化工儲罐氮封系統設計方案

在儲罐上設置氮封系統裝置，用于維持罐內氣相空間壓力。假設：供氮閥壓力是 1.2KPa（可根據實際工 況需求選擇壓力設定點），當氣相空間壓力高于 1.4KPa 時，供氮閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓 力低于 0.8KPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。假設：泄氮閥壓力設定點是 3KPa（可根據實際工況需求 選擇壓力設定點）,當氣相空間壓力高于 3KPa 時，泄氮閥開啟，泄放罐內壓力至 3KPa 以內。氮封系統裝 置主要起保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性氣體作用。 儲罐氮封系統裝置使用的氮氣純度不宜低于 99.96%，可根據實際現場工況及用途選擇合適氮封系統裝置。

1、氮氣密封系統的儲罐。此種物料一般具有以下特性之一：

1）、石油化工行業易揮發。如汽油、甲醇等飽和蒸汽壓高的物料，在常溫下容易揮發造成物料大量損失；

2）、工藝過程中應控制或避免與空氣接觸的物料。

2、氮封裝置的主要作用：

1）. 防止氧化：通過向儲罐內注入氮氣，可以排擠罐內的空氣，減少物料與氧氣的接觸，從而降低物料被氧化的風險。

2）. 抑制揮發：氮封可以減少儲罐內物料的揮發，對于易揮發的化學物質尤其重要。

3）. 維持壓力平衡：在物料的裝入或抽出過程中，氮封裝置可以調節儲罐內部的壓力，保持壓力平衡，防止因壓力變化導致的儲罐結構損壞。

4）. 減少VOCs排放：氮封可以減少揮發性有機化合物（VOCs）的排放，有助于環境保護和滿足工業排放標準。

5）. 防止污染：氮氣是一種惰性氣體，可以防止儲罐內的物料受到外界污染，確保物料的純度和質量。

6）. 提高安全性：通過控制儲罐內的氮氣壓力，可以避免由于壓力過高或過低導致的安全事故。

7）. 保護儲罐結構：氮封裝置有助于防止儲罐因內部壓力波動而產生的變形或損壞。

8）. 適用于多種儲罐：氮封裝置適用于各種類型的儲罐，包括化工原料儲罐、食品級儲罐、超純水儲罐等。

GB50160-2008石化企業防火標準[1]、 SH/T3007-2014儲運罐區設計規范[2]的要求，對甲 B 、乙A 類的可燃液體儲罐，應設置氮氣密封保護 系統，通過調節氮氣量使之填充頂部空間，節能降耗的同時，隔離油品與外界接觸以起到保護作用。

二、化工儲罐氮封系統設計方案適用工況?

氮氣密封系統的應用主要取決于罐的類型和存儲介質的性質。常適用于以下幾種工況：
（1）采用內浮頂罐或固定頂罐儲存沸點在 45℃下，或37.8℃時的飽和蒸氣壓>88KPa的甲B 類 液體時，應設置氮氣密封保護系統；

（2）采用內浮頂儲罐常壓儲存沸點≥45℃、 或37.8℃時飽和蒸氣壓≤88KPa的甲B 、乙A 類液體 時，可設置氮氣密封保護系統；另，當有特殊要 求而選擇固定頂、低壓儲罐或容量≤100m3的臥式 儲罐時，應設置氮氣密封保護系統；

（3）當常壓存儲I、II級毒性的甲B 、乙A 類液 體時，應設置氮氣密封保護系統；

（4）儲存介質與空氣接觸，易發生氧化、聚合等反應，常壓儲存時，應設置氮封保護系統；

（5）儲存介質具有水溶性，并對其含水量有 嚴格要求，常壓儲存時，應設置氮封保護系統。

三、化工儲罐氮封系統設計方案氮封系統設計方案

1、壓力控制設計方案?

