可燃液体储罐氮封系统设计关键点研究

可燃液体储罐氮封系统设计关键点研究

樊冬丽

单位中核第四研究设计工程有限公司 河北省 石家庄市 050021

摘要：氮封系统主要是采取将氮气注入液体容器顶部的方式，维持其中压力的平衡状态，进而保护容器及物料不被损坏。实践证明，氮封系统可有效阻断储罐内介质和外界空气，进而起到保护罐内储料不被挥发和变性的效果，最大程度保证容器的安全性。目前，氮封系统已应用于多个行业，并因其自身特有的优势得到各个行业的认可。此外，为避免储罐内物料由于物料蒸发引起易燃易爆气体聚集，以及物料暴露于空气中出现的氧化情况，通过采取以氮封方式隔绝物料与外界的接触。本文将对可燃液体储罐氮封系统进行了解、分析，并就其设计关键点进行研究。

关键词：可燃液体；储罐氮封系统；设计要点

就实际情况来看，氮封装置已成为可燃液体储罐中不可或缺的部分，只有如此，才能最大程度降低爆炸和自燃风险。当前，因可燃液体罐区的氮封系统配置不齐全，导致呼吸阀排气压力难以预测、排气回收方案迟疑难定等情况时有发生，最终便会出现溶媒的损失量和回收率预估失误现象。现下，氮封系统普遍存在设计不完善、供氮系统能力与罐区实际需求不符等问题，进而给企业造成巨大损失^[1]。

一、需采用氮封系统进行保护的储罐类型

（一）结构类型

现阶段下，对可燃液体采取氮封保护措施已成为主流趋势，其中主要包括：内浮顶储罐、固定顶储罐。

1.内浮顶储罐主要用于储存：燃点低、易蒸发和不能被污染的物料。这种储罐方式主要是利用液体浮力的作用，使储罐浮盘浮于液体表面，从而在罐内液体增多或减少时，对物料起到保护作用。在此过程中，浮盘虽能对储罐液面表面具有一定保护效果，但却无法完全规避风险，这主要是由于浮盘与储罐壁不能完全贴合造成的，因而便会出现物料蒸发情况，最后，蒸发的物料会通过空隙渠道，呈现在浮盘上部。当物料的蒸汽浓度不断积累，便很容易在环境外力或其他因素的影响下，产生火花，极易产生爆炸，造成非常严重的后果，对企业造成无法预估的影响和损失。

2.固定顶储罐是目前应用最多的仓储容器，几乎所有常压液态物料都能将其当做“保护壳”。通常情况下，物料存在密封要求严格、挥发性强以及容易引发爆炸等特性时，便会用到氮封系统对储罐进行保护。

（二）储罐的使用范围

常规的常压储罐主要是采用立式圆筒形钢制储罐，这种储罐形式结构情况属于弱项结构，其顶部与筒体的焊接并不牢固，极容易在事故工况下引起爆炸现象，进而导致筒体损坏、物料大面积泄露的严重后果。立式圆筒形钢制储罐内的物料蒸气压数值，必须控制在合理范围内，一旦超过标准，便需考虑以其他储存方式对其进行保护^[2]。此外，若储存液体物料的常压闪点低于一定温度时，便会在物料的特殊属性作用下，直接增加储罐的内压，此时，则需要使用压力储罐或者具有较好保冷效果的常压类储罐。

二、氮封系统的作用和相关应用

氮封阀是氮封系统运行的必要条件，其主要作用包括：在储罐内力与外界环境的推力下，氮封阀便会占据主导地位，将气源管道内的氮气缓缓输送到罐内，进而使储罐内始终保持微正压状态，以此避免储罐压力与大气压力难以“协调”的局面^[3]。另外，液面上升速度异常、储存介质蒸发量过大等现象，也会直接增加储罐内的压力，此时，储罐上部空气压力会逐渐超过储罐顶部呼吸阀的开启压力，呼吸阀便会打开，进而将储罐内部分气相介质排出，使储罐得以维持正常状态。

（一）氮封系统的作用

1.保护储罐。一般情况下，当气温突然下降时，低温会作用于物料，致使蒸汽大量冷凝；在物料大量外输时，则会出现液面急速下降的现象。不论哪种情况，都会对储罐内力、氮封阀等造成严重影响，导致气体外泄。此时，就必须以氮气补足罐内气压，才能避免常压储罐因真空现象而被外界大气压压瘪的状况。

