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精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案

傳統的氮封系統需要在每個使用點采用氮封閥、泄氮閥和安全閥，投資 成本高昂，且該系統無法保證在氮氣使用高峰時各使用點的緩沖時間，因而該 系統的應用范圍受到極大約束。本文介紹了一種新開發的微正壓氮氣保護裝 置，該裝置采用模塊化設計，將氮氣高壓部分置于密閉殼體中，且增加氧含量 監測措施，減少了高壓氮氣的使用點及其泄漏的可能性，并在氮封管道系統末 端設置壓力監測裝置，根據系統壓力自動補充氮氣。這滿足了氮氣使用高峰時 各點的氮氣用量，減少了低壓氮封閥的使用數量，大大降低了成本，克服了傳 統氮封系統裝置存在的缺點。

（GB 51283-2020）規定，當采用固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲存甲B、乙A類液體時，應采用氮氣或惰性氣體密封措施。如常見的甲醇、甲苯等甲B類物質；再如可燃液體二硫化碳，自燃點、沸點及閃點均較低，具有的揮發性、易燃性和爆炸性，采用固定頂罐水封加氮封儲存比采用單純的內浮頂罐儲存更安全可靠。

精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案

目前，在精細化工行業和制藥行業，生產過程中將使用并儲存大量可燃、易燃、易爆、易揮發有機溶劑，由于密閉儲存空間存在空氣，經常達到爆 炸極限，若出現火花，會引發著火甚至爆炸，從而導致人員傷亡、財產損失和 環境污染，甚至還會造成社會影響。另外，精細化工行業和制藥行業生產過程 中還涉及與外界空氣接觸而變質或與空氣發生化學和（或）生物反應的物質。 因此，需要針對此類生產特點，設計一套安全、經濟、可行的氮封系統，從而 避免物質泄露造成的人員傷害、財產損失、環境污染和產品污染。

　防止儲罐等容器出現過壓或負壓方法是在容器頂部設置開口。在這種情況下，在向容器內注入產品時，任何的多余空氣或氣體可自由離開容器；相反當產品排出時，空氣可流入容器內。此類系統還可因溫度波動而使容器出現“透氣"現象，這通常會導致體積發生巨大變化。

　　然而出于多種原因，此方法并不適用于所有產品。進入儲罐內的空氣可能會污染產品，尤其是當儲罐中存儲的是有機溶液與碳氫物時，爆炸性氣體/空氣會在產品上方形成。此外，還有可能發生不良氣體與蒸氣的釋放。由于必須避免這些情況，因此需要將儲罐密封。然而，需要將儲罐存放在常壓條件下，從而避免在對其灌裝或溫度升高時出現過壓，更為重要的是避免在排放產品時出現真空。大型儲罐尤其無法承受低壓。

　　氮封系統可確保儲罐頂部空間處于惰性空氣保護與常壓控制之下。實現這一結果的方法之一是連續充入氮氣，這是一種相對簡單且安全的解決方案。但由于其不斷消耗氮氣，因此操作成本很高。

精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案

　　較為*做法是基于壓力的氮封工藝。一般來說，此類氮封系統由下列組件構成：

　　•一只在任何時候需要時允許惰性氣體進入儲罐的氮封閥或調節器；

　　•一只允許頂部空間氣體流出儲罐的泄氮閥、通風裝置閥或蒸氣回收閥。

　　•一只用于防止儲罐出現過壓或真空的安全壓力/真空泄放閥（后者可導致儲罐內爆，這種風險會隨著儲罐尺寸的增大而提高）

　　•連接管與惰性氣體氣源

精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案

　　在該應用當中，通氣閥會在頂部空間體積變小時打開，從而將頂部空間氣體排出儲罐。當將產品泵抽出儲罐或者溫度下降時，覆蓋調節器將會打開，并向儲罐頂部空間充氮，避免壓力不足。保持恒定表壓可確保空氣以及氧氣不會進入儲罐。溫度與天氣條件的變化意味著儲罐需要連續通氣。

氮封系統是利用氮氣在封閉的儲罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置， 設置氮封系統具有以下重要意義。

第一，提高生產的安全性。易燃、易爆液體儲罐采用氮氣密封后，儲罐 內氣體空間充滿易燃、易爆蒸汽和氮氣的混合氣體，這樣可以防止儲罐內蒸汽 達到爆炸極限，遇靜電放電或其他火源發生爆炸，提高了企業生產的安全性。

第二，氮封系統的采用，降低了儲罐內易揮發有機溶劑的損耗，提高了企業的經濟效益。

第三，保證產品質量，氮封系統向罐內補充潔凈的氮氣，避免儲罐內呼入空 氣，從而可以防止易被空氣氧化的物料氧化，防止易吸收空氣中水分或與水發生反 應的物料被污染變質。

