儲罐如何要求氮封系統的設置

一、儲罐如何要求氮封系統的設置 儲罐為什么要氮封？

儲罐氮封其實是一種向儲存容器與反應器的頂部空間填充惰性化氣體的工藝，通常用于保護內部成分因氧氣存在而發生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現象。

例如《石油化工企業設計防火標準（2018年版）5.7.6 規定：生產或儲存不穩定的烯烴、二烯烴等物質時應采取防止生成過氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯等在有空氣、氧氣或其他催化劑的存在下能產生有分解爆炸危險的聚合過氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不穩定的化合物，在有空氣或氧氣的存在下，儲存時間過長，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設備。丁二烯在生產、儲存過程中，為防止生成過氧化物而采取的措施：嚴禁與空氣、氧化氮和含氧的氮氣長時間接觸，一般控制丁二烯氣相中含氧量小于0.3%。

氮封系統通常被設計成可在高于大氣壓力的條件下運行，這樣可防止外部空氣進入容器當中。由于許多工藝與應用不希望存在空氣中的氧氣與濕氣，因此從石油化工、食品、飲料、制藥與純凈水制造等，許多行業采用氮封工藝。 從長期角度來看，儲罐在“呼吸”過程中產生的油氣損耗和氮氣損耗，以及油氣收集系統和處理系統所需設備投入和運行維護費用，這些經濟負擔往往超過了初始階段提升儲罐及其安全附件環保安全所需的一次性投入。接下來，我們將深入探討這一問題。氮封系統在罐區中扮演著至關重要的角色， 主要由氮封閥、呼吸閥（含阻火器）、泄氮閥以及緊急泄放裝置（如泄壓閥、泄壓人孔）等部分組成。

氮封系統，這一關鍵設備，由多個重要組件構成，包括 氮封閥、呼吸閥、泄氮閥、緊急泄放裝置等。這些組件的協同工作，共同構成了氮封系統在罐區中的安全保障體系。

在儲罐出液過程中，隨著出液閥的開啟，罐內液面逐漸下降。這一變化導致氣相部分容積增大，使得罐內壓力降低。此時， 氮封閥會自感應開啟，向儲罐內注入氮氣，以維持罐內氮氣壓力的穩定。當罐內壓力回升至氮封閥的預設壓力時，氮封閥便會自動關閉，形成一個完整的循環。

當儲罐進液時，進液閥的開啟會使液面上升。隨著液面上升，氣相部分容積相應減小，這導致罐內壓力升高。 一旦壓力超過泄氮閥的設定值，泄氮閥便會啟動，開始向外界釋放氮氣，以降低罐內壓力。當壓力降至泄氮閥的預設值時，泄氮閥即自動關閉，確保系統平衡。

此外，呼吸閥在氮封閥和泄氮閥失靈時，會發揮其保護作用。而 緊急泄放裝置，如卸壓閥和泄放人孔，則是在發生火災等緊急情況時啟動，通過向罐外呼出氣體，來避免儲罐因超壓而受損。這些組件的工作機制在氮封系統中發揮著不同的協同保護作用。

022.儲罐如何要求氮封系統的設置氮封系統的壓力調控

氮封系統的一個重要特征是其能夠通過自動調節氮氣的注入和釋放來實現壓力的穩定化，從而確保儲罐的安全運行。

在儲罐出液或進液的過程中，氮封系統會通過自動調節氮氣的注入和釋放來維持罐內的壓力穩定。這種精確的壓力調控機制能夠有效防止因壓力波動而可能引發的風險。

根據相關規范和標準，氮封閥的壓力設定點應當設定為儲罐的正常操作壓力。所選擇的壓力設定值可調范圍應確保設定點位于該范圍的中間位置，以保證系統的 壓力穩定和安全運行。按照行業規范《石油化工罐區自動化系統設計規范》(SH/T3184-2017)，氮封閥的壓力設定值可調范圍的選擇尤為重要。此外，根據《石油化工儲運系統罐區設計規范》(SH/T3007-2014)，可燃液體儲罐采用氮氣密封保護時，其操作壓力應控制在0.2kPa至0.5kPa的范圍內。同時，呼吸閥的排氣壓力需小于儲罐的設計正壓力，而進氣壓力則應高于設計負壓力。事故泄壓設備的開啟壓力應高于呼吸閥的排氣壓力，并且不超過儲罐的設計正壓力。

