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精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案儲罐安全管理的重要性

隨著儲罐設(shè)施向大型化、長周期化發(fā)展，罐區(qū)工藝日益復(fù)雜，同時儲罐檢修也逐漸專業(yè)化，這些變化都使得儲運設(shè)施的本質(zhì)安全和安全管理顯得尤為重要。罐區(qū)工藝復(fù)雜，檢修專業(yè)化，使安全顯得尤為重要。在這樣的背景下，安全管理需加強。這項建議特別關(guān)注于VOCs治理及安全附件的風(fēng)險防范，為提升儲罐的本質(zhì)安全水平提供了明確的指導(dǎo)。

氮封是一種向儲存容器或反應(yīng)器的頂部氣相空間填充氮氣的工藝，通常用于保護內(nèi)部物料，防止因空氣（氧氣）存在而發(fā)生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現(xiàn)象。

1、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案儲罐設(shè)置氮封的目的

主要有兩種目的：

  一、通過注入氮氣來實現(xiàn)儲罐內(nèi)部氣相空間維持在一個惰性氣體密封的環(huán)境，隔絕空氣或氧氣的進入，從而使儲罐內(nèi)部的氣相組分始終處在爆炸下限之下或者維持一個非爆炸性的氣體混合物，從而實現(xiàn)本質(zhì)防爆的目的。

  二、通過注入氮氣來提高儲罐內(nèi)部氣相空間的平衡壓力來降低介質(zhì)物料的揮發(fā)，避免物料受氧化或污染，從而達到節(jié)能降耗的目的。

2、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案哪些儲罐需要設(shè)置氮封

（1）《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51283-2020 ：

6.2.2 單罐容積不小于 100m3的甲B、乙A液體當(dāng)采用固定頂罐或低壓罐儲罐時，應(yīng)采用氮氣或惰性氣體密封。

（2）《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 50160-2018：

6.2.2 儲存甲B、乙A類的液體，當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護等安全措施。6.2.4A 儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護。

（3）《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB50074-2014 ：

6.1.2 儲存沸點低于45℃或37.8℃的飽和蒸氣壓大于88kpa的甲B類液體，選用低溫常壓儲罐時(無論是內(nèi)浮頂還是固定頂)應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。

6.1.3 儲存沸點不低于45℃或37.8℃的飽和蒸氣壓不大于88KPA的甲B、乙A類液體，當(dāng)出于特殊儲存的需要，采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲罐、低壓儲罐或容量不大于100m3的臥式儲罐，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。

6.1.8 儲存I、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應(yīng)設(shè)置氮封保護系統(tǒng)。

     從以上三個標(biāo)準(zhǔn)的條款要求中，可知對儲罐設(shè)置氮封的強制性要求中，精細規(guī)的要求是的，油庫規(guī)的要求次之，石化規(guī)的要求是最寬松的（只有采用內(nèi)浮頂儲罐且容量不大于5000m3且同時采用了易熔材料的浮盤，三個限定條件同時滿足才需要加氮封）。

01精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案內(nèi)浮頂（拱頂）儲罐安全現(xiàn)狀

▍ 儲罐附件的本質(zhì)安全水平不足

目前，國產(chǎn)儲罐的安全附件如阻火器等對儲罐安全至關(guān)重要，但相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和管理仍顯不足。特別是內(nèi)浮盤的可靠性問題明顯存在不足。內(nèi)浮盤需具備良好的密封性、穩(wěn)定性、耐火性以及可維修性，然而，市場上的一些內(nèi)浮盤產(chǎn)品在這方面表現(xiàn)欠佳。例如，穩(wěn)定性不夠?qū)е略趦揲W爆后浮盤失穩(wěn)或失效，增加火災(zāi)風(fēng)險。此外，耐火性和可維修性不足也影響儲罐的安全性和檢修便利。

精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案在日常儲罐安全管理中，氮封容易存在哪些隱患以及如何安全管理呢？

