化工储罐顶氮封装置选型分析

化工储罐顶氮封装置选型分析

氮气密封技术就是用氮气补充罐内气体空间。由于氮气比油蒸气轻，所以氮气浮在油蒸气上面。当呼气时，呼出罐外的是氮气而不是油蒸气。当罐内压力降低时，氮气自动进罐补充气体空间，减少蒸发损耗，避免油品接触空气氧化。化工储罐顶氮封装置上图氮气密封系统工艺流程图 氮气密封系统的流程如图所示。它主要由氮封阀、信号阀（又称控制阀）、减压阀和针形阀等部分组成。氮封阀是自力式调节阀，它能根据信号阀发出的气信号，快速作出相应动作。当信号阀打开时，氮封阀下膜室的压力下降，利用弹簧的反作用力使阀芯向下移动，阀芯处于与阀座全开位置；当信号阀关小或*关闭时，氮封阀下膜室的压力增加，压缩弹簧，阀芯向上移动，阀芯与阀座逐渐关小或全关。通过减压阀将氮气压力由0.7MPa 降至0.15MPa

一、化工储罐顶氮封装置选型分析氮封装置特性及作用

1、氮气密封系统的储罐。此种物料一般具有以下特性之一：

1）、石油化工行业易挥发。如汽油、甲醇等饱和蒸汽压高的物料，在常温下容易挥发造成物料大量损失；

2）、工艺过程中应控制或避免与空气接触的物料。氮封系统的工作原理是：当储罐内压力低于设定值时，信号阀打开，降低氮封阀薄膜下侧压力，氮封阀也相应打开，将氮气输入罐内，使储罐压力逐渐回升到设定值。当达到设定值时，信号阀关闭，此时氮封阀薄膜下侧压力上升，氮封阀也相应关闭。 如罐内压力高于设定值时，储罐呼吸阀将打开，呼出罐内气体，罐内压力下降至设定值。 在我国储罐呼吸阀的正负压力设定值一般为正压180mmH2O、负压-30mmH2O则氮封阀压力可设定为正压150mmH2O、负压-20mmH2O，然后根据此压力通过观测水柱表来调整信号阀、氮封阀上部的弹簧，设定回讯控制压力。自力式微压储罐氮封阀是中大型储罐的氮封阀；结构紧凑，反应灵敏，但输入压力不应小于0.15MPa。

代替ZZV型自力式微压调节阀

ZZV型自力式微压调节阀阀前一般要求介质压力≤0.1MPa，而自力式氮封阀则不受此限制。

2、用于氮封装置

氮封装置的贮罐内成品油上端覆盖氮气，其压力一般在100mmH2O左右，通过氮封保护装置加以控制。出液阀开启放油时，贮罐内液位下降，此时，ZZDG-16B供氮阀开度增大，向贮罐内补充氮气使压力增加到设定值为止。进液阀开启进油时，液位上升，气相部分容积减小，氮气压力上升，此时ZZDG-16B供氮阀关闭，而ZZDX-16K泄氮阀在压力控制器作用下开启，排出氮气使压力降至设定值。为确保储罐安全，应在罐顶设置呼吸阀。

供氮压力调整：在ZZDG-16B型供氮阀选定一设定值如1KPa(100mm.W.C)，通过调整主弹簧1的预压缩(拉伸)量来达到；

泄氮压力调整：在ZZZDX-16K泄氮阀中的压力控制器部分，通过调整主弹簧预压缩量达到，一般为避免氮封装置启闭频繁，泄氮设定值应远离供氮压力设定值，如2Kpa(200mm.W.C)。

呼吸阀设定值调整：在上述两设定值调整好后，为避免呼吸阀启闭频繁，呼吸阀设定值应大于泄压设定值。两者设定期亦不能靠得太近。呼吸阀型号为：ZZFX-10。ZZDG-16B压力设定值为PC，ZZDX-16K压力设定值P1，PC与P1两值不能靠得太近，以免阀门工作太频繁，呼吸阀的排放压力P2的设定值应大于P1，P2与P1两值也不能靠得太近。三者关系PC< P1< P2。

化工储罐顶氮封装置选型分析

作用方式：指挥器操作型调压阀

口径系列：3/4"-6"(DN15-DN150)

公称压力：PN16；40；64

阀体材质：CS；304SS；316SS；316L

内件材质：304SS；316SS；316L

膜片材质：丁腈橡胶；氟橡胶

泄漏等级：VI级

使用温度：－30℃－70℃

调压范围：0.3-0.8KPa；0.5-1.5KPa；1－4KPa；3－15KPa

输入压力：0.15-1.0MPa

2、化工储罐顶氮封装置选型分析氮封装置的主要作用：

1）. 防止氧化：通过向储罐内注入氮气，可以排挤罐内的空气，减少物料与氧气的接触，从而降低物料被氧化的风险。

2）. 抑制挥发：氮封可以减少储罐内物料的挥发，对于易挥发的化学物质尤其重要。

3）. 维持压力平衡：在物料的装入或抽出过程中，氮封装置可以调节储罐内部的压力，保持压力平衡，防止因压力变化导致的储罐结构损坏。

4）. 减少VOCs排放：氮封可以减少挥发性有机化合物（VOCs）的排放，有助于环境保护和满足工业排放标准。

5）. 防止污染：氮气是一种惰性气体，可以防止储罐内的物料受到外界污染，确保物料的纯度和质量。

6）. 提高安全性：通过控制储罐内的氮气压力，可以避免由于压力过高或过低导致的安全事故。

7）. 保护储罐结构：氮封装置有助于防止储罐因内部压力波动而产生的变形或损坏。

8）. 适用于多种储罐：氮封装置适用于各种类型的储罐，包括化工原料储罐、食品级储罐、超纯水储罐等。

GB50160-2008石化企业防火标准[1]、 SH/T3007-2014储运罐区设计规范[2]的要求，对甲 B 、乙A 类的可燃液体储罐，应设置氮气密封保护 系统，通过调节氮气量使之填充顶部空间，节能降耗的同时，隔离油品与外界接触以起到保护作用。

