储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例

一、 储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例什么是氮封？

氮封，顾名思义，就是用氮气在储罐内部的气相空间（即液体上方的空间）形成一层隔绝性的保护气罩，并维持一个恒定的微正压。它不是一个一次性的动作，而是一套连续、自动运行的压力控制系统。

氮封系统或其他惰性气体保护措施，是保障储罐安全的重要防线，能够有效预防火灾和爆炸事故的发生。然而，在实际应用中，一些企业，特别是精细化工领域的企业，在储罐氮封系统的设置和管理方面，还存在着不少亟待解决的问题。在化工厂、油库的罐区，矗立着无数巨大的储罐，它们储存着各类挥发性、易燃性或易氧化的液体。在这些储罐的内部，活跃着一位看不见的“守护神"——氮封系统。它无声无息，却是保障储罐安全、减少产品损耗、防止环境污染的关键技术。



011.储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例氮封系统的重要性

1.1 【 问题与隐患 】

目前储罐氮封系统存在诸多问题，包括未安装系统、设计不当、压力控制不良和未设置报警装置等，这些均构成安全隐患。首先，一些应采用氮封的储罐却未配备相应的氮封系统。其次，后期增设的氮封系统往往未经专业设计，导致系统无法正常使用。此外，氮封系统的压力控制也是一个突出问题。例如，进储罐前的氮气管线缺乏自力式调节阀和压力表，或者压力表选型过大，仅依靠手动阀门调节进气量，无法有效监控氮封压力。同时，氮封气源未采用压力分程控制，或自力式调节阀选型不当，造成氮封压力过高或过低，影响系统正常使用。另外，氮气管线或储罐上未设置压力远传和报警装置，也使得压力控制变得困难。此外，氮气管线上的安全设施不足，如缺乏止回阀，以及储罐顶部未设置紧急泄放人孔或紧急泄放阀等保护措施，都是潜在的安全隐患。最后，由于氮封压力的不稳定或出于节约成本考虑，有时会将氮气管线阀门关闭，导致氮封系统未投用，从而无法发挥其应有的安全保障作用。

1.2 【 标准与规范 】

国家标准明确了需设置氮气保护系统的储罐类型，确保储罐的安全储存。例如，《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）就明确指出，当单罐容积小于或等于5000m3的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施。此外，对于储存温度超过120℃的重油固定顶罐，同样需要设置氮气保护。《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）也规定了氮气保护的应用场景，当采用固定顶罐或低压罐（单罐容积不小于100m3）储存甲B、乙A类液体时，应采用氮气或惰性气体密封措施。《石油库设计规范 》（GB 50074-2014）也详细列出了需要设置氮气密封保护系统的场景。



022.储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例氮封系统设置指南

2.1 【 合理设置要点 】

氮封系统的设计需专业计算，确保压力稳定并配备必要的监控与保护装置。采用氮封的储罐通常为常压或低压罐，因此确保储罐氮气压力稳定至关重要。在化工标准《气封的设置》（HG/T 20570.16-1995）中，明确规定了氮气供气量的计算方法。然而，规范中提供的补气量仅为经验值，实际工作中需结合具体情况进行精确计算，以确定合适的氮气管径和氮封阀型号。此外，《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）也给出了氮气保护储罐的操作压力建议，范围为0.2Kpa至0.5Kpa。

2.2 【 管理与维护 】

企业需制定详细操作规程，强化人员培训与设备检查，确保氮封系统的长期稳定运行。为确保氮封系统的持续有效运行，企业需采取一系列管理措施。首先，在操作规程中详细制定氮封系统的操作流程和安全规范，明确压力控制范围、报警阈值，以及偏离正常工况时的应对措施。同时，对相关操作人员进行专业培训，确保他们熟悉并能够正确执行这些规程。此外，日常巡检也是的一环，必须将氮封系统的各项运行参数和设备状态纳入巡检范围，确保任何问题都能得到及时发现和处理。最后，企业还需定期对呼吸阀、压力表等关键设备进行检查和检验。通过这些措施，可以进一步保障氮封系统的安全稳定运行。

为什么是氮气？
因为氮气是惰性气体，化学性质稳定，不易与其他物质发生反应。它既不支持燃烧，也不会与储存的介质发生化学作用，是理想的“保护神"。



二、储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例 氮封系统的核心工作原理：动态平衡

氮封系统的工作原理可以概括为 “呼吸"与“补偿" 的动态平衡过程，其核心组件是氮封阀和呼吸阀。下图清晰地展示了这一自动控制流程：

这个过程自动进行，无需人工干预，确保了储罐在任何工况下都能与外界空气隔绝。

工作原理：

供氮装置（见图1），将设在罐顶的取压点的介质经导压管引入检测机构(7)，介质在检测元件上产生一个作用力与与弹簧(8)、预紧力相平衡。 当罐内压力降低至低于供氮装置压力设定点时，平衡破坏，使指挥器阀芯(6)，打开，使阀前气体经减压阀(5)，节流阀(4)、进入主阀执行机构(3)上、下膜室，打开主阀阀芯(2)，向罐内充注氮气；当罐内压力升至供氮装置压力设定点，由于预设弹簧力，关闭指挥器阀芯(6)、由于主阀执行机构中的 弹簧作用，关闭主阀，停止供氮。