1.應(yīng)該設(shè)置氮封但沒有設(shè)置氮封。精細化工裝置，對于間歇操作且存在甲、乙類物質(zhì)的易燃易爆危險的工藝系統(tǒng)宜采取氮氣保護措施；當(dāng)采用易熔材料制作浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護等安全措施；采用固定頂罐或低壓罐時，應(yīng)采用氮氣或惰性氣體密封，并采取減少日曬升溫的措施。石油化工裝置，儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護；內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時,應(yīng)設(shè)置氮氣保護等安全措施。石油庫場所，儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐的單罐容量不應(yīng)大于5000m3，且應(yīng)設(shè)置氮封保護系統(tǒng)；容量小于或等于10000m3的固定頂儲罐、低壓儲罐或容量不大于100m3的臥式儲罐，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng),并應(yīng)控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。液化烴儲罐，例如丁二烯、苯乙烯等。

2.設(shè)置了氮封，但沒有設(shè)置泄壓措施。石化規(guī)GB50160的6.2.19條款要求，對于采用氮氣氣封的甲B、乙類液體的儲罐還應(yīng)設(shè)置事故泄壓設(shè)備。

3.設(shè)置了氮封，但沒有正常投用。氮封沒有投用的原因可能有企業(yè)為了降低成本停止氮氣、檢修后因疏忽未及時恢復(fù)、氮封系統(tǒng)故障等，無論什么原因安全設(shè)施停用都是違法行為。

4.氮氣管線未設(shè)置止回閥。石化規(guī)GB50160的7.2.7條款要求，連續(xù)使用的公用工程管道上應(yīng)設(shè)止回閥，并在其根部設(shè)切斷閥。尤其是壓力儲罐必須設(shè)置止回閥，避免氮氣管網(wǎng)壓力低時，儲罐壓力高的可燃、有毒氣體倒回氮氣管網(wǎng)，出現(xiàn)其他次生事故。大檢修、氮氣用量突然增大時，有毒、可燃氣體倒灌到氮氣管網(wǎng)事故屢見不鮮。

5.氮氣管線入口和呼吸閥排放口過近。氮氣入口和排放口臨近，導(dǎo)致氮氣走短路直接排放，達不到設(shè)置氮氣密封的目的，氮封成了“掩耳盜鈴"。

6.氮封壓力不足。采用氮氣密封保護的可燃液體儲罐，其操作壓力宜為0.2kPa～0.5kPa，在表盤上標(biāo)識上下限控制范圍。壓力過低，在突然低溫或者儲罐出料過快時，存在儲罐抽癟的風(fēng)險。壓力過高，不但氮氣浪費，也容易導(dǎo)致常壓儲罐超壓。氮封的壓力表應(yīng)為低壓壓力表，避免大量程壓力表使人員不能觀察實際氮氣壓力。

7.還要定期對氮氣調(diào)節(jié)閥、壓力表等定期維護，氮氣管線設(shè)置管線標(biāo)識等。按照設(shè)備完好性管理制度，明確責(zé)任、程序和檢查要求，并督促落實確保氮封設(shè)置良好。定期檢測氮氣純度和露點，保證氮氣品質(zhì)合格。

▍ 精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案呼吸閥與浮盤密閉性的作用

呼吸閥和浮盤的密閉性對減少油品損耗、提高氮封系統(tǒng)運行效率以及確保排放達標(biāo)具有關(guān)鍵作用。對于氮封儲罐而言，其油氣濃度通常較高，因此呼吸閥的密閉性需符合標(biāo)準(zhǔn)，以確保無組織排放的合規(guī)性。

▍ 阻火器的作用

阻火器的性能對儲罐安全影響重大。若缺乏阻火器或其性能不達標(biāo)，容易導(dǎo)致火災(zāi)事故。例如，2014年揚子石化酸性水罐的事故就凸顯了阻火器在防護儲罐安全中的關(guān)鍵作用。阻火器需安裝于氣相連通支線管道和罐頂中央通氣孔等位置，以防止火災(zāi)蔓延。

▍ 安全檢測與評估的建議

鑒于儲罐附件檢測評估能力的缺乏，我們建議加強對儲罐安全附件的檢測和評估工作。這包括制定明確的檢驗技術(shù)要求，提升檢測和評估能力，并對關(guān)鍵附件進行定期檢查。

▍ 儲罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提升

在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，當(dāng)前我國標(biāo)準(zhǔn)與國際存在差距，建議提高儲罐安全附件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以確保其性能達到水平。例如，對于非強制要求進行油氣密閉處理的儲罐，推薦采用“高效內(nèi)浮盤技術(shù)結(jié)合高效密封技術(shù)"，以提升其本質(zhì)安全水平。