二、化工储罐顶氮封装置选型分析氮封系统适用工况

氮气密封系统的应用主要取决于罐的类型和存储介质的性质。常适用于以下几种工况：
（1）采用内浮顶罐或固定顶罐储存沸点在 45℃下，或37.8℃时的饱和蒸气压>88KPa的甲B 类 液体时，应设置氮气密封保护系统；

（2）采用内浮顶储罐常压储存沸点≥45℃、 或37.8℃时饱和蒸气压≤88KPa的甲B 、乙A 类液体 时，可设置氮气密封保护系统；另，当有特殊要 求而选择固定顶、低压储罐或容量≤100m3的卧式 储罐时，应设置氮气密封保护系统；

（3）当常压存储I、II级毒性的甲B 、乙A 类液 体时，应设置氮气密封保护系统；

（4）储存介质与空气接触，易发生氧化、聚合等反应，常压储存时，应设置氮封保护系统；

（5）储存介质具有水溶性，并对其含水量有 严格要求，常压储存时，应设置氮封保护系统。

三、化工储罐顶氮封装置选型分析氮封系统设计方案

1、压力控制设计方案

此方案：氮气密封系统的设置，氮封系统通过控制储罐内部的压力，保持在一个安全和稳定的范围内。这通常涉及到安装压力调节阀，如自力式氮封阀，它无需外部能源，可以自动控制储罐内部的压力 。重要场合储罐顶部通常需设置阻火呼吸阀和泄压人孔等安全装置。值得注意的是，氮气操作压力宜为0.5~0.6 MPa ，通常氮气的纯度不应低于99.2%。

例如：控制罐内气体压力维持在300 Pa（G）上下。当储罐内气体压力上升≥500 Pa（G）时，关停氮气控制阀，暂停氮气的补充；当内压力≤200 Pa （G）时，氮气控制阀将打开以补充氮气，防止吸进空气形成易体。

2. 氧含量控制设计方案

此方案：氮气密封系统的设计， 旨在控制罐内气相空间氧气浓度不超过5%，从而 阻断可造成爆炸的助燃条件。

（1）在罐内设置氧气浓度监测器进行监控， 将高值与氮气管路控制阀进行联锁设计。当罐内氧含量达到高值时，自动报警，然后通过联锁打开氮气阀，使氮气充入罐内。当检测器指标达到设定的正常范围时，立即联锁关停氮气阀停止充氮。

（2）在同类介质储罐间设计一组管道将气相管道贯通，可减少作业时氮气的用量，也可降低油气排放量。例如联通管道的管径为DN150，流量宜为 150m3/h。

（控制系统：现代氮封系统可能包括与DCS或PLC控制系统的集成，以实现远程监控和自动化控制。这包括安装压力表和设置高、低压报警功能、设置变送器维持储罐微正压、超设定压力时自动泄压、以及可能的氧含量监测和控制等 。）

化工储罐顶氮封装置选型分析

四、化工储罐顶氮封装置选型分析充氮量计算

一般来说，充氮量Q等于储罐物料的排出量 Q1 与由温度变化导致的吸气量Q2 之和。

例：下面以罐区中3000m3苯罐所需充氮量的计算为例进行说明。根据化工部“钢制立式圆筒形内浮顶罐系 列”HG21502.2-1992可查表得[5]，3000m3储罐内 径D=17m，罐壁高度H1 =15.85m，拱顶球冠高度 H2 =1.841m，本次计算按照浮盘沉底考虑，即取设 计*低液位h=1.8m来计算储罐内*大气体的体积 Vm 。Vm 等于罐体圆柱部分气相空间体积V1 与罐顶 球冠空间体积V2 之和。其中：

3000m³储罐内气体体积*大值Vm=3400m， 当储罐内部气体温度T（35℃）随外界气温变化一小时内降至T（20℃） 罐内操作压力由 1000Pa（G）降至0Pa（G）时，根据理想气体状态 方程：

式中：P0 ：标准大气压（取0.101325MPa （A））；
P1 ：操作压力（MPa（A））；
V0 ：标准状态下的气体体积（Nm3）；
V1 ：操作状态下的气体体积（m3，我们取液位*低时的Vm值）； T0 ：标准状态下的气体温度（273.15K）；
T1 ：操作状态下的气体温度（K）。
得：在储罐内*低液位，标准状态下，35℃ 时，罐内气体体积V0 为3044Nm3；同理可得25℃ 时，罐内气体体积V0 '为3168Nm3。因此，此降温过 程内需要补充的氮气量Q为124m3/h。

因 此，为避免浪费氮气资源，可在参考SH/T3007 2014表5.1.6中推荐的气量规范值的基础上根据实际工况进行计算。

五、化工储罐顶氮封装置选型分析氮封装置常见故障

通常由截止阀、过滤器、供氮阀、调节器、压力表、呼吸阀等组成。

氮封阀装置是自力式调节阀的一种，自力式调节阀根据应用介质的不同，有很多种，有空气的，氮气的，蒸汽的，液体的， 储罐顶一般会装有呼吸阀，有毒介质储罐当达到液面稳定时，罐顶的压力等于介质于该温度下的蒸汽压，当呼吸阀呼出的时候，有毒介质会排到罐外面，容易造成人员中毒，为了避免有毒介质挥发，需要在罐顶液面上保持一定压力，以避免有毒介质挥发然后排空，一般用氮气来保持这种压力，这就叫氮封。