常压储罐氮封系统的设计

王鑫

摘      要： 氮封流程是储罐工艺设计的常用流程，为防止储罐内物料因与进入的外界气体（空气）接触而被污染变质或与外界进入的气体（空气）发生化学和（或）生物反应，常需设置气封系统。储罐设置氮封系统是降低油品蒸发损耗必不可少的重要措施。在石油、化工等行业，储罐是必不可少的储存设备，对储罐进行氮封可以有效减少油品蒸发损耗，提高储罐的使用寿命，避免环境污染等问题。对于不同性质的物料，氮封系统方案需要根据物料性质进行改进。例如，对于轻质油品储罐，需要增加氮气流量，保持储罐内部压力稳定，防止油品挥发；对于高温易结晶的液硫，需要增加氮气流动速度，防止液硫结晶，影响储罐使用寿命；对于顺酐，需要增加氮气流量，减少顺酐受潮，防止产生燃爆事故。基于此，本文主要针对氮封系统设计展开相关探讨分析。

关  键  词：常压储罐； 氮封系统； 安全控制

中图分类号：TE88     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2024）06-0970-03

储罐是石油、化工等行业中广泛应用的一种设备，用于储存各种气体、液体和液化气体。由于储罐内储存物质的特性，在储存和运输过程中需要采取相应的安全措施，以防止泄漏和爆炸等事故的发生。因此，常压储罐氮封系统被广泛应用于储罐的密封和安全控制中。

1  常压储罐氮封系统的基本概念和设计要求

常压储罐氮封系统是一种用于确保常压储罐内储存物质安全的先进技术，在这个系统中，通过不断地向储罐内充入氮气，形成一个高度惰性的气体环境，从而防止储罐内物质的氧化、腐蚀和污染。该系统工作原理是将当储罐内储存的物料被泵抽出和（或）由于外界温度降低，使储罐内气体冷凝或收缩时，氮封系统自动补入氮气，阻止外界气体进入；在向储罐内送料和（或）由于外界温度升高使储罐内液体汽化而使罐内压力高于氮封压力时，储罐内气体可通过泄压阀自动排入大气。由于氮气是一种高度惰性气体，在常温常压下不易与其他物质发生化学反应，因此可以有效地保护储罐内物质的完整性。此外，由于氮气比空气密度大，所以在储罐内形成了一个保护层，可以防止外部杂质进入储罐内部。常压储罐氮封系统具有多种优点。首先，它可以有效地保护储罐内物质的完整性，避免氧化、腐蚀和污染。其次，它可以提高储罐的安全性，防止外部杂质进入储罐内部，降低储罐内物质的损失。最后，它可以节约能源，因为氮气是可再生的，可以通过压缩空气或使用氮气发生器等方式来制备。在实际应用中，常压储罐氮封系统需要根据储罐的尺寸、形状、储存物质的性质和工艺要求等因素进行设计和优化。此外，还需要选择合适的氮气发生器、压缩空气系统和控制仪表等设备，以确保系统的稳定运行和高效性[1]。

在设计常压储罐氮封系统时，需要满足以下三个主要要求：首先，系统应具有可靠的安全性能，能够有效地防止泄漏和爆炸等事故的发生。这是由于常压储罐内储存的物质通常具有易燃、易爆、有毒等危险特性，一旦发生泄漏或爆炸事故，将会对操作人员和设备造成严重危害[2]。因此，在设计常压储罐氮封系统时，必须确保系统的安全性能，通过采用可靠的氮气发生器和压缩空气系统，以及安装高精度的监测仪表，实现对储罐内压力的实时监控和调节，从而防止泄漏和爆炸等事故的发生[3]。其次，系统应具有良好的密封性能，能够保证储罐内的储存物质不受外界环境的影响。这是由于储罐内的储存物质往往容易受到外界环境的影响，如温度、湿度、氧气等，从而导致物质的性质发生变化，甚至发生氧化、腐蚀和污染等现象。因此，在设计常压储罐氮封系统时，必须确保系统的密封性能，通过采用优质的密封材料和先进的密封技术，实现对储罐内环境的有效保护，从而保证储存物质的完整性和安全性。最后，系统应具有高效的经济性能，能够在保证安全的前提下，降低运行成本和维护费用。这是由于常压储罐氮封系统是一种长期运行的设备，其运行成本和维护费用直接影响到企业的经济效益。因此，在设计常压储罐氮封系统时，必须考虑系统的经济性能，通过采用节能型的氮气发生器和压缩空气系统，以及优化系统的设计和运行参数，实现降低系统运行成本和维护费用的目的。