此方案：氮氣密封系統的設置，氮封系統通過控制儲罐內部的壓力，保持在一個安全和穩定的范圍內。這通常涉及到安裝壓力調節閥，如自力式氮封閥，它無需外部能源，可以自動控制儲罐內部的壓力 。重要場合儲罐頂部通常需設置阻火呼吸閥和泄壓人孔等安全裝置。值得注意的是，氮氣操作壓力宜為0.5~0.6 MPa ，通常氮氣的純度不應低于99.2%。例如：控制罐內氣體壓力維持在300 Pa（G）上下。當儲罐內氣體壓力上升≥500 Pa（G）時，關停氮氣控制閥，暫停氮氣的補充；當內壓力≤200 Pa （G）時，氮氣控制閥將打開以補充氮氣，防止吸進空氣形成。

2. 氧含量控制設計方案

此方案：氮氣密封系統的設計， 旨在控制罐內氣相空間氧氣濃度不超過5%，從而 阻斷可造成爆炸的助燃條件。

（1）在罐內設置氧氣濃度監測器進行監控， 將高值與氮氣管路控制閥進行聯鎖設計。當罐內氧含量達到高值時，自動報警，然后通過聯鎖打開氮氣閥，使氮氣充入罐內。當檢測器指標達到設定的正常范圍時，立即聯鎖關停氮氣閥停止充氮。

（2）在同類介質儲罐間設計一組管道將氣相管道貫通，可減少作業時氮氣的用量，也可降低油氣排放量。例如聯通管道的管徑為DN150，流量宜為 150m3/h。

（控制系統：現代氮封系統可能包括與DCS或PLC控制系統的集成，以實現遠程監控和自動化控制。這包括安裝壓力表和設置高、低壓報警功能、設置變送器維持儲罐微正壓、超設定壓力時自動泄壓、以及可能的氧含量監測和控制等 。）

四、化工儲罐氮封系統設計方案充氮量計算

一般來說，充氮量Q等于儲罐物料的排出量 Q1 與由溫度變化導致的吸氣量Q2 之和。

例：下面以罐區中3000m3苯罐所需充氮量的計算為例進行說明。根據化工部“鋼制立式圓筒形內浮頂罐系 列"HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3儲罐內 徑D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱頂球冠高度 H2 =1.841m，本次計算按照浮盤沉底考慮，即取設 計液位h=1.8m來計算儲罐內最大氣體的體積 Vm 。Vm 等于罐體圓柱部分氣相空間體積V1 與罐頂 球冠空間體積V2 之和。其中：3000m3儲罐內氣體體積最大值Vm=3400m， 當儲罐內部氣體溫度T（35℃）隨外界氣溫變化一小時內降至T′（20℃） 罐內操作壓力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）時，根據理想氣體狀態 方程：

式中：P0 ：標準大氣壓（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作壓力（MPa（A））；
V0 ：標準狀態下的氣體體積（Nm3）；
V1 ：操作狀態下的氣體體積（m3，我們取液位時的Vm值）； T0 ：標準狀態下的氣體溫度（273.15K）；
T1 ：操作狀態下的氣體溫度（K）。
得：在儲罐內液位，標準狀態下，35℃ 時，罐內氣體體積V0 為3044Nm3；同理可得25℃ 時，罐內氣體體積V0 '為3168Nm3。因此，此降溫過 程內需要補充的氮氣量Q為124m3/h。因 此，為避免浪費氮氣資源，可在參考SH/T3007 2014表5.1.6中推薦的氣量規范值的基礎上根據實際工況進行計算。

化工儲罐氮封系統設計方案供氮閥：

指揮器操作自力式壓力調節閥，是一種無須外來能源，利用被調介質自身的壓力變化達到自動調節 和穩定閥后壓力為設定值的節能型壓力調節閥。
該閥壓力設定在指揮器上實現，方便、快捷，壓力設定值在運行中也可隨意調整；控制精度高，可比一般 ZZY 型直接操作自力式壓力調節閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合。

泄氮閥：

◇ 一般供氮氣壓力在 3×10^5-10×10^5Pa 之間
◇ 罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導致罐內壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情 況下不工作
◇ 泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進液閥口徑一致
◇ 一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費氮氣、影 響設備的使用壽命。
◇ 該裝置廣泛應用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業部門中用作生產過程的自動調節。

