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精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)儲罐檢修也逐漸專業(yè)化，這些變化都使得儲運(yùn)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(qiáng)。這項(xiàng)建議特別關(guān)注于VOCs治理及安全附件的風(fēng)險(xiǎn)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?dú)獾墓に嚕ǔＳ糜诒Ｗo(hù)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(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?dú)鈦韺?shí)現(xiàn)儲罐內(nèi)部氣相空間維持在一個(gè)惰性氣體密封的環(huán)境，隔絕空氣或氧氣的進(jìn)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(gè)非爆炸性的氣體混合物，從而實(shí)現(xiàn)本質(zhì)防爆的目的。

  二、通過注入氮?dú)鈦硖岣邇迌?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(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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

（1）《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)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(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封。

（2）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)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?dú)獗Ｗo(hù)。

（3）《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50074-2014 ：

6.1.2 儲存沸點(diǎn)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(shí)(無論是內(nèi)浮頂還是固定頂)應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。

6.1.3 儲存沸點(diǎn)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?dú)饷芊獗Ｗo(hù)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(hù)系統(tǒng)。

     從以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的條款要求中，可知對儲罐設(shè)置氮封的強(qiáng)制性要求中，精細(xì)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(shí)采用了易熔材料的浮盤，三個(gè)限定條件同時(shí)滿足才需要加氮封）。

01精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiǎn)。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(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xì)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(xiǎn)的工藝系統(tǒng)宜采取氮?dú)獗Ｗo(hù)措施；當(dāng)采用易熔材料制作浮盤時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；采用固定頂罐或低壓罐時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w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?dú)獗Ｗo(hù)；內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時(shí),應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)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(hù)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?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng),并應(yīng)控制儲存溫度低于液體閃點(diǎn)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?dú)鈿夥獾募譈、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?dú)狻z修后因疏忽未及時(shí)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?dú)夤芫€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?dú)夤芫W(wǎng)壓力低時(shí)，儲罐壓力高的可燃、有毒氣體倒回氮?dú)夤芫W(wǎng)，出現(xiàn)其他次生事故。大檢修、氮?dú)庥昧客蝗辉龃髸r(shí)，有毒、可燃?xì)怏w倒灌到氮?dú)夤芫W(wǎng)事故屢見不鮮。

5.氮?dú)夤芫€入口和呼吸閥排放口過近。氮?dú)馊肟诤团欧趴谂R近，導(dǎo)致氮?dú)庾叨搪分苯优欧牛_(dá)不到設(shè)置氮?dú)饷芊獾哪康模獬闪恕把诙I鈴"。

6.氮封壓力不足。采用氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)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(shí)，存在儲罐抽癟的風(fēng)險(xiǎn)。壓力過高，不但氮?dú)饫速M(fèi)，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(shí)際氮?dú)鈮毫Α?/p>

7.還要定期對氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥、壓力表等定期維護(hù)，氮?dú)夤芫€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(shí)確保氮封設(shè)置良好。定期檢測氮?dú)饧兌群吐饵c(diǎn)，保證氮?dú)馄焚|(zhì)合格。

▍ 精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行效率以及確保排放達(dá)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(dá)標(biāo)，容易導(dǎo)致火災(zāi)事故。例如，2014年揚(yáng)子石化酸性水罐的事故就凸顯了阻火器在防護(hù)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(qiáng)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(yàn)技術(shù)要求，提升檢測和評估能力，并對關(guān)鍵附件進(jìn)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(dá)到水平。例如，對于非強(qiáng)制要求進(jìn)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(jìn)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(jì)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(qiáng)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(jì)可降低成本并減少腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

02精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案安全運(yùn)行保障措施

▍ 安全附件的定期校驗(yàn)與維護(hù)

氮封系統(tǒng)必須經(jīng)過專業(yè)設(shè)計(jì)，確保其正常運(yùn)行，而儲罐安全附件如呼吸閥、氮封閥等需定期校驗(yàn)，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(jìn)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(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案標(biāo)準(zhǔn)制修訂與檢測檢驗(yàn)

▍ 完善標(biāo)準(zhǔn)體系

結(jié)合技術(shù)和優(yōu)秀實(shí)踐，進(jìn)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(yàn)與認(rèn)證

依托大型檢測檢驗(yàn)平臺進(jìn)行定期檢測與認(rèn)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(yùn)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(dá)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(dá)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(yùn)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(dòng)力源。自動(dòng)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。現(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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時(shí)可在運(yùn)行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。

二、精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)
4、節(jié)流閥
5、減壓閥
6、指揮器閥芯
7、檢測機(jī)構(gòu)
8、預(yù)設(shè)彈簧
9、指揮器 

三、精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案制造標(biāo)準(zhǔn)：
設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 17213.1
結(jié)構(gòu)長度：GB/T 12221
試驗(yàn)與檢驗(yàn)：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(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案技術(shù)參數(shù)：

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

3、精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案氮?dú)庠醇暗獨(dú)鉂舛纫?/strong>

氮?dú)夤?yīng)：

    通常采用制氮機(jī)、液氮儲罐或氮?dú)馄康葹榈庀到y(tǒng)提供高純度氮?dú)狻?/p>

氮封系統(tǒng)氮?dú)鉂舛纫?/strong>：

      相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未找到關(guān)于氮封系統(tǒng)氮?dú)鉂舛鹊木唧w參數(shù)要求。氮封的目的是將可燃?xì)怏w的濃度惰化到遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?xì)怏w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?dú)庵械臉O限氧濃度為10.1%，理論上只要保證氮?dú)鉂舛却笥冢?-10.1%）89.9%即可。另根據(jù)工業(yè)氮?dú)饧兌纫鬄?9.2%以上，用作保護(hù)氣體的純氮純度是99.99%，實(shí)際生產(chǎn)中通常采用99.2%濃度以上的氮?dú)庠础?/p>

4、精細(xì)化工罐儲需要設(shè)置氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時(shí)，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(shí)，泄氮閥打開，向外界釋放氮?dú)猓构迌?nèi)壓力下降，降至泄氮閥關(guān)閉壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉。

   當(dāng)儲罐出液閥開啟，開始放料時(shí)，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?dú)猓构迌?nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)閉。

注意：氮封系統(tǒng)氮?dú)馊肟诠芫€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(jìn)液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時(shí)，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(shí)，單呼閥打開，向外界釋放氮?dú)猓构迌?nèi)壓力下降，降至單呼閥壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉。

    當(dāng)儲罐出液閥開啟，開始放料時(shí)，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?dú)猓构迌?nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)，自動(dòng)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(dòng)，避免儲罐運(yùn)行時(shí)呼吸閥頻繁動(dòng)作，減少呼吸閥故障率。

（3）氮封管線布置：

     氮?dú)夤芫€的入罐位置應(yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm。《管道儀表流程圖設(shè)計(jì)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?dú)夤芫€上，外取壓管線的取源點(diǎn)宜設(shè)在罐頂，以便檢測罐內(nèi)的真實(shí)壓力。《石油化工罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)，供氮閥開啟向罐內(nèi)充氮；當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到0.5kap時(shí)，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?dú)夤饬坑?jì)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(bǔ)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(bǔ)充的氣量之和。

     泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需補(bǔ)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(bǔ)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。