在储罐上设置氮封系统装置，用于维持罐内气相空间压力。假设：供氮阀压力是 1.2KPa（可根据实际工 况需求选择压力设定点），当气相空间压力高于 1.4KPa 时，供氮阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压 力低于 0.8KPa 时，氮封阀开启，开始补充氮气。假设：泄氮阀压力设定点是 3KPa（可根据实际工况需求 选择压力设定点）,当气相空间压力高于 3KPa 时，泄氮阀开启，泄放罐内压力至 3KPa 以内。氮封系统装 置主要起保证储罐在正常运行过程中不吸进空气，防止形成爆炸性气体作用。 储罐氮封系统装置使用的氮气纯度不宜低于 99.96%，可根据实际现场工况及用途选择合适氮封系统装置。

供氮阀：

指挥器操作自力式压力调节阀，是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节 和稳定阀后压力为设定值的节能型压力调节阀。
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。

泄氮阀：

◇ 一般供氮气压力在 3×10^5-10×10^5Pa 之间
◇ 罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵，导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情 况下不工作
◇ 泄氮阀安装在罐顶，口径一般与进液阀口径一致
◇ 一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影 响设备的使用寿命。
◇ 该装置广泛应用于化工、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。

泄氮装置（见图2），该装置采用内反馈结构，介质直接经阀盖进入检测机构(2)，介质在检测元件上产生一个作用力与预设弹簧(3)预紧力相平 衡。当罐内压力升高至高于泄氮装置压力设定点时，平衡被破坏，使阀芯(1)上移，打开阀门，向外界泄放氮气；当罐内压力降至泄氮装置压力设定点，由于预设弹簧力作用，关闭阀门。



三、 储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例为何要使用氮封？四大核心作用

安全保障（首要目的）

防爆阻燃：对于储存苯、汽油、丙酮、醇类等易燃易爆液体的储罐，其挥发出的气体与空气混合后，极易形成爆炸性环境。氮封系统将空气（氧气）隔绝在外，使气相空间始终处于惰性环境，从根本上消除了爆炸和火灾的风险。

减少产品损耗（经济效益）

储罐会因昼夜温差变化而产生“小呼吸"（静止储存损耗），以及因进出料而产生“大呼吸"（工作损耗）。这些呼吸过程会将挥发的有机物料排入大气，造成经济损失和环境污染。氮封系统通过注入氮气来补偿压力，大大减少了物料的呼吸排放。

保证产品质量

对于易氧化的化学品或原料（如某些食用油、化工中间体），接触氧气会导致产品变质、聚合或产生杂质。氮封系统提供了一个无氧的储存环境，有效保证了物料的品质稳定。

环境保护

减少挥发性有机化合物（VOCs）的排放，符合日益严格的环保法规要求。



四、 储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例氮封系统的关键组件

一个完整的氮封系统通常包括：

氮封阀（供氮阀）：如上所述，当压力低于设定值时自动开启，补充氮气。

呼吸阀（泄压阀）：当压力高于设定值时自动开启，排出气体。

阻火器：通常安装在呼吸阀的出口，防止外部火焰回窜至罐内。

压力变送器/现场压力表：用于监控罐内压力。

供氮管路：提供稳定、洁净且压力合适的氮气源。




储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例

序号	品  名	型 号 及 规 格	单位	数量
1	氮封阀	氮封阀ZZYVP-16P DN20 PN16 进口压力   0.3-0.6 MPA, 出口压力1   KPA，泄露等级：0 泄露 法兰尺寸HG/T20592-2009 对角螺丝孔中心距75MM 4个螺丝孔，螺丝孔大小14MM	台	19
2	泄氮阀	泄氮阀ZZVP-16P     DN50   PN16 起跳压力2.5KPA 泄露等级：0 泄露，起跳压力以下零泄漏 法兰尺寸HG/T20592-2009 对角螺丝孔中心距125MM 4个螺丝孔，螺丝孔大小18MM	台	19

