石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范

石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范

针对储罐尾气收集系统设计的疑难问题，如氮封阀的放置，储罐设计压力，储罐附件的定压，收集管路的压控等典型问题，从多个角度进行分析，并提出解决方案。储罐氮封阀装在罐顶还是装在罐底部的问题防止储罐等容器出现过压或负压的方法是在容器顶部设置开口。此种情况下，再向容器内注入产品时，任何的多余空气或气体可自由离开容器；相反当产品排出时，空气可流入容器内。此类系统还可因温度波动而使容器出现“透气”现象，这通常会导致容器的体积发生巨大变化。

问题：有的单位的储罐氮封阀没有安装在罐顶而是装在了储罐底部，说是方便检查维修，但实际上多数安装在储罐底部的氮封阀，氮封效果不好，不能隔绝空气。经常有设计人员问氮封阀能不能装在储罐底部的问题。下面来分析一下氮封阀安装在储罐顶部还是储罐底部的问题。

1、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范储罐氮封的作用

1）氮封的主要作用是隔绝空气。当储罐内储存的物料被泵抽出和（或）由于外界温度降低，使储罐内气体冷却收缩时，氮封系统自动补入氮封气，用氮封气使储罐内维持一定正压力，阻止空气进入储罐内，防止储罐内物料与空气接触，从而防止储罐内物料与空气中的水分和氧气接触而被污染变质；氮封也是一种安全措施，能有效防止储罐内部形成爆炸性气体、抑制硫化亚铁自燃；

2）其次是可以减少物料的挥发。当罐内压力降低时，可以通过补充氮气补偿液面上的静压力，从而在一定程度上减少了物料的挥发损耗。

2、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范能否正常工作的关键点

氮封阀能否正常工作的关键不在于氮封阀是安装在罐顶还是罐底，关键点是氮封阀测取的压力信号是否能真实反映储罐内的工作压力，也就是氮封阀引压管的取压源点的位置是否合适的问题。然而此方法并不适用于所有产品。进入储罐内的空气可能会污染产品，尤其是当储罐中存储的是有机溶液与碳氢物时，爆炸性气体（或空气）会在产品上方形成。此外，还有可能发生不良气体与蒸气的释放。由于必须避免这些情况，因此需要将储罐密封。然而，需要将储罐存放在常压条件下，从而避免在对其灌装或温度升高时出现过压，更为重要的是避免在排放产品时出现真空。大型储罐尤其无法承受罐内的低压状况。　　

　　气封系统可确保储罐顶部空间处于惰性空气保护与常压控制之下。实现这一结果的方法之一是连续充入惰性气体，这是一种相对简单且安全的解决方案。但由于其不断消耗惰性气体，因此操作成本很高。较为先进的做法是基于压力的气封工艺。一般来说，此类气封系统由下列组件构成：　

　　 在任何时候需要时允许惰性气体进入储罐的气封装置或调节器；　　

　　 允许顶部空间气体流出储罐的放气阀、通风装置阀或蒸气回收阀。

　　 用于防止储罐出现过压或真空的安全压力/真空泄放阀（后者可导致储罐内爆，这种风险会随着储罐尺寸的增大而提高）

　　 连接管与惰性气体气源

3、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范引压管取压源点的位置对氮封阀测压的影响

1）如果氮封阀的引压管取压源点在罐顶，测取的是罐顶压力，则氮封阀安装在罐顶与罐底对于氮封阀的控制没有多少差别性，差别只在于测到的压力与储罐内压力有个罐顶到罐底的氮气引压管道的静压差问题，这个静压差的影响可以通过零点压力设定来消除的。这个引压管的静压差Δp=ρgh，引压管的氮气密度随温度变化而变化，按一天之内*多温度变化10℃考虑，一天之内引压管的氮气密度变化率在3.6%以内，这个变化率对氮封阀的控制不会有什么影响；对于季节温度变化引起氮气密度变化产生的对氮封阀的控制影响，可以根据每个季度的平均气温调整一下零点压力。

2）如果氮封阀的引压管取压源点在阀后的管道上，测取的是管道压力，则氮封阀安装在罐顶与罐底对于氮封阀的控制就有差别性了。因为有个氮封阀后管道阻力降的问题，取压源点的压力与罐内压力差了静压差与阻力降之和，这个静压差的影响可以通过零点压力设定来消除的，但是这个管道阻力降的影响不能忽略，这个阻力降跟管道当量长度是正比关系，跟流量平方是正比关系，跟管径的五次方是反比关系，这个阻力降的大小会影响到氮封阀的控制。