第四，氮封系統的采用可以防止易燃、易爆、有毒、有害氣體溢出，保護了環 境。

第五，當罐內儲存的物料被泵抽出和（或）由于外界溫度降低，使儲罐內氣體 冷凝或收縮時，氮氣保護系統自動補入氮氣，阻止外界氣體進入，避免罐內形成真 空；當向儲罐內送料和（或）由于外界溫度升高，使儲罐內氣體氣化而使儲罐內壓 力高于氮封壓力時，儲罐內氣體可通過泄壓閥自動排入大氣，避免罐內憋壓。

一 精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案傳統的氮封系統裝置

如圖1所示，傳統的氮封系統裝置由供氮裝置和泄氮裝置兩部分組成。供氮裝 置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內反饋微壓調節閥組成。

當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力 升高，當罐內壓力升至高于泄氮裝置壓力設定值時，液氮裝置打開，向外界釋放氮 氣，使罐內壓力下降，降至泄氮裝置壓力設定點時，泄氮裝置自動關閉。

當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降 低，供氮裝置開啟，向儲罐注入氮氣，使罐內壓力上升，當罐內壓力上升至供氮裝 置設定點時，供氮裝置自動關閉。

傳統的氮封系統存在以下弊端：一是需要將高壓氮氣（通常為0.4MPa～0.8MPa）引至每個使用點，這樣增加了高壓氮氣泄漏的幾率，易導致人員窒息事故的 發生，因此，需在每個使用點設置氮氣含量 檢測，增加了投資；二是由于充氮保護容器 大多屬于常壓容器，為避免容器超壓破裂導 致易燃、易爆液體外泄，需要在每個使用點 設置安全閥或爆破片，增加了定期檢測、日 常維護以及前期投入；三是該系統無法保證 在氮氣使用高峰時各使用點的緩沖時間； 四是該系統在每個使用點采用氮封閥及泄氮 閥，投資成本高昂。故該系統應用范圍受到 極大約束。

采用氮封的儲罐，一般為常壓罐或低壓罐，因此，防止儲罐氮氣超壓是一個重要問題。在化工標準《氣封的設置》（HG/T 20570.16-1995）中，給出了氮氣供氣量的計算方式，“儲罐氣封裝置的供氣量應大于或等于由于泵抽出儲罐內儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產生的儲罐內氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和"。規范中計算的補氣量只是一個經驗值，工作中還需結合實際，計算出更符合需求的數值，以此來確定氮氣管線管徑和氮封閥型號。建議專業技術力量不足的企業，委托設計單位計算合理的補氣量，既能保證氮封要求也不會造成浪費。

《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007-2014）規定，采用氮氣保護的儲罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa；其他設置有呼吸閥的儲罐，其操作壓力宜為1Kpa～1.5KPa。為防止儲罐超壓，除計算符合實際的補氣量外，還應采取其他措施。

（1）罐頂安裝就地壓力表，并設置壓力遠傳功能至DCS或PLC控制系統，設定高、低壓報警功能，及時檢測壓力變化情況。

（2）設置雙呼吸閥防止呼吸閥故障。但對于粘度較大、易發生結晶的介質，容易造成呼吸閥堵塞，建議采取其他措施，并對補氣管線、排氣管線進行伴熱處理，降低物料粘結和結晶對閥門和管線的影響，提高安全系數。

（3）設置緊急泄放人孔，事故時打開保護儲罐。根據《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SHT 3007-2014）的規定：事故泄壓設備的開啟壓力應大于呼吸閥的排氣壓力，并應小于或等于儲罐的設計正壓力；事故泄壓設備的吸氣壓力應小于呼吸閥的進氣壓力，并應大于或等于儲罐的設計負壓力；事故泄壓設備應滿足氮氣管道系統和呼吸閥出現故障時保障儲罐安全通氣的需要；事故泄壓設備宜選用公稱直徑不小于500mm的呼吸人孔。如儲罐設置有備用呼吸閥，事故泄壓設備也可選用公稱直徑不小于500mm的緊急放空人孔蓋。

精細化工儲罐微正壓氮封系統優化改進方案

為克服傳統氮封系統裝置存在的缺點， 筆者開發了一種微正壓氮氣保護裝置。該裝 置適用于可燃、易燃、易爆、易揮發物質和揮發性較強的有毒、有害、有腐蝕性物質的 使用、儲存、運輸，且較傳統氮封系統更加 安全可靠，并大大降低了成本。

設計或維護不當的氮封系統有可能導致嚴重事故發生。如果說所有的氮封系統均會出現這樣或那樣的泄漏則并不言過。由于其結構復雜，帶有活動組件、包裝與密封件的閥門容易發生故障。出現故障的壓力變送器會記錄錯誤的頂部空間壓力，從而導致氮氣消耗過高。當氮封閥無法充分打開時，氮氣的流入量將會變得過低，從而導致頂部空間壓力下降，進而造成儲罐內爆或者空氣泄漏至儲罐當中。如前所述，這些情況會對產品質量產生影響，根據存儲產品的不同，還會大大提高發生爆炸的風險。