▲ 內浮頂儲罐附件現狀

目前，內浮頂（拱頂）儲罐的附件在環保方面存在明顯不足，難以滿足日益嚴格的環保要求。這主要表現在附件的環保水平較低，需要采取有效措施進行改進。

▲ 呼吸閥與浮盤密閉性

呼吸閥和浮盤的密封性對于減少油品損耗、提升氮封系統運行效率以及確保無組織排放達標具有重要意義。然而，當前氮封系統面臨壓力控制范圍狹窄的問題，各壓力控制閥（如呼吸閥、單呼閥、氮封閥）的控制壓力容易產生交集，這可能導致氮封系統失效。此外，《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB37822-2019）的實施提出了更為嚴格的要求，規定氮封儲罐的呼吸閥和無氮封儲罐的罐頂通氣孔位置的油氣濃度不得超過5000μmol/mol（重點地區為2000μmol/mol，中石化要求為4000μmol/mol）。鑒于氮封儲罐內油氣濃度通常較高，若呼吸閥的密閉性不達標，將無法滿足這一排放標準。

▲ 阻火器的安全作用

阻火器是儲罐氣相連通支線管道和罐頂通氣孔上的關鍵設備，其性能是否達標直接關系到儲罐的安全運行。有4起因阻火器問題引發的儲罐事故，例如2014年6·9揚子石化酸性水罐硫化亞鐵自燃事故，事故儲罐連通管線上未設阻火器，導致罐區群罐火災。此外，還有3起事故因罐頂通氣孔未設阻火器或阻火器失效，由雷擊引燃罐內可燃氣所致。為了防止連通的罐區發生群罐火災，阻爆轟阻火器必須經過ISO16852國際標準和GB/T13347規定的嚴格測試，并出具第三方型式試驗文件確認。同時，其阻力降不應超過0.3kpa。然而，目前我國對呼吸閥的泄漏量要求僅為0.4m³/h，遠高于API2000標準的0.014m³/h或某些國家的0.0017m³/h。

二、儲罐如何要求氮封系統的設置 規范是如何要求氮封系統的設置？

1.《氣封的設置》HG/T 20570.16-19952.《石油化工企業設計防火標準》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2當單罐容積小于或等于5000m³的內浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應設置氮氣保護等安全措施；

6.2.2條文解釋：對于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲罐或臥式儲罐加氮封儲存也是可行的；

6.2.4A條款：儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設置氮氣保護。

6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲罐儲存甲類液體時，為了防止油氣大量揮發和改善儲罐的安全狀況，應采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。

3.《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）

從上面幾個規范來看，對各種儲罐儲存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數據。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數要求。

三、儲罐如何要求氮封系統的設置氮氣濃度如何設置？

化工儲罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃氣體的濃度惰化到遠遠低于爆炸濃度下限。根據這個原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內容，理論上可以根據各種可燃氣體介質的極限氧濃度來選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮氣的純度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。

港口儲運對這方面的研究比較多：
自力式氮封閥裝置調節閥，供氮閥，泄氮閥，以閥后壓力為動力源，引入閥后壓力到指揮器膜片上以控制指揮器閥芯位置，改變流經指揮器閥芯的介質壓力和流量，使閥門后端壓力保持恒定的調節閥。進口自力式氮封閥壓力設定在指揮器上的彈簧上實現，擰緊壓縮彈簧閥后壓力變大，反之則變小，操作簡單因而存在方便、便捷、比一般的直接取壓自力式壓力調節閥精度要高;一般用于儲罐氮封系統;調節和穩定儲罐的氮氣壓力，控制精度極其靈敏，控制精度閥后能達到0.0001MPa (100pa，0.1kp)運行過程中壓力可以連續調節,特別適合是控制微壓場合的工況。 氮封閥無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源，自動控制閥門介質流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩定裝置。現已廣泛用于連續送氣的天然氣采輸，城市煤氣以及冶金、石油、化工等工業生產部門。該閥控制精度高，比一般直接操作型調壓閥高一倍左右。減壓比大，反應靈敏，極小的壓力或極小的壓力變化都可以感知出來，對同一臺閥而言，調節范圍比普通自力式調節閥廣，壓力設定在指揮器上實現，因而方便、快捷、省力省時可在運行狀態下連續設定。

