常壓儲罐氮封系統的設計

王鑫

摘????? 要： 氮封流程是儲罐工藝設計的常用流程，為防止儲罐內物料因與進入的外界氣體（空氣）接觸而被污染變質或與外界進入的氣體（空氣）發生化學和（或）生物反應，常需設置氣封系統。儲罐設置氮封系統是降低油品蒸發損耗必不可少的重要措施。在石油、化工等行業，儲罐是必不可少的儲存設備，對儲罐進行氮封可以有效減少油品蒸發損耗，提高儲罐的使用壽命，避免環境污染等問題。對于不同性質的物料，氮封系統方案需要根據物料性質進行改進。例如，對于輕質油品儲罐，需要增加氮氣流量，保持儲罐內部壓力穩定，防止油品揮發；對于高溫易結晶的液硫，需要增加氮氣流動速度，防止液硫結晶，影響儲罐使用壽命；對于順酐，需要增加氮氣流量，減少順酐受潮，防止產生燃爆事故。基于此，本文主要針對氮封系統設計展開相關探討分析。

關? 鍵? 詞：常壓儲罐； 氮封系統； 安全控制

中圖分類號：TE88???? 文獻標識碼： A???? 文章編號： 1004-0935（2024）06-0970-03

儲罐是石油、化工等行業中廣泛應用的一種設備，用于儲存各種氣體、液體和液化氣體。由于儲罐內儲存物質的特性，在儲存和運輸過程中需要采取相應的安全措施，以防止泄漏和爆炸等事故的發生。因此，常壓儲罐氮封系統被廣泛應用于儲罐的密封和安全控制中。

1? 常壓儲罐氮封系統的基本概念和設計要求

常壓儲罐氮封系統是一種用于確保常壓儲罐內儲存物質安全的先進技術，在這個系統中，通過不斷地向儲罐內充入氮氣，形成一個高度惰性的氣體環境，從而防止儲罐內物質的氧化、腐蝕和污染。該系統工作原理是將當儲罐內儲存的物料被泵抽出和（或）由于外界溫度降低，使儲罐內氣體冷凝或收縮時，氮封系統自動補入氮氣，阻止外界氣體進入；在向儲罐內送料和（或）由于外界溫度升高使儲罐內液體汽化而使罐內壓力高于氮封壓力時，儲罐內氣體可通過泄壓閥自動排入大氣。由于氮氣是一種高度惰性氣體，在常溫常壓下不易與其他物質發生化學反應，因此可以有效地保護儲罐內物質的完整性。此外，由于氮氣比空氣密度大，所以在儲罐內形成了一個保護層，可以防止外部雜質進入儲罐內部。常壓儲罐氮封系統具有多種優點。首先，它可以有效地保護儲罐內物質的完整性，避免氧化、腐蝕和污染。其次，它可以提高儲罐的安全性，防止外部雜質進入儲罐內部，降低儲罐內物質的損失。最后，它可以節約能源，因為氮氣是可再生的，可以通過壓縮空氣或使用氮氣發生器等方式來制備。在實際應用中，常壓儲罐氮封系統需要根據儲罐的尺寸、形狀、儲存物質的性質和工藝要求等因素進行設計和優化。此外，還需要選擇合適的氮氣發生器、壓縮空氣系統和控制儀表等設備，以確保系統的穩定運行和高效性[1]。

