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精细化工储罐氮封阀装置优化方案

某化工厂储存醋酸和乙炔合成反应液的储罐液位整体出现下降，导致罐内形成负压并吸入空气，与罐内气相物质（90%为乙炔）混合形成爆炸性混合气体，遇静电火花，发生爆燃，罐内物料流出，蒸发成大量可燃爆蒸气云随风扩散，继而引发空间爆炸。常压内浮顶储罐是石油化工企业包括库区最常见的一个罐体类型，其储存介质通常为甲B、乙类的液体，虽然称呼为常压储罐，但是其内部气相空间的压力也是频繁波动的，其压力波动的来源通常包括物料装卸带来的气相空间体积的变化，以及外界环境对于罐体气相温度带来的变化，专业名词称呼为大呼吸和小呼吸。

既然存在气相压力的波动，那么就需要对气相压力进行无级变速式的调节。早期建设的储罐一般是在罐壁四周的上方设置排放口，和大气互通，后来为了减少大气VOC的排放，更多地储罐安装了呼吸阀、单呼阀，甚至密闭油气回收设施等。这种技术上的改进带给常压储罐的一个典型特性，就是储罐内部气相空间的压力特性不断增强，基于此，为了解决这种越来越显著的压力特性，一系列的泄压设施被用来解决此类问题。其中呼吸阀是一类，属于常规泄压设施，也可以称为非紧急泄压设施。自然另一类就是紧急泄压设施了。标准规范上常常提及的“紧急泄放人孔"“事故泄压设备"“紧急泄放阀"等，都是同一个东西。为了写作方便，以下统一用“紧急泄压人孔"术语来代替。

案例的直接原因是爆炸性混合气体与空气混合，遇到点火源爆炸。在此情况下氮封是最常见的预防措施之一，可有效防止储罐发生火灾爆炸事故。

化工企业，特别是精细化工企业通常有两方面疑问：第一，哪些情况需要设氮封？第二，氮封如何设置？安在什么位置？多大的流量能够避免爆炸环境产生？

《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）规定，当单罐容积小于或等于5000m3的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施；储存温度超过120℃的重油时，固定顶罐应设置氮气保护。

《精细化工企业工程设计防火标准》（GB51283-2020）规定，固定顶罐或低压罐（单罐容积不小于100m3）储存甲B、乙A类液体时，应采用氮气或惰性气体密封措施。

个别精细化工企业，由于存在早期设计不完善、常压储罐未经正规设计、或者经由其他储罐改造等情况，储罐没有设置氮封或设置不合规的情况依然存在。氮封装置是本厂自主开发、研制的一套自力式微压力控制系统，主要用于保持容器顶部保护气（一般为氮气）的压力恒定，以避免容器内物料与空气直接接触，防止物料挥发、被氧化，以及容器的安全。该产品具有节能、动作灵敏、运行可靠、操作与维修方便等特点。广泛应用于石油、化工等行业。产品特点：无需外加能源，能在无电、无气的场合工作，既方便，又节约能源，降低成本；·氮封装置供氮、泄氮压力设定方便，可在连续生产的条件下进行；·压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作灵敏，装置工作平稳；·采用无填料设计，阀杆所受摩擦力小，反应迅速，控制精度高；·供氮装置采用指挥器操作，减压比可达100:1,减压效果好，控制精度高；·为确保储罐的安全，需在罐顶设置呼吸阀；·呼吸阀仅起安全作用，避免了常规氮封装置中启闭频繁易损坏的缺陷。 氮封装置由供氮装置和泄氮装置两部分组成。供氮装置由指挥器和主阀两部分组成；泄氮装置由内反馈的压开型微压调节阀组成。氮气压力一般设为100mmH2O.通过氮封装置控制。 当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于泄氮装置压力设定值时，泄氮装置打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至泄氮装置压力设定点时，泄氮装置自动关闭。当储罐出液阀开启，用户放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮装置开启，向储罐注入氮气，使罐内压力上升，当罐内压力上升至供氮装置自动关闭。

精细化工储罐氮封阀装置优化方案

氮封装置主要用于储罐顶部氮气压力恒定控制，以保护罐内物料不被氮化及储罐安全。氮封装置由ZZYVP微压供氮阀及ZZV微压泄氮阀两大部分组成。泄氮阀由压力控制器及ZMQ-16K型单座切断阀组成。当储罐内压力升高至设定压力时，泄氮阀迅速开启，将罐内多余压力泄放。微压调节阀在储罐内压力降低时，开启阀门，向罐内充注氮气。因微压调节阀必须使用在压力为0.1Mpa压力以下，现场压力较高，必须安装ZZYVP型压力调节阀将压力调节阀将压力降低至0.1Mpa以下才可使用。公称压力0.1Mpa，压力可按分段设定，从0.5Kpa 至66 Kpa以下，介质温度温度≤80℃。

