储罐如何要求氮封系统的设置

一、储罐如何要求氮封系统的设置 储罐为什么要氮封？

储罐氮封其实是一种向储存容器与反应器的顶部空间填充惰性化气体的工艺，通常用于保护内部成分因氧气存在而发生氧化、腐蚀、聚合、降解、形成爆炸性混合物等现象。

例如《石油化工企业设计防火标准（2018年版）5.7.6 规定：生产或储存不稳定的烯烃、二烯烃等物质时应采取防止生成过氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等在有空气、氧气或其他催化剂的存在下能产生有分解爆炸危险的聚合过氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不稳定的化合物，在有空气或氧气的存在下，储存时间过长，易自聚放出热量，造成超压而爆破设备。丁二烯在生产、储存过程中，为防止生成过氧化物而采取的措施：严禁与空气、氧化氮和含氧的氮气长时间接触，一般控制丁二烯气相中含氧量小于0.3%。

氮封系统通常被设计成可在高于大气压力的条件下运行，这样可防止外部空气进入容器当中。由于许多工艺与应用不希望存在空气中的氧气与湿气，因此从石油化工、食品、饮料、制药与纯净水制造等，许多行业采用氮封工艺。 从长期角度来看，储罐在“呼吸”过程中产生的油气损耗和氮气损耗，以及油气收集系统和处理系统所需设备投入和运行维护费用，这些经济负担往往超过了初始阶段提升储罐及其安全附件环保安全所需的一次性投入。接下来，我们将深入探讨这一问题。氮封系统在罐区中扮演着至关重要的角色， 主要由氮封阀、呼吸阀（含阻火器）、泄氮阀以及紧急泄放装置（如泄压阀、泄压人孔）等部分组成。

氮封系统，这一关键设备，由多个重要组件构成，包括 氮封阀、呼吸阀、泄氮阀、紧急泄放装置等。这些组件的协同工作，共同构成了氮封系统在罐区中的安全保障体系。

在储罐出液过程中，随着出液阀的开启，罐内液面逐渐下降。这一变化导致气相部分容积增大，使得罐内压力降低。此时， 氮封阀会自感应开启，向储罐内注入氮气，以维持罐内氮气压力的稳定。当罐内压力回升至氮封阀的预设压力时，氮封阀便会自动关闭，形成一个完整的循环。

当储罐进液时，进液阀的开启会使液面上升。随着液面上升，气相部分容积相应减小，这导致罐内压力升高。 一旦压力超过泄氮阀的设定值，泄氮阀便会启动，开始向外界释放氮气，以降低罐内压力。当压力降至泄氮阀的预设值时，泄氮阀即自动关闭，确保系统平衡。

此外，呼吸阀在氮封阀和泄氮阀失灵时，会发挥其保护作用。而 紧急泄放装置，如卸压阀和泄放人孔，则是在发生火灾等紧急情况时启动，通过向罐外呼出气体，来避免储罐因超压而受损。这些组件的工作机制在氮封系统中发挥着不同的协同保护作用。

022.储罐如何要求氮封系统的设置氮封系统的压力调控

氮封系统的一个重要特征是其能够通过自动调节氮气的注入和释放来实现压力的稳定化，从而确保储罐的安全运行。

在储罐出液或进液的过程中，氮封系统会通过自动调节氮气的注入和释放来维持罐内的压力稳定。这种精确的压力调控机制能够有效防止因压力波动而可能引发的风险。

根据相关规范和标准，氮封阀的压力设定点应当设定为储罐的正常操作压力。所选择的压力设定值可调范围应确保设定点位于该范围的中间位置，以保证系统的 压力稳定和安全运行。按照行业规范《石油化工罐区自动化系统设计规范》(SH/T3184-2017)，氮封阀的压力设定值可调范围的选择尤为重要。此外，根据《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3007-2014)，可燃液体储罐采用氮气密封保护时，其操作压力应控制在0.2kPa至0.5kPa的范围内。同时，呼吸阀的排气压力需小于储罐的设计正压力，而进气压力则应高于设计负压力。事故泄压设备的开启压力应高于呼吸阀的排气压力，并且不超过储罐的设计正压力。