在設計常壓儲罐氮封系統時，需要滿足以下三個主要要求：首先，系統應具有可靠的安全性能，能夠有效地防止泄漏和爆炸等事故的發生。這是由于常壓儲罐內儲存的物質通常具有易燃、易爆、有毒等危險特性，一旦發生泄漏或爆炸事故，將會對操作人員和設備造成嚴重危害[2]。因此，在設計常壓儲罐氮封系統時，必須確保系統的安全性能，通過采用可靠的氮氣發生器和壓縮空氣系統，以及安裝高精度的監測儀表，實現對儲罐內壓力的實時監控和調節，從而防止泄漏和爆炸等事故的發生[3]。其次，系統應具有良好的密封性能，能夠保證儲罐內的儲存物質不受外界環境的影響。這是由于儲罐內的儲存物質往往容易受到外界環境的影響，如溫度、濕度、氧氣等，從而導致物質的性質發生變化，甚至發生氧化、腐蝕和污染等現象。因此，在設計常壓儲罐氮封系統時，必須確保系統的密封性能，通過采用優質的密封材料和先進的密封技術，實現對儲罐內環境的有效保護，從而保證儲存物質的完整性和安全性。最后，系統應具有高效的經濟性能，能夠在保證安全的前提下，降低運行成本和維護費用。這是由于常壓儲罐氮封系統是一種長期運行的設備，其運行成本和維護費用直接影響到企業的經濟效益。因此，在設計常壓儲罐氮封系統時，必須考慮系統的經濟性能，通過采用節能型的氮氣發生器和壓縮空氣系統，以及優化系統的設計和運行參數，實現降低系統運行成本和維護費用的目的。

2? 常壓儲罐氮封系統原理及應用

2.1? 氮氣供應系統原理

氮封系統在石化、化工等行業中廣泛應用，其主要作用是維持儲罐內部的壓力穩定。氮封系統主要由調壓閥、壓力表、相連管線等組成，設置位置一般在固定頂儲罐或內浮頂儲罐罐頂。在使用氮封系統時，需要根據儲罐的設計壓力確定控制壓力范圍。一般來說，常壓儲罐控制在0.5～1.5 kPa（G）。在維護儲罐的正常運行中，氮封系統起著至關重要的作用[4]。可以保證儲罐內部的壓力不會過高或過低，從而保護儲罐的安全運行，氮封系統的操作方式也很簡單。當儲罐的壓力低于設定壓力時，系統進行氮氣補氣；當儲罐的壓力高于設定值時，自動進行排氣。如果發生火災或者氮封閥出現故障時，需要進行緊急泄放，以確保儲罐內部的安全。

2.2? 儲罐氮封系統的應用

氮封系統+呼吸閥+緊急泄放人孔

從圖1可以看出，在儲罐的氮封形式中，使用的是氮氣調壓閥+呼吸閥+呼吸人孔（或緊急泄放閥）。因為在儲罐壓力較高的時候，這種形式的氮封可以直接通過呼吸閥排入大氣，所以它的應用范圍主要是在對環境危害不大、規范允許直接排入大氣的介質中，黏度大，易結晶，易引起氣門阻塞，應謹慎選用。

圖2為該組合通用流程，當壓力低于設置值時，就會打開補氣閥（自動調節閥或調壓閥）來補充氮氣，當壓力持續處于較低水平時，呼吸閥自動開啟吸入空氣，如果還是無法解決這個問題，緊急泄放人孔自動開啟；當大量的空氣被吸入時，快速地將儲罐內的壓力補滿，當壓力恢復到正常水平時，操作員需要用氮氣或其他惰性氣體來緩慢地替換進的空氣[5]。為了避免由于空氣進入而引起的大量材料的劣化（與空氣接觸時容易劣化材料），并排除了可能有危險的爆炸性環境。當儲罐超壓時，開啟排氣管線閥門，排出廢氣處理系統，持續超壓后開啟吸氣管線閥門吸入氮封氣體，使之保持壓力正常。這種氮封系統可以適用于大部分的物質體系，確保了儲罐的安全。在黏度較大、易發生結晶的介質中，很可能會導致呼吸閥的堵塞，因此，建議采用帶夾套的呼吸閥，并對補氣管線、排氣管線進行伴隨熱處理，以減少材料的黏結和結晶對閥門和管線的影響，從而提升安全系數。

圖3所示為一種由氮密封+液體密封+呼吸人孔組成的正負壓力防止罐+呼吸人孔組成的結合系統，這種氮密封系統可用于大部分材料體系，以確保容器的安全性[6]。

其顯著特點用一個正負壓力防止罐來取代一個呼吸器，在某些小型油庫中，這種裝置還能取代應急排氣口或應急排氣門。在正壓防止罐和負壓防止罐中，氣體相平衡管路都要被伸入到密封液體中，并且要有一個固定的深度，這個深度可以按照項目的儲罐控制壓力以及密封液體的類型來決定。

