儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化

氮封或其他惰性氣體保護系統(tǒng)可有效防止儲罐發(fā)生火災爆炸事故。從近幾年對各類企業(yè)隱患排查的情況來看，部分企業(yè)尤其是精細化工企業(yè)在儲罐氮封系統(tǒng)設置和管理上存在一些問題。是一種無須外來能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定閥后壓力為設定值的節(jié)能型壓力調(diào)節(jié)閥。該閥壓力設定在指揮器上實現(xiàn)，方便、快捷，壓力設定值在運行中也可隨意調(diào)整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合。它廣泛應用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業(yè)部門中用作生產(chǎn)過程的自動調(diào)節(jié)。

一、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化存在的常見問題

一是應采用氮封的儲罐未設置氮封系統(tǒng)。

二是后期增加的氮封系統(tǒng)未經(jīng)正規(guī)設計，系統(tǒng)不能正常使用。

三是氮封系統(tǒng)壓力得不到有效管控。如進儲罐前的氮氣管線未設置自力式調(diào)節(jié)閥、無壓力表或壓力表選型過大，僅靠手動閥門控制進氣量，無法監(jiān)控氮封壓力；氮封氣源未采用壓力分程控制，或自力式調(diào)節(jié)閥選型不合理，造成氮封壓力過高、過低，氮封系統(tǒng)不能正常使用；氮氣管線或儲罐上未設置壓力遠傳、報警，壓力得不到有效控制。

四是氮氣管線上的安全設施不足，如氮氣管線上未設置止回閥。

五是儲罐頂部未設置緊急泄放人孔(或緊急泄放閥)等保護措施。

六是因氮封壓力不穩(wěn)定或為了節(jié)約成本，將氮氣管線閥門關(guān)閉，氮封系統(tǒng)未投用等。
 

二、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化哪些儲罐需要設置氮氣保護系統(tǒng)

對于氮封系統(tǒng)的設置，我們來看看國家標準到底是如何要求的？

國家標準《石油化工企業(yè)設計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》（GB 51283-2020）、《石油庫設計規(guī)范》 （GB 50074-2014）均對儲罐氮封系統(tǒng)的設置有明確要求。

《石油化工企業(yè)設計防火標準（2018年版）》（GB50160-2008）規(guī)定，當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，應設置氮氣保護等安全措施；儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設置氮氣保護。

《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》（GB 51283-2020）規(guī)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(zhì)；再如可燃液體二硫化碳，自燃點、沸點及閃點均較低，具有極強的揮發(fā)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(nèi)浮頂罐儲存更安全可靠。

《石油庫設計規(guī)范》（GB 50074-2014）規(guī)定，當選用內(nèi)浮頂儲罐、固定頂儲罐儲存沸點低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時，應設置氮氣密封保護系統(tǒng)。當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的臥式儲罐儲存沸點不低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體化工品和輕石腦油時，應設置氮氣密封保護系統(tǒng)。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應設置氮封保護系統(tǒng)。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲存需要，不適宜采用內(nèi)浮頂儲罐，可選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于50m3的臥式儲罐，但應采取氮封等安全保護措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應設置氮封系統(tǒng)，防止空氣進入儲罐。

儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原理

ZZYVP型指揮器操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥是由指揮器、調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機構(gòu)和閥后接管四部分組成。（見圖一）

工作原理：介質(zhì)以所示箭頭方向進入閥體，一路經(jīng)過濾減壓器減壓后的壓力被引入指揮器；另一路通過閥芯、閥座，節(jié)流后的壓力流向閥后，并通過導壓管引入指揮器執(zhí)行機構(gòu)。當閥后壓力高于設定壓力時，其壓力作用在指揮器薄膜有效面上產(chǎn)生一個推力帶動指揮器閥芯關(guān)閉，切斷引入主閥執(zhí)行機構(gòu)膜室中的壓力，使主閥閥芯關(guān)閉，閥后壓力隨之降低。當閥后壓力低于設定值時，由于指揮器主彈簧的反作用力打開指揮器閥芯，閥前壓力又被引入主閥執(zhí)行機構(gòu)膜室產(chǎn)生推力，使主閥閥芯打開，閥后壓力隨之升高。如此往復，保持閥后壓力為設定值。

三、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化如何設置氮封系統(tǒng)

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(nèi)儲存的液體所需的補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充的氣量之和”。規(guī)范中計算的補氣量只是一個經(jīng)驗值，工作中還需結(jié)合實際，計算出更符合需求的數(shù)值，以此來確定氮氣管線管徑和氮封閥型號。建議技術(shù)力量不足的企業(yè)，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(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）規(guī)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。