4、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范的引压管取压源点在阀后的管道上时，氮封阀后的管道阻力降对氮封阀控制的影响

《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2014推荐的储罐充氮量如下表：

以DN50～DN250管道为例，分别计算氮封阀后氮气流量300 Nm3/h～2500 Nm3/h、管长1m、10～25m（差不多就是氮封阀安装在储罐底部时氮封阀后的管道长度）的管道阻力降。计算结果如下表：

从上表可以看出，管径对阻力降的影响比较大，当管径取DN50、DN80、DN100时，阻力降数值相对氮封阀的设定压力值就比较大了。

当氮封阀引压管取压源点在阀后的管道上时，氮封阀后的管道阻力降越小对氮封阀控制的影响就越小；当氮封阀后的管道阻力降接近或超过氮封阀的设定压力值（表压）时，对氮封阀控制的影响就比较大了。下面来分析一下，当氮封阀引压管取压源点在阀后的管道上时，氮封阀后的管道阻力降对氮封阀控制的影响。

a) 采用开-关型氮封阀

当储罐往外付出和（或）由于外界温度降低时，储罐压力就降低，当取压源点的压力降低到氮封阀设定开启压力（一般取200Pa(G)）氮封阀就打开，此时阀后管道就有了阻力降，当取压源点的压力高于氮封阀设定关闭压力（一般取500Pa(G)）氮封阀就关闭，但此时实际上储罐内的压力没有达到氮封阀设定关闭压力；氮封阀关闭后阻力降没有了，取压源点压力又回到低于氮封阀设定开启压力，氮封阀又打开补氮……如此反复循环动作。当氮封阀的补气速度赶不上储罐降压速度时，储罐压力就继续降低，有可能降低到呼吸阀设定吸气压力（-300Pa(G)），此时呼吸阀吸入空气，影响了储罐氮封效果。

b) 采用自力式型氮封阀

当储罐往外付出和（或）由于外界温度降低时，储罐压力就降低，当取压源点的压力降低到氮封阀设定压力（一般取300Pa(G)）氮封阀就打开，自力式氮封阀会自动调节阀的开度，使取压源点的压力自动平衡到低于氮封阀设定压力（一般取300Pa(G)），使氮封阀一直处于补气状态，但此时氮封阀的补气速度不一定赶上储罐降压速度。当氮封阀的补气速度赶不上储罐降压速度时，储罐压力就继续降低，有可能降低到呼吸阀设定吸气压力（-300Pa(G)），此时呼吸阀吸入空气，影响了储罐氮封效果。

5、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范结论

氮封阀引压管的取压源点的位置是否合适是氮封阀能否正常工作的关键。氮封阀无论是装在罐顶还是罐底，取压源点要选取在罐顶，取压源点离氮封进气口适当距离，0.8m以上为好，不要在氮封阀后管道上取压；如果取压源点要选取在氮封阀后管道上，氮封阀后管道就要选取合适的管径，使管道阻力降相对于氮封阀的设定压力（表压）要比较小，否则就会影响氮封阀的控制，这也是大多数储罐氮封效果不好的原因。

氮封阀*好不要安装在罐底部。设计规范也是要求氮封阀安装在罐顶的。《石油化工罐区自动化系统设计规范》(SH/T3184-2017)第5.4.5.3条要求“氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐內的真实压力”。当氮封阀安装在罐底部时，要考虑罐顶到罐底的氮气引压管道的静压差问题，这个静压差的影响要通过零点压力设定来消除。

6、石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范安装位置的其他影响

1）如果氮封阀装在罐顶，就没有阀后积液的问题；如果氮封阀装在罐底部，就要考虑阀后凝液的排放问题，其中*主要的问题还是一些腐蚀性介质的凝液对氮封阀的阀芯和阀座有腐蚀作用，会影响氮封阀的密封性。

2）至于考虑氮封窒息灭火要求把氮封阀装在罐底，那是某些消防人士自己拍脑袋想出来的，并无进行过科学论证。

石油化工储运罐区氮封阀系统设计规范

　　在该应用当中，通气阀会在顶部空间体积变小时打开，从而将顶部空间气体排出储罐。当将产品泵抽出储罐或者温度下降时，供氮阀将会打开，并向储罐顶部空间充氮，避免压力不足。保持恒定表压可确保空气以及氧气不会进入储罐。温度与天气条件的变化意味着储罐需要连续通气。因此自力式压力调节阀在这里是非常适用的一种阀门。因为目前常用的惰性气体是氮气，因此这种自力式压力调节阀常常俗称为“氮封阀”，而整套系统也被称之为“氮封装置”，这套气封原理称之为“氮封原理”或者“氮封工艺”。