▲ 内浮顶储罐附件现状

目前，内浮顶（拱顶）储罐的附件在环保方面存在明显不足，难以满足日益严格的环保要求。这主要表现在附件的环保水平较低，需要采取有效措施进行改进。

▲ 呼吸阀与浮盘密闭性

呼吸阀和浮盘的密封性对于减少油品损耗、提升氮封系统运行效率以及确保无组织排放达标具有重要意义。然而，当前氮封系统面临压力控制范围狭窄的问题，各压力控制阀（如呼吸阀、单呼阀、氮封阀）的控制压力容易产生交集，这可能导致氮封系统失效。此外，《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）的实施提出了更为严格的要求，规定氮封储罐的呼吸阀和无氮封储罐的罐顶通气孔位置的油气浓度不得超过5000μmol/mol（重点地区为2000μmol/mol，中石化要求为4000μmol/mol）。鉴于氮封储罐内油气浓度通常较高，若呼吸阀的密闭性不达标，将无法满足这一排放标准。

▲ 阻火器的安全作用

阻火器是储罐气相连通支线管道和罐顶通气孔上的关键设备，其性能是否达标直接关系到储罐的安全运行。有4起因阻火器问题引发的储罐事故，例如2014年6·9扬子石化酸性水罐硫化亚铁自燃事故，事故储罐连通管线上未设阻火器，导致罐区群罐火灾。此外，还有3起事故因罐顶通气孔未设阻火器或阻火器失效，由雷击引燃罐内可燃气所致。为了防止连通的罐区发生群罐火灾，阻爆轰阻火器必须经过ISO16852国际标准和GB/T13347规定的严格测试，并出具第三方型式试验文件确认。同时，其阻力降不应超过0.3kpa。然而，目前我国对呼吸阀的泄漏量要求仅为0.4m³/h，远高于API2000标准的0.014m³/h或某些国家的0.0017m³/h。

二、储罐如何要求氮封系统的设置 规范是如何要求氮封系统的设置？

1.《气封的设置》HG/T 20570.16-19952.《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2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；

6.2.2条文解释：对于有特殊要求的甲、乙液体物料，如苯乙烯、加氢原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液体物料，选用固定顶储罐或卧式储罐加氮封储存也是可行的；

6.2.4A条款：储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

6.2.4条文解释：采用固定顶罐或低压储罐储存甲类液体时，为了防止油气大量挥发和改善储罐的安全状况，应采取减少日晒升温的措施。其措施主要包括固定式冷却水喷淋（雾）系统、气体放空或气体冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔热涂料等。

3.《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）

从上面几个规范来看，对各种储罐储存何种物料、蒸汽压力、温度情况下设置氮封有了明确的要求，甚至氮封操作压力也有具体数据。但是没有找到对氮气浓度要求的具体参数要求。

三、储罐如何要求氮封系统的设置氮气浓度如何设置？

化工储罐氮封，更多考虑的是防爆，将可燃气体的浓度惰化到远远低于爆炸浓度下限。根据这个原则，我们可以参考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附录A的内容，理论上可以根据各种可燃气体介质的极限氧浓度来选择我们氮封的浓度值，例如二硫化碳介质，极限爆炸氧浓度为3.0%，那么我们只需要保证氮气的纯度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的浓度即可。