▍ 油氣密閉處理技術(shù)

對需進行油氣密閉處理的儲罐，采用低超壓10%呼吸閥和阻爆轟型阻火器，有助于提升氮封系統(tǒng)的密閉性，控制罐內(nèi)氧含量，并預(yù)防群罐火災(zāi)。

▍ 新建儲罐技術(shù)與隔熱措施

對于新建儲罐，建議采用“微內(nèi)壓儲罐+隔熱措施"技術(shù)，適當(dāng)提高設(shè)計壓力以減少“呼吸"損耗，并通過隔熱措施降低“小呼吸"損耗。

▍ 鋁網(wǎng)殼技術(shù)與應(yīng)用

對于非強制油氣密閉的儲罐，推薦使用“高效內(nèi)浮盤+高效密封+鋁網(wǎng)殼"技術(shù)，其鋁制罐頂設(shè)計可降低成本并減少腐蝕風(fēng)險。

02精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案安全運行保障措施

▍ 安全附件的定期校驗與維護

氮封系統(tǒng)必須經(jīng)過專業(yè)設(shè)計，確保其正常運行，而儲罐安全附件如呼吸閥、氮封閥等需定期校驗，以確保其完好無損。

▍ 儲罐檢維修中的安全措施

在儲罐檢維修前，應(yīng)進行水洗、蒸罐和置換等處理，并在檢維修作業(yè)中若發(fā)生變更，應(yīng)重新評估和審批以確保安全。

03精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案標(biāo)準(zhǔn)制修訂與檢測檢驗

▍ 完善標(biāo)準(zhǔn)體系

結(jié)合技術(shù)和優(yōu)秀實踐，進一步完善儲罐安全附件的標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋氮封閥、呼吸閥等關(guān)鍵組件。

▍ 檢測檢驗與認證

依托大型檢測檢驗平臺進行定期檢測與認證，保障儲罐安全附件的性能和質(zhì)量，是提升儲罐安全性的關(guān)鍵步驟。

04氮封系統(tǒng)的運行與影響

▍ 氮封系統(tǒng)的重要性

氮封系統(tǒng)在提升儲罐安全、減少油品損耗以及確保環(huán)保排放達標(biāo)方面起著至關(guān)重要的作用。然而，氮封儲罐的油氣濃度高，呼吸閥的密閉性需達標(biāo)以確保符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

▍ 低超壓10%呼吸閥的作用

低超壓10%呼吸閥對氮封系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著重要影響。它的引入，能有效防止儲罐在微正壓狀態(tài)下泄漏，并提升氮封系統(tǒng)的泄漏量控制能力。無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動力源。自動控制閥門介質(zhì)流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩(wěn)定裝置?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于連續(xù)送氣的天然氣采輸，城市煤氣以及冶金、石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)部門。閥特點：控制精度高，可比一般ZZY型直接操作型調(diào)壓閥高一倍左右。調(diào)節(jié)壓差比大（如閥前0.8MPa、閥后0.001MPa）特別適合微壓氣體控制。自力式氮封閥壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時可在運行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。

二、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案零件資料：
閥體、閥蓋：HT200、ZG230～450 ZG1Cr18Ni9Ti
閥芯、閥座：1Cr18Ni9Ti 司太萊合金堆焊
填料：聚四氟乙烯
推桿、襯套：2Cr13
1、主閥
2、主閥閥芯
3、主閥執(zhí)行機構(gòu)
4、節(jié)流閥
5、減壓閥
6、指揮器閥芯
7、檢測機構(gòu)
8、預(yù)設(shè)彈簧
9、指揮器 

三、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案制造標(biāo)準(zhǔn)：
設(shè)計規(guī)范：GB/T 17213.1
結(jié)構(gòu)長度：GB/T 12221
試驗與檢驗：ASME B16.104
法蘭連接：JB/T79、GB9112～9131、HG20592、SH3406、ANSI B16.5
產(chǎn)品標(biāo)識：GB/T 12220
供貨規(guī)范：JB/T 7928 

