可燃介质低压储罐氮封系统设计和呼吸气量的计算

范丛峰, 张梦华

(华东理工大学工程设计研究院有限公司，上海 200237)

可燃介质低压储罐氮封系统设计和呼吸气量的计算

范丛峰, 张梦华

(华东理工大学工程设计研究院有限公司，上海 200237)

在可燃介质低压储罐上设置氮封系统，合理设定安全装置压力，减少气相挥发，避免发生燃烧爆炸。进气阀和泄气阀分别起“吸入”、“呼出”作用，防止储罐抽空或者超压。结合工程实例，介绍进气量和泄气量的计算方法，对调节阀选型提供依据。

可燃介质;低压; 氮封；呼吸；计算

石油化工企业经常储存可燃、易爆、有毒的化工原料，为减少气相挥发，防止其和氧气接触进而发生燃烧爆炸，通常采用氮气作为该储罐的保护气体[1]。某项目以乙酸乙酯作为氯化反应的一股反应原料，该原料用低压储罐存储。

1 氮封系统设计

查物性MSDS，乙酸乙酯饱和蒸汽压为13.33kPa(27℃),该储罐进行微正压储存，操作压力为0.014MPaG。乙酸乙酯可燃、易爆，为防止其和氧气接触，避免发生燃烧爆炸，采用氮气作为保护气体，同时乙酸乙酯有毒，为满足环保及安全要求，其呼出气体进入吸收塔进行吸收处理。采用两个自力式调节阀[2]以及安全阀作为安全系统，也可以采用两个调节阀以及压力检测元件代替自力式调节阀，其工艺流程见图1。

图1 工艺流程

当储罐对外出料时，罐内液位下降，气相空间变大；或者由于外界温度降低，罐内气体冷凝或者收缩；从而气相压力下降。当下降到进气阀的设定压力0.014MPaG时，进气阀开启，向储罐输入氮气，降低气相中乙酸乙酯的分压，减少其物料挥发。

当槽车对储罐卸料时，罐内液位上升，气相空间变小；或者由于外界温度升高，罐内气体膨胀；从而气相压力上升。当压力上升到泄气阀的设定压力0.02MPaG时，泄气阀开启，向外界排出以氮气为主的气体，该气体进入吸收塔处理达标后对外排放。此时进气阀与泄气阀犹如呼吸阀的“吸入”、“呼出”，防止储罐抽空或者超压，保证储罐的正常操作压力。当发生火灾时，储罐因受热引起罐内液体蒸发量急剧增加，此时安全阀开启向罐外泄放物料，以避免因超压而损坏储罐[3-4]。

2 进气量计算

在美国石油学会标准API标准2000《常压和低压储罐的放空》[5]中，储罐氮气气封装置的进气量应不小于由于出料泵泵出储罐内液体所需的补充气体量和由于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即为泵的最大输出流量。

Vip=Vpe

(1)

式中:Vip为泵出储罐内液体所需的补充气体量，m3/h；Vpe为泵的最大输出流量，m3/h。

(2)由于外界气温下降而产生的储罐内气体冷缩所需补充的气体量。

(2)

式中:VIT为气温下降而产生的储罐内气体冷缩所需补充的气体量，m3/h；C为系数，取决于气相压力，储存温度以及项目所在地纬度,具体见表1；Vtk为储罐体积，m3；Ri为保温系数，不保温时Ri取值为1，储罐全部保温时Ri=Rin。

(3)

式中:h为储罐内部传热系数，W/(m2.℃)，对于大部分储罐而言，取值为4；λin为保温材料导热系数，W/(m.℃)；lin为保温厚度，m。

表1 C系数 c factor

乙酸乙酯储罐的容积为45m3，存储温度为25℃，泵的最大流量为12m3/h，保温材料为岩棉，导热系数为0.04W/(m.℃)，保温厚度为0.05m，项目所在地的纬度为32°，通过计算得出总的进气量Vi。

Vi=Vip+VIT

(4)