技术参数和性能：

阀体：

公 称 通 径		DN25、32、40、50、65、80、100mm
公 称 压 力		PN1.0M Pa JB/T79.1-94、79.2-94等
法 兰 标 准
阀 体 材 料		铸铁（HT200）、铸钢（ZG230-450）、铸不锈钢（ZG 1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti）
阀芯材料	硬 密 封	不锈钢（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） 不锈钢镶嵌橡胶圈
	软 密 封
阀 杆 材 料		不锈钢（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti）
流 量 特 性
使 用 温 度

执行器：

压力设定范围(KPa)	0.4～0.5 5～10 9～14 13～19 18～24 22～28 27～33 36～44 42～51 49～58 56～66
膜盖材料	A3、A4钢板涂四氟乙烯
膜片材料	丁晴橡胶、乙炳橡胶、氟橡胶、耐油橡胶

性能：

设定值偏差±5%		允许泄露量
允许泄露量	标准型	IV级（符合GB/T4312-92标准）
	严密型	VI级（符合GB/T4312-92标准）

额定流量系数、额定行程、性能：






ZZDG供氮装置：

公称通径DN	25									32	40	50	65	80	100
阀座通径Dn	5	6	7	8	10	12	15	20	25	32	40	50	65	120	100
流量系数Kv	0.2	0.32	0.5	0.8	1.8	2.8	4.4	6.9	11	20	30	48	75	120	190
额定行程L	8									10		14	20		25





































ZZDX泄氮装置：

公称通径DN	20	25	32	40	50	65	80	100
阀座通径Dn	20	25	32	40	50	65	80	100
流量系数Kv	6.9	11	20	30	48	75	120	190
额定行程L	8		10		14	20		25

外形尺寸：

供氮装置外形尺寸：

公称通径DN(mm)	25	32	40	50	65	80	100
L	160	180	200	230	290	310	350
A	308	308	308	308	394	394	394
H2	415	415	415	115	415	415	415
H1	60	75	80	85	95	105	120
H	720	730	730	750	790	840	890

泄氮装置外形尺寸：

公称通径DN(mm)	25	32	40	50	65	80	100
L	160	180	200	230	290	310	350
A	308	308	308	308	394	394	394
H1	60	75	80	85	95	105	120
H	380	400	420	430	550	560	570

氮封装置地面安装示意图：



五、储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例 应用场景

氮封系统广泛应用于：

储存闪点低于60℃的易燃液体的固定顶储罐。

储存易氧化、易聚合或对水分敏感的物料的储罐。

在精细化工、石油化工、制药、食品工业等领域。

储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例总结：

储罐氮封系统，是现代工业储运中一项集安全、环保、节能于一体的关键技术。它虽然隐藏在储罐之后，不为人所见，却日夜不停地执行着至关重要的守护任务。对于企业而言，投资和维护一套可靠的氮封系统，不仅是法规的强制要求，更是履行安全主体责任、实现降本增效的明智之举。





储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例安装、维护与调试


1、安装

（1） 检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏 与精度测试。

（2） 在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能 正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要 注意同轴度。

（3） 安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。 （4） 阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的 阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。

（5） 介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接 承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏， 阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。

（6） 为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀。

注意：根据现场安装经验，氮封阀在安装时，应先与管道过滤器连接。这样可以有效的避免管道吹扫遗 留下的固体颗粒卡坏阀门内部件，而影响正常使用。见下图过滤器直接连接于供氮阀

（7） 罐顶安装时，若不具备安装支撑封系统装置重量条件的情况下，可不设计或少设计安装 截止阀等辅助型开关阀门。以减轻罐顶安装重量。（若安装条件允许或必须设有应急措施 的工况，请务必按国家标准管路设计安装施工）氮封系统装置罐顶装示意图，见下图

罐顶安装方式示意图

（8） 地面安装，在不考虑承重的地面安装方式中，可将管路设计的更标准化。旁通可在氮封系统 装置故障时，人工应急操作使用。关闭带指挥器自力式调节阀前后截止阀可方便返厂维修及 更换。地面安装方式示意图，见以下

（9） 内衬式氮封系统装置安装，内衬氮封阀属微压式压力调节阀，阀前压力一般控制在 30KPa 左 右，所以主管道应设计一级减压阀（带指挥器自力式调节阀），一级减压阀不属于微压调节 阀，控制压力一般远大于罐内压力，不存在罐内压力倒流现象，故无需阀腔衬氟。以一主多 分的管道布局形式连接各处内衬式氮封系统装置。内衬式氮封系统装置安装方式示意图，见以下

内衬式氮封系统装置安装方式示意图



2、储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例 维护：

（1） 清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了 解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2） 阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与 推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

（3） 阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重 必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4） 阀杆：表面损坏，必须换新。

（5） 压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6） 易损零件：填料、密封垫片与 O 型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预 示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期 一般最多 2～3 年。

（7） 阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出 厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。




3、 储罐内部惰性氮气氮封系统操作应用案例调试

所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手 调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力 表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值。