化工储罐氮封系统设计方案

在储罐上设置氮封系统装置，用于维持罐内气相空间压力。假设：供氮阀压力是 1.2KPa（可根据实际工 况需求选择压力设定点），当气相空间压力高于 1.4KPa 时，供氮阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压 力低于 0.8KPa 时，氮封阀开启，开始补充氮气。假设：泄氮阀压力设定点是 3KPa（可根据实际工况需求 选择压力设定点）,当气相空间压力高于 3KPa 时，泄氮阀开启，泄放罐内压力至 3KPa 以内。氮封系统装 置主要起保证储罐在正常运行过程中不吸进空气，防止形成爆炸性气体作用。 储罐氮封系统装置使用的氮气纯度不宜低于 99.96%，可根据实际现场工况及用途选择合适氮封系统装置。

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。

2、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、化工储罐氮封系统设计方案适用工况 

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、化工储罐氮封系统设计方案氮封系统设计方案

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。

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 。）

四、化工储罐氮封系统设计方案充氮量计算

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 计液位h=1.8m来计算储罐内最大气体的体积 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储罐内气体体积最大值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。

化工储罐氮封系统设计方案供氮阀：

指挥器操作自力式压力调节阀，是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节 和稳定阀后压力为设定值的节能型压力调节阀。
该阀压力设定在指挥器上实现，方便、快捷，压力设定值在运行中也可随意调整；控制精度高，可比一般 ZZY 型直接操作自力式压力调节阀高一倍，适合于控制精度要求高的场合。

泄氮阀：

◇ 一般供氮气压力在 3×10^5-10×10^5Pa 之间
◇ 罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵，导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情 况下不工作
◇ 泄氮阀安装在罐顶，口径一般与进液阀口径一致
◇ 一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影 响设备的使用寿命。
◇ 该装置广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻纺等工业部门中用作生产过程的自动调节。

是本厂自主开发、研制的一套自力式微压力控制系统，主要用于保持容量顶部保护气(一般为氮气)的压力恒定，以避免容量内物料与空气直接按触，防止物料挥发、被氧化，以及容器的安全。特别适用于各类型储罐的气封保护系统。该产品具有节能、动作灵敏、运行可靠、操作与维修方便等特点。氮封阀被广泛应用于石油、化工等行业。

■ 说明

·一般供氮气压力在3×105～10×105Pa之间；
·罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵，导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情况下不工作；
·泄氮阀安装在罐顶，口径一般在进液阀口径*；
·一般泄氮阀的压力设定点略于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影响设备使用寿命；

化工储罐氮封系统设计方案

化工储罐氮封系统设计方案■自力式氮封阀主要技术参数及性能指标

1供氮装置主要技术参数及性能指标

化工储罐氮封系统设计方案2泄氨装置主要技术参数及性能指标

化工储罐氮封系统设计方案安装、维护与调试

1、化工储罐氮封系统设计方案安装

（1） 检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏 与精度测试。

（2） 在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能 正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要 注意同轴度。

（3） 安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。 （4） 阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的 阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。

（5） 介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接 承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏， 阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。

（6） 为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀。

注意：根据现场安装经验，氮封阀在安装时，应先与管道过滤器连接。这样可以有效的避免管道吹扫遗 留下的固体颗粒卡坏阀门内部件，而影响正常使用。

（7） 罐顶安装时，若不具备安装支撑氮封系统装置重量条件的情况下，可不设计或少设计安装 截止阀等辅助型开关阀门。以减轻罐顶安装重量。（若安装条件允许或必须设有应急措施 的工况，请务必按国家标准管路设计安装施工）氮封系统装置罐顶安装示意图，见下图

（8） 地面安装，在不考虑承重的地面安装方式中，可将管路设计的更标准化。旁通可在氮封系统 装置故障时，人工应急操作使用。关闭带指挥器自力式调节阀前后截止阀可方便返厂维修及 更换。地面安装方式示意图，见以下

（9） 内衬式氮封系统装置安装，内衬氮封阀属微压式压力调节阀，阀前压力一般控制在 30KPa 左 右，所以主管道应设计一级减压阀（带指挥器自力式调节阀），一级减压阀不属于微压调节 阀，控制压力一般远大于罐内压力，不存在罐内压力倒流现象，故无需阀腔衬氟。以一主多 分的管道布局形式连接各处内衬式氮封系统装置。内衬式氮封系统装置安装方式示意图，见以下

2、 化工储罐氮封系统设计方案维护：

（1） 清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了 解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2） 阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与 推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

（3） 阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重 必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4） 阀杆：表面损坏，必须换新。

（5） 压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6） 易损零件：填料、密封垫片与 O 型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预 示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期 一般最多 2～3 年。

（7） 阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出 厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。

3、 化工储罐氮封系统设计方案调试

所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手 调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力 表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值。