儲罐氮封閥系統(tǒng)裝置設計方案

在儲罐上設置氮封系統(tǒng)，維持罐內(nèi)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(guān)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(tǒng)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(xiàn)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(nèi)注入產(chǎn)品時，任何的多余空氣或氣體可由離開容器；相反當產(chǎn)品排出時，空氣可流入容器內(nèi)。但是進入儲罐內(nèi)的空氣可能會污染產(chǎn)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(chǎn)品上方形成；此外，還有可能發(fā)生不良氣體與蒸氣的釋放。避免以上情況的發(fā)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(xiàn)過壓，也需要避免在排放產(chǎn)品時出現(xiàn)真空，因此氣封系統(tǒng)的安裝顯的尤為必要。　　

氮封系統(tǒng)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(tǒng)裝置(氮封閥泄氮閥呼吸閥)是一套自力式微壓力控制系統(tǒng)，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(nèi)物料與空氣直接觸，防止物料揮發(fā)，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(tǒng)。氮封裝置產(chǎn)品具有節(jié)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(yè)，產(chǎn)品特點無需外加能源，在無電無氣的場合工作。
　　當罐內(nèi)壓力升高超過設定值時，供氮閥關(guān)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(nèi)多余壓力泄放。在儲罐內(nèi)壓力降低時，泄氮閥處于關(guān)閉狀態(tài)，供氮閥打開，向罐內(nèi)注氮氣。供氮閥閥前壓力*好在2 .5Mpa 以下，現(xiàn)場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一只ZZYP 型自力式壓力調(diào)節(jié)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(tǒng)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(xù)生產(chǎn)的條件下進行。在設定壓力范圍內(nèi)，如從100mm H20 需調(diào)整到50mm H20 ，可通過調(diào)節(jié)供氮閥頂部的調(diào)節(jié)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(diào)整也是同理。
　　呼吸閥設定值調(diào)整：在上述設定值調(diào)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(tǒng)裝置設計方案特點
　　氮封裝置無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)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(jīng)閥門介質(zhì)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(diào)節(jié)從0.5至1000Kpa,工作溫度0～100℃；法蘭標準按GB9113-88，凸面法蘭。結(jié)構(gòu)長度按GB12221-89標準

二、儲罐氮封閥系統(tǒng)裝置設計方案工藝方案

以4臺輕質(zhì)油內(nèi)浮頂儲罐組成的罐組為例，設計方案如下：

1.內(nèi)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(shù)量及規(guī)格按照《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)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(guān)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(yè)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(tǒng)裝置設計方案組件構(gòu)成：
氮封裝置（氮封閥）常規(guī)情況是由供氮閥、泄氮閥和呼吸閥三大部份組成。當罐內(nèi)壓力升高超過設定值時，供氮閥關(guān)閉，泄氮閥打開，將罐內(nèi)多余壓力快速泄放。在儲罐內(nèi)壓力降低時，泄氮閥處于關(guān)閉狀態(tài)，供氮閥打開，向罐內(nèi)注入氮氣并保證儲罐處于微正壓的狀態(tài)。供氮閥氮氣源壓力保持在0.2~0.8MPa之間的一個固定值，現(xiàn)場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一臺自力式調(diào)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(nèi)壓力有個罐頂?shù)焦薜椎牡獨庖龎汗艿赖撵o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(nèi)最多溫度變化10℃考慮，一天之內(nèi)引壓管的氮氣密度變化率在3.6%以內(nèi)，這個變化率對氮封閥的控制不會有什么影響；對于季節(jié)溫度變化引起氮氣密度變化產(chǎn)生的對氮封閥的控制影響，可以根據(jù)每個季度的平均氣溫調(diào)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(nèi)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(guān)系，跟流量平方是正比關(guān)系，跟管徑的五次方是反比關(guān)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(tǒng)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(nèi)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(guān)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?shù)忾y需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內(nèi)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(xù)補充氮氣）。

2）當事故失靈不能及時關(guān)閉，造成罐內(nèi)壓力超過1.5Kpa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當?shù)忾y事故失靈不能及時開啟時，造成罐內(nèi)壓力降低至-0.3Kpa時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內(nèi)補充空氣，確保罐內(nèi)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(lián)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(chǎn)品，且阻力降不應大于0.3KPa。

儲罐氮封閥系統(tǒng)裝置設計方案呼吸閥選用表

《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)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(jié)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(shù)值相對氮封閥的設定壓力值就比較大了。
當?shù)忾y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?shù)忾y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(tǒng)包括氮氣源、氮氣管線、氮封裝置、罐內(nèi)壓力檢測等。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現(xiàn)負壓而從呼吸閥吸入 空氣，以保持罐內(nèi)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(chǎn)生不必要的 氮氣損耗和浪費。當罐內(nèi)氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打 開向罐內(nèi)補入氮氣；當罐內(nèi)氣體壓力達到氮封閥關(guān)閉壓力時，氮封閥 關(guān)閉停止向罐內(nèi)補入氮氣。
當罐內(nèi)氣體壓力高于控制閥或呼閥定壓時，通過呼閥或揮發(fā)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(jù)儲罐設計壓力確定。

儲罐氮封閥系統(tǒng)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(nèi)氣相空間壓力在左右，當氣相空間壓力高于，氮封閥關(guān)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?shù)忾y需要檢修或故 障時，使用限流孔板旁路給儲罐內(nèi)補充氮氣。
2）當?shù)忾y事故失靈不能及時關(guān)閉，造成罐內(nèi)壓力超過時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當?shù)忾y事故失靈不能及時開啟時， 造成罐內(nèi)壓力降低至時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內(nèi)補充空 氣，確保罐內(nèi)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(qū)收集總管上設置在線氧分析儀，判斷儲罐氮封系統(tǒng)的可靠性，并滿足后續(xù)油氣處理設施的靠譜性。

下面來分析一下，當?shù)忾y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(guān)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(guān)閉壓力（一般取500Pa(G)）氮封閥就關(guān)閉，但此時實際上儲罐內(nèi)的壓力沒有達到氮封閥設定關(guān)閉壓力；氮封閥關(guān)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(huán)動作。當?shù)忾y的補氣速度趕不上儲罐降壓速度時，儲罐壓力就繼續(xù)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(diào)節(jié)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(tài)，但此時氮封閥的補氣速度不一定趕上儲罐降壓速度。當?shù)忾y的補氣速度趕不上儲罐降壓速度時，儲罐壓力就繼續(xù)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。