3 泄气量计算

在美国石油学会标准API标准2000《常压和低压储罐的放空》[5]中，储罐氮气气封装置的泄气量应不小于由于进料泵泵入储罐内液体所需的排放气体量和由于外界气温变化而产生的储罐内气体膨胀所需排放的气体量之和。

(1)进料泵泵入储罐内液体所需的排放气体量即为泵的最大输入流量。

Vop=Vpf

(5)

式中:Vop为泵入储罐内液体所需的排放气体量，m3/h；Vpf为泵的最大输入流量，m3/h。

(2)由于外界气温上升而产生的储罐内气体膨胀所需排放的气体量。

(6)

式中，VOT为气温上升而产生的储罐内气体膨胀所需排放的气体量，m3/h；Y为系数，取决于项目所在地纬度,具体见表1；Vtk为储罐体积，m3；Ri为保温系数，不保温时Ri取值为1，储罐全部保温时Ri=Rin，具体见公式3。

表2 Y系数 Y factor

乙酸乙酯储罐的容积为45m3，存储温度为25℃，泵的最大流量为12m3/h，保温材料为岩棉，导热系数为0.04w/(m.℃)，保温厚度为0.05m，项目所在地的纬度为32°，通过计算得出总的出气量VO。

V0=Vop+VOT

(7)

经过计算得出进气阀和泄气阀的气体量，且进气阀阀前氮气压力为0.10.MPaG，阀后定压为0.014MPaG；泄气阀阀前定压为0.02.MPaG，阀后根据背压反推为0.015MPaG；这些数据对调节阀的选型提供依据。

4 结语

(1)在乙酸乙酯低压储罐上设置氮封装置，合理设定进气阀和泄气阀的设定压力，减少气相挥发，避免发生燃烧爆炸。

(2)进气阀和泄气阀分别起“吸入”、“呼出”作用，防止储罐抽空或者超压。

(3)为满足环保及安全要求，其呼出气体进入吸收塔进行吸收处理达标后对外排放。

(4)结合工程实例，介绍进气量和泄气量的计算方法。

(5)进气阀和泄气阀的气体量以及阀前阀后的压力，对调节阀选型提供依据。

[1] 化工部工艺系统设计技术中心站.HG/T 20570.16-1995, 气封的设置[S]. 北京：化工部工程建设标准编辑中心，1996.

[2] 武兴华.自力式调节阀在氮封系统中的应用[J]．扬子石油化工，2007 (4):4-7．

[3] 徐顶旺.氮封设计中氮封供气量计算方法的研究[J]．化工设计，2012,22(5):13-15．

[4] 王佰亮.石油化工常压及低压储罐的氮封系统设计[J]．化工设计，2016,26(5):14-16．

[5] American Petroleum Institute .API 2000,常压和低压储罐的放空[S]. WASHINGTON: American Petroleum Institute,2000.

(本文文献格式：范丛峰, 张梦华.可燃介质低压储罐氮封系统设计和呼吸气量的计算[J].山东化工，2017，46(06)：114-115.)

Design for Nitrogen Sealing System and Calculation for Breathing Quantity of Combustible Medium Low Pressure Tank

FanCongfeng,ZhangMenghua

(Ecust Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd., Shanghai 200237,China)

The nitrogen sealing system is set on the low pressure tank which stored the combustible medium,the pressure of the safety device is properly set,reduced the volatilization of the gas phase , avoided the combustion and explosion. The inlet valve and the outlet valve are respectively take effect as "in-breathing" and "out-breathing", prevented the tank pump vacuum or overpressure. With a project as an example, the calculation method for breathing quantity is introduced,which provided basis for regulating vale selection.

combustible medium;low pressure; nitrogen sealing system;breath;calculation

2017-02-16

范丛峰(1985—)，江苏南通人，2007毕业于南京理工大学化学工程与工艺专业，获学士学位，注册化工工程师，从事化工设计工作。

TQ053.2;TE65

A

1008-021X(2017)06-0114-02