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精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案

传统的氮封系统需要在每个使用点采用氮封阀、泄氮阀和安全阀，投资 成本高昂，且该系统无法保证在氮气使用高峰时各使用点的缓冲时间，因而该 系统的应用范围受到极大约束。本文介绍了一种新开发的微正压氮气保护装 置，该装置采用模块化设计，将氮气高压部分置于密闭壳体中，且增加氧含量 监测措施，减少了高压氮气的使用点及其泄漏的可能性，并在氮封管道系统末 端设置压力监测装置，根据系统压力自动补充氮气。这满足了氮气使用高峰时 各点的氮气用量，减少了低压氮封阀的使用数量，大大降低了成本，克服了传 统氮封系统装置存在的缺点。

（GB 51283-2020）规定，当采用固定顶罐或低压罐（单罐容积不小于100m3）储存甲B、乙A类液体时，应采用氮气或惰性气体密封措施。如常见的甲醇、甲苯等甲B类物质；再如可燃液体二硫化碳，自燃点、沸点及闪点均较低，具有的挥发性、易燃性和爆炸性，采用固定顶罐水封加氮封储存比采用单纯的内浮顶罐储存更安全可靠。

精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案

目前，在精细化工行业和制药行业，生产过程中将使用并储存大量可燃、易燃、易爆、易挥发有机溶剂，由于密闭储存空间存在空气，经常达到爆 炸极限，若出现火花，会引发着火甚至爆炸，从而导致人员伤亡、财产损失和 环境污染，甚至还会造成社会影响。另外，精细化工行业和制药行业生产过程 中还涉及与外界空气接触而变质或与空气发生化学和（或）生物反应的物质。 因此，需要针对此类生产特点，设计一套安全、经济、可行的氮封系统，从而 避免物质泄露造成的人员伤害、财产损失、环境污染和产品污染。

　防止储罐等容器出现过压或负压方法是在容器顶部设置开口。在这种情况下，在向容器内注入产品时，任何的多余空气或气体可自由离开容器；相反当产品排出时，空气可流入容器内。此类系统还可因温度波动而使容器出现“透气"现象，这通常会导致体积发生巨大变化。

　　然而出于多种原因，此方法并不适用于所有产品。进入储罐内的空气可能会污染产品，尤其是当储罐中存储的是有机溶液与碳氢物时，爆炸性气体/空气会在产品上方形成。此外，还有可能发生不良气体与蒸气的释放。由于必须避免这些情况，因此需要将储罐密封。然而，需要将储罐存放在常压条件下，从而避免在对其灌装或温度升高时出现过压，更为重要的是避免在排放产品时出现真空。大型储罐尤其无法承受低压。

　　氮封系统可确保储罐顶部空间处于惰性空气保护与常压控制之下。实现这一结果的方法之一是连续充入氮气，这是一种相对简单且安全的解决方案。但由于其不断消耗氮气，因此操作成本很高。

精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案

　　较为*做法是基于压力的氮封工艺。一般来说，此类氮封系统由下列组件构成：

　　•一只在任何时候需要时允许惰性气体进入储罐的氮封阀或调节器；

　　•一只允许顶部空间气体流出储罐的泄氮阀、通风装置阀或蒸气回收阀。

　　•一只用于防止储罐出现过压或真空的安全压力/真空泄放阀（后者可导致储罐内爆，这种风险会随着储罐尺寸的增大而提高）

　　•连接管与惰性气体气源

精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案

　　在该应用当中，通气阀会在顶部空间体积变小时打开，从而将顶部空间气体排出储罐。当将产品泵抽出储罐或者温度下降时，覆盖调节器将会打开，并向储罐顶部空间充氮，避免压力不足。保持恒定表压可确保空气以及氧气不会进入储罐。温度与天气条件的变化意味着储罐需要连续通气。

氮封系统是利用氮气在封闭的储罐气体空间形成一种微弱的正压装置， 设置氮封系统具有以下重要意义。

第一，提高生产的安全性。易燃、易爆液体储罐采用氮气密封后，储罐 内气体空间充满易燃、易爆蒸汽和氮气的混合气体，这样可以防止储罐内蒸汽 达到爆炸极限，遇静电放电或其他火源发生爆炸，提高了企业生产的安全性。

第二，氮封系统的采用，降低了储罐内易挥发有机溶剂的损耗，提高了企业的经济效益。

第三，保证产品质量，氮封系统向罐内补充洁净的氮气，避免储罐内呼入空 气，从而可以防止易被空气氧化的物料氧化，防止易吸收空气中水分或与水发生反 应的物料被污染变质。