是本廠自主開發、研制的一套自力式微壓力控制系統，主要用于保持容量頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容量內物料與空氣直接按觸，防止物料揮發、被氧化，以及容器的安全。特別適用于各類型儲罐的氣封保護系統。該產品具有節能、動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點。氮封閥被廣泛應用于石油、化工等行業。

■ 說明

·一般供氮氣壓力在3×105～10×105Pa之間；
·罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導致罐內壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作；
·泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般在進液閥口徑*；
·一般泄氮閥的壓力設定點略于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費氮氣、影響設備使用壽命；

化工儲罐氮封系統設計方案

化工儲罐氮封系統設計方案■自力式氮封閥主要技術參數及性能指標

1供氮裝置主要技術參數及性能指標

化工儲罐氮封系統設計方案2泄氨裝置主要技術參數及性能指標

化工儲罐氮封系統設計方案安裝、維護與調試

1、化工儲罐氮封系統設計方案安裝

（1） 檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質，必須進行強度、密封、泄漏 與精度測試。

（2） 在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導致閥門不能 正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要 注意同軸度。

（3） 安裝場地應考慮到人員與設備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。 （4） 閥門應正立垂直安裝在水平管道上，導壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的 閥后管道上。閥自重較大與有振動的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

（5） 介質流動方向應與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接 承受介質壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導致膜片損壞， 閥門不能工作。閥門應在環境溫度-25～+55℃場所使用。

（6） 為使自控系統失靈或檢修閥門時，仍能連續生產，應設置旁路閥。

注意：根據現場安裝經驗，氮封閥在安裝時，應先與管道過濾器連接。這樣可以有效的避免管道吹掃遺 留下的固體顆粒卡壞閥門內部件，而影響正常使用。

（7） 罐頂安裝時，若不具備安裝支撐氮封系統裝置重量條件的情況下，可不設計或少設計安裝 截止閥等輔助型開關閥門。以減輕罐頂安裝重量。（若安裝條件允許或必須設有應急措施 的工況，請務必按國家標準管路設計安裝施工）氮封系統裝置罐頂安裝示意圖，見下圖

（8） 地面安裝，在不考慮承重的地面安裝方式中，可將管路設計的更標準化。旁通可在氮封系統 裝置故障時，人工應急操作使用。關閉帶指揮器自力式調節閥前后截止閥可方便返廠維修及 更換。地面安裝方式示意圖，見以下

（9） 內襯式氮封系統裝置安裝，內襯氮封閥屬微壓式壓力調節閥，閥前壓力一般控制在 30KPa 左 右，所以主管道應設計一級減壓閥（帶指揮器自力式調節閥），一級減壓閥不屬于微壓調節 閥，控制壓力一般遠大于罐內壓力，不存在罐內壓力倒流現象，故無需閥腔襯氟。以一主多 分的管道布局形式連接各處內襯式氮封系統裝置。內襯式氮封系統裝置安裝方式示意圖，見以下

2、 化工儲罐氮封系統設計方案維護：

（1） 清洗閥門：對清洗一般介質，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質，首先要了 解其性質，在選用相應的清洗辦法。

（2） 閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、閥芯、閥桿與 推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時應使用專用工具。

（3） 閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重 必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。

（4） 閥桿：表面損壞，必須換新。

（5） 壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。

（6） 易損零件：填料、密封墊片與 O 型圈，每次檢修時，全部換新。膜片必須檢查是否有預 示將來可能發生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據檢驗結果，決定是否更換，但膜片使用期 一般最多 2～3 年。

（7） 閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應按產品出 廠測試項目與方法調試，并在這期間，可更準確地調整填料壓緊力與閥芯關閉位置。

3、 化工儲罐氮封系統設計方案調試

所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調節螺母的操作而得到調整，打開頂部的防塵蓋，用扳手 調整調節螺母。順時針方向旋轉使壓力增大，逆時針旋轉則壓力減小。安裝在壓力調節閥后的壓力 表，可使工作人員借以觀察調整后的壓力給定值。