四、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案技術(shù)參數(shù)：

五、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案主要外形及連接尺寸：

3、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案氮氣源及氮氣濃度要求

氮氣供應(yīng)：

    通常采用制氮機、液氮儲罐或氮氣瓶等為氮封系統(tǒng)提供高純度氮氣。

氮封系統(tǒng)氮氣濃度要求：

      相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未找到關(guān)于氮封系統(tǒng)氮氣濃度的具體參數(shù)要求。氮封的目的是將可燃氣體的濃度惰化到遠遠低于爆炸濃度下限，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A表的內(nèi)容，理論上可以根據(jù)各種可燃氣體介質(zhì)的極限氧濃度來選擇我們氮封的濃度值。比如苯在氮氣中的極限氧濃度為10.1%，理論上只要保證氮氣濃度大于（1-10.1%）89.9%即可。另根據(jù)工業(yè)氮氣純度要求為99.2%以上，用作保護氣體的純氮純度是99.99%，實際生產(chǎn)中通常采用99.2%濃度以上的氮氣源。

4、精細化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計方案氮封設(shè)置及工作原理

（1）常見氮封設(shè)置方式一：

   該氮封系統(tǒng)主要由供氮閥、 泄氮閥、呼吸閥組成。

   當(dāng)儲罐進液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于泄氮閥開啟壓力設(shè)定值時，泄氮閥打開，向外界釋放氮氣，使罐內(nèi)壓力下降，降至泄氮閥關(guān)閉壓力設(shè)定點時，自動關(guān)閉。

   當(dāng)儲罐出液閥開啟，開始放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐內(nèi)注入氮氣，使罐內(nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點，自動關(guān)閉。

注意：氮封系統(tǒng)氮氣入口管線應(yīng)設(shè)置止回閥，且應(yīng)設(shè)置就地壓力表。

（2）常見氮封設(shè)置方式二：

   該氮封系統(tǒng)主要由供氮閥、 單呼閥、呼吸閥組成。（與方式一相比，將泄氮閥更換為單呼閥）

   當(dāng)儲罐進液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于單呼閥壓力設(shè)定值時，單呼閥打開，向外界釋放氮氣，使罐內(nèi)壓力下降，降至單呼閥壓力設(shè)定點時，自動關(guān)閉。

    當(dāng)儲罐出液閥開啟，開始放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐內(nèi)注入氮氣，使罐內(nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點，自動關(guān)閉。

      呼吸閥、緊急泄放閥或泄壓人孔僅在事故工況（如氮封閥失效、泄氮封失效、火災(zāi)工況等）啟動，避免儲罐運行時呼吸閥頻繁動作，減少呼吸閥故障率。

（3）氮封管線布置：

     氮氣管線的入罐位置應(yīng)遠離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm。《管道儀表流程圖設(shè)計規(guī)定》(HG 20559-1993)第6.0.3.4條款。

     氮封閥應(yīng)安裝在盡量靠近罐頂入口的氮氣管線上，外取壓管線的取源點宜設(shè)在罐頂，以便檢測罐內(nèi)的真實壓力。《石油化工罐區(qū)自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(SH/T3184-2017)第5.4.5.3條款。

（4）氮封系統(tǒng)的壓力設(shè)定：

     采用氮封的常壓可燃液體儲罐，其操作壓力宜為0.2kpa-0.5kpa；其他設(shè)置有呼吸閥的儲罐，其操作壓力宜為1Kpa～1.5KPa。

   （如：供氮閥開啟壓力宜設(shè)為0.2kpa，關(guān)閉壓力宜設(shè)為0.5kpa。當(dāng)罐內(nèi)壓力低于0.2kap時，供氮閥開啟向罐內(nèi)充氮；當(dāng)罐內(nèi)壓力達到0.5kap時，供氮閥關(guān)閉停止充氮）

注意：對于設(shè)置有泡沫滅火系統(tǒng)的儲罐，還應(yīng)考慮泡沫系統(tǒng)密封玻璃的耐壓性能，避免氮封壓力過高沖破玻璃。

（5）氮封系統(tǒng)的氮氣供氣量計算：

     根據(jù)《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-95：

2.0.1.1 儲罐氣封裝置的供氣量應(yīng)大于或等于由于泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和。

     泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需補充的氣量等于泵的最大輸出能力。

     儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量參考HG/T 20570.16表2.0.1。

     兩者所需氣量相加,即得氮封裝置所需供氣量。