1概述

根据GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》、SH/T 3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》规定的要求，甲、乙A类可燃液体储罐应设置氮封装置，以降低储罐发生火灾和爆炸的风险。

石油化工企业的罐区经常存储大量的易挥发化工原料，当从外界进料打入储罐时，随着储罐内液体的增加，储罐内的气体就需要向外界排出以便液体进入储罐中；当从储罐输送物料到生产设备时，随着储罐内液体的减少，就需要向储罐内吸入气体以便液体的输送。由于储罐设置在室外，罐内物料会随着外界环境温度的变化引起罐内温度的变化，从而引起罐内气体压力的变化。热胀冷缩的效应导致储罐的气相空间出现体积膨胀或收缩，表现出“呼气”或“吸气”现象。为防止储罐出现超压或负压状态，工业生产中通常需要采取两种保护措施：

①在罐顶安装阻火呼吸阀；

②采用氮封系统。本文介绍了氮封系统设计的相关内容，为从事相关化工设计工作人员提供一定的参考借鉴。

德国mankenberg氮封阀DM762、RP840

2氮封系统简述

设置氮封系统的目的是隔绝氧气和易燃易爆可燃液体的接触，从本质上避免火灾或者爆炸事故的发生。氮封系统的作用是在储罐的进、出料过程中，通过供氮系统和呼吸阀的配合，控制储罐内气相空间中氧的含量在安全的浓度。

如图所示，来自供氮系统的氮气P经减压装置（氮封阀）减压至P1后充入储罐，此为充氮过程，当储罐压力P等于P1时，充氮过程结束（储罐初次使用时应先 进行氮气置换）；当储罐进料时，随着物料的加入，储罐气相空间压力P升高，当储罐压力P大于泄氮阀的泄氮设定压力P2时，泄氮阀开始排气，进料终止时储罐压力P等于P2，排气过程结束；当储罐出料时，随着物料的排出，储罐气相空间压力降低，当储罐压力P小于P1时，系统开始充氮，出料终止时储罐压力P等于P1。

氮封系统图

图中,

P：管网氮气供应压力，氮封阀进气压力

P0：储罐内气封压力

P1：氮封阀设定压力

P2：泄氮阀设定压力

3氮封系统压力设定设计原则

钢制立式圆筒形固定顶储罐的设计压力，一般为：-0.5~2KPa，在如此小的压力范围内，如何各安全附件的压力区间没有交集，是确保氮封系统能够正常运行的关键。

氮封系统失效原因主要是各安全附件的定压不准确、压力区间有交集。一般泄氮阀的压力设定点略大于氮封阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影响设备的使用寿命。呼吸阀的呼出设定值应大于泄氮阀压力设定值，呼吸阀的吸入设定值应小于氮封阀的压力设定值，罐顶呼吸阀仅起安全保护作用，呼吸阀在正常情况下不工作。当氮封阀或泄氮阀失灵，导致罐内压力过高或过低，此时，呼吸阀才动作。呼吸阀呼出的起跳压力应低于该呼吸阀所在储罐的设计压力，但应高于该储罐的操作压力，以确保储罐的正常操作。呼吸阀吸入的起跳压力应高于该呼吸阀所在储罐的设计压力，从而保护储罐不被损坏。具体压力关系见下图

具体计算，按照超压值进行计算，关系如下：

4氮封系统供气量计算

在美国石油学会标准《常压和低压储罐的放空》API2000中，储罐氮封装置的进气量应不低于出料泵泵出储罐内液体所需的补充气体量和外界气温变化而产生的储罐内气体冷缩所需补充的气体量之和。

(1)出料泵泵出储罐内液体所需的补充气体量等于泵的输出体积流量。

(2)由于气温变化而引起储罐内的气体冷凝和收缩需补充的气量，在《常压和低压储罐的放空》API2000中有明确规定：对容积V≥3180m³的储罐，气量与储罐外壳和罐顶的表面积有关，每平方米罐外壳和罐顶表面积，每小时需补入0.6m³氮封气；对容积V＜3180m³的储罐，每立方米容积，每小时需补入0.178m³氮封气。

常用储罐因外界气温变化所需的供气量见下表（来自HG /T 20570. 16-95，《工艺系统工程设计技术规定-气封的设置》第2章气封装置的选择计算）：

(3)将(1)(2)两项所需气量相加，即得氮封装置所需气量。

5 氮封系统应用于储罐的优点

保持容器顶部保护气的压力恒定，维持储罐内的不可燃环境并抑制储罐的气体排放，降低储罐发生火灾和爆炸的风险。氮封装置具有节能，动作灵敏、运行稳定、操作与维修方便等特点，氮封装置广泛应用于石油化工行业，产品特点无需外加能源，在无电无气的场合利用被调介质自身能量为动力源，引入压力阀的指挥器以控制压力阀芯位置，改变流经阀门介质流量，使阀门后端压力保持恒定。氮封装置的供（泄）氮压力设定方便，可连续运行。


 

原创作者：上海拾安阀门有限公司