3? 氮封系統設計

3.1? 案例概述

某石化公司有一座容量為5 000 m3的常壓儲罐，用于儲存易燃易爆液體。經過調查分析，該儲罐采用了上述常壓儲罐氮封系統，經過一段時間的運行，取得了良好的安全性和經濟性。經過檢測，儲罐內氮氣壓力穩定，儲存物質不受外界環境影響。同時，由于采用了高效的安全控制系統和壓縮機，系統的運行成本和維護費用也得到了降低。

3.2? 氮封系統壓力設計

對于儲罐氮封系統的壓力設定，必須綜合考慮物料特性和儲罐設計壓力，目的是確保系統運行的安全和穩定。常壓儲罐的設計壓力一般位于0.5～

2 kPa（G），氮封壓力則應該在0.5～1.5 kPa（G），這樣才能達到理想的密封效果[8]。常壓儲罐各級壓力泄放值會受到多種因素的影響，包括儲罐型號、最大允許工作壓力、呼吸閥及緊急泄放人孔類型以及系統背壓等。緊急泄放人孔的設定應該大于呼吸閥的設定正壓力及排氣壓力，同時小于儲罐的設計正壓力。氮封閥的開啟壓力為正常儲罐的維持壓力，在各級正壓保護系統中壓力最低。

3.3? 氮封系統氣量設計

氮氣的補充和排放問題在實際操作中尤為重要，需要進行科學合理地管理。首先，補氣或排氣量的大小主要取決于環境溫度和物料輸出造成的空間或體積變化。環境溫度的變化直接影響到氮氣的體積，當環境溫度升高時，氮氣的體積也會隨之增加。因此，在高溫環境下，需要補充一定量的氮氣以保持物料的封閉狀態[9]。另外，物料的輸出也會導致氮氣體積的變化，當物料輸出時，隨著物料體積的變化，氮氣的空間也會相應地發生變化，此時需要排放一定量的氮氣。其次，在選取氣體空間變化量時，需要參照相應的規范或計算方法，并根據物料的性質進行選擇。不同的物料對氮氣的需求量不同，例如易氧化、易腐蝕的物料需要更多的氮氣來進行保護。因此，在實際操作中，需要根據物料的性質和工藝要求，合理調整氮氣的補充和排放量。保證氮封系統能夠安全、穩定地運行。

4? 結 論

氮封系統中的氮氣補充和排放問題是一個需要綜合考慮多方面因素的復雜過程。在實際操作中，需要根據環境溫度、物料輸出以及物料的性質等因素，合理調整氮氣的補充和排放量，確保儲罐內物料的安全。同時，在緊急情況下，要確保氮封系統能夠及時、有效地進行泄放，保護人員和設備的安全。

參考文獻：

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Design of Nitrogen Sealing System for Atmospheric Storage Tank

WANG Xin

（Liaoning Province Petroleum-chemical Industry Planning & Designing Institute Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110000， China）

Abstract：? Nitrogen sealing process is a common process of storage tank process design， which is used to seal the gas phase space of storage tank and isolate harmful gas overflow. Nitrogen sealing system is an essential measure to reduce oil evaporation loss. In the petroleum， chemical and other industries， storage tanks are essential storage equipment， nitrogen sealing of storage tanks can effectively reduce oil evaporation loss， improve the service life of storage tanks， and avoid environmental pollution and other problems. For materials with different properties， the nitrogen sealing system scheme needs to be improved according to the properties of the materials. For example， for light oil storage tanks， it is necessary to increase the nitrogen flow rate to keep the internal pressure of the tank stable and prevent oil volatilization. For liquid sulfur which is easy to crystallize at high temperature， it is necessary to increase the nitrogen flow speed to prevent liquid sulfur crystallization and affect the service life of the storage tank. For maleic anhydride， it is necessary to increase the nitrogen flow to reduce the moisture of maleic anhydride and prevent ignition and explosion accidents. Based on this， the design of nitrogen sealing system was mainly discussed and analyzed.

Key words： Atmospheric storage tank; Nitrogen sealing system; Safety control