儲罐氮封閥系統裝置設計方案

儲罐氮封閥系統裝置設計方案

在儲罐上設置氮封系統，維持罐內氣相空間壓力在1.2KPa左右，當氣相空間壓力高于1.4KPa時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.8KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣，保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性氣體。

儲罐氮封系統使用的氮氣純度不宜低于99.96%，氮氣壓力宜為0.5~0.6MPa。防止儲罐等容器出現過壓或負壓的簡單方法是在容器頂部設置開口;此種情況下，再向容器內注入產品時，任何的多余空氣或氣體可由離開容器；相反當產品排出時，空氣可流入容器內。但是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，易燃性氣體（或空氣）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。避免以上情況的發生，需要將儲罐密封；然而，儲罐中物料存放在常壓條件下，需要避免在對其灌裝或溫度升高時出現過壓，也需要避免在排放產品時出現真空，因此氣封系統的安裝顯的尤為必要。　　

氮封系統是基于壓力的氣封工藝，可確保儲罐頂部空間處于惰性氣體保護與微正壓控制之下。
　　儲罐氮封系統裝置(氮封閥泄氮閥呼吸閥)是一套自力式微壓力控制系統，主要用于保持容器頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容器內物料與空氣直接觸，防止物料揮發，被告氧化，以及容器的安全。氮封裝置特別適合用于各類大型儲罐的氣封保護系統。氮封裝置產品具有節能，動作靈敏，運行可靠，操作與維修方便等特點，氮封裝置廣泛應用于石油，化工等行業，產品特點無需外加能源，在無電無氣的場合工作。
　　當罐內壓力升高超過設定值時，供氮閥關閉，泄氮閥打開(罐頂未設呼吸閥，或呼吸閥故障打不開)，將罐內多余壓力泄放。在儲罐內壓力降低時，泄氮閥處于關閉狀態，供氮閥打開，向罐內注氮氣。供氮閥閥前壓力*好在2 .5Mpa 以下，現場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一只ZZYP 型自力式壓力調節閥將壓力減至1 Mpa 以下，以提高可靠性和使用效果。

儲罐氮封閥系統裝置設計方案特點：
　　氮封裝置的供(泄)氮壓力設定方便，可在連續生產的條件下進行。在設定壓力范圍內，如從100mm H20 需調整到50mm H20 ，可通過調節供氮閥頂部的調節螺絲，改變彈簧的力，即可達到需要新設定的工藝值。泄氮閥的調整也是同理。
　　呼吸閥設定值調整：在上述設定值調整好后，為避免呼吸閥啟閉頻繁，呼吸閥的設定值應大于泄壓設定置。
儲罐氮封閥系統裝置設計方案特點
　　氮封裝置無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源，引入壓力閥的指揮器以控制壓力閥芯位置，改變流經閥門介質流量，使閥門后端壓力保持恒定。氮封閥公稱壓力有1.0、1.6Mpa；壓力分段調節從0.5至1000Kpa,工作溫度0～100℃；法蘭標準按GB9113-88，凸面法蘭。結構長度按GB12221-89標準

二、儲罐氮封閥系統裝置設計方案工藝方案

以4臺輕質油內浮頂儲罐組成的罐組為例，設計方案如下：

1.內浮頂儲罐改造

1）封堵儲罐罐壁（頂）的通氣口。

2）核算罐頂呼吸閥是否滿足設置后的需求。呼吸閥的數量及規格按照《石油化工儲運系統罐區設計規范》SH/T3007-2007確定（見表一）。呼吸量除滿足儲罐的大、小呼吸外，還應考慮氮封閥不能關閉時的進氣量等因素。

3）在儲罐罐頂增加氮氣接入口和引壓口。為確保壓力取值的準確性，兩開口之間的距離不宜小于1m。

4）量油孔應加導向管，確保量油作業時不影響氮封壓力。

5）儲罐罐頂增加緊急泄壓人孔接口。
3、氮封閥引壓管取壓源點的位置對氮封閥測壓的影響

儲罐氮封閥系統裝置設計方案組件構成：
氮封裝置（氮封閥）常規情況是由供氮閥、泄氮閥和呼吸閥三大部份組成。當罐內壓力升高超過設定值時，供氮閥關閉，泄氮閥打開，將罐內多余壓力快速泄放。在儲罐內壓力降低時，泄氮閥處于關閉狀態，供氮閥打開，向罐內注入氮氣并保證儲罐處于微正壓的狀態。供氮閥氮氣源壓力保持在0.2~0.8MPa之間的一個固定值，現場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一臺自力式調壓閥將壓力減至0.8 Mpa以下，以提高可靠性和使用效果。
1）如果氮封閥的引壓管取壓源點在罐頂，測取的是罐頂壓力，則氮封閥安裝在罐頂與罐底對于氮封閥的控制沒有多少差別性，差別只在于測到的壓力與儲罐內壓力有個罐頂到罐底的氮氣引壓管道的靜壓差問題，這個靜壓差的影響可以通過零點壓力設定來消除的。這個引壓管的靜壓差Δp=ρgh，引壓管的氮氣密度隨溫度變化而變化，按一天之內最多溫度變化10℃考慮，一天之內引壓管的氮氣密度變化率在3.6%以內，這個變化率對氮封閥的控制不會有什么影響；對于季節溫度變化引起氮氣密度變化產生的對氮封閥的控制影響，可以根據每個季度的平均氣溫調整一下零點壓力。
2）如果氮封閥的引壓管取壓源點在閥后的管道上，測取的是管道壓力，則氮封閥安裝在罐頂與罐底對于氮封閥的控制就有差別性了。因為有個氮封閥后管道阻力降的問題，取壓源點的壓力與罐內壓力差了靜壓差與阻力降之和，這個靜壓差的影響可以通過零點壓力設定來消除的，但是這個管道阻力降的影響不能忽略，這個阻力降跟管道當量長度是正比關系，跟流量平方是正比關系，跟管徑的五次方是反比關系，這個阻力降的大小會影響到氮封閥的控制。
4、氮封閥的引壓管取壓源點在閥后的管道上時，氮封閥后的管道阻力降對氮封閥控制的影響