2  常压储罐氮封系统原理及应用

2.1  氮气供应系统原理

氮封系统在石化、化工等行业中广泛应用，其主要作用是维持储罐内部的压力稳定。氮封系统主要由调压阀、压力表、相连管线等组成，设置位置一般在固定顶储罐或内浮顶储罐罐顶。在使用氮封系统时，需要根据储罐的设计压力确定控制压力范围。一般来说，常压储罐控制在0.5～1.5 kPa（G）。在维护储罐的正常运行中，氮封系统起着至关重要的作用[4]。可以保证储罐内部的压力不会过高或过低，从而保护储罐的安全运行，氮封系统的操作方式也很简单。当储罐的压力低于设定压力时，系统进行氮气补气；当储罐的压力高于设定值时，自动进行排气。如果发生火灾或者氮封阀出现故障时，需要进行紧急泄放，以确保储罐内部的安全。

2.2  储罐氮封系统的应用

氮封系统+呼吸阀+紧急泄放人孔

从图1可以看出，在储罐的氮封形式中，使用的是氮气调压阀+呼吸阀+呼吸人孔（或紧急泄放阀）。因为在储罐压力较高的时候，这种形式的氮封可以直接通过呼吸阀排入大气，所以它的应用范围主要是在对环境危害不大、规范允许直接排入大气的介质中，黏度大，易结晶，易引起气门阻塞，应谨慎选用。

图2为该组合通用流程，当压力低于设置值时，就会打开补气阀（自动调节阀或调压阀）来补充氮气，当压力持续处于较低水平时，呼吸阀自动开启吸入空气，如果还是无法解决这个问题，紧急泄放人孔自动开启；当大量的空气被吸入时，快速地将储罐内的压力补满，当压力恢复到正常水平时，操作员需要用氮气或其他惰性气体来缓慢地替换进的空气[5]。为了避免由于空气进入而引起的大量材料的劣化（与空气接触时容易劣化材料），并排除了可能有危险的爆炸性环境。当储罐超压时，开启排气管线阀门，排出废气处理系统，持续超压后开启吸气管线阀门吸入氮封气体，使之保持压力正常。这种氮封系统可以适用于大部分的物质体系，确保了储罐的安全。在黏度较大、易发生结晶的介质中，很可能会导致呼吸阀的堵塞，因此，建议采用带夹套的呼吸阀，并对补气管线、排气管线进行伴随热处理，以减少材料的黏结和结晶对阀门和管线的影响，从而提升安全系数。

图3所示为一种由氮密封+液体密封+呼吸人孔组成的正负压力防止罐+呼吸人孔组成的结合系统，这种氮密封系统可用于大部分材料体系，以确保容器的安全性[6]。

其显著特点用一个正负压力防止罐来取代一个呼吸器，在某些小型油库中，这种装置还能取代应急排气口或应急排气门。在正压防止罐和负压防止罐中，气体相平衡管路都要被伸入到密封液体中，并且要有一个固定的深度，这个深度可以按照项目的储罐控制压力以及密封液体的类型来决定。

3  氮封系统设计

3.1  案例概述

某石化公司有一座容量为5 000 m3的常压储罐，用于储存易燃易爆液体。经过调查分析，该储罐采用了上述常压储罐氮封系统，经过一段时间的运行，取得了良好的安全性和经济性。经过检测，储罐内氮气压力稳定，储存物质不受外界环境影响。同时，由于采用了高效的安全控制系统和压缩机，系统的运行成本和维护费用也得到了降低。

3.2  氮封系统压力设计

对于储罐氮封系统的压力设定，必须综合考虑物料特性和储罐设计压力，目的是确保系统运行的安全和稳定。常压储罐的设计压力一般位于0.5～

2 kPa（G），氮封压力则应该在0.5～1.5 kPa（G），这样才能达到理想的密封效果[8]。常压储罐各级压力泄放值会受到多种因素的影响，包括储罐型号、最大允许工作压力、呼吸阀及紧急泄放人孔类型以及系统背压等。紧急泄放人孔的设定应该大于呼吸阀的设定正压力及排气压力，同时小于储罐的设计正压力。氮封阀的开启压力为正常储罐的维持压力，在各级正压保护系统中压力最低。

