工储罐氮封系统充氮量计算设计方案技术参数和性能

阀体

执行器

性能

额定流量系数、额定行程、性能

ZZDG供氮装置

ZZDX泄氮装置

供氮装置外形尺寸及重量

泄氮装置外形尺寸及重量

三、化工储罐氮封系统充氮量计算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、化工储罐氮封系统充氮量计算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、化工储罐氮封系统充氮量计算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。

△ 4.氮气供应问题与维护

在执行惰性气体保护，特别是氮封时，必须确保所使用的氮气严格符合工艺标准，其纯度应至少达到99.5%。同时，供气系统应配备备用设备或保障措施，以确保连续稳定的氮气供应，从而避免因氮气中断而可能导致的负压问题。根据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》中明确指出，涉及重大危险源的设备设施，包括氮封系统，都必须进行定期的检测与维护，以确保其始终处于良好的运行状态。然而，现实中往往存在对这一规定的忽视，导致氮封储罐等关键设备未能得到及时有效的检查与维护。

△ 5.事故泄压装置的重要性

甲B、乙类液体储罐如甲醇、环己烷、异丙醇等，其固定顶部分未配备必要的事故泄压装置，例如呼吸阀、紧急泄压人孔或爆破片等。根据《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）第6.2.19条的规定，若甲B、乙类液体储罐如甲醇、环己烷、异丙醇等采用氮气或其他气体进行气封，则必须配备相应的事故泄压设备，以确保安全。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）第3.14条的规定，对于储存易燃、易爆或有毒介质的压力容器，必须根据其工艺条件和安全需求来设置超压泄放装置，以确保容器的安全运行。压力容器必须按照设计要求配备安全阀、爆破片等泄压装置，且这些装置不得随意被拆除或封闭，以确保压力容器的安全运行。对于涉及重点监管危险化学品的储罐，特别是那些配备了氮封系统的储罐，法规要求增设高效且安全的事故泄压设备，以预防因超压或负压引发的储罐变形或破裂事故。