▲ 儲罐如何要求氮封系統的設置建議與意見

▲ 環保設計與氮封系統

對于非強制要求做油氣密閉處理的在役儲罐，建議采用“高效內浮盤技術+高效密封技術”的組合，以提升儲罐的本質安全水平，并確保罐頂VOCs排放值不超過2000μmol/mol。針對需做油氣密閉處理的在役儲罐，推薦選用低超壓10%呼吸閥和阻爆轟型阻火器。由于氮封儲罐的密閉性，不論采用何種內浮盤技術，都可能受到浮盤泄漏和罐壁掛油的影響，導致罐內氣相空間油氣濃度值超標。因此，對于這類儲罐，應特別關注氮封系統的密閉性、罐內氧含量的控制以及群罐火災的預防。

提升氮封系統密閉性的關鍵在于精確控制呼吸閥的泄漏量。低超壓10%呼吸閥能在較窄的壓力控制范圍內發揮作用，有效避免儲罐在微正壓狀態下持續泄漏，同時減少油氣和氮氣的泄漏損耗，并滿足無組織排放要求。此外，還建議采用以下氮封儲罐壓力控制系統控制指標來優化性能：

a) 在設計階段，應由專業設計院對不同介質存儲方案的投入與產出進行細致核算，以確保長期運行的經濟性和環保安全性。

b) 為驗證相關技術的實用性，建議選取若干具有代表性的危險化學品儲罐進行試點應用，以便為大規模推廣提供經驗。

一、選擇安裝位置

1.1 確定用途：首先需要確定貯罐氮封裝裝置的用途，如存儲糧食、化學品、藥品、生物制品等。

1.2 環境條件：貯罐氮封裝裝置的安裝位置應滿足以下條件：室溫控制在0-40℃之間，對外部氣體的污染不大，通風情況良好，不受陽光直射、雨淋、水泡、寒冷等影響。

1.3 地面條件：貯罐氮封裝裝置的安裝位置需要平整、干燥、無裂縫、無洪水、無浸漬、無漏水等情況。

二、接口連接方法

2.1 檢查貯罐接口：在安裝貯罐氮封裝裝置前，應檢查貯罐接口的形狀、尺寸和材質，確定與設備接口匹配。

2.2 防爆閥接口連接：在連接防爆閥時須接頭兩端必須帶有彈性密封圈。連接過程中不得彎曲扭曲，閥蓋連接不得露鋒，尤其是勿將法蘭墊片用于壓扁連接處。

2.3 液位計及低液位保護接口連接：液位計及低液位保護的連接必須牢固。

三、安裝步驟

3.1 安裝貯罐氮封裝裝置前，應檢查設備的各部件是否完好，無損壞、脫落、銹蝕、變形等情況。

3.2 組裝前應清理各部位和管路內部殘余物質，特別是禁止使用含油脂的清洗液，以免影響氮氣質量。

3.3 組裝過程中應將電纜、傳感器線等全部擰緊，連接好氣路及電路。

3.4 連接氮源，開啟氣源，并打開氣路球閥，觀察電子流量計、壓差儀、氮氣氣壓表等顯示指示器的狀態，確保氮氣正常輸出。

3.5 連接接收設備，啟動貯罐氮封裝裝置，進行試運行，調整完畢后進行正式生產。

【結語】

本文針對貯罐氮封裝裝置的安裝，從選擇安裝位置、接口連接方法、安裝步驟等方面進行了詳細介紹。用戶在使用該設備時，應按照本文所述步驟進行正確的安裝和使用，以保障設備的正常運行和提高生產效率。