2.确保储存物料的安全性。呼吸阀的出现，可有效调节储罐内的压力，但同时也为外界空气的进入提供了通道；若使用氮封系统，将氮气作为储罐降压的补气气源，便可有效控制物料表层气相的空气含量，进而避免物料在大气的影响下，失去其物性，最后得以长期储存。

3.避免大气被污染。氮封系统能有效维持储罐内微正压，进而减少物料蒸发情况和物料挥发作用，起到保护大气环境的效果。

（二）氮封系统的应用

储罐设置氮封的必要性，主要是以物料的物性为判断依据，一般情况下，物料具备易挥发、毒性大、对环境污染性强、水溶性强、闪点较低等特征时，都需设置氮封。

三、氮封系统设计

（一）设计原则

氮封阀都需定期进行检查和维修，同时，为了提高储罐及物料的安全指数，还需为氮封系统准备氮气补充装置。在实际生活中，主要采用将气动直通薄膜调节阀旁路和氮气主管相连，或者使用氮封系统的方式，对氮封阀进行保护；若在氮封阀故障或处于维修状态时，可将备用的旁路相应调节阀打开，为储罐续气；当温度过高时，会引发物料蒸发以及储罐压力过大的现象，此时，便可使用呼吸阀的放气机制，排除多余气体，当达到有关标准时，再以开启紧急泄压阀的方式，排出气相，以此达到降压效果

^[4]。

（二）常见的氮封系统

1.由氮封阀控制的氮封系统。目前，自力式氮封阀已被广泛投入使用，这种氮封阀，可通过自反馈系统对氮气流量进行有效控制，进而使阀后压力始终维持在一个定值。总的来说，这种氮封阀主要具备以下特点：可控制性强、便于掌控、调节压差大等。由此可见，氮封主要是利用氮封阀本身的反馈调节机制来控制相应阀门的开关度，以此起到调节储罐压力的效果。此外，对于大的罐区，单个储罐单独配置自力式调节阀，能有效防止不同储罐串料，还能最大程度得防止火灾通过氮气管道进一步蔓延。

2.氮封阀配水封的氮封系统。水封主要具有以下特点：若储罐内压力高于标准规定值时，水封装置便会发挥效果，排除多余气体为储罐泄压；在氮封阀和机械呼吸阀均无法正常使用的情况下，储罐内的压力便会出现负增长的现象，此时，水封系统便可自主吸入氧气，确保储罐维持原有形状。通常情况下，若未对储存物料作特殊说明，便可使用此种氮封方式，

3.氮封系统供气量的计算方式。影响氮封装置供气量的主要因素包括：物料排放情况、气温变化等。正常情况下，氮气计算量应从以下两点入手：物料外输时储罐需要的补气量，以及特殊情况下储罐所需的补充气量。只有将这两者结合在一起，才是氮气计算量。在气温或其他不良因素的作用下，罐内气体便容易出现收缩、冷凝现象，进而使储罐内的气相减少，此时，就须按照有关标准为其补充气量^[5]。

结语

综上作述，企业必须就实际需求及时了解储罐及物料情况，进而选择合适的氮气纯度应用于氮封系统，通常以不低于99.97%为最优。一般情况下，化工项目的空分系统都是对应存在的，而空分装置以及存储项目制氮机制所生产的氮气，都必须按照有关标准调压后，方可投入使用。就上述情况来看，储罐设置氮封系统具有以下优点：第一，可有效防止罐内气相空间在不良因素的作用下，发生爆炸情况；第二。可避免因物料的特殊属性而造成的环境污染现象；第三，调节吸水性物料的吸水性；第四，使易氧化物料的氧化反应降到最低。总的来说，储罐设置氮封系统作为原料存储的命门所在，可从根本上确保物料的安全性，并能最大程度降低安全事故的发生几率。

参考文献

[1]杨建宁.常压可燃液体储罐氮封工艺系统设计[J].中国资源综合利用，2018,36(07):194-196.

[2]王绍宇，胡福恒，韩旭.可燃液体储罐氮封系统设计要点探讨[J].化工与医药工程，2017,38(06):44-49.

[3]刘培兰.氮封系统运用问题及处理方法[J].石化术，2019,26(08):44+32.

[4]田甜.常压储罐氮封系统供气量计算方法探讨[J].山东化工，2018,47（09）:95-96+98.

[5]冯浩.浅析低压储罐设计[J].石化技术，2018,25(02):110.

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