第四，氮封系统的采用可以防止易燃、易爆、有毒、有害气体溢出，保护了环 境。

第五，当罐内储存的物料被泵抽出和（或）由于外界温度降低，使储罐内气体 冷凝或收缩时，氮气保护系统自动补入氮气，阻止外界气体进入，避免罐内形成真 空；当向储罐内送料和（或）由于外界温度升高，使储罐内气体气化而使储罐内压 力高于氮封压力时，储罐内气体可通过泄压阀自动排入大气，避免罐内憋压。

一 精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案传统的氮封系统装置

如图1所示，传统的氮封系统装置由供氮装置和泄氮装置两部分组成。供氮装 置由指挥器和主阀两部分组成；泄氮装置由内反馈微压调节阀组成。

当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力 升高，当罐内压力升至高于泄氮装置压力设定值时，液氮装置打开，向外界释放氮 气，使罐内压力下降，降至泄氮装置压力设定点时，泄氮装置自动关闭。

当储罐出液阀开启，用户放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降 低，供氮装置开启，向储罐注入氮气，使罐内压力上升，当罐内压力上升至供氮装 置设定点时，供氮装置自动关闭。

传统的氮封系统存在以下弊端：一是需要将高压氮气（通常为0.4MPa～0.8MPa）引至每个使用点，这样增加了高压氮气泄漏的几率，易导致人员窒息事故的 发生，因此，需在每个使用点设置氮气含量 检测，增加了投资；二是由于充氮保护容器 大多属于常压容器，为避免容器超压破裂导 致易燃、易爆液体外泄，需要在每个使用点 设置安全阀或爆破片，增加了定期检测、日 常维护以及前期投入；三是该系统无法保证 在氮气使用高峰时各使用点的缓冲时间； 四是该系统在每个使用点采用氮封阀及泄氮 阀，投资成本高昂。故该系统应用范围受到 极大约束。

采用氮封的储罐，一般为常压罐或低压罐，因此，防止储罐氮气超压是一个重要问题。在化工标准《气封的设置》（HG/T 20570.16-1995）中，给出了氮气供气量的计算方式，“储罐气封装置的供气量应大于或等于由于泵抽出储罐内储存的液体所需的补充气量与由于外界气温变化而产生的储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量之和"。规范中计算的补气量只是一个经验值，工作中还需结合实际，计算出更符合需求的数值，以此来确定氮气管线管径和氮封阀型号。建议专业技术力量不足的企业，委托设计单位计算合理的补气量，既能保证氮封要求也不会造成浪费。

《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）规定，采用氮气保护的储罐，其操作压力宜为0.2Kpa～0.5Kpa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1Kpa～1.5KPa。为防止储罐超压，除计算符合实际的补气量外，还应采取其他措施。

（1）罐顶安装就地压力表，并设置压力远传功能至DCS或PLC控制系统，设定高、低压报警功能，及时检测压力变化情况。

（2）设置双呼吸阀防止呼吸阀故障。但对于粘度较大、易发生结晶的介质，容易造成呼吸阀堵塞，建议采取其他措施，并对补气管线、排气管线进行伴热处理，降低物料粘结和结晶对阀门和管线的影响，提高安全系数。

（3）设置紧急泄放人孔，事故时打开保护储罐。根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SHT 3007-2014）的规定：事故泄压设备的开启压力应大于呼吸阀的排气压力，并应小于或等于储罐的设计正压力；事故泄压设备的吸气压力应小于呼吸阀的进气压力，并应大于或等于储罐的设计负压力；事故泄压设备应满足氮气管道系统和呼吸阀出现故障时保障储罐安全通气的需要；事故泄压设备宜选用公称直径不小于500mm的呼吸人孔。如储罐设置有备用呼吸阀，事故泄压设备也可选用公称直径不小于500mm的紧急放空人孔盖。

精细化工储罐微正压氮封系统优化改进方案

为克服传统氮封系统装置存在的缺点， 笔者开发了一种微正压氮气保护装置。该装 置适用于可燃、易燃、易爆、易挥发物质和挥发性较强的有毒、有害、有腐蚀性物质的 使用、储存、运输，且较传统氮封系统更加 安全可靠，并大大降低了成本。

设计或维护不当的氮封系统有可能导致严重事故发生。如果说所有的氮封系统均会出现这样或那样的泄漏则并不言过。由于其结构复杂，带有活动组件、包装与密封件的阀门容易发生故障。出现故障的压力变送器会记录错误的顶部空间压力，从而导致氮气消耗过高。当氮封阀无法充分打开时，氮气的流入量将会变得过低，从而导致顶部空间压力下降，进而造成储罐内爆或者空气泄漏至储罐当中。如前所述，这些情况会对产品质量产生影响，根据存储产品的不同，还会大大提高发生爆炸的风险。