化工常压储罐压力平衡系统及其连锁保护的探讨

钟军明

广东金宝力化工科技装备股份有限公司 广东佛山 528000

1 储罐内的压力变化原因分析

在储罐操作状态和外界环境不发生变化的情况下，储罐内的压力是不发生变化的，只有在下列条件下储罐内的压力才会发生变化。

（1）向储罐内灌装物料时，因液位的升高从而引起储罐内压力升高；

（2）储罐向外输出物料时。因液位的下降从而引起储罐内压力降低；

（3）当外部温度升高时，储罐内的气相部分因温度升高而引起储罐内的压力升高，

（4）当外部温度降低时，储罐内的气相部分因温度降低而引起储罐的压力降低；

（5）火灾时储罐受热，引起蒸发量骤增而造成的储罐内压力急剧升高。

在以上集中情况下，为了保证储罐内的压力平衡，储罐应有足够的呼吸量以便确保储罐在正常压力下工作，使之不超过其设计的正负压，从而保护储罐免受破坏。一般情况下，呼吸阀的呼吸量是由储罐的进料量、泵抽出量以及热效应所产生的呼吸需求量之和决定的。

2 储罐内的压力保护措施

储罐的压力保护装置通常包括以下部分：

气封系统

呼吸阀系统

紧急释放阀；

压力连锁系统

2.1 气封阀

气封阀的作用是使储罐内维持在一个恒定的微正压状态，是一个解决储罐负压风险的一种装置。

当储罐出料，或外部环镜温度下降引发储罐内压力下降时，气封系统将自动将储罐补充气体（通常是氮气），以维持储罐内在一个恒定的微正压状态。防止储罐内真空而造成损坏。

当补充气体后储罐达到气封阀的设定值后，气封阀将自动关闭，停止向储罐内补充氮气，以防止储罐因起度补充气体而引起罐内压力升高[1]。

2.2 呼吸阀

呼吸阀是保护低压、常压储罐压力的重要附件，安装于罐顶，用于自动控制罐内外气体通道的启闭，维持罐内压力平衡。

呼吸阀可以分解成两个装置：呼阀，将罐内的气体排出至大气，是解决储罐超压的一种装置；吸阀，将大气吸入至储罐内，是解决储罐负压的一种装置。这两个装置一体化合在一起称之为呼吸阀。

一是呼阀，当储罐处于进料状态，或外部温度升高时引发储罐内压力升高，达到呼阀的设定值时，呼阀将自动打开，将储罐内多余的气体排出，以保存持储罐内的压力在呼阀的设定值上。

二是吸阀，当储罐内的压力降低，且气封阀补充的气体不足以维持罐内的压力，引发罐内压力进一步下降至吸阀的设定值时，吸阀将自动打开，将大气吸入储罐内，阻止储罐压力的进一步下降。

2.3 紧急泄放系统

考虑到在出现火灾意外等情况造成储罐急剧超压的情况下，单靠呼吸阀来泄放压力是很难维持储罐的压力。通常情况下，可以采取以下几种措施泄放储罐内压力：

安装爆破片或紧急泄压阀等。

储罐的罐顶和罐壳采用弱连接方式。

当储罐内的压力升高，在呼阀打开的情况下，依不足以释放罐内的压力时，当罐内压力达到紧急泄放阀的设定值时，紧急释放阀将自动打开，大量的向外排气，以防止储罐内的压力进一步升高，是一种解决储罐事故状态下超压的装置。

2.4 压力连锁系统

液位变化是储罐内压力的主要引发原因，因此储罐的压力连锁装置，可以通过阻止罐内液位的变化，来控制压力的变化，也是解决储罐超压/负压的一种装置。

当储罐处于进料状态，当罐顶的压力变送器检测到储罐内的压力值超过呼吸阀的设定值，且小于紧急释阀的设定值时，说明呼阀的排气能力不足，控制系统连锁自动关闭进料泵，以切断罐内压力进一步升高的来源。

当储罐处于出料状态，当罐顶的压力变送器检测到储罐内的压力值低于气封阀的设定值，但高于吸阀的设定值时，说明气封阀的补气能力不足，控制系统应连锁自动关闭出料泵，以切断罐内压力进一步降低的来源[2]。

3 储罐压力连锁设定值

以上的储罐压力控制装置是有相互关系的，每个装置的设定值也是有相对应关系的，一种在涂料行业常用的溶剂储罐（根据GB50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》进行设计的常压储罐）的各装置设定值的表如下：

其压力保护的顺序如下：

负压控制：

正常的操作压力范围为1-3kPa（G）；

当罐区压力值低于1kPa（G）时，气封阀打开，向罐内补充压力，以维持罐内的压力1kPa（G），这是第一道负压保护；

气封阀打开后，如果罐内的压力仍然下降，当罐顶的压力检测仪检测到压力值为0kPa（G）时，控制系统将自动连锁关闭出料泵，以切断压力进一步下降的来源，这是第二道负压保护；

-当压力连锁停止出料泵后，罐内压力仍然下降至-0.1kPa（G），呼吸阀的吸阀将自动打开，从大气中吸空气进行罐内，以维持罐内的压力，这是第三道负压保护；

-吸阀打开后，此时罐区的负压最多为-0.1kPa（G），由于储罐的工艺安全限值为-0.25kPa（G），因此储罐仍处于安全状态下。

超压控制：

-当罐内压力高于1kPa（G）时，气封阀将自动关闭，以防止罐内压力进一步升高；

-当罐内的压力处于1-3kPa（G）范围内时，气封阀与呼吸阀都处于关闭状态；

-当罐内压力高于3kPa（G）时，呼吸阀的呼阀将打开，向外部排气，以释放罐内的压力，第是一道超压保护；

-呼阀打开后，如果罐内的压力仍然升高，当罐顶的压力检测仪检测到罐内的压力值为5kPa（G）时，控制系统将自动连锁关闭进料泵，以切断压力进一上升高的来源，这是第二道超压保护；

-当压力连锁停止进料泵后，罐内的压力仍然上升至8kPa（G）时，紧急释放将自动打开，大量向外排气，以释放罐内的压力，这是第三道压力保存。

-当紧急释放阀打开后，此时罐区的正压值为8kPa（G），由于储罐的正压工艺安全极限值为16kPa（G），因此储罐仍处于安全的状态。

4 结语

近年来因化工储罐引发的安全事故依然频发，形势严峻。一个良好的储罐压力平衡与控制系统及各装置合理的设定值，可以起到本质安全设计的作用。加上在运行过程中各安全设施的可靠性维护，能够实现将储罐因超压损坏而带来的风险控制在可以接受的范围内[3]。