（一）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(tǒng)，設定高、低壓報警功能，及時檢測壓力變化情況。

（二）設置雙呼吸閥防止呼吸閥故障。

但對于粘度較大、易發(fā)生結(jié)晶的介質(zhì)，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(jié)和結(jié)晶對閥門和管線的影響，提高安全系數(shù)。

（三）設置緊急泄放人孔，事故時打開保護儲罐。

根據(jù)《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》（SHT 3007-2014）的規(guī)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(tǒng)和呼吸閥出現(xiàn)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。

三、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化主要參數(shù)、性能指標與材料

1、主要參數(shù)及主要性能指標見表一                                        表一

2、壓力調(diào)節(jié)范圍見表二                                                   表二

3、主要零件材料見表三                                                   表三

 









4、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化外形尺寸見表四、圖二       表四   單位：mm

注： 1）標準法蘭連接形式PN16為凸面，連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84，鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94，閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶指定標準制造，如：ANSI，JIS，DIN等標準。

    2）接管根據(jù)用戶需要配置

5、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化產(chǎn)品重量見表五                表五   單位：Kg

四、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化如何管理氮封系統(tǒng)

為了保證氮封系統(tǒng)有效運行，除了正確設置，企業(yè)還需做好以下管理工作：

一是在操作規(guī)程中完善氮封系統(tǒng)的操作步驟和安全要求，明確壓力控制范圍和報警值、偏離正常工況的后果、防止和糾正偏離正常工況的方法及步驟等，并對相關(guān)崗位人員進行培訓。

二是監(jiān)控控制系統(tǒng)中的儲罐壓力，規(guī)范設置報警值，監(jiān)控報警信息，分析報警原因并采取改進措施；加強日常巡檢，將氮封系統(tǒng)壓力表、調(diào)節(jié)閥等運行狀態(tài)列入到巡檢要求中，發(fā)現(xiàn)問題及時處置。

三是將氮封系統(tǒng)的檢查納入罐區(qū)隱患排查中，構(gòu)成重大危險源的企業(yè)，將氮封系統(tǒng)的檢查納入到操作負責人包保責任的履職檢查表中，通過隱患排查治理，確保系統(tǒng)有效投用。

四是定期對呼吸閥、壓力表等進行檢查和檢驗。確保呼吸閥的外觀無異常銹蝕、泄漏和雜物堵塞，開啟壓力、通氣量和泄漏量滿足設計要求，保證泄壓設施的完好。

四、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化安裝、維護與調(diào)試

1、安裝（見圖三）

（1） 檢查整機零件是否缺損與松動，對使用有害人體健康的介質(zhì)，必須進行強度、密封、泄漏與精度測試。

（2） 在安裝前，對管道進行清洗（否則由于焊渣等管道垃圾，損壞閥芯密封面，導致閥門不能正常工作），閥門入口處要有足夠的直管段，并配有過濾器。閥體與管道的法蘭連接，要注意同軸度。

（3） 安裝場地應考慮到人員與設備的安全，即便于操作，又有利于拆裝與維修。

（4） 閥門應正立垂直安裝在水平管道上，導壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的閥后管道上。閥自重較大與有振動的場合，要用支撐架，盡量避免水平安裝。

（5） 介質(zhì)流動方向應與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表，其中指揮器膜片直接承受介質(zhì)壓力，若閥門反裝或管道有反沖壓力，則指揮器膜片由于受壓過高導致膜片損壞，閥門不能工作。閥門應在環(huán)境溫度-25～+55℃場所使用。

（6） 為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時，仍能連續(xù)生產(chǎn)，應設置旁路閥（見圖三）。

1、儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化 維護：

（1） 清洗閥門：對清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對清洗有害健康的介質(zhì)，首先要了解其性質(zhì)，在選用相應的清洗辦法。

（2） 閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時應使用專用工具。

（3） 閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。

（4） 閥桿：表面損壞，必須換新。

（5） 壓縮彈簧：如有裂紋等影響強度的缺陷，必須換新。

（6） 易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時，全部換新。膜片必須檢查是否有預示將來可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據(jù)檢驗結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般*多2～3年。

（7） 閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應按產(chǎn)品出廠測試項目與方法調(diào)試，并在這期間，可更準確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。

2、 儲罐氮封裝置氮氣保護系統(tǒng)設計優(yōu)化調(diào)試

所需要壓力值是通過對指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時針旋轉(zhuǎn)則壓力減小。安裝在壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調(diào)整后的壓力給定值。