2.儲罐氮封閥系統裝置設計方案工藝流程

1）在每臺儲罐上設置先導式氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在1.2KPa左右，當氣相空間壓力高于1.4KPa時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.8KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣；當氮封閥需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣，壓力高于1.5KPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排（短時間連續補充氮氣）。

2）當事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過1.5Kpa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時，造成罐內壓力降低至-0.3Kpa時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5Kpa）。

3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置緊急泄放閥，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0Kpa）。

4）當需要使用限流孔板旁路補充氮氣時，流量宜等于油品出罐流量，氮氣管道的管徑為DN50，氮氣的操作壓力為0.5MPa。

5）若在相同油品儲罐之間設置有氣相聯通管道，每臺儲罐出口均應設置阻火器，以防止事故擴大。

6）阻火器應選用安全性能滿足要求的產品，且阻力降不應大于0.3KPa。

儲罐氮封閥系統裝置設計方案呼吸閥選用表

《石油化工儲運系統罐區設計規范》SH/T3007-2014推薦的儲罐充氮量如下表：以DN50～DN250管道為例，分別計算氮封閥后氮氣流量300 Nm3/h～2500 Nm3/h、管長1m、10～25m（差不多就是氮封閥安裝在儲罐底部時氮封閥后的管道長度）的管道阻力降。計算結果如下表：

從上表可以看出，管徑對阻力降的影響比較大，當管徑取DN50、DN80、DN100時，阻力降數值相對氮封閥的設定壓力值就比較大了。
當氮封閥引壓管取壓源點在閥后的管道上時，氮封閥后的管道阻力降越小對氮封閥控制的影響就越小；當氮封閥后的管道阻力降接近或超過氮封閥的設定壓力值（表壓）時，對氮封閥控制的影響就比較大了。
儲罐氮氣保護系統包括氮氣源、氮氣管線、氮封裝置、罐內壓力檢測等。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現負壓而從呼吸閥吸入 空氣，以保持罐內微正壓；氮封閥正常壓力應避免與呼吸閥和單呼閥或控制閥等設定壓力交集，產生不必要的 氮氣損耗和浪費。當罐內氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打 開向罐內補入氮氣；當罐內氣體壓力達到氮封閥關閉壓力時，氮封閥 關閉停止向罐內補入氮氣。
當罐內氣體壓力高于控制閥或呼閥定壓時，通過呼閥或揮發氣收集總管控制閥開啟向罐外排出氣體。呼吸閥外排壓力、緊急泄放閥 定壓根據儲罐設計壓力確定。

儲罐氮封閥系統裝置設計方案

1）在每臺儲罐上應設置氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在左右，當氣相空間壓力高于，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。當氮封閥需要檢修或故 障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣。
2）當氮封閥事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時， 造成罐內壓力降低至時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空 氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限。
3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的靠譜排放，應在儲罐上設置事故泄壓設備，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限。
4）在廠區收集總管上設置在線氧分析儀，判斷儲罐氮封系統的可靠性，并滿足后續油氣處理設施的靠譜性。

下面來分析一下，當氮封閥引壓管取壓源點在閥后的管道上時，氮封閥后的管道阻力降對氮封閥控制的影響。

a) 采用開-關型氮封閥
當儲罐往外付出和（或）由于外界溫度降低時，儲罐壓力就降低，當取壓源點的壓力降低到氮封閥設定開啟壓力（一般取200Pa(G)）氮封閥就打開，此時閥后管道就有了阻力降，當取壓源點的壓力高于氮封閥設定關閉壓力（一般取500Pa(G)）氮封閥就關閉，但此時實際上儲罐內的壓力沒有達到氮封閥設定關閉壓力；氮封閥關閉后阻力降沒有了，取壓源點壓力又回到低于氮封閥設定開啟壓力，氮封閥又打開補氮……如此反復循環動作。當氮封閥的補氣速度趕不上儲罐降壓速度時，儲罐壓力就繼續降低，有可能降低到呼吸閥設定吸氣壓力（-300Pa(G)），此時呼吸閥吸入空氣，影響了儲罐氮封效果。
b) 采用自力式型氮封閥
當儲罐往外付出和（或）由于外界溫度降低時，儲罐壓力就降低，當取壓源點的壓力降低到氮封閥設定壓力（一般取300Pa(G)）氮封閥就打開，自力式氮封閥會自動調節閥的開度，使取壓源點的壓力自動平衡到低于氮封閥設定壓力（一般取300Pa(G)），使氮封閥一直處于補氣狀態，但此時氮封閥的補氣速度不一定趕上儲罐降壓速度。當氮封閥的補氣速度趕不上儲罐降壓速度時，儲罐壓力就繼續降低，有可能降低到呼吸閥設定吸氣壓力（-300Pa(G)），此時呼吸閥吸入空氣，影響了儲罐氮封效果。