由于本篇文章重点是写紧急泄压人孔相关的内容，也就是偏重于储罐内部气相压力的正压特性，对于负压及真空特性，和本篇文章关系不大，涉及到的我会一笔带过。提前声明一下，防止引起大家的误解。好了，下面开始进入正题。我们知道常压固定顶储罐（包含内浮顶）其罐内气相上方的压力上升主要来源于两个因素：第一就是物料在进罐过程中导致的气相空间体积变化而引起压力变化，第二就是外界环境因素（温升、日晒等）引起的罐内气相空间温度变化而引起的压力变化。根据理想气体状态方程的三大定律：

依据《SH/T 3007-2014 石油化工储运系统罐区设计规范》第5.1.6条的规定，可知呼吸阀所解决的压力源主要就是大呼吸（物料进罐）和小呼吸（储罐温升）所带来的气相压力增加。

也就是说，对于呼吸阀来说，从原生的设计阶段开始，其呼吸量的计算和设备选型都是基于这两种常规的呼吸（大呼吸和小呼吸）来设定的。但是凡事总有例外，如果储罐气相空间出现了第三种压力急剧增大的情景，导致原有的呼吸阀即使在100%的开度下也无法及时泄放增大的气压，就会带来潜在的罐体撕裂的风险后果。那么这第三种压力急剧增大的情景又是什么呢？主要有两类场景：氮封失效和外部火灾。我们先说第一类：氮封失效。

对于固定顶类的储罐（包括内浮顶储罐），尤其是涉及到易燃易爆有毒介质的固定顶储罐，都会设计氮封系统的（具体哪些储罐设置氮封，可参考我之前写的这篇文章《罐区VOC改造闪爆事故思考：储罐氮封的最大意义到底是什么》）。对于带氮封的储罐来说，所谓的氮封失效，专指氮封阀（包括各类型的调节阀）无法关闭，导致氮气源源不断地进入储罐内部气相空间。这种场景就会导致储罐内部的气相空间压力不断增加，如果没有有效地泄压措施，就会超过储罐的设计压力，造成储罐撕裂。针对这种情况应该怎么办呢？标准中给出的答案是增加紧急泄压人孔。

■精细化工储罐氮封阀装置优化方案产品特点

    氮封装置的供（泄）氮压力设定方便，且可在连续生产的条件下进行；氮气压力设定范围广，低至0.5Kpa（50mm.w.c）,高至Kpa，比值达132倍，压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作极灵敏。 
       供氮压力调整：在ZZV型微压调节阀压力调节范围内选定一设定值如1Kpa（100mm.w.c）,通过调节调整螺丝2以改变弹簧3的预压缩（拉伸）量来达到；泄氮压力调整：在ZZDQ快速泄放阀在的压力控制器部分，通过调整座3，改变弹簧4预压缩量达到。一般为避免氮封装置启闭频繁，泄氮设定值应远离供氮压力值，如2Kpa（200mm.w.c）;呼吸阀高定值调整：在上述两设定值调整好后，为避免呼吸阀启闭频繁，呼吸阀设定值应大于泄压设定值。

精细化工储罐氮封阀装置优化方案自力式氮封阀 产品特点

（1）不用外加能源，能在无电、无气的场合工作，既方便又节约能源。
（2）氮封装置供氮，泄氮压力设定方便，可在连续生产的条件下进行。
（3）压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小、动作灵敏、装置工作平衡。
（4）采用无填料设计，阀杆所受磨擦力小、反应迅速、控制精度高。
（5）供氮装置采用指挥器操作，减压比可达100:1，减压效果好、控制精度高。
（6）需在罐顶设置呼吸阀。
（7）呼吸阀制止了常规氮封装置中启闭频繁易损坏的缺陷。

■精细化工储罐氮封阀装置优化方案主要零件材质

阀体：ZG230-450、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12No2Ti
阀芯阀座：1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12No2Ti
膜片：丁腈橡胶增强涤纶织物
波纹管：1Cr18Ni9Ti

■精细化工储罐氮封阀装置优化方案技术参数

三、精细化工储罐氮封阀装置优化方案自力式氮封阀 主要技术参数

四、精细化工储罐氮封阀装置优化方案自力式氮封阀 主要外形图

五、精细化工储罐氮封阀装置优化方案自力式氮封阀 主要外形尺寸

关于氮封安装，分享两种错误安装场景：一种是直接安装在呼吸阀下部短节位置（图1），另外一种是靠近呼吸阀位置直接焊接在法兰接管处（图2）。这两种场景均会导致氮气直接排出，无法起到氮封作用。

若呼吸阀用在氮封罐上，建议氮气供气管的接管位置一定要远离呼吸阀接口，并由罐顶部插入贮罐内，使氮气进罐后不直接排出，从而达到氮封目的。大部分工厂设置氮封多采用自力调节阀或者压力控制阀，关于操作方面可参照《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014）规定，采用氮气保护的储罐，其操作压力宜为0.2Kpa～0.5Kpa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1Kpa～1.5Kpa。同时有些储罐因介质含有腐蚀性，要注意定期检查清理氮气管线，防止氮封失效。