3.3  氮封系统气量设计

氮气的补充和排放问题在实际操作中尤为重要，需要进行科学合理地管理。首先，补气或排气量的大小主要取决于环境温度和物料输出造成的空间或体积变化。环境温度的变化直接影响到氮气的体积，当环境温度升高时，氮气的体积也会随之增加。因此，在高温环境下，需要补充一定量的氮气以保持物料的封闭状态[9]。另外，物料的输出也会导致氮气体积的变化，当物料输出时，随着物料体积的变化，氮气的空间也会相应地发生变化，此时需要排放一定量的氮气。其次，在选取气体空间变化量时，需要参照相应的规范或计算方法，并根据物料的性质进行选择。不同的物料对氮气的需求量不同，例如易氧化、易腐蚀的物料需要更多的氮气来进行保护。因此，在实际操作中，需要根据物料的性质和工艺要求，合理调整氮气的补充和排放量。保证氮封系统能够安全、稳定地运行。

4  结 论

氮封系统中的氮气补充和排放问题是一个需要综合考虑多方面因素的复杂过程。在实际操作中，需要根据环境温度、物料输出以及物料的性质等因素，合理调整氮气的补充和排放量，确保储罐内物料的安全。同时，在紧急情况下，要确保氮封系统能够及时、有效地进行泄放，保护人员和设备的安全。

参考文献：

［1］焦会峰.石脑油储罐加装氮封装置的重要作用[J].设备管理与维修，2023（16）：180-182.

［2］余婷，廉雅斌.氮封系统工艺设计分析与比较[J].天津化工，2022，36 （03）：87-90.

［3］黄小妹.固定顶储罐改苯、甲苯罐问题分析[J].化学工程与装备，2022 （05）：182-183.

［4］葛乃峰，陈陆辉.石化仓储企业储罐氮封技术的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（20）：71-73.

［5］叶超.常压储罐改造为氮封储罐的要点分析[J].化工管理，2021 （29）：160-162.

［6］张明辉，樊利利.醋酸储罐氮封系统在VOCS治理上的应用与探讨[J].山东化工，2021，50（01）：250-252.

［7］兰曙阳，王子伟，蔡世昌.低压液体化工品储罐氮封装置的常见故障和维修应用[J].港口科技，2020（08）：4-5.

［8］赵会兵.关于化学品储罐氮封装置的正确使用[J].山东化工，2020，49 （10）：120-123.

［9］张鹏， 周建文. 储罐氮封用气量计算与研究[J]. 江西化工， 2020 （01）： 70-72.

［10］周波.聚醋酸乙烯储罐氮封系统失效原因分析与对策[J].安全、健康和环境，2020，20（01）：12-15.

Design of Nitrogen Sealing System for Atmospheric Storage Tank

WANG Xin

（Liaoning Province Petroleum-chemical Industry Planning & Designing Institute Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110000， China）

Abstract：  Nitrogen sealing process is a common process of storage tank process design， which is used to seal the gas phase space of storage tank and isolate harmful gas overflow. Nitrogen sealing system is an essential measure to reduce oil evaporation loss. In the petroleum， chemical and other industries， storage tanks are essential storage equipment， nitrogen sealing of storage tanks can effectively reduce oil evaporation loss， improve the service life of storage tanks， and avoid environmental pollution and other problems. For materials with different properties， the nitrogen sealing system scheme needs to be improved according to the properties of the materials. For example， for light oil storage tanks， it is necessary to increase the nitrogen flow rate to keep the internal pressure of the tank stable and prevent oil volatilization. For liquid sulfur which is easy to crystallize at high temperature， it is necessary to increase the nitrogen flow speed to prevent liquid sulfur crystallization and affect the service life of the storage tank. For maleic anhydride， it is necessary to increase the nitrogen flow to reduce the moisture of maleic anhydride and prevent ignition and explosion accidents. Based on this， the design of nitrogen sealing system was mainly discussed and analyzed.

Key words： Atmospheric storage tank; Nitrogen sealing system; Safety control