常压储罐压力安全保护系统的设计

胡洁

摘  要：本文介绍了常压储罐压力安全保护系统的设计，通过选取代表性的常压储罐，对氮封阀、压控阀、呼吸阀、紧急泄放阀的配置及压力设定进行了描述，为今后类似的工程设计起到了参考指导作用。

关键词：常压储罐;压力;氮封

前言：挥发性有机化合物（以下简称：VOCs）是导致大气雾霾的主要原因物之一，严重影响空气质量和人民身体健康。根据中石化要求，储罐宜采取罐顶气相平衡线、罐顶隔热或涂敷隔热涂料等措施减少VOCs的排放[1]。

目前储运设计，油品、化工品储罐选用常规的立式拱顶罐，依据《石油库设计规范》GB50074-2014，甲B、乙A类液体化工品采用内浮顶储罐，并设置氮气密封保护系统及密闭回收处理罐内排出的气体。

一、储罐的安全保护

油品、化工品内浮顶储罐通常配置氮气密封系统、压控排放系统、呼吸阀保护设施、紧急泄放阀保护设施，根据上述储罐附件针对不同物料制定相应的压力控制方案。

本文以常压储罐（以设计压力-0.5/2.0kPaG为例）进行研究分析。

1.氮气密封

儲罐氮气密封系统的作用主要是为了防止储罐出现负压而从呼吸阀吸入空气，以保持罐内微正压。氮气的补充，不但会减少物料的损耗，防止空气的污染，还可以保证物料的品质和储罐的安全。

氮气保护系统包括氮气源、氮气管线、氮封阀、罐内压力检测等。氮封阀选用开-关型，以保证储罐氮封压力的平稳，正常氮封阀在0.2kPaG开启，在0.5kPaG关闭。当罐内气体压力低于氮封阀开启压力时，氮封阀打开向罐内补入氮气;当罐内气体压力达到氮封阀关闭压力时，氮封阀关闭停止向罐内补入氮气。

考虑到当氮封阀出现故障时需要下线检修，一般在氮封阀总管上设置旁路，旁路上设置限流孔板。当氮封阀检修时，使用限流孔板旁路给储罐内补充氮气。

2.压控排放

压控排放系统的作用主要是为了防止储罐压力升高过快而从呼吸阀排出罐顶气至大气，以保持罐内微正压。一般可以有压控阀和单呼阀两种。

压控阀的压力设定值为0.9kPaG，当罐内气体压力高于压控阀设定压力时，通过罐顶压控阀开启向罐外排出气体。

3.储罐安全附件

除了氮封阀和压控阀之外，常压储罐应配置紧急泄放阀、呼吸阀等辅助附件。

（1）补压工况

当环境温度骤降或大量出料时，储罐内部物料急剧收缩，为避免储罐被抽瘪，需要向储罐补压。氮封系统作为首道补压措施，保证了储罐内部压力维持在微正压。

而当氮封阀事故失灵不能及时开启时，若外界因素造成罐内压力会继续下降，储罐还应设置呼吸阀（吸气）作为二道保护措施。呼吸阀的压力设定值为-0.3kPaG，当储罐内部压力降低至该值时，通过带阻火器的呼吸阀向罐内补充空气，确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限（-0.5kPa）。

（2）超压工况

当环境温度骤升或大量进料时，储罐内部物料急剧扩张，为避免储罐被充爆，储罐需要向外界排气。压控系统作为首道排气措施，保证了储罐内部压力维持在微正压。

而当氮封阀事故失灵不能及时关闭时，若外界因素造成罐内压力持续升高，储罐还应设置呼吸阀（呼气）作为二道保护措施。呼吸阀的压力设定值为1.35kPaG，当储罐内部压力超过该值时，通过带阻火器的呼吸阀外排。

当储罐周围出现火情或超过设计流量的物料注入储罐时，造成罐内压力瞬时升高，此时，压控阀和氮封阀已不能满足事故状态下的排放需求，因此还应在储罐上设置事故泄压设备，一般常规做法是在储罐顶部设置紧急泄放阀。紧急泄放阀在事故超压工况下开启，储罐壳顶不会受到损害，保证了储罐的安全。紧急泄放阀的压力设定值为1.8kPaG，当储罐内部压力升高至该值时，通过紧急泄放阀向罐外排气，确保罐内压力不高于储罐的设计压力上限（2.0kPa）。

4.压力设定方案

根据中石化《石油化工储运罐区 VOCs 治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》图1， 带氮封常压储罐（2.0kPa）各储罐附件定压值示例见下图。

二、其它保护措施

1.阻火器

阻火器是阻止火焰蔓延和防止因回火而引起爆炸的安全装置。它允许物料流通，但是阻止火焰的通过[2]。

储罐 VOCs气相支线靠近储罐位置、废气处理装置入口等必须设置阻爆轰型阻火器，型阻火器须通过现行的 ISO16852 国际标准和 GB/T 13347规定的测试要求，并出具第三方实验验证文件。

阻爆轰型阻火器两端宜设置切断阀，并应根据气象条件和油气性质设置清堵、防冻措施。

2.在线氧含量分析仪

若厂区设置油气处理或者回收装置，应在厂区收集总管上设置在线氧含量分析仪，用于判断储罐氮封系统的可靠性，并满足后续油气处理或回收设施的安全性。

三、结语

综上所述，根据规范设置储罐压力保护系统中各阀（氮封阀、压控阀、呼吸阀、紧急泄放阀），可以保障储罐的安全性能;另外通过合理设定压力值来控制储罐内的压力，能够避免各阀设定压力的交集，产生不必要的氮气损耗和浪费。随着国家安全、环保、节能要求的不断提升，规范及安监对罐区安全系统管控也越来越严格，为保证罐区的安全运行，保护环境，储罐压力保护系统的合理配置将推广普及。

参考文献

[1] 《石油化工储运罐区 VOCs 治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》，2016年10月25日

[2] 姚建军 广州化工 2013（10）：41-20