港口储运对这方面的研究比较多：
自力式氮封阀装置调节阀，供氮阀，泄氮阀，以阀后压力为动力源，引入阀后压力到指挥器膜片上以控制指挥器阀芯位置，改变流经指挥器阀芯的介质压力和流量，使阀门后端压力保持恒定的调节阀。进口自力式氮封阀压力设定在指挥器上的弹簧上实现，拧紧压缩弹簧阀后压力变大，反之则变小，操作简单因而存在方便、便捷、比一般的直接取压自力式压力调节阀精度要高;一般用于储罐氮封系统;调节和稳定储罐的氮气压力，控制精度极其灵敏，控制精度阀后能达到0.0001MPa (100pa，0.1kp)运行过程中压力可以连续调节,特别适合是控制微压场合的工况。 氮封阀无需外加能源，利用被调介质自身能量为动力源，自动控制阀门介质流量，使阀后压力保持恒定的压力稳定装置。现已广泛用于连续送气的天然气采输，城市煤气以及冶金、石油、化工等工业生产部门。该阀控制精度高，比一般直接操作型调压阀高一倍左右。减压比大，反应灵敏，极小的压力或极小的压力变化都可以感知出来，对同一台阀而言，调节范围比普通自力式调节阀广，压力设定在指挥器上实现，因而方便、快捷、省力省时可在运行状态下连续设定。

▲ 储罐如何要求氮封系统的设置建议与意见

▲ 环保设计与氮封系统

对于非强制要求做油气密闭处理的在役储罐，建议采用“高效内浮盘技术+高效密封技术”的组合，以提升储罐的本质安全水平，并确保罐顶VOCs排放值不超过2000μmol/mol。针对需做油气密闭处理的在役储罐，推荐选用低超压10%呼吸阀和阻爆轰型阻火器。由于氮封储罐的密闭性，不论采用何种内浮盘技术，都可能受到浮盘泄漏和罐壁挂油的影响，导致罐内气相空间油气浓度值超标。因此，对于这类储罐，应特别关注氮封系统的密闭性、罐内氧含量的控制以及群罐火灾的预防。

提升氮封系统密闭性的关键在于精确控制呼吸阀的泄漏量。低超压10%呼吸阀能在较窄的压力控制范围内发挥作用，有效避免储罐在微正压状态下持续泄漏，同时减少油气和氮气的泄漏损耗，并满足无组织排放要求。此外，还建议采用以下氮封储罐压力控制系统控制指标来优化性能：

a) 在设计阶段，应由专业设计院对不同介质存储方案的投入与产出进行细致核算，以确保长期运行的经济性和环保安全性。

b) 为验证相关技术的实用性，建议选取若干具有代表性的危险化学品储罐进行试点应用，以便为大规模推广提供经验。

一、选择安装位置

1.1 确定用途：首先需要确定贮罐氮封装装置的用途，如存储粮食、化学品、药品、生物制品等。

1.2 环境条件：贮罐氮封装装置的安装位置应满足以下条件：室温控制在0-40℃之间，对外部气体的污染不大，通风情况良好，不受阳光直射、雨淋、水泡、寒冷等影响。

1.3 地面条件：贮罐氮封装装置的安装位置需要平整、干燥、无裂缝、无洪水、无浸渍、无漏水等情况。

二、接口连接方法

2.1 检查贮罐接口：在安装贮罐氮封装装置前，应检查贮罐接口的形状、尺寸和材质，确定与设备接口匹配。

2.2 防爆阀接口连接：在连接防爆阀时须接头两端必须带有弹性密封圈。连接过程中不得弯曲扭曲，阀盖连接不得露锋，尤其是勿将法兰垫片用于压扁连接处。

2.3 液位计及低液位保护接口连接：液位计及低液位保护的连接必须牢固。

三、安装步骤

3.1 安装贮罐氮封装装置前，应检查设备的各部件是否完好，无损坏、脱落、锈蚀、变形等情况。

3.2 组装前应清理各部位和管路内部残余物质，特别是禁止使用含油脂的清洗液，以免影响氮气质量。

3.3 组装过程中应将电缆、传感器线等全部拧紧，连接好气路及电路。

3.4 连接氮源，开启气源，并打开气路球阀，观察电子流量计、压差仪、氮气气压表等显示指示器的状态，确保氮气正常输出。

3.5 连接接收设备，启动贮罐氮封装装置，进行试运行，调整完毕后进行正式生产。

【结语】

本文针对贮罐氮封装装置的安装，从选择安装位置、接口连接方法、安装步骤等方面进行了详细介绍。用户在使用该设备时，应按照本文所述步骤进行正确的安装和使用，以保障设